粮仓智能传感器设计
用于粮仓领域的智能温度传感器的设计
摘要：
近年来随着计算机在社会领域的渗透, 单片机的应用正在不断地走向深入，
同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应
根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。
系统以AT89C51 单片机为控制核心，利用新型一线制温度传感器DS18B20 测量温度值，实现粮仓环境温度的检测和报警。本文给出了由AT89C51 单片机和
DS18B20 构成的单总线温度测量系统的硬件电路及软件流程图。该系统具有测点多、精度高、速度快、稳定性好、报警及时等特点,也可应用于其它相关的温度控制系统，通用性较强。
关键词：一线总线；DS18B20；AT89C51；数字温度传感器
Abstract：The system for the control of the core is AT89C51,the temperature sensors DS18B20 is used to measure temperature
and this system can realize ambient temperature measurement and alarm. This article introduces the hardware circuit which the software
flow chart constitutes by AT89C51 monolithic integrated circuit and DS18B20. This system has many measuring point, high-precision,
wide range of temperature monitoring, good stability and alarms timely, it may also be applied in other related temperature control
system and the versatility is strong.
Keywords：1-Wire TM；DS18B20；AT89C51；Digit Temperature Densor
目录
1智能传感器的定义和实现途径 (3)
1.1 智能传感器的定义 (3)
1.2 智能传感器的实现途径 (3)
①非集成化实现 (3)
②集成化的实现 (4)
③混合实现 (4)
2智能温度传感器的粮仓应用背景介绍 (5)
3智能温度传感器的设计 (5)
3.1原理和功能描述 (5)
①原理 (5)
②粮仓恒温控制系统完成的功能 (5)
3.2硬件设计 (6)
①系统结构图 (6)
②微处理器（单片机） (6)
③温度传感器 (9)
3.3软件设计 (13)
①系统的的工作过程 (13)
②读出温度子程序 (14)
③温度转换子程序 (14)
④计算温度子程序 (15)
⑤显示数据刷新子程序 (16)
3.4试验结果 (16)
4结束语 (17)
附录1：源程序 (18)
附录2：硬件电路图 (22)
1智能传感器的定义和实现途径
1.1 智能传感器的定义 智能传感器（intelligent sensor ）是具有信息处理功能的传感器。智能传感器带有微处理机，具有采集、处理、交换信息的能力，是传感器集成化与微处理机相结合的产物。一般智能机器人的感觉系统由多个传感器集合而成，采集的信息需要计算机进行处理，而使用智能传感器就可将信息分散处理，从而降低成本。与一般传感器相比，智能传感器具有以下三个优点：通过软件技术可实现高精度的信息采集，而且成本低；具有一定的编程自动化能力；功能多样化。
1.2 智能传感器的实现途径 ①非集成化实现
图1非集成化实现结构图 将上述电路组合为一个整体，经开发配置可进行通讯、控制、自校正、自补偿、自诊断等功能的智能化软件，如ST-3000。 模糊传感器也是一种非集成化的智能传感器 。
关键问题：软件功能的设计 经典传感器信号调理电路微处理器总线接口
非集成式
智能传感器外壳数字总线图2 测量原理图 管理单元知识库符号产生单元符号处理单元通信口经典数值测量单元被测量数据总线
②集成化的实现
采用微机械加工技术和大规模集成电路技术，称为集成智能传感
器（Integrated smart /Intelligent sensor），该技术也称为集成微型传感技术
其特点如下：
1）微型化
血液流量计、发动机叶片表面的气体流速和压力传感器。
2）结构一体化
传统的加工方法存在蠕变、迟滞、非线性特性。
3）精度高
减少引线长度带来的寄生参量的影响。
4）多功能
在同一硅片上可制作不同功能的多个传感器。
ST－3000 可测压力、压差、温度三种参量。
5）阵列式
可在8mm×8mm上制作有1024（32×32）个面阵触觉敏感触点。
优点：消除传感器的时变误差和交叉灵敏度的影响，提高传感器的可靠性、稳定性和分辨能力。
6）全数字化
通过微机械加工技术制作合适的微结构，使其固有谐振频率可以设计成某种物理参量的单值函数，通过检测其谐振频率来检测被测物理量。
7）使用方便、操作简单
集成化智能传感器的发展趋势：
a.多功能化与阵列化，软件功能的增强；
b.发展谐振式传感器，结合软件信息处理功能。
存在的问题：主要是工艺上的。
③混合实现
将①和②两种方式结合起来，可能的混合集成方式有：
总线接口、微处理器、信号处理电路、集成化敏感单元的不同组合。
2智能温度传感器的粮仓应用背景介绍
我国是一个农业大国，每年都有大量的新粮收获，也有部分陈粮积压，由于储存不当造成大量的粮食浪费，给国家和人民造成了巨大的经济损失，粮仓环境成为决定粮食质量的关键因素。以往采取的方法是用人工的办法定期对粮食进行晾晒、通风，消耗了大量的人力和财力。
粮食温度检测是储备库中防止粮食霉烂、保质存放的重要环节。对于一个农业大国来讲，粮食生产、需求与储备量都很大。大量粮食在储备的过程中常因粮食湿度过大而升温发热，导致粮食大量腐烂变质，给国家带来巨大损失。所以粮仓监控系统中温度测量是整个系统的主要功能之一。
针对这一现象，目前推广应用的许多智能温度监测系统多采用电阻式温度传感器检测温度，测量精度低，离散性大，需要A / D 转换，电路复杂。而采用DS18B20 型数字式温度传感器作为温度采集单元，较好地解决了上述问题。
3智能温度传感器的设计
3.1原理和功能描述
①原理
本文设计的粮仓温度监控系统，采用DS18B20 型数字式温度传感器作为温度采集单元，实现对粮仓温度的自动测量和控制，同时具有显示和报警功能。该系统具有速度快、性能稳定、电路简单等特点，满足了实时检测和控制的要求。
应用程序中，首先对8255 进行初始化，设定工作方式0。PA 口、PB 口、PC 口均为输出口，其中PA 口、PB 口为显示输出，PC 口为报警和相关设备驱动口。首先对温度进行采样，每个温度点采样6 次，计算平均值作为采样值，送入显示和存储的相应单元进行存储和传感器的编号和温度的显示，然后判断温度是否超过设定温度。如果温度超标则报警，根据传感器的位置，判断启动通风设备或加热设备；如果不超标就继续检测下一个点的温度，直到整个粮仓的350 点温度全部测量完成。然后计算和显示粮仓的平均温度，最后系统返回再进行温度的巡回测量和显示。
