傳感器信息檢測數(shù)據(jù)處理與軟件設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p>　　傳感器信息檢測數(shù)據(jù)處理與軟件設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本文主要研究利用傳感器對目標(biāo)信息進(jìn)行檢測，處理，分析以及利用Visual Basic（v b）進(jìn)行界面軟件設(shè)計(jì)和密碼設(shè)置，以及設(shè)置報(bào)警狀態(tài)下的情況以及正常情況下的狀態(tài)，等等。文中首先介紹了傳感器的發(fā)展以及未來在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，然后介紹了v b語言程序的

2、應(yīng)用歷史和發(fā)展，以及利用v b進(jìn)行程序和軟件設(shè)計(jì)。本研究講述了對信息的檢測后對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的過程，v b進(jìn)行界面軟件設(shè)計(jì)的過程和結(jié)果，因?yàn)閭鞲衅髟谖磥淼陌l(fā)展中可能會(huì)在更廣的領(lǐng)域中運(yùn)用，所以研究傳感器對今后傳感器的發(fā)展有重要意義。</p><p>　　關(guān)鍵詞：傳感器；v b；界面軟件；數(shù)據(jù)處理。</p><p>　　ABSTRACT: This paper mainly studies th

3、e use of sensors to detect target confidence, handle . Analysis and the use of Visual Basic (VB below instead) interface software design, And use VB password settings, Also set up alarm state and norm

4、al state, etc.. This paper firstly introduces the development and application of sensor in various fields, and then introduces the application of the history and development of VB program language, and the use of VB prog

5、ramming and software design. This study de</p><p>　　Key words: Sensor; Visual Basic; Interface software ;Data processing.</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第1章 概述1&l

6、t;/b></p><p><b>　　1.1引言1</b></p><p><b>　　1.2傳感器1</b></p><p>　　1.2.1傳感器的歷史1</p><p>　　1.2.2 新型傳感器3</p><p>　　1.2.3 智能傳感器4</

7、p><p>　　1.2.4 新材料5</p><p>　　1.2.5 新工藝5</p><p>　　1.2.6 智能材料6</p><p>　　1.3 Visual Basic7</p><p>　　1.3.1 VB概要7</p><p>　　1.3.2 vb的發(fā)展8</p>

8、<p>　　1.4 本章小結(jié)8</p><p>　　第2章 設(shè)計(jì)方案和步驟9</p><p><b>　　2.1引言9</b></p><p><b>　　2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)9</b></p><p>　　2.2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9</p><p>　　2

9、.2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)10</p><p>　　2.2.3 傳感器模塊10</p><p>　　2.2.4 數(shù)據(jù)處理模塊和無線通信模塊11</p><p>　　2.2.5 電源模塊12</p><p>　　2.3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)13</p><p>　　2.3.1系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖13</p><

10、;p>　　2.4.單片機(jī)報(bào)警電路設(shè)計(jì)15</p><p>　　2.4.1 理論分析15</p><p>　　2.4.2 系統(tǒng)硬件15</p><p>　　2.5本章小結(jié)21</p><p>　　第3章 程序設(shè)計(jì)22</p><p><b>　　3.1 引言22</b></p

11、><p>　　3.2報(bào)警電路設(shè)計(jì)22</p><p>　　3.2.1 聲光報(bào)警電路22</p><p>　　3.2.2 總電路設(shè)計(jì)22</p><p>　　3.3軟件實(shí)現(xiàn)24</p><p>　　3.3.1 .編程KEIL環(huán)境介紹24</p><p>　　3.3.2程序流程25</

12、p><p>　　3.3.3 程序25</p><p>　　3.3.4 調(diào)試及測試方法26</p><p>　　3.4 VB軟件設(shè)計(jì)28</p><p>　　3.4.1 簡介28</p><p>　　3.4.2界面設(shè)計(jì)初步規(guī)劃28</p><p>　　3.4.3控件設(shè)計(jì)28</p&g

13、t;<p>　　3.4.4 程序30</p><p>　　3.5本章小結(jié)32</p><p>　　第4章 設(shè)計(jì)心得33</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)34</b></p><p><b>　　第1章 概述</b></p><p><b>

14、　　1.1引言</b></p><p>　　本文主要研究傳感器信息檢測數(shù)據(jù)的處理和界面軟件的設(shè)計(jì)，根據(jù)以下的幾大要求來完成本課題，一，windows環(huán)境中完成本系統(tǒng)的界面程序設(shè)計(jì)；二，九位密碼的設(shè)置；三，界面全部采用窗口畫面；四，報(bào)警的界面上出現(xiàn)聲光報(bào)警，其對象的背景顏色改變；五，巡回工作狀態(tài)下正常數(shù)據(jù)的接收與顯示以及報(bào)警狀態(tài)下異常數(shù)據(jù)的接收與顯示，數(shù)據(jù)的日存入程序；六，查詢工作狀態(tài)下數(shù)據(jù)的存取功能。

15、本文要求需要利用單片機(jī)來對傳感器的結(jié)果進(jìn)行控制，本文圍繞以上幾大要求來展開研究，經(jīng)過數(shù)月的潛心專研，最終得到令人滿意的結(jié)果，由于傳感器在將來的應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)越來越大，所以此次研究對于傳感器的發(fā)展有重大意義.</p><p><b>　　1.2傳感器</b></p><p>　　1.2.1傳感器的歷史</p><p>　　今天，信息技術(shù)對社會(huì)發(fā)展信、

16、科學(xué)進(jìn)步起到了決定性的作用。現(xiàn)在信息技術(shù)的基礎(chǔ)包括信息采集、信息傳輸與信息處理，而信息的采集離不開傳感器技術(shù)。所以說傳感器是新技術(shù)革命和信息社會(huì)的重要技術(shù)基礎(chǔ)，是現(xiàn)代科技的開路先鋒。 </p><p>　　近年來，傳感器正處于傳統(tǒng)型向新型傳感器轉(zhuǎn)型的發(fā)展階段。新型傳感器的特點(diǎn)是微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化，它不僅促進(jìn)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造，而且可導(dǎo)致建立新型工業(yè)，是21世紀(jì)新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。微型化是建

17、立在微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)基礎(chǔ)上的，目前已成功應(yīng)用在硅器件上形成硅壓力傳感器(如上述EJX變送器)。 微電子機(jī)械加工技術(shù)，包括體微機(jī)械加工技術(shù)、表面微機(jī)械加工技術(shù)、LIGA技術(shù)(X光深層光刻、微電鑄和微復(fù)制技術(shù))、激光微加工技術(shù)和微型封裝技術(shù)等。 MEMS的發(fā)展，把傳感器的微型化、智能化、多功能化和可靠性水平提高到了新的高度[1]。傳感器的檢測儀表，在微電子技術(shù)基礎(chǔ)上，內(nèi)置微處理器，或把微傳感器和微處理器及相關(guān)集成

18、電路(運(yùn)算放大器、A/D或D/A、存貯器、網(wǎng)絡(luò)通訊接口電路)等封裝在一起完成了數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化。(注：MEMS技術(shù)還完成了微電動(dòng)機(jī)或執(zhí)行器等產(chǎn)品，將另作文介紹)網(wǎng)絡(luò)化方面，目前主要是指采用多種現(xiàn)場總線和以太網(wǎng)(互聯(lián)網(wǎng))，這要按各行業(yè)的特點(diǎn)，選擇其中的一種或多種，近年內(nèi)最流行的有FF、Pro fibus、CAN、Lonworks、AS-</p><p>　　1.2.2 新型傳感器</p>