②粮仓恒温控制系统完成的功能
本设计是对温度进行实时监测与控制，设计的温度控制系统实现了基本的温控制功能：温度低于设定下限温度时，系统自动启动加热继电器加温，使温度上升。当温度上升到下限温度以上时，停止加温；当温度高于设定上限温度时，系统自动启动风扇降温，使温度下降。当温度下降到上限温度以下时，停止降温。
温度在上下限温度之间时，执行机构不执行。数码管显示器即时显示温度等相关功能。
3.2硬件设计
①系统结构图
本系统是一个全自动的粮仓温度巡回检测与控制系统。它由以下几部分组成：AT89C51 单片机、8255 并行接口电路、A/D 转换器、温湿度传感器、驱动电路、报警和显示电路构成，系统的组成如图所示。
图3 硬件组成框图
②微处理器（单片机）
微处理器是本系统的核心，其性能的好坏直接影响系统的稳定，鉴于本系统为实时控制系统，系统运行时需要进行大量的运算，所以单片机采用INTEL公司的高效微控制器AT89C51。
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51 ? 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
图4 AT89C51引脚图
1）．主要特性：
与MCS-51 兼容、4K字节可编程闪烁存储器、寿命：1000写/擦循环、数据保留时间：10年、全静态工作：0Hz-24Hz、三级程序存储器锁定、128*8位内部RAM、32可编程I/O线、两个16位定时器/计数器、5个中断源、可编程串行通道、低功耗的闲置和掉电模式、片内振荡器和时钟电路
2）．管脚说明
VCC：供电电压；GND：接地；P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高；P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH 编程和校验时，P1口作为第八位地址接收；P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号；P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个
TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故；P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚备选功能、P3.0 RXD （串行输入口）、P3.1 TXD（串行输出口）、P3.2 /INT0（外部中断0）、P3.3 /INT1（外部中断1）、P3.4 T0（记时器0外部输入）、P3.5 T1（记时器1外部输入）、P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）、P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）、P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
3）振荡特性
/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）
XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：来自反向振荡器的输出。
4）芯片擦除：
整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。
此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。
5）运算器
(1)算术／逻辑部件ALU：用以完成+、-、*、/ 的算术运算及布尔代数的逻辑运算，并通过运算结果影响程序状态寄存器PSW的某些位，从而为判断、转移、十进制修正和出错等提供依据。
(2)累加器A：在算术／逻辑运算中存放一个操作数或结果，在与外部存储器和I/O接口打交道时，进行数据传送都要经过A来完成。
(3)寄存器B：在 *、/ 运算中要使用寄存器B 。乘法时，B用来存放乘数以及积的高字节；除法时，B用来存放除数及余数。不作乘除时，B可作通用寄存器使用。
(4)程序状态标志寄存器PSW：用来存放当前指令执行后操作结果的某些特征，以便为下一条指令的执行提供依据。
6）中断系统：
8051单片机的中断系统简单实用，其基本特点是：有5个固定的可屏蔽中断源，3个在片内，2个在片外，它们在程序存储器中各有固定的中断入口地址，由此进入中断服务程序；5个中断源有两级中断优先级，可形成中断嵌套；2个特殊功能寄存器用于中断控制和条件设置的编程。5个中断源的符号、名称及产生的条件如下:
INT0：外部中断0，由P3．2端口线引入，低电平或下跳沿引起。
INT1：外部中断1，由P3．3端口线引入，低电平或下跳沿引起。
T0：定时器／计数器0中断，由T0计满回零引起。
T1：定时器／计数器l中断，由T1计满回零引起。
TI／RI：串行I／O中断，串行端口完成一帧字符发送／接收后引起。
③温度传感器
在传统的模拟信号远距离温度测量系统中，需要很好的解决引线误差补偿问题、多点测量切换误差问题和放大电路零点漂移误差问题等技术问题，才能够达到较高的测量精度。我们在为冰箱测温系统中，为了克服上面提到的三个问题，
采用了新型数字温度传感器DS1820，在对其测温原理进行详细分析的基础上，提出了提高DS1820测量精度的方法，使DS1820的测量精度由0.5℃提高到0.1℃以上，取得了良好的测温效果。
１） DS1820简介
DS1820是美国DALLAS半导体公司生产的可组网数字式温度传感器，在其内部使用了在板（ON-B0ARD）专利技术。全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。与其它温度传感器相比，DS1820具有以下特性。
a.独特的单线接口方式，DS1820在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS1820的双向通讯。
b.DS1820支持多点组网功能，多个DS1820可以并联在唯一的三线上，实现多点测温。
c.DS1820在使用中不需要任何外围元件。
d.温范围－55℃～＋125℃，固有测温分辨率0.5℃。
e.测量结果以9位数字量方式串行传送
DS1820内部结构框图如图所示。
图5 DS1820内部结构框图
DS1820测温原理如图5所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在－55℃所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1 ，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号
进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图5中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。
图6 累加器的运算
在正常测温情况下，DS1820的测温分辩率为0.5℃以9位数据格式表示，其中最低有效位（LSB）由比较器进行0.25℃比较，当计数器1中的余值转化成温度后低于0.25℃时，清除温度寄存器的最低位（LSB），当计数器1中的余值转化成温度后高于0.25℃，置位温度寄存器的最低位（LSB）。
2）提高DS1820测温精度的途径
a.DS1820高精度测温的理论依据
DS1820正常使用时的测温分辨率为0.5℃，这对于水轮发电机组轴瓦温度监测来讲略显不足，在对DS1820测温原理详细分析的基础上，我们采取直接读取DS1820内部暂存寄存器的方法，将DS1820的测温分辨率提高到0.1℃～0.01℃．
DS1820内部暂存寄存器的分布如表1所示，其中第7字节存放的是当温度寄存器停止增值时计数器1的计数剩余值，第8字节存放的是每度所对应的计数
值，这样，我们就可以通过下面的方法获得高分辨率的温度测量结果。首先用
DS1820提供的读暂存寄存器指令(BEH)读出以0.5℃为分辨率的温度测量结果，然后切去测量结果中的最低有效位(LSB)，得到所测实际温度整数部分T整数，然后再用BEH指令读取计数器1的计数剩余值M剩余和每度计数值M每度，考虑到
DS1820测量温度的整数部分以0.25℃、0.75℃为进位界限的关系，实际温度T实际可用下式计算得到：
T实际=(T整数－0.25℃)+(M每度－M剩余)/M每度
b.测量数据比较
表2为采用直接读取测温结果方法和采用计算方法得到的测温数据比较，通过比较可以看出，计算方法在DS1820测温中不仅是可行的，也可以大大的提高DS1820的测温分辨率。
3)DS1820使用中注意事项
DS1820虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点，但在实际应用中也应注意以下几方面的问题：
a.较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于DS1820与微处理器间采用串行数据传送，因此，在对DS1820进行读写编程时，必须严格的保证读写时序，否则将无法读取测温结果。在使用PL/M、C等高级语言进行系统程序设计时，对DS1820操作部分最好采用汇编语言实现。
b.在DS1820的有关资料中均未提及单总线上所挂DS1820数量问题，容易使人误认为可以挂任意多个DS1820，在实际应用中并非如此。当单总线上所挂DS1820
超过8个时，就需要解决微处理器的总线驱动问题，这一点在进行多点测温系统设计时要加以注意。
c.连接DS1820的总线电缆是有长度限制的。试验中，当采用普通信号电缆传输长度超过50m时，读取的测温数据将发生错误。当将总线电缆改为双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离可达150m，当采用每米绞合次数更多的双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离进一步加长。这种情况主要是由总线分布电容使信号波形产生畸变造成的。因此，在用DS1820进行长距离测温系统设计时要充分考虑总线分布电容和阻抗匹配问题。
d.在DS1820测温程序设计中，向DS1820发出温度转换命令后，程序总要等待DS1820的返回信号，一旦某个DS1820接触不好或断线，当程序读该DS1820时，将没有返回信号，程序进入死循环。这一点在进行DS1820硬件连接和软件设计时也要给予一定的重视。
3.3软件设计
①系统的的工作过程
系统主程序流程图如图四所示：
图7 系统主程序流程图
首先对特定的单元进行清零，对8255A 进行初始化，然后根据实际情况和元
件特性，进入温度测量环节[2]。由于采用的是一线总线传感器，所以，发操作命令之前要首先进行初始化，然后，发DS18B20 的序列号，即ROM 匹配命令对单个传感器进行操作，测量该传感器点的温度，连续6 次，求平均值作为本次的测量值，然后判断温度是否超标。如果超标就报警，根据传感器的位置判断启动相应的设备，再送去显示；判断如果350 个点都已经测量完成就显示粮仓的平均温度，如果没完成就返回继续进行。
②读出温度子程序
读出温度子程序的主要功能是读出RAM的9字节，在读出温度是需要CRC校验，效验有错时要进行温度数据的该写，如下图所示。
图8 读温度流程图
③温度转换子程序
温度转换子程序主要是发温度转换开始命令，当采用12位分辨率时转换时间约为750ms，在本程序设计中采用了1s显示程序延时等待转换的完成。其流程图如下
所示。
图9 温度转换流程图
④计算温度子程序
计算温度子程序是将RAM中读取值进行BCD码转换运算，并进行温度值正负的判定，其流程图如下图所示。
图10 计算温度流程图
⑤显示数据刷新子程序
显示数据刷新子程序主要是对显示缓冲中的显示数据进行刷新显示操作，当最高显示位为0时将符号显示位移入下一位。其流程图如下图显示。
图11 显示数据刷新流程图
3.4试验结果
通过此项设计的分析可得到如下结论：
1.本系统运用单片机速度快、体积小、价格低廉的8位MCS51单片机,可以做出可行、可靠性强的自动控制产品---粮仓温度的设计系统。
2.在单片机应用环境不是很恶劣的地方，利用软件抗干扰也可以达到精度不高的要求，而且，节省了硬件资源，降低了产品设计成本，有助于产品的推广。
3.本系统的设计尽量简化电路，提高软件质量。
4.本系统支持多功能模块。如果再加上少许外围器件，如语音芯片，环境温度传感器，在软件方面采用模糊控制技术，可以使粮仓的智能化大大提高。
4结束语
本设计以满足工况需要，最大限度地提高工作效率和节省人力物力为出发点，采用的单片机AT89C51 性价比高，而且温度传感器DS18B20 转化温度的方法非常
简洁且精度高，系统可以实现温度的巡回测量和显示，并且对温度超标的情况能
够报警同时进行自动选择性的处理，是粮仓温度测量控制的首选产品。
.5参考文献
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[9] Zhang Chunzhi Feng Haiming. Design of Micro-controllers Control System of Electric Refrigerator[J] .Journal of Beijing Vocational & Technical Institute of Industry.2002,(03).