19、<p>　　新型傳感器，大致應(yīng)包括：①采用新原理；②填補(bǔ)傳感器空白；③仿生傳感器等諸方面[7]。它們之間是互相聯(lián)系的。傳感器的工作機(jī)理是基于各種效應(yīng)和定律，由此啟發(fā)人們進(jìn)一步探索具有新效應(yīng)的敏感功能材料，并以此研制出具有新原理的新型物性型傳感器件，這是發(fā)展高性能、多功能、低成本和小型化傳感器的重要途徑。結(jié)構(gòu)型傳感器發(fā)展得較早，目前日趨成熟。結(jié)構(gòu)型傳感器，一般說它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積偏大，價(jià)格偏高。物性型傳感器大致與之相反，具有不

20、少誘人的優(yōu)點(diǎn)，加之過去發(fā)展也不夠。世界各國都在物性型傳感器方面投入大量人力、物力加強(qiáng)研究，從而使它成為一個(gè)值得注意的發(fā)展動(dòng)向。其中利用量子力學(xué)諸效應(yīng)研制的低靈敏閾傳感器，用來檢測微弱的信號，是發(fā)展新動(dòng)向之一。</p><p>　　新型傳感器的開發(fā)這是發(fā)展高性能、高功能、低成本和小型化傳感器的重要途徑。制作此類傳感器是利用各種物理、化學(xué)效應(yīng)和定律。新型傳感器層出不窮，如利用量子力學(xué)諸效應(yīng)研制的高靈敏閥傳感器，響應(yīng)速

21、度極快的紅外傳感器，光纖傳感器等。高靈敏閥傳感器可用來檢測極微弱的信號，紅外傳感器是利用光子滯后效應(yīng)制作的，有響應(yīng)速度極快的優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　1.2.3 智能傳感器</p><p>　　傳感器集成化包括兩種定義，一是同一功能的多元件并列化，即將同一類型的單個(gè)傳感元件用集成工藝在同一平面上排列起來，排成1維的為線性傳感器，CCD圖象傳感器就屬于這種情況[6]。集成化的另一個(gè)定義是多功

22、能一體化，即將傳感器與放大、運(yùn)算以及溫度補(bǔ)償?shù)拳h(huán)節(jié)一體化，組裝成一個(gè)器件。 隨著集成化技術(shù)的發(fā)展，各類混合集成和單片集成式壓力傳感器相繼出現(xiàn)，有的已經(jīng)成為商品。集成化壓力傳感器有壓阻式、電容式、等類型，其中壓阻式集成化傳感器發(fā)展快、應(yīng)用廣。 傳感器的多功能化也是其發(fā)展方向之一。所謂多功能化的典型實(shí)例，美國某大學(xué)傳感器研究發(fā)展中心研制的單片硅多維力傳感器可以同時(shí)測量3個(gè)線速度、3個(gè)離心加速度(角速度)和3個(gè)角加速度。主要元

23、件是由4個(gè)正確設(shè)計(jì)安裝在一個(gè)基板上的懸臂梁組成的單片硅結(jié)構(gòu)，9個(gè)正確布置在各個(gè)懸臂梁上的壓阻敏感元件。多功能化不僅可以降低生產(chǎn)成本，減小體積，而且可以有效的提高傳感器的穩(wěn)定性、可靠性等性能指標(biāo)。 把多個(gè)功能不同的傳感元件集成在一起，除可同時(shí)進(jìn)行多種參數(shù)的測量外，還可對這些參數(shù)的測量結(jié)果進(jìn)行綜合處理和評價(jià)，可反映出被測系統(tǒng)的整體狀態(tài)。由上還可以看出，集成</p><p><b>　　1.2.4 新

24、材料</b></p><p>　　傳感器材料是傳感器技術(shù)的重要基礎(chǔ),是傳感器技術(shù)升級的重要支撐。隨著材料科學(xué)的進(jìn)步,傳感器技術(shù)日臻成熟,其種類越來越多,除了早期使用的半導(dǎo)體材料、陶瓷材料以外,光導(dǎo)纖維以及超導(dǎo)材料的開發(fā),為傳感器的發(fā)展提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。例如,根據(jù)以硅為基體的許多半導(dǎo)體材料易于微型化、集成化、多功能化、智能化,以及半導(dǎo)體光熱探測器具有靈敏度高、精度高、非接觸性等特點(diǎn),發(fā)展紅外傳感器、激光傳

25、感器、光纖傳感器等現(xiàn)代傳感器;在敏感材料中,陶瓷材料、有機(jī)材料發(fā)展很快,可采用不同的配方混合原料,在精密調(diào)配化學(xué)成分的基礎(chǔ)上,經(jīng)過高精度成型燒結(jié),得到對某一種或某幾種氣體具有識別功能的敏感材料,用于制成新型氣體傳感器。此外,高分子有機(jī)敏感材料,是近幾年人們極為關(guān)注的具有應(yīng)用潛力的新型敏感材料,可制成熱敏、光敏、氣敏、濕敏、力敏、離子敏和生物敏等傳感器。傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展,也促進(jìn)了更新型材料的開發(fā),如納米材料等。美國NRC公司已開發(fā)出納

26、米ZrO2氣體傳感器,控制機(jī)動(dòng)車輛尾氣的排放,對凈化環(huán)境效果很好,應(yīng)用前景比較廣闊。由于采用納米材料制作的傳感器,具有龐大的界面,能提供大量的氣體通道,而且導(dǎo)通電阻很小,有利于傳感器向微型化</p><p>　　新技術(shù)革命的到來，世界開始進(jìn)入信息時(shí)代。在利用信息的過程中，首先要解決的就是要獲取準(zhǔn)確可靠的信息，而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。</p><p><b&

27、gt;　　1.2.5 新工藝</b></p><p>　　在發(fā)展新型傳感器中，離不開新工藝的采用。新工藝的含義范圍很廣，這里主要指與發(fā)展新興傳感器聯(lián)系特別密切的微細(xì)加工技術(shù)。該技術(shù)又稱微機(jī)械加工技術(shù)，是近年來隨著集成電路工藝發(fā)展起來的，它是離子束、電子束、分子束、激光束和化學(xué)刻蝕等用于微電子加工的技術(shù)，目前已越來越多地用于傳感器領(lǐng)域，例如濺射、蒸鍍、等離子體刻蝕、化學(xué)氣體淀積(CVD)、外延、擴(kuò)散、腐

28、蝕、光刻等，迄今已有大量采用上述工藝制成的傳感器的國內(nèi)外報(bào)道。</p><p>　　1.2.6 智能材料</p><p>　　智能材料是指設(shè)計(jì)和控制材料的物理、化學(xué)、機(jī)械、電學(xué)等參數(shù)，研制出生物體材料所具有的特性或者優(yōu)于生物體材料性能的人造材料。有人認(rèn)為，具有下述功能的材料可稱之為智能材料：具備對環(huán)境的判斷可自適應(yīng)功能；具備自診斷功能；具備自修復(fù)功能；具備自增強(qiáng)功能(或稱時(shí)基功能)。

29、 生物體材料的最突出特點(diǎn)是具有時(shí)基功能，因此這種傳感器特性是微分型的，它對變分部分比較敏感。反之，長期處于某一環(huán)境并習(xí)慣了此環(huán)境，則靈敏度下降。一般說來，它能適應(yīng)環(huán)境調(diào)節(jié)其靈敏度。除了生物體材料外，最引人注目的智能材料是形狀記憶合金、形狀記憶陶瓷和形狀記憶聚合物。 智能材料的探索工作剛剛開始，相信不久的將來會(huì)有很大的發(fā)展</p><p>　　新技術(shù)革命的到來，世界開始進(jìn)入信息時(shí)代。在利用信息的過程中，首先

30、要解決的就是要獲取準(zhǔn)確可靠的信息，而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。</p><p>　　在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過程中，要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個(gè)參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達(dá)到最好的質(zhì)量。因此可以說，沒有眾多的優(yōu)良的傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎(chǔ)。</p><p>　　在基礎(chǔ)學(xué)科研究中，傳感器更具有突出的地位?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)

31、展，進(jìn)入了許多新領(lǐng)域：例如在宏觀上要觀察上千光年的茫茫宇宙，微觀上要觀察小到fm的粒子世界，縱向上要觀察長達(dá)數(shù)十萬年的天體演化，短到 s的瞬間反應(yīng)。此外，還出現(xiàn)了對深化物質(zhì)認(rèn)識、開拓新能源、新材料等具有重要作用的各種極端技術(shù)研究，如超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、超強(qiáng)磁場、超弱磁場等等。顯然，要獲取大量人類感官無法直接獲取的信息，沒有相適應(yīng)的傳感器是不可能的。許多基礎(chǔ)科學(xué)研究的障礙，首先就在于對象信息的獲取存在困難，而一些新機(jī)理和高靈

32、敏度的檢測傳感器的出現(xiàn)，往往會(huì)導(dǎo)致該領(lǐng)域內(nèi)的突破。一些傳感器的發(fā)展，往往是一些邊緣學(xué)科開發(fā)的先驅(qū)。</p><p>　　傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護(hù)等等極其之泛的領(lǐng)域?？梢院敛豢鋸埖卣f，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個(gè)現(xiàn)代化項(xiàng)目，都離不開各種各樣的傳感器。</p><p>　　由此可見，

33、傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步方面的重要作用，是十分明顯的。世界各國都十分重視這一領(lǐng)域的發(fā)展。相信不久的將來，傳感器技術(shù)將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)飛躍，達(dá)到與其重要地位相稱的新水平 </p><p>　　1.3 Visual Basic</p><p>　　開發(fā)圖形用戶界面 (GUI) 的方法。不需編寫大量代碼去描述界面元素的外觀和位置，而只要把預(yù)先建立的對象add到屏幕上的一點(diǎn)即可。如果已使用過諸

34、如 Paint 之類的繪圖程序，則實(shí)際上已掌握了創(chuàng)建用戶界面的必要技巧。</p><p>　　1.3.1 VB概要</p><p>　　“Basic”指的是 BASIC (Beginners All-Purpose Symbolit Instruction Code) 語言，一種在計(jì)算技術(shù)發(fā)展史上應(yīng)用得最為廣泛的語言[11]。Visual Basic 在原有BASIC 語言的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)

35、展，至今包含了數(shù)百條語句、函數(shù)及關(guān)鍵詞，其中很多和 Windows GUI 有直接關(guān)系。專業(yè)人員可以用 Visual Basic 實(shí)現(xiàn)其它任何 Windows 編程語言的功能，而初學(xué)者只要掌握幾個(gè)關(guān)鍵詞就可以建立實(shí)用的應(yīng)用程序。 Visual Basic 不僅是 Visual Basic 編程語言。Visual Basic 編程系統(tǒng),Microsoft Excel 的Applications Edition ,Microsof

36、t Access和Windows的許多其他應(yīng)用程序都使用這一語言。Visual Basic Scripting Edition (VBScript) 是廣泛使用的腳本語言，它是 Visual Basic 語言的子集。這樣，在學(xué)習(xí) Visual Basic 中得到的經(jīng)驗(yàn)可應(yīng)用到所有這些領(lǐng)域中。 </p><p>　　程序員可以分為很多種，像Unix程序員、Windows程序員，或是C++程序員、Delph

37、i程序員，等等。這些技術(shù)是一名Web程序員應(yīng)該具備的；但是，如果僅懂得這些，卻只能叫做Asp程序員、J sp程序員，而不是真正意義上的Web程序員?，F(xiàn)在的世界是屬于Internet的，大部分的應(yīng)用基于Internet，大家可以想想，像Yahoo、Microsoft、Amazon那樣的網(wǎng)站，其訪問量之大、應(yīng)用之復(fù)雜，需要什么樣的技術(shù)才可以支撐，這不僅僅是硬件的功勞。 </p><p>　　1.3.2 vb的發(fā)展&l

38、t;/p><p>　　隨著Windows操作系統(tǒng)的不斷成熟，Visual Basic產(chǎn)品由1．0版升級到3．0版，此時(shí) Visual Basic已初具規(guī)模了，利用它可以快速地編制各種應(yīng)用程序，包括非常流行的多媒體應(yīng)用程序和各種圖形操作界面。在面向?qū)ο蠹夹g(shù)出現(xiàn)后，Microsoft迅速地把這一技術(shù)加入到了Visual Basic產(chǎn)品中。 Visual Basic 4．0還提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫管理能力，這使得它成為管理信息

39、系統(tǒng)(MIS， Management Information System)的重要開發(fā)工具。 隨著Intemet的迅猛發(fā)展，Microsoft的ActiveX技術(shù)出現(xiàn)了，并被不失時(shí)機(jī)地加入到 Visual Basic 5．0版本中(1997年)。在1998年，Microsoft推出了Visual Basic 6．0版本，這一版本使VB得到了很大的擴(kuò)充和增強(qiáng)。它還引入了使用部件編程的概念，實(shí)際上這是對面向?qū)ο缶幊趟枷氲臄U(kuò)展。迄今為

40、止，Visual Basic已經(jīng)發(fā)展成為快速應(yīng)用程序開發(fā)(RAD，Rapid Application Development)工具的代表。</p><p><b>　　1.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹本次研究所需要的工具軟件，首先講述了傳感器的運(yùn)用，傳感器在電子方面中不可或缺的地位，然后介紹了傳感器的發(fā)展，經(jīng)過，以及在不久的將來，傳感器會(huì)往更

41、廣的領(lǐng)域發(fā)展，在以后的日常生活中越發(fā)離不開傳感器，如工業(yè)生產(chǎn)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，以及宇宙探索等等，都要以傳感器的必要的基礎(chǔ)，所以本次介紹傳感器是很有必要的。其次本章還簡單的介紹了Visual Basic這個(gè)語言程序，因?yàn)楸敬窝芯啃枰缑孳浖O(shè)計(jì)，需要用到Visual Basic，所以，在本章就簡單的介紹了Visual Basic，在后面的篇幅里將繼續(xù)介紹vb的使用方法，以及本次研究所需要的程序。</p><p>　　第2

42、章 設(shè)計(jì)方案和步驟</p><p><b>　　2.1引言</b></p><p>　　目前，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)已成為我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢，農(nóng)田信息的及時(shí)準(zhǔn)確獲取是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)實(shí)施的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)主要使用孤立的、沒有通信能力的機(jī)械設(shè)備和傳感設(shè)備，主要依靠人力監(jiān)測作物的生長狀況。不但要耗費(fèi)大量的人力，而且不能夠做到實(shí)時(shí)監(jiān)控，如果采用有線測控系統(tǒng)，則需要鋪設(shè)光纖或者電纜，這樣不但增加了成