附录1：源程序
#include
Unsigned char code Duan[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x63,0x39}; unsigned char Data_Buffer[2]={0,0};
unsigned char Temperature=0;//温度值
sbit DAQ =P3^7; //定义通信端口
sbit wei0 = P2^0;
sbit wei1 = P2^1;
void delay(unsigned int i)
{
while(i--);
}
void Init_DS18B20(void) //初始化函数
{
unsigned char i=0;
DAQ = 1; //DQ复位
delay(8); //稍做延时
DAQ = 0; //单片机将DQ拉低
delay(80); //精确延时大于 480us
DAQ = 1; //拉高总线
delay(14);
i=DAQ; //稍做延时后如果x=0则初始化成功 x=1则初始化失败
delay(20);
}
//读一个字节
unsigned int ReadOneChar(void)
{
unsigned char i=0, dat = 0;
for (i=8;i>0;i--)
{
DAQ = 0; // 给脉冲信号
dat>>=1;
DAQ = 1; // 给脉冲信号
if(DAQ==1)
dat|=0x80;
delay(4);
}
return(dat);
}
void WriteOneChar(unsigned char dat) //写一个字节{
unsigned char i=0;
for (i=8; i>0; i--)
{
DAQ = 0;
DAQ = dat&0x01;
delay(5);
DAQ = 1;
dat>>=1;
}
}
unsigned int ReadTemperature(void) //读取温度{
unsigned char H_valu=0,L_valu=0;
unsigned int Buff_T=0;
float tt=0;
Init_DS18B20();
WriteOneChar(0xCC); // 跳过读序号列号的操作
WriteOneChar(0x44); // 启动温度转换
Init_DS18B20();
WriteOneChar(0xCC); //跳过读序号列号的操作
WriteOneChar(0xBE); //读取温度寄存器等（共可读9个寄存器）前两个就是温度
H_valu=ReadOneChar();
L_valu=ReadOneChar();
Buff_T=L_valu;
Buff_T<<=8;
Buff_T=Buff_T|H_valu;
tt=Buff_T*0.0625;
Buff_T= tt*10+0.5; //放大10倍输出并四舍五入---此行没用
return(tt);
}
void main()
{
TMOD=0x11;
TH0=0xee;
TL0=0x00;
EA=1;
ET0=1;
ET1=1;
TR0=1;
TR1=0;
while(1)
{
Data_Buffer[0] = Temperature/10;
智能家居系统中无线传感器网络的设计
智能家居系统中无线传感器网络的设计 智能家居系统中无线传感器网络的设计 随着时代的发展，人们将更多的注意力放在了生活环境的安全性、舒适性和便利性上，从而 出现了智能家居的概念。智能家居控制系统使人们可以对家居内的任意电器进行数字化控制，利用计算机技术、网络通讯技术将与家居生活有关的各种设备有机地结合在一起，进行集中管理，让家居生活更加舒适、安全、有效。本文以ZigBee技术对智能家居内部进行无线网络组网，通 过ZigBee无线传感器网络节点的设计，实现节点对各种传感器信息的采集、传输和控制功能。1Zigbee技术ZigBee技术是一种强调极低耗电、极低成本的短距离无线网络技术，遵循IEEE802．15.4标准。它专注于低速率传输控制，网络容量大，时延短，提供数据完整性检查， 加密算法采用AES-128，网络扩充性强，有效覆盖范围为10～75m，具体依据实际发射功率的大小和各种不同的应用模式而定，基本上能够覆盖普通的家庭环境，通信频率采用2．4GHz 免执照频段。ZigBee是一组基于IEEE802．15．4无线标准研制开发的，有关组网、安全和应用软件方面的技术标准。IEEE802.15.4仅定义了MAC层和物理层协议，而ZigBee联盟则对其网络层和应用层进行了标准化。ZigBee联盟还开发了安全层，以保证这种便携设备不会意外泄漏其标识，而且这种利用网络的远距离传输不会被其他节点获得。2系统结构设计无线传感器网络系统主要由传感器、CC2430无线模块构成，结构图。 无线传感器网络采用树状结构，网络中有一个协调器，负责整个网络中数据的处理、转发以及网络的管理。终端节点(传感器节点)上电复位后，会搜索协调器节点，当能够搜索到协调器时，直接申请加入网络。当终端节点搜索不到协调器时，这时就会通过路由器节点找到协调器来加入网络。加入网络后保持待机状态，当有数据需要发送时，按照组网时的路径来收发数据信息。协调器通过串口与PC机相连，利用超级终端实现发送命令或者显示数据。3硬件电路设计本文设计的无线传感器网络系统的硬件结构主要由协调器模块，路由器模块，传感器模块，串口转换模块，供电模块以及PC机等组成。其中协调器、路由器、传感器3个模块作为主要的无线通信模块，由主控芯片CC2430作为数据处理以及无线收发器。其系统硬件电路结构示意图。3．1主控芯片选用CC2430芯片作为无线收发器和数据处理及控制器。CC2430在单个芯片上整合了ZigBee射频前端、内存和微控制器。它采用增强型8051MCU、32／64／128kB 闪存、8kBSRAM等高性能模块，还包含模拟数字转换器、几个定时器、AES-128协同处理器、看门狗定时器。32kHz晶振的休眠模式定时器、上电复位电路、掉电检测电路以及21个可编程I／O引脚。3．2无线模块设计1)协调器模块协调器节点由电压转换模块、按键模块、LCD模块、LED指示灯、时钟、处理器CC2430、天线等部分组成。CC2430的工作电压为3～3．3V，所以要用电压转换模块把电压从5V降低到3．3V左右；LED指示灯用来显示协调器节点网络状态信息(如是否组网成功)；LCD模块是用户和传感器网络的交互界面，用来显示功最长能菜单，用户通过按键来选择功能菜单。其电路图。 2)传感器模块与路由器模块传感器模块亦即是终端节点模块，由传感器、处理器CC2430、天线、LED指示灯、时钟等部分组成。LED指示灯由P1．0、P1．1口控制。传感器模块就是在协调器模块的基础上去掉了LCD，而加入了传感器。传感器选用了DHT11温湿度传感器，与P0．0口相连，来负责数据采集。路由器模块与传感器模块的硬件电路相同，只是在编程实现功能上有所不同。4无线网络系统软件设计在ZigBee网络中，只有那些可以成为ZigBee协调器的设备才能建立新网络。协调器首先执行信道扫描，如果发现了一个合适的