43、本，而且降低了系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性。隨著傳感器技術(shù)、無線通信技術(shù)及嵌入式技術(shù)的發(fā)展，孕育出了一種新的信息獲取、傳輸、處理的智能網(wǎng)絡(luò)——無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測、感知和采集監(jiān)控區(qū)域的信息，并將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)處理后發(fā)送給終端用戶。本章主要介紹在研究前對傳感器的準(zhǔn)備和初步設(shè)計(jì)，介紹了傳感器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，傳感器模塊等等，本次研究的設(shè)計(jì)方案和步驟，在方案上盡量考慮最簡捷，方便的方法，盡量能使用最簡單的實(shí)驗(yàn)步驟，得出最令人滿意的結(jié)

44、果，由于本實(shí)驗(yàn)沒有其他的對比方案，所以只需要按照所給要求一步一步的來完成即可，根據(jù)本題目給出的要求，選取最快捷的方法來完成研究是本次實(shí)驗(yàn)的主要宗旨。</p><p><b>　　2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)部署在監(jiān)控領(lǐng)域，對感興趣的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理、融合，并通過

45、主節(jié)點(diǎn)路由到基站，用戶可以通過因特網(wǎng)進(jìn)行查看、控制。其中，網(wǎng)關(guān)(基站)負(fù)責(zé)對各節(jié)點(diǎn)傳感器數(shù)據(jù)的收集、處理及與外網(wǎng)的通信；傳感器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)采集周圍的信息，如溫度、濕度等，同時(shí)還要兼具有路由功能，通過路由協(xié)議直接或者通過“多跳”的方式將數(shù)據(jù)傳給網(wǎng)關(guān)，再借助臨時(shí)建立的sink鏈路把整個(gè)區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心；監(jiān)控中心主要負(fù)責(zé)將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合計(jì)算得到所需的信息，并對各傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行管理。同時(shí)開發(fā)了客戶端界面，方便用戶對服務(wù)器的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢

46、和控制，并能以圖形的方式直觀地顯示出用戶所需要的信息。</p><p>　　2.2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)總體架構(gòu)由傳感器模塊、數(shù)據(jù)處理器模塊、無線通信模塊和電源模塊4個(gè)部分組成。傳感器模塊負(fù)責(zé)環(huán)境信息的采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，本系統(tǒng)主要是負(fù)責(zé)采集土壤溫濕度傳感器，傳感器模塊上還預(yù)留了數(shù)字和模擬接口，可以方便地?cái)U(kuò)展傳感器的種類；數(shù)據(jù)處理模塊負(fù)責(zé)控制整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的

47、存儲(chǔ)和處理本身采集的數(shù)據(jù)和其它節(jié)點(diǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)，還要負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)和數(shù)據(jù)路由選擇以及系統(tǒng)功耗的控制等。數(shù)據(jù)處理模塊的核心是高性能的ATmega1281處理器；無線通信模塊負(fù)責(zé)與其它傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無線通信，交換控制消息和收發(fā)采集數(shù)據(jù)；電源模塊為傳感器節(jié)點(diǎn)提供運(yùn)行所需的所有電源。</p><p>　　2.2.3 傳感器模塊</p><p>　　傳感器模塊是節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集部分，根據(jù)實(shí)際需求，確定合適

48、的傳感器，系統(tǒng)采用溫濕度傳感器，并留有通用傳感器擴(kuò)展接口，傳感器模塊為獨(dú)立電路板，通過51PIN連接器與主控模塊電路板連接。 本系統(tǒng)采用的溫濕度傳感器為瑞士Sensirion公司生產(chǎn)的SHT10溫濕度一體傳感器。該傳感器的特點(diǎn)是體積微小、功耗極低，兩線數(shù)字輸出，濕度測量范圍：0～100％RH，濕度的測量精度為±4.5％RH，溫度測量范圍：-40～-+123．8℃，在25℃時(shí)，溫度的測量精度為±0.5℃，響應(yīng)時(shí)

49、間：8 s，可完全浸沒。SHT10采用兩條串行線(SCK，DATA)與處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。SCK用于處理器、SHT10之間的通訊同步，串行數(shù)據(jù)(DATA)用于數(shù)據(jù)的讀取，在SCK時(shí)鐘下降沿之后改變狀態(tài)，并僅在SCK時(shí)鐘上升沿有效。SHT10完整的測量時(shí)序由啟動(dòng)傳輸時(shí)序、發(fā)布命令、等待測量完成、讀回?cái)?shù)據(jù)這四個(gè)部分組成。處理器用一組“啟動(dòng)傳輸”時(shí)序來發(fā)起一個(gè)通信過程。它包括：當(dāng)SCK時(shí)鐘高電平時(shí)DATA翻轉(zhuǎn)為低電平。在DATA為低電平期間，

50、SCK變?yōu)榈碗娖?，再翻轉(zhuǎn)為高電平，隨后是在SCK時(shí)鐘高電平時(shí)DATA翻轉(zhuǎn)為高電平。在“</p><p>　　2.2.4 數(shù)據(jù)處理模塊和無線通信模塊</p><p>　　數(shù)據(jù)處理模塊采用Atmel公司的低功耗ATmega1281芯片，該芯片具有片內(nèi)256 kB的Flash存儲(chǔ)器、8 kB的SRAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(可外接擴(kuò)展到64 kB)和4 kB的EPROM存儲(chǔ)器。該芯片還有8／16通道的10位

51、ADC，2個(gè)8位和4個(gè)16位硬件定時(shí)／計(jì)數(shù)器，4個(gè)8位PWM通道、可編程看門狗定時(shí)器和片上振蕩器、片上模擬比較器，2／4個(gè)可編程串行USART、51／86個(gè)可編程I／O口線。SPI、I2C總線接口；可以采用JTAG編程和ISP編程兩種方式。除正常工作模式外，ATmega1281還具有6種睡眠模式：空閑模式、ADC噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式、Standby模式以及擴(kuò)展的Standby模式。因此ATmega1281非常適合于低能耗的應(yīng)

52、用場合。 無線通信模塊采用AT86RF231芯片，該芯片是一款低功耗、低電壓，SH接口，支持2.4GHZ IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的無線收發(fā)芯片。AT86RF231通過SPI接口與處理器ATmega1281連接，通過串行輸出(MOSI)和串行輸入(MISO)進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫操作，由串行時(shí)鐘(SCK)控制讀寫操作。 數(shù)據(jù)</p><p>　　圖2-1 硬件連接圖</p><p&g

53、t;　　2.2.5 電源模塊</p><p>　　節(jié)點(diǎn)的能量供應(yīng)是節(jié)點(diǎn)工作的重要前提，如果供電不足，將會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。為延長節(jié)點(diǎn)的使用壽命，多種降低功耗的方法已經(jīng)被提出，如：數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)和低功耗路由技術(shù)等，但任何降低功耗的方法都不能徹底解決節(jié)點(diǎn)壽命有限的問題?？稍偕茉吹睦?，如：太陽能、振動(dòng)、潮汐和風(fēng)能等的利用，被認(rèn)為是解決上述問題的可行方案。對于室外系統(tǒng)，太陽能具有技術(shù)相對成熟，能量密度較大等優(yōu)勢，被認(rèn)為