智能家具环境下的传感器的设计说明
1.绪论 1.1研究背景 随着人们对居住条件、生活质量、信息获取的需求越来越迫切，社会信息化脚步的进一步加快，家居信息化成为建设社会信息化过程的一个很重要环节。家庭是社会的细胞，唯有家庭实现了信息化，才可能真正实现社会的信息化。对智能家居系统的研究及开发是实现家庭信息化得必经之路。但目前国的研究尚未建立一个完整的理论体系，对智能家居的理解也存在着种种差异;当前国的智能家居产品大都功能贫乏，系统设计不规、扩展性差，对当前的发展形式较难适应，同时智能家居技术在我国处于起步阶段，许多技术标准都未标准化，还有很多工作需要做。因此加强智能家居应用方面的研究，通过选取合适的技术，设计合理的方案，组建一种符合我国国情的、具有自主知识产权的智能家居系统己成为当前智能家居研究领域中极富挑战的课题。 1.1.1智能家居控制系统的应用需求 随着人们生活水平的提高，智能化需求日益旺盛。智能控制器作为智能产品的核心器件应该享有更为旷阔的发展空间，未来成长较好。中国智能控制产品规模与全球智能控制产品规模的增长率走势相接近，但是整体增长速度超过全球增长速度。全球智能控制产品市场规模，逐年稳步增长。 国智能家居产品多集中在别墅和复式住宅等高端家庭，高端智能化产品在智能家居销售份额中占很大的比重，中低端产品市场普及率较低。并且各地区间发展不平衡，主要集中于东部沿海发达城市，而中西部城市智能家居市场相对空白。另外，的智能家居市场的需求量较其他城市需求量大，主要原因就是的经济发展更好一些。 智能家居发展初期始于安防控制，家庭用户主要采用环境监测、煤气探测、
温湿度调节、防火报警等功能保障财产安全。目前，由于城市的安全环境越来越好，人们更注重的则是家居的舒适和便利，而安防的侧重点将会越来越少。为此环境控制和娱乐服务控制日渐成为更多智能家居市场更大的需求点。 1.1.2智能家居控制系统的研究及应用现状 随着近年来科学技术的迅速发展和普及，我们的工作、生活观念也发生了巨大的改变，现代家庭生活追求的新方向—智能化生活已经悄然走进我们的生活，“智能家居”已成为家庭信息化和智能化必不可少的需求。智能家居是指在小区部宽带网络己经普及的基础上利用小区部的网络环境搭建的以家庭为单位的控制系统。首先，在一个家居中建立一个通讯网络，为家庭信息提供必要的通路，在家庭网络的操作系统的控制下，通过相应的硬件和执行机构，实现对所有家庭网络上的家电和设备的控制和监测。其次，通过一定的媒介，构成与外界的通讯通道，以实现与家庭以外的世界沟通信息，满足远程控制/监测和交换信息的需求。最后，智能家居的最终实现目的都是为满足人们对安全、舒适、方便和符合绿色环境保护的需求。智能家居从功能上来说，主要分为家庭安防功能、家庭数据采集功能、家电及家庭电子设备控制、家庭信息管理平台和家庭能源控制功能等五大功能。 现在，世界各国都在跻身于网络信息服务技术的家庭应用，硅谷目前的投资和研发热点就是这方面的应用。圣保罗风险资本公司、Flatiron合伙公司和松下电子公司已经拨款1.4亿美元，投资于支持智能家居的信息家电公司。诺基亚、摩托罗拉和至少另外五家制造商正在开发网络。而惠普、IBM、太阳微系统和索尼等公司正准备推出大量新发明的小玩意儿。从巴掌大小的扫描仪到赋予这些装置动力的芯片和软件等不一而足。 当前，我国对智能家居的研究刚起步。1994年，国家科委立项资助重大科技项目“2002年小康型城乡住宅科技产业工程项目”其目标是以科技为先导。以示住宅小区建设为载体，推进我国住宅产业现代化，构建新一代住宅产业，在该项目中，把智能型住宅技术列为重中之重，开展技术、产品与工程的应用研究。2000年9月，长虹、海尔、春兰、TCL、小天鹅、上广电、厦新、电子三所、清
智能家居系统中无线传感器网络的设计
智能家居系统中无线传感器网络的设计 摘要：本文主要介绍ZigBee无线传感器网络，将ZigBee技术应用到智能家居系统中。提出了一种以ZigBee技术为基础的智能家居系统设计方案。阐述了无线传感器网络的总体构成，CC2430无线芯片为棱心，选取了合适的ZigBee模块进行了硬件电路设计。研究并分析了ZigBe技术。设计并实现了串口收发程序，传感器程序，以及节点间的无线通信程序，并根据ZigBee协议，使节点组成树状网络，最终实现系统的监测与控制。结果表明，本系统运行稳定，达到了设计目的，有着广泛的应用前景。 关键词：智能家居;无线传感器网络;ZigBee;CC2430 随着时代的发展，人们将更多的注意力放在了生活环境的安全性、舒适性和便利性上，从而出现了智能家居的概念。智能家居控制系统使人们可以对家居内的任意电器进行数字化控制，利用计算机技术、网络通讯技术将与家居生活有关的各种设备有机地结合在一起，进行集中管理，让家居生活更加舒适、安全、有效。本文以ZigBee技术对智能家居内部进行无线网络组网，通过ZigBee无线传感器网络节点的设计，实现节点对各种传感器信息的采集、传输和控制功能。 1 Zigbee技术 ZigBee技术是一种强调极低耗电、极低成本的短距离无线网络技术，遵循 IEEE802.15.4标准。它专注于低速率传输控制，网络容量大，时延短，提供数据完整性检查，加密算法采用AES-128，网络扩充性强，有效覆盖X围为10～75 m，具体依据实际发射功率的大小和各种不同的应用模式而定，基本上能够覆盖普通的家庭环境，通信频率采用2.4 GHz免执照频段。
ZigBee是一组基于IEEE802.15.4无线标准研制开发的，有关组网、安全和应用软件方面的技术标准。IEEE802.15.4仅定义了MAC层和物理层协议，而ZigBee联盟则对其网络层和应用层进行了标准化。ZigBee联盟还开发了安全层，以保证这种便携设备不会意外泄漏其标识，而且这种利用网络的远距离传输不会被其他节点获得。 2 系统结构设计 无线传感器网络系统主要由传感器、CC2430无线模块构成，结构图如图1所示。 无线传感器网络采用树状结构，网络中有一个协调器，负责整个网络中数据的处理、转发以及网络的管理。终端节点(传感器节点)上电复位后，会搜索协调器节点，当能够搜索到协调器时，直接申请加入网络。当终端节点搜索不到协调器时，这时就会通过路由器节点找到协调器来加入网络。 加入网络后保持待机状态，当有数据需要发送时，按照组网时的路径来收发数据信息。协调器通过串口与PC机相连，利用超级终端实现发送命令或者显示数据。 3 硬件电路设计
智能光电传感器的设计
智能光电传感器的设计 大庆石油学院电子科学学院 苑永强 王立刚 [摘 要]智能传感器越来越得到重视,高精度、高智能化将是传感器发展的必然趋势。因此,我们设计了一种可靠性 高、稳定性好,而且具备数据处理能力,并能够自检、自校、自补偿等功能的智能光电传感器。[关键词]O PT 101 自补偿 D S 18B 20 1、引言 随着激光技术在医疗卫生、精细加工、科学研究等领域的广泛应用,对微弱的光信号进行高精度、高可靠性检测变得更加重要。为了能够实现要求,我们将结合现代智能传感器的发展,设计了一种智能光电传感器。从结构上来讲,智能传感器是由经典传感器和微处理器单元构成,下面给出了典型的智能传感器系统框图,其中有信号预处理和模数转换接口,微处理器以及D A 转换及驱动电路的输出接口。本设计系统将结合智能传感器的设计思想,设计了一种能实现零点校正、增益可调、增益自补偿等功能的光电传感器,同时本系统采用数字温度传感器D S 18B 20对温度进行测量,实现温度自补偿功能,通过软件设 计最终能够实现系统自检、自校正、线性补偿等功能。 2、电路设计 2.1前置光电探测器设计 光电二极管由于响应快、灵敏度高、性能稳定、测量线性好、噪声低而被广泛用于光电检测电路中,尤其在激光测量中,通常可以测量微瓦以下的光信号。在进行精密仪器测量时,如果考虑到测量时的线性度,必须保证负载电阻零,光电二极管一般运用于零偏压法,常用低噪声运算放大器构成电流电压转换器的办法来满足这一要求。如下图所示,由于负反馈放大器的等效输入 阻抗为R in =R f (1+A ),其中A 为运算放大器的开环增益,R f 为放大器的反馈电阻。一般而言运算放大器的开环增益 A >>1×106,则输入阻抗R in ≈0,一方面可提高光电二极管测 量的线性,另一方面光电二极管工作区域接近短路状态 ,电路可获得最小噪声系数[3]。 本文选用O PT 101芯片作为为光电二极管的前置放大电 路,片内光电二极管和互跨阻抗放大器在一个片上的集成和结 合能够消除了分立设计中通常出现的问题,如漏电流误差、噪声交叉干扰和由于杂散电容硬件的增益峰化,0.09×0.09inch 的光电二极管在光导方式下工作可得到极佳的线性度和很底的暗电流且输出的是电压信号。O PT 101的工作电源范围较宽(+217——+36V ),同时在R f =1M 时,带宽可达14KH Z ,足够满足大部分精密测量场合的应用。 从图中可知,电源引脚附近应接上稳压电容,输出的电压在无光时(暗电压)是7.5m v (直电流),并随着光亮度的增加而增加。光电二极管电流与照射在其上的光强成正比。在650NM 波长红光时,其响应度近似为0.45A W 。测量精度可以达到10-8A ,可满足高精度的测量要求。 2.2增益可调硬件电路设计 为了能够实现光电更精确的测量,本文将利用M U X (电子模拟开关),PGA (程控增益放大器),ADC (模数转换器), DA C (数模转换器)构成经典的程控数据采集系统。 M U X 可程控选择多种信号或内部标定的信号;PGA 对M U X 选择的信号进行程控放大,可将信号调整到适于ADC 采 集的范围,同时也可实现通道的自动调零。ADC 实现模数转换,DA C 用于提供各通道自标定信号和调零信号以及模拟信号输出,单片机是控制的核心,处理ADC 的输入信号和DA C 的输 — 87—
毕业设计---智能压力传感器系统设计
毕业设计任务书 一、题目 智能压力传感器系统设计 二、指导思想和目的要求 1.培养学生综合运用所学职业基础知识、职业专业知识和职业技能，提高解决实际问题的能力，从而达到巩固、深化所学的知识与技能； 2. 培养学生建立正确的科学思想，培养学生认真负责、实事求是的科学态度和严谨求实作风； 3.培养学生调查研究，收集资料，熟悉有关技术文件，锻炼学生的科研工作能力和培养学生的团结合作攻关能力。 三、主要技术指标 1.培养学生综合运用所学职业基础知识、职业专业知识和职业技能，提高解决实际问题的能力，从而达到巩固、深化所学的知识与技能； 2. 培养学生建立正确的科学思想，培养学生认真负责、实事求是的科学态度和严谨求实作风； 3.培养学生调查研究，收集资料，熟悉有关技术文件，锻炼学生的科研工作能力和培养学生的团结合作攻关能力。 三、主要技术指标 本设计主要设计一个智能压力传感器的设计，要求如下： 被测介质：气体、液体及蒸气 量程：0Pa～500pa 综合精度：±0.25%FS 供电：24V Dc（12～36VDC） 介质温度：-20～150℃ 环境温度：-20～85℃ 过载能力：150%FS 响应时间：≤10mS 稳定性：≤±0.15%FS/年 能实时显示目标压力值和保存参数，并能和上位机进行通信，并具有较强的抗干扰能力。 所需要完成的工作： 1.系统地掌握控制器的开发设计过程，相关的电子技术和传感器技术等，进行设计任务和功能的描述；
2.进行系统设计方案的论证和总体设计； 3.从全局考虑完成硬件和软件资源分配和规划，分别进行系统的硬件设计和软件设计； 4.进行硬件调试，软件调试和软硬件的联调； 5.查阅到15篇以上与题目相关的文献，按要求格式独立撰写不少于15000字的设计说明书及1.5万（或翻译成中文后至少在3000字以上）字符以上的英文翻译。 四、进度和要求 第01周----第02周：查阅相关资料，并完成英文翻译； 第03周----第04周：进行市场调查，给出系统详细的设计任务和功能，进行系统设计方案的论证和总体设计； 第05周----第07周：完成硬件电路设计，并用PROTEL画出硬件电路图； 第08周----第10周：完成软件模块设计与调试； 第11周----第12周：进行硬件调试，软件调试和软硬件的联调； 第13周----第14周：撰写毕业设计论文； 五、主要参考书及参考资料 1. 单片机原理及应用，张鑫等，电子工业出版社 2. MCS51单片机应用设计，张毅刚等，哈尔滨工业大学 3. MCS51系列单片机实用接口技术，李华等，北京航天航空大学 4. PROTEL2004电路原理图及PCB设计，清源科技，机械工业出版社 5. 基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究，曹卫芳，山东科技大 学，2005．5 6. 单片机应用技术选编，何立民，北京航空航天大学出版社，2000 7. 检测技术与系统设计，张靖等，中国电力出版社，2001
基于无线传感器网络的智能交通系统的设计
一、课题研究目的 针对目前中国的交叉路口多，车流量大，交通混乱的现象研究一种控制交通信号灯的基于无线传感器的智能交通系统。 二、课题背景 随着经济的快速发展，生活方式变得更加快捷，城市的道路也逐渐变得纵横交错，快捷方便的交通在人们生活中占有及其重要的位置，而交通安全问题则是重中之重。据世界卫生组织统计，全世界每年死于道路交通事故的人数约有120 万，另有数100 万人受伤。中国拥有全世界1. 9 %的汽车，引发的交通事故占了全球的15 % ，已经成为交通事故最多发的国家。2000 年后全国每年的交通事故死亡人数约在10 万人，受伤人数约50万，其中60 %以上是行人、乘客和骑自行车者。中国每年由于汽车安全方面所受到的损失约为5180 亿(人民币)，死亡率为9 人/ 万·车，因此，有效地解决交通安全问题成为摆在人们面前一个棘手的问题。 在中国，城市的道路纵横交错，形成很多交叉口，相交道路的各种车辆和行人都要在交叉口处汇集通过。而目前的交通情况是人车混行现象严重，非机动车的数量较大，路口混乱。由于车辆和过街行人之间、车辆和车辆之间、特别是非机动车和机动车之间的干扰，不仅会阻滞交通，而且还容易发生交通事故。根据调查数据统计，我国发生在交叉口的交通事故约占道路交通事故的1/ 3，在所有交通事故类型中居首位，对交叉口交通安全影响最大的是冲突点问题，其在很大程度上是由于信号灯配时不合理(如黄灯时间太短,驾驶员来不及反应)，以及驾驶员不遵循交通信号灯，抢绿灯末或红灯头所引发交通流运行的不够稳定。