54、是為節(jié)點(diǎn)提供額外能源的可行方法。上路是電源電路框圖。分壓器將3．3 V的穩(wěn)壓器輸出電壓降至2．75 V。比較器比較此值于電池的電壓值。當(dāng)陽光充足并且電池的電壓低于2．75 V時(shí)，比較器打開開關(guān)，對電池充電。否則，當(dāng)電池的電壓等于或大于2．75 V時(shí)，開關(guān)關(guān)閉阻止充電過程。二極管用來阻止電流由電池流入太陽能電池板。</p><p><b>　　2.3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p>

55、<p>　　2.3.1系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)，通過傳輸網(wǎng)絡(luò)將各種傳感數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_管理軟件，后臺管理軟件對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理、存儲(chǔ)，以便獲得相關(guān)信息，并對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行和監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的環(huán)境狀況進(jìn)行監(jiān)控。另外，后臺管理軟件也可以發(fā)起任務(wù)并通過傳輸網(wǎng)絡(luò)告知WSN，以便完成特定的任務(wù)。這些功能主要是在應(yīng)用程序服務(wù)器上實(shí)現(xiàn)，其結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。</

56、p><p>　　圖2-2系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖2-3TinyOS數(shù)據(jù)包格式</p><p>　　表2-1溫濕度數(shù)據(jù)表</p><p>　　系統(tǒng)通過串口接收到的溫濕度數(shù)據(jù)如表2-1所示。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)運(yùn)行的是TinyOS操作系統(tǒng)，系統(tǒng)傳遞信息數(shù)據(jù)包幀格式如圖2-3所示。每一幀用同步字節(jié)SYNC_BYTE(0x7E)包裝。其中的負(fù)

57、載數(shù)據(jù)TOS_mag是傳感網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路層所使用的數(shù)據(jù)包格式。信息中包括了目的節(jié)點(diǎn)地址、信息類型、信息長度、信息組別以及數(shù)據(jù)載荷等。其中，數(shù)據(jù)載荷Data是提供給用戶的有效消息載體，包含為實(shí)現(xiàn)多跳路由功能而設(shè)置的源地址、數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)地址及電壓、濕度、溫度等高層應(yīng)用信息。</p><p>　　基于當(dāng)前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在農(nóng)田信息采集中的應(yīng)用現(xiàn)狀，提出了體積小、成本低、低功耗、工作持續(xù)時(shí)間長的農(nóng)田信息采集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)

58、的必要性。該系統(tǒng)利用無線收發(fā)設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)，無需專門架線，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)省了人力物力，通過監(jiān)控中心可實(shí)現(xiàn)對農(nóng)田溫濕度的監(jiān)控等功能，實(shí)現(xiàn)真正意義上的無人值守，與普通無線技術(shù)相比，還具有低功耗、低成本和網(wǎng)絡(luò)容量大等特點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)大規(guī)模農(nóng)田監(jiān)控的信息化、自動(dòng)化、提高工作效率具有很高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。</p><p>　　2.4.單片機(jī)報(bào)警電路設(shè)計(jì)</p><p>　　2.4.1 理論分析</p

59、><p>　　此次設(shè)計(jì)是針對于單片機(jī)原理及其應(yīng)用展開的。運(yùn)用我們所學(xué)的電工技術(shù)，傳感器技術(shù)，單片機(jī)技術(shù)去設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的聲光報(bào)警系統(tǒng)。80C51單片機(jī)好比一個(gè)橋梁，聯(lián)系著傳感器和報(bào)警電路設(shè)備。當(dāng)周圍的環(huán)境達(dá)到我們設(shè)定的數(shù)值時(shí)，聲光傳感器把被測的物理量作為輸入?yún)?shù)，轉(zhuǎn)換為電量（電流、電壓、電阻等等）輸出。物理量和測量范圍的不同，傳感器的工作機(jī)理和結(jié)構(gòu)就不同[4]。通常傳感器輸出的電信號是模擬信號（已有許多新型傳感器采用

60、數(shù)字量輸出）。當(dāng)信號的數(shù)值符合A/D轉(zhuǎn)換器的輸入等級時(shí)，可以不用放大器放大；當(dāng)信號的數(shù)值不符合A/D轉(zhuǎn)換器的輸入等級時(shí)，就需要放大器放大。而我們選擇前者，不需要用放大器，選擇數(shù)值符合A/D轉(zhuǎn)換器的輸入等級，這樣就可以簡化整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)置。傳感器將物理信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為可以利用識別的電信號給單片機(jī)，這里我們選擇單片機(jī)的P1.0為輸入方式，接收到信號的單片機(jī)經(jīng)過程序的設(shè)定會(huì)由P2.0作為單片機(jī)的輸出直接啟動(dòng)報(bào)警電路。此時(shí)，揚(yáng)聲器將發(fā)出

61、高、低交替的2種叫聲，同時(shí)二極管發(fā)光，這就達(dá)到了聲光報(bào)警的效果。</p><p>　　2.4.2 系統(tǒng)硬件</p><p>　　主控電路設(shè)計(jì)：硬件設(shè)計(jì)中最核心的器件是單片機(jī)80C51，它一方面控制A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，另一方面，將采集到的數(shù)字電壓值經(jīng)計(jì)算機(jī)處理得到相應(yīng)的二進(jìn)制代碼，與設(shè)定的值作比較[8]。整個(gè)系統(tǒng)的軟件編程就是通過匯編語言對單片機(jī)80C51實(shí)現(xiàn)其控制功能

62、。</p><p>　　80C51的基本結(jié)構(gòu)：</p><p>　?。?）CPU系統(tǒng) 8位CPU，含布爾處理器；時(shí)鐘電路；總線控制邏輯。</p><p>　?。?）存儲(chǔ)器系統(tǒng) 4KB的程序存儲(chǔ)器（ROM/EPROM/Flash，可擴(kuò)至64KB）；128KB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM，可再擴(kuò)64KB）；特殊功能寄存器SFR。</p><p>

63、;　?。?）I/O口和其他動(dòng)能單元 4個(gè)并行I/O口；2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；1個(gè)全雙工異步串行口；中斷系統(tǒng)（5個(gè)中斷源，2個(gè)優(yōu)先級）。 </p><p>　　80C51單片機(jī)的的封裝和引腳：</p><p>　　80C51系列單片機(jī)采用雙列直插式（DIP）.QFP44（Quad Flat Pack）和LCC（Leaded Chip Caiier）形式封裝。這里僅介紹常用的總線型DI

64、P40封裝。40個(gè)引腳按引腳功能大致可分為4個(gè)種類：電源、時(shí)鐘、控制和I/O引腳，在這里不作詳細(xì)介紹。</p><p>　　80C51單片機(jī)的時(shí)鐘：</p><p>　　(1)振蕩器和時(shí)鐘電路</p><p>　　80C51內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器，但要形成時(shí)鐘脈沖，外部還需附加電路。80C51的時(shí)鐘產(chǎn)生方法有以下兩種。</p>&l

65、t;p>　　(a) 內(nèi)部時(shí)鐘方式</p><p>　　利用芯片內(nèi)部的振蕩器，然后在引腳XTALl和XTAL2兩端跨接晶體振蕩器（簡稱晶振），就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器，發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時(shí)鐘電路。外接晶振時(shí)，Cl和C2的值通常選擇為30pF左右；Cl、C2對頻率有微調(diào)作用，晶振或陶瓷諧振器的頻率范圍可在1.2MHz～12MHz之間選擇。為了減小寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作，振蕩器和電容應(yīng)盡可