随着我国经济的快速发展，私家车也越来越多，交通控制还是延续原有的定时控制，在车辆增加的基础上，这种控制弊端也越来越多的体现出来，造成了十字交叉路口的交通拥堵和秩序混乱，严重的影响了人们的出行。智能交通中的信号灯控制显示出了越来越多的重要性。国外已经率先开展了智能交通方面的研究。 美国VII系统(vehicle infrastructure integration)，利用车辆与车辆、车辆与路边装置的信息交流实现某些功能，从而提高交通的安全和效率。其功能主要有提供天气信息、路面状况、交叉口防碰撞、电子收费等。目前发展的重点主要集中在2个应用上: ①以车辆为基础; ②以路边装置为基础。欧洲主要是CVIS 系统(cooperative vehicle infrastructure system)。它有60 多个合作者，由布鲁塞尔的ERTICO 组织统筹，从2006 年2 月开始到2010年6月，工作期为4年。其目标是开发出集硬件和软件于一体的综合交流平台，这个平台能运用到车辆和路边装置提高交通管理效率，其中车辆不仅仅局限于私人小汽车，还包括公共交通和商业运输。日本主要的系统是UTMS 21 ( universal traffic management system for the 21st century , UTMS 21)。是以ITS 为基础的综合系统概念,由NPA (National Police Agency) 等5个相关部门和机构共同开发的，是继20 世纪90 年代初UTMS 系统以来的第2代交通管理系统，DSSS是UTMS21中保障安全的核心项目，用于提高车辆与过街行人的安全。因此，从国外的交通控制的发展趋势可以看出，现代的交通控制向着智能化的方向发展，大多采用计算机技术、自动化控制技术和无线传感器网络系统，使车辆行驶和道路导航实现智能化，从而缓解道路交通拥堵，减少交通事故，改善道路交通环境，节约交通能源，减轻驾驶疲劳等功能，最终实现安全、舒适、快速、经济的交通环境。
浅谈智能传感器在汽车电子中的应用
浅谈智能传感器在汽车电子中的应用 摘要：世界各国都在车用传感器硬件的基础上，努力用软件来解决汽车电气干扰大、环境差、温度高、温度梯度大、污染等问题造成的对汽车参数测量的影响。智能传感器精度高、量程覆盖范围大、输出信号大、信噪比高、抗干扰性能好，有的还带有自检功能，在汽车中应用也越来越广泛。 关键词：智能传感器汽车电子传感器 0 引言 在信息社会的今天，人们对信息的提取、处理、传输以及综合等要求愈加迫切，传感器作为信息提取的功能器件，在国防、科技、工业、农业以及生活各个领域占有重要地位和作用，传感器技术的开发和应用水平已经成为代表一个国家工业发展的标志之一。汽车传感器作为汽车电子控制系统的信息源，是汽车电子控制系统的关键部件，也是汽车电子技术领域研究的核心内容之一。应用于汽车上的传感器有很多种，目前主要有：温度传感器、压力传感器、流量传感器、位移传感器以及速度、加速度传感器等等。 1 智能化传感器概述 智能传感器是装有微处理器的、能够执行信息处理和信息存储、还能进行逻辑思考和结论判断的传感器系统。智能传感器是传感器集成化与微处理器结合的新一代电子器件，具有自动补偿、自动校准、自动诊断、数据处理、通信等功能。智能传感器能对信息进行处理、分析和调节，能对所测量数值及其误差进行补偿，能借助软
件对非线性信号进行线性化处理，还能利用软件实现非线性补偿或其它更复杂的环境补偿。 对于汽车电子器件而言，大多元件处于非常恶劣的运行环境中，而且各不相同。诸如工作状态时的高温、停车等待时的低温、电磁干扰以及高速运动是的风噪和高强度的冲击等。所以要求电子元器件和电路要有高稳定、对环境的自适应、自补偿调整的能力。 智能传感器与普通传感器相比测量的数据更加准确，这是由于它对测量的数据量可进行修正，这样就减少了环境因素，例如温度、湿度、风噪等的影响。它的最大优点在于能够充分感知驾驶员和乘客的状况、交通设施以及周边环境的信息，能够判断驾驶员和乘客是否处于最佳状态、车辆和人是否会发生危险，并及时采取相应措施。它的不同之处就在于是利用软件来解决问题的，而这些问题又是普通的传感器中硬件难以解决的问题。 2 智能传感器在汽车电子中的应用 2.1 汽车制动系统 对于汽车必须具有平稳、安全驾驶的考虑，汽车制动系统尤为关键。汽车防抱死制动系统(anti lock break system；abs)，控制防止汽车制动时车轮的抱死，保证车轮与地面之间达到最佳滑动率(5％-20％)。这样汽车无论在何种路面上制动时，自动调节作用在车轮上的制动力矩，轮胎与地面之间都能达到纵向的峰值附着系数和较大的侧向附着系数，从而可以保证车辆制动时不会发生车轮抱死抱滑、失去转向能力等不安全的情况，减小制动距离，提高了汽
智能压力变送器设计
摘要 传感器在工业生产中起着重要的作用，随着工业的发展，人们对于传感器的精度和用户体验等方面有着越来越高的要求，相应的仪器仪表在工业生产中也有着越来越重要的地位。压力，作为工业生产过程中重要参数之一，实现对其精确的检测和控制是保证生产过程运行和设备安全必不可少的条件。 这个课程设计是以AT89C51单片机为核心的智能压力变送器。通过压力传感器对工业现场的压力信号进行采集，通过全桥测量电路，三运算放大电路，进过AD0809转换器转换成数字信号送往单片机AT89C51进行处理，再经过DA0832装换成模拟信号，输出4~20mA的标准电压信号，由LED液晶显示屏显示所测得压力值。人机交互采用独立式键盘，键盘设置“+”，“-”和“、”三个按键分别用来设置上限值、下限值和锁存上限值和下限值，并设置报警电路，当输出超过上限值或下限值后自动报警提醒工作人员。 关键词压力变送器智能化
目录 摘要................................................. I 1 绪论.. (1) 1.1压力变送器背景和应用简介 (1) 2 系统总体设计 (2) 2.1 系统设计要求 (2) 2.2 总体设计方案 (2) 3 智能压力变送器的硬件设计 (4) 3.1 压力传感器 (4) 3.1.1 压力传感器的选择 (4) 3.1.2压阻式压力传感器的结构组成 (4) 3.2 电阻信号的测量桥路 (5) 3.2.1 测量电路的工作原理 (5) 3.3 信号放大电路 (6) 3.3.1 放大器的选择 (6) 3.3.2 三运放差分放大电路 (6) 3.4 A/D转换模块 (7) 3.4.1 ADC0809与单片机连接 (7) 3.5 单片机 (8)
基于无线传感器网络的智能家居系统的设计
学校代码： 11059 学号： 0805070053 Hefei University 毕业论文（设计）B A CH ELO R D IS S ERTATIO N 论文题目：基于无线传感器网络的智能家居系统的设计 （硬件部分） 学位类别：工学学士 学科专业：电气自动化 作者姓名：李方舟 导师姓名：储忠 完成时间： 2012-5-24