66、能安裝得與單片機(jī)引腳XTALl和XTAL2靠近。</p><p>　　(b) 外部時(shí)鐘方式</p><p>　　此方式是利用外部振蕩脈沖接入XTALl或XTAL2。HMOS和CHMOS單片機(jī)外時(shí)鐘信號接入方式不同。</p><p>　　表2-2為單片機(jī)外部時(shí)鐘接入方法：</p><p>　　表2-2 外部時(shí)鐘接入</p><

67、;p>　　80C51單片機(jī)的復(fù)位：在整個(gè)聲光報(bào)警系統(tǒng)中，要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，必須對整個(gè)系統(tǒng)先復(fù)位。復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。單片機(jī)系統(tǒng)在上電啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，都需要先復(fù)位。其作用是使CPU和系統(tǒng)中其他部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作，因而，復(fù)位是一個(gè)很重要的操作方式。但單片機(jī)本身是不能自動(dòng)進(jìn)行復(fù)位的，必須配合相應(yīng)的外部復(fù)位電路才能實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　單片機(jī)的外部復(fù)位電路有上電復(fù)位和上電和按鍵均有

68、效的復(fù)位兩種。我們在設(shè)計(jì)單片機(jī)復(fù)位時(shí)，選用上電復(fù)位。</p><p>　　上電復(fù)位利用電容器的充電實(shí)現(xiàn)。圖2-4是80C51單片機(jī)的上電+復(fù)位電路。圖中給出了復(fù)位電路參數(shù)。圖2-5是80C51單片機(jī)的上電+按鍵復(fù)位電路。</p><p>　　上電要求接通電源后，單片機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)復(fù)位操作。上電瞬間RST引腳獲得高電平，隨著電容的充電，RST引腳的高電平將逐漸下降。RST引腳的高電平只要能保持足

69、夠的時(shí)間（2個(gè)機(jī)器周期），單片機(jī)就可以進(jìn)行復(fù)位操作。該電路典型的電阻值和電容參數(shù)為：晶振為12MHZ，電容值為10uF，電阻值為8.2K。</p><p>　　圖2-4電復(fù)位電路 圖2-5按鍵復(fù)位電路 </p><p>　　復(fù)位狀態(tài)：初始復(fù)位不改變RAM（包括工作寄存器R0～R7）的狀態(tài)，復(fù)位時(shí)，ALE和成輸入狀態(tài)，即ALE== 1，

70、片內(nèi)RAM不受復(fù)位影響。復(fù)位后，P0～P3口輸出高電平且使這些雙向口皆處于輸入狀態(tài)，并將07H寫入堆棧指針SP，同時(shí)將PC和其余專用寄存器清0。此時(shí)，單片機(jī)從起始地址0000H開始重新執(zhí)行程序。所以，單片機(jī)運(yùn)行出錯(cuò)或進(jìn)入死循環(huán)時(shí)，可使其復(fù)位后重新運(yùn)行。</p><p>　　AD574A芯片介紹：</p><p>　　AD574A型快速12位逐次比較式A／D轉(zhuǎn)換器為美國模擬器件公司產(chǎn)品。一次

71、轉(zhuǎn)換時(shí)間為25μs，轉(zhuǎn)換速率為40MSPS，分辨率12位，非線性誤差小于±1/2LSB。采用28腳雙立直插式封裝，各引腳功能如圖2-6所示，</p><p>　　圖2.-6 AD574A引腳圖</p><p>　　AD574A引腳功能：</p><p>　　DB11～DB0:12位數(shù)據(jù)輸出線。DB11為最高，DB0為最低，它們可由控制邏輯決定是輸出數(shù)據(jù)還

72、是對外成高阻狀態(tài)。</p><p>　　12/8：數(shù)據(jù)模式選擇。當(dāng)此引腳輸入為高電平時(shí)，12為數(shù)據(jù)并行輸出；當(dāng)此引腳為低電平時(shí)，與引腳A0配合，把12位數(shù)據(jù)分兩次輸入。應(yīng)該注意，此引腳不與TTL兼容，若要此引腳為高電平，應(yīng)直接按腳1；若要此引腳為低電平，應(yīng)接引腳15.</p><p>　　A0：字節(jié)選擇控制。此引腳有兩個(gè)功能，一個(gè)功能是決定方式是12位是8位。若A0=0，進(jìn)行全12位轉(zhuǎn)換，

73、轉(zhuǎn)換時(shí)間為25us；若A0=1,僅進(jìn)行8位轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時(shí)間為16us，另一個(gè)功能是決定輸出數(shù)據(jù)是高8位還是低4位。若A0=0，高8位數(shù)據(jù)有效；若A0=1，低4位有效，中間4位為“0”，高4位為高阻狀態(tài)。因此，低4位數(shù)據(jù)讀出時(shí)，應(yīng)遵循左對齊原則（即：高8位+低4位+中間4位的‘0000’）。</p><p>　　CS:芯片選擇。當(dāng)CS=0時(shí)，AD574A被選中；否則AD574A不進(jìn)行任何操作。</p>

74、<p>　　R/C：讀/轉(zhuǎn)換選擇。當(dāng)R/C=1時(shí)，允許讀取結(jié)果；當(dāng)R/C=0，允許A/D轉(zhuǎn)換。</p><p>　　CE：芯片啟動(dòng)信號。CE=1時(shí)，允許讀取結(jié)果，到底是轉(zhuǎn)換還是讀取結(jié)果與R/C有關(guān)。</p><p>　　STS：狀態(tài)信號。STS=1表示正在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，STS=0表示轉(zhuǎn)換已完成。</p><p>　　REFOUT：+10V基準(zhǔn)電壓輸出。&

75、lt;/p><p>　　REIN準(zhǔn)電壓輸入。只有此腳把從“REFOUT”腳輸出的基準(zhǔn)電壓引入到AD574A內(nèi)部的12位DAC(AD565),才能進(jìn)行正常的A/D轉(zhuǎn)換。</p><p>　　BIPOFF：雙極性補(bǔ)償。此引腳適當(dāng)連接，可實(shí)現(xiàn)單極性或雙極性輸入。</p><p>　　10VIN：10V量程模擬信號輸入端。對單極性信號為10V量程的模擬信號輸入端，對雙極性信號為

76、±5V模擬信號輸入腳。</p><p>　　20VIN：20V量程輸入端。單極性信號為20V量程模擬信號輸入端，對雙極性信號為±10V量程模擬信號輸入腳。</p><p>　　DG：數(shù)字地。各字電路（譯碼器、門電路、觸發(fā)器等）及“+5V”的電源地。</p><p>　　AG：模擬地。各模擬器件（放大器、比較器、多路開關(guān)、取樣保持器等）地及“+15

77、V”和“-15V”電源地。</p><p>　　VLOG：邏輯電路供電輸入端，‘+5V’.</p><p>　　VCC:正電源端，VCC=+12～+15V。</p><p>　　VEE：負(fù)電源端，VEE=-15～-12V。</p><p>　　AD574A的單極性和雙極性輸入如圖2-7和2-8所示：</p><p>&

78、lt;b>　　圖2-7單極性輸入</b></p><p><b>　　圖2-8雙極性輸入</b></p><p>　　單極性輸入電路：如圖2-7所示是AD574A系列的模擬量單極性輸入電路。當(dāng)輸入電壓為VIN=0～+10V時(shí)，應(yīng)從引腳10VIN輸入，當(dāng)VIN=0～20V，應(yīng)從20VIN輸入。數(shù)字量D為無符號二進(jìn)制碼，計(jì)算公式為D=4096VIN/VF

79、S。圖中電位器RP1用于調(diào)零，即保證在VIN=0時(shí)，輸出數(shù)字量D為零。</p><p>　　雙極性輸入電路：電路圖如圖2-8所示。圖中RP2用于調(diào)整增益，其作用與圖4-1中RP2的作用相同。圖中RP1用于調(diào)整雙極性電路輸入零點(diǎn)。如果輸入信號VIN在-5～=5V之間，應(yīng)從10VIN引腳輸入；當(dāng)VIN在-10～=10V之間，應(yīng)從20VIN引腳輸入。</p><p>　　根據(jù)聲光傳感器所輸出的電

80、壓量，故選用單極性輸入。 </p><p>　　AD574A與80C51單片機(jī)接口電路：</p><p>　　AD574A系列的所有型號和功能因腳和排列都相同，因而它們與單片機(jī)借口也相同。</p><p>　　AD574A所有型號都有內(nèi)部始終電路，不需要任何外接器件和連線。圖2-9為AD574A與80C51單片機(jī)的接口電路。該電路采用雙極性輸入方式。根據(jù)聲光傳感器輸

81、出電壓是5.6+0.4v，在設(shè)計(jì)時(shí)我們選用單極性輸入方式。</p><p>　　圖2-9 AD574A與80C51單片機(jī)的接口電路</p><p>　　當(dāng)AD574A與80C51單片機(jī)配置時(shí)，由于AD574A輸出12位數(shù)據(jù)，所以當(dāng)單片機(jī)讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí)，應(yīng)分兩次進(jìn)行：當(dāng)A0=0時(shí)，讀取高8位；當(dāng)A0=1時(shí)，讀取低4位。圖中AD574A的STS與80C51的P1.0線相連，故采用查詢方式讀取

82、轉(zhuǎn)換結(jié)果。</p><p><b>　　2.5本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹單片機(jī)的工作原理和在本次實(shí)驗(yàn)中需要用到的AD574A與80C51單片機(jī)，主要介紹了他們的結(jié)構(gòu)，原理，引腳功能和工作方式，由此可見，做一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)不僅僅需要用到傳感器，而且還需要用到單片機(jī)來對電路進(jìn)行控制，所以電子學(xué)科就是環(huán)環(huán)相連，我們一定要學(xué)好每一門課程，才能獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)。下一

83、章中我們將會(huì)講到利用單片機(jī)，傳感器來完稱本次實(shí)驗(yàn)，</p><p><b>　　第3章 程序設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　3.1 引言</b></p><p>　　本章主要講述了本次實(shí)驗(yàn)需要的程序設(shè)計(jì)，其中包括報(bào)警電路，即聲光報(bào)警電路和界面軟件設(shè)計(jì)等其他簡單的程序，文中給出了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等程序設(shè)計(jì)的重要環(huán)

84、節(jié)?？梢娍茖W(xué)應(yīng)該是實(shí)踐與理論相結(jié)合。</p><p><b>　　3.2報(bào)警電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.2.1 聲光報(bào)警電路</p><p>　　聲光報(bào)警電路由單片機(jī)P2.0口控制，輸出報(bào)警信號(高低電平間隔1 s的脈沖信號)，驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警電路，直至按復(fù)位鍵RESET和開關(guān)鍵。</p><p>　　聲光報(bào)警

85、電路由555定時(shí)器、揚(yáng)聲器和普通發(fā)光二極管組成。</p><p>　　其中555定時(shí)器接成了一個(gè)低頻多諧振蕩器，其控制電壓出入端5腳與單片機(jī)80C51的P2.0端相連，受P2.0腳輸出的脈沖信號控制。由電容C4的充沖放電作用，當(dāng)P2.0＝1時(shí)，555輸出脈沖的振蕩頻率較低，當(dāng)P2.0＝0時(shí)，555輸出脈沖的振蕩頻率較高。該脈沖信號經(jīng)隔置電容C2加到揚(yáng)聲器上，揚(yáng)聲器將發(fā)出高、低交替的2種叫聲，同時(shí)P2.0腳輸出的高

86、低電平間隔1 s的脈沖信號經(jīng)電阻R1加到發(fā)光二極管LED上，LED將閃爍發(fā)光，達(dá)到聲光同時(shí)報(bào)警的效果。</p><p>　　3.2.2 總電路設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)要求，設(shè)計(jì)中我選用80C51單片機(jī)。80C51單片機(jī)的主控電路包括時(shí)鐘電路、復(fù)位電路。</p><p>　　而傳感器是將非電量需要轉(zhuǎn)換成與非電量有一定關(guān)系的電量。當(dāng)今信息時(shí)代，隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的

87、非速發(fā)展，自動(dòng)檢測，自動(dòng)控制技術(shù)顯露非凡的能力，而大多數(shù)設(shè)備只能處理電信號，也就需要把被測，被控非電量的信息通過傳感器轉(zhuǎn)換成電信號?？梢?，傳感器是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。沒有傳感器對原始信息進(jìn)行精確可靠的捕捉和轉(zhuǎn)換，就沒有現(xiàn)代自動(dòng)檢測和自動(dòng)控制系統(tǒng)。沒有傳感器就沒有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展。設(shè)計(jì)中，傳感器我選擇的是NIS-09聲光傳感器。必須利用微粒的特點(diǎn)檢測。而NIS-09聲光傳感器它的性能參數(shù)是我選擇它理由。聲光傳感器連接在

88、A/D轉(zhuǎn)換器的輸入接口。</p><p>　　我將主控電路和外圍接口電路（80C51與A/D轉(zhuǎn)換器的接口電路、80C51與聲光報(bào)警電路）連接起來，就得到了基于80C51的聲光報(bào)警總電路圖。</p><p>　　當(dāng)外部環(huán)境達(dá)到一定值時(shí)，聲光傳感器就會(huì)產(chǎn)生模擬電壓，將它作為輸出的模擬信號經(jīng)AD574A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為80C51單片機(jī)所能識別的數(shù)字電壓量。通過P1.0檢測信號。當(dāng)有信號輸入時(shí)，經(jīng)程序

89、設(shè)定就會(huì)驅(qū)動(dòng)80C51單片機(jī)的P2.0。而P2.0是與聲光報(bào)警電路相連接的。得出總電路圖如圖3-1所示：</p><p>　　圖3-1聲光報(bào)警系統(tǒng)總電路圖</p><p><b>　　3.3軟件實(shí)現(xiàn)</b></p><p>　　3.3.1 .編程KEIL環(huán)境介紹</p><p>　　Keil C51是美國Keil Sof

90、tware公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用C來開發(fā)，體會(huì)更加深刻。 </p><p>　　Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯

91、編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。KEILC51標(biāo)準(zhǔn)C編譯器為80C51微控制器的軟件開發(fā)提供了C語言環(huán)境,同時(shí)保留了匯編代碼高效,快速的特點(diǎn)。C51編譯器的功能不斷增強(qiáng)，更加貼近CPU本身，及其它的衍生產(chǎn)品。C51已被完全集成到uVision2的集成開發(fā)環(huán)境中，這個(gè)集成開發(fā)環(huán)境包含：編譯器，匯編 器，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，項(xiàng)目管理器，調(diào)試器。uVision2 IDE可為它們提供單一而靈活的開發(fā)

92、環(huán)境。</p><p>　　C51 V7版本是目前最高效、靈活的8051開發(fā)平臺。它可以支持所有8051的衍生產(chǎn)品，也可以支持所有兼容的仿真器，同時(shí)支持其它第三 方開發(fā)工具。因此，C51 V7版本無疑是8051開發(fā)用戶的最佳選擇。</p><p>　　C51工具包的整體結(jié)構(gòu)， uVision與Ishell分別是C51 for Windows和for Dos的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)

93、，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開發(fā)流程。開發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C51及A51編譯器編譯生成目標(biāo)文件(.OBJ)。目標(biāo)文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對目標(biāo)文件(.ABS)。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的Hex文件，以供調(diào)試器dScope51或tScope51使用進(jìn)行源代碼級調(diào)試，也可由仿真器使用直接對目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯

94、器如EPROM中。 </p><p><b>　　3.3.2程序流程</b></p><p>　　在整個(gè)程序流程中，經(jīng)常要控制一部分指令重復(fù)執(zhí)行若干次，以便簡短的程序完成大量的處理任務(wù)。這種按某種控制規(guī)律重復(fù)執(zhí)行的程序稱為循環(huán)程序。循環(huán)程序有先執(zhí)行后判斷何先判斷后執(zhí)行兩種基本結(jié)構(gòu)。而我們要選用的是先判斷后執(zhí)行。</p><p>　　因?yàn)槁暪鈧鞲?/p>

95、器的輸出電壓量為5.6～6.0v之間。根據(jù)單極性輸入的轉(zhuǎn)換關(guān)系D=4096VIN/VFS，計(jì)算出它的數(shù)字量最小值:D1=4096×5.6/10=2294;最大值D2=4096×6/10=2458.</p><p>　　然后把它們的數(shù)字量轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)。D1、D2轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)分別是100111110110、100110011010。由于AD574A輸出12位數(shù)據(jù)，所以當(dāng)單片機(jī)讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí)，應(yīng)

96、分兩次進(jìn)行：當(dāng)A0=0時(shí)，讀取高8位；當(dāng)A0=1時(shí)，讀取低4位。AD574A的STS與80C51的P1.0線相連，故采用查詢方式讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。我們將A/D轉(zhuǎn)換器讀取結(jié)果存入17H、18H、19H、20H單元中。其中17H存入的是較小數(shù)D1的高八位10011111，18H存入的是較小數(shù)D1的低四位0110；19H存入的是較大數(shù)的高八位10011001，20H存入的是較大值的低四位1010。將數(shù)值存入單元以后，接下來就是比較。當(dāng)被測的數(shù)值經(jīng)

97、計(jì)算機(jī)的轉(zhuǎn)換在比較范圍內(nèi)，經(jīng)程序設(shè)定80C51單片機(jī)的P2.0就會(huì)輸出脈沖啟動(dòng)報(bào)警電路程序。</p><p><b>　　3.3.3 程序</b></p><p>　　ORG 0000H</p><p>　　START: MOV DPTR, # 0FFF8H ；送端口地址入DPTR</p><p>　　M

98、OVX @DPTR, A ；啟動(dòng)AD574A</p><p>　　SET P1.0 ；置P1.0為輸入方式</p><p>　　LOOP: JB P1.0, LOOP ；檢測P1.0口</p><p>　　INC DPTR ；使R/C為1</p><

99、;p>　　MOVX A, @DPTR ；讀取高8位數(shù)據(jù)</p><p>　　MOV 41H, A ；高8位內(nèi)容存入41H單元</p><p>　　INC DPTR ；使R/C、A0均為1</p><p>　　INC DPTR </p><p>　　MO

100、VX A, @DPTR ；讀取低4位</p><p>　　MOV 40H, A ；將低4位內(nèi)容存入40H單元</p><p>　　MOV 17H, #10001111B ；將比較的數(shù)值存入單元中</p><p>　　MOV 18H, #0110B</p><p>　　MOV

101、 19H, #10011011B</p><p>　　MOV 20H, #1010B</p><p>　　MOV AL, 40H ；將40H的內(nèi)容存入AL單元中</p><p>　　MOV AH, 41H ；將41H的內(nèi)容存入AH單元中</p><p>　　01: CM

102、P AH, 17H ；比較最小數(shù)值的高八位</p><p>　　JA LP1</p><p>　　JBE LP2</p><p>　　LP1: JMP 03</p><p>　　LP2: JMP 01 </p><p>　　02: CMP

103、 AL,18H ；比較最小值的低四位</p><p>　　JA LP3</p><p>　　JBE LP4</p><p>　　LP3: JMP 01</p><p>　　LP4: JMP 04</p><p>　　03: CMP AH

104、,19H ；比較最大值的高八位</p><p>　　JA LP5</p><p>　　JBE LP6</p><p>　　LP6: JMP 03</p><p>　　LP5: JMP 01</p><p>　　04 : CMP AH ,20H

105、 ；比較最大值的低四位</p><p>　　JA LP7</p><p>　　JBE LP8</p><p>　　LP8: JMP 01</p><p>　　LP7: JMP 04</p><p>　　05: SET P2.0 ；報(bào)警&l

106、t;/p><p>　　DEL: MOV R7,#200 ；延時(shí)50ms</p><p>　　DEL1: MOV R6,#123</p><p><b>　　NOP</b></p><p>　　DEL2: DJNZ R6,DEL2</p><p>　　DJNZ

107、R7,DEL1</p><p>　　RET ；返回</p><p>　　END ；結(jié)束</p><p>　　3.3.4 調(diào)試及測試方法</p><p><b>　　調(diào)試步驟：</b></p><p>　　(1) 源文件的建

108、立：使用菜單 “File-New”或者點(diǎn)擊工具欄的新建文件按鈕，即可在項(xiàng)目窗口的右側(cè)打開一個(gè)新的文本編輯窗口，在該窗口中輸入?yún)R編語言源程序。保存該文件，加上擴(kuò)展名（.asm或a51），這里將文件保存為examl1.asm。</p><p>　?。?）建立工程文件：點(diǎn)擊“Project-New Project”菜單，出現(xiàn)以個(gè)對話框，要求給工程起一個(gè)名字，輸入examl1,不需要擴(kuò)展名，點(diǎn)擊保存按鈕，出現(xiàn)第二個(gè)對話框

109、。這個(gè)對話框要求選擇目標(biāo)CPU（即所使用的芯片型號80C51）點(diǎn)擊ATMEL前面的“+”號，展開該層，點(diǎn)擊其中的80C51，然后點(diǎn)擊確定按鈕?；氐街鹘缑妫藭r(shí)，在工程窗口的文件頁中，出現(xiàn)了“Targ et1”，前面有 “+”號，點(diǎn)擊“+”展開，可以看到下一層的“Source Group1”,這時(shí)的工程還是一個(gè)空工程，里面什么文件也沒有，需要手動(dòng)把剛才編寫好的源程序加入，點(diǎn)擊“Souce Group”使其反白顯示，然后，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，出現(xiàn)