基于无线传感器网络的智能家居系统的设计（硬件部分） 中文摘要 随着电子信息技术和计算机网络技术的发展，实现家庭信息化、网络化是当今智能家居系统发展的新趋势。智能家居系统能够为人类提供更加轻松、有序、高效的现代化生活方式，是未来居住模式的必然发展趋势。因此，智能家居系统逐渐成为一个新兴的研究领域。 本文针对智能家居网络特点通过对智能家居网络分析、对比和研究，采用星状网络组建智能家居网络，对智能家居网络进行了设计与实现。利用CC2430的ZigBee 模块与各种传感器设计了一种低成本、高灵活性、通用的ZigBee无线智能家居网络控制，并最后完成了实现。 主要内容如下：采用Zigbee技术，构建无线传感器网络，研究无线传感器网络的通信机理。以及设计微处理器控制模块，通信模块、检测模块等硬件。 关键词：ZigBee；智能家居；无线网络；CC2430 Design of smart home system based on wireless sensor network(hardware) Abstract With the develop ment o f electronic information techno logy and computer network techno logy，there is the new trend of the development of smart home system to realize the ho me informatizatio n，and networking．S mart ho me system can provide more relaxed，orderly，efficient modern way of life，is the inevitable trend of the development of future residential pattern．Therefore，smart home system has gradually become a new research field． Pointing to these features of smart ho me system，in these paper，a method of adopting star network to establish smart home intranet by analyzing，comparing，researching the smart home network is given．The smart ho me networt is designed and realized，and a kind of low-cost，high-flexib ility，conventio nal wireless intelligent networt controller is accomplished by using CC2430 ZigBee module and other sensors．As fo llows：build wireless sensor networks based on Zigbee technolo gy，research communication mechanism for wireless sensor networks. And hardware design o f microprocessor control module, communication module, detection module，and so on. KEY WORD：ZigBee；smart home；wireless network；CC2430
基于无线传感器在智能交通系统中的应用
` 毕业设计 专业：电气自动化 班级学号：201103010108 学生：旭恒指 导教师：高立兵讲师 二〇一四年三月
有色冶金职业技术学院毕业设计 基于无线传感器在智能交通系统中的应用 Based on the wireless sensor in the application of intelligent transportation system 专业班级：电气自动化1101班 学生：旭恒指导教师：高立兵 讲师系别：机电工程系 2014 年 3 月
摘要 智能交通系统将信息技术、电子控制技术及网络技术等高新技术综合应用于运输管理体系。 ZigBee作为一种新兴的无线传感器网络，具有功耗低、成本低等特点。介绍了在小区域智能交通模拟平 台上使用无线传感器网络的实例，建立了信息发布／订阅和信号控制系统。重点介绍了系统的节点硬件、ZigBee协议的数据传输以及两个子系统的软件设计针对目前中国的交叉路口多，车流量大，交通混乱的现象研究一种控制交通信号灯的基于无线传感器的智能交通系统。 本文主要介绍了利用HMC1021Z巨磁阻传感器以及LPC2138微处理器、射频模块组成的无线传感网络在智能交通中的应用，本文的研究容如下：首先查阅了国外文献了解课题研究背景、磁阻传感器的工作原理以及铁磁物质对周围磁场产生影响的原理，并了解相关微处理器的结构及功能。对整个系统的方案进行设计，通过进一步学习完善已有的设计方案。将设计方案转化为电路图，画出电路版图，投片，完成硬件平台的搭建。进行软件的编程，及硬件的调试。将软件和硬件结合到一起，进行模拟路况实验。本课题参照国外智能交通系统的设计以及磁阻传感器研究成果，设计了利用巨磁阻传感器及射频模块，微处理器构成的基于无线传感网络的智能交通系统，在设计过程中得到的主要成果如下： 1、利用HMC1021Z巨磁阻传感器，传感器电路中使用滤波电路使输出信号更加稳定，该电路中还使用运算放大器，可使芯片的输出电压信号放大以便在有铁磁物体经过传感器附近时输出供处理器使用的高电平信号，实际测得巨磁阻传感器可正常运行，并可较为精确的计算通过交通信号灯的车流量大小。 2、收发单元利用射频模块，将处理器处理后的信息传送到交通信号灯控制中心，以便在不同车流量情况下更好的控制交通信号灯。经试验测量后，射频模块工作状况良好，可精确传送经处理器处理过的信息。
智能压力传感器的设计
密级： NANCHANG UNIVERSITY 学士学位论文 THESIS OF BACHELOR （2009—2013年） 题目智能化压力传感器的设计 学院：环化学院系测控系 专业班级：测控技术与仪器093班 学生姓名：钟刚学号： 5801209114 指导教师：刘诚职称：讲师 起讫日期： 2013.3.15—2013.6.6 南昌大学 学士学位论文原创性申明 本人郑重申明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。
作者签名：日期： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密□，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密□。 （请在以上相应方框内打“√”） 作者签名：日期： 导师签名：日期：
传感器及转换器形成系统的“前端”，没有它，许多现代化的电子系统都无法正常工作。传感器已广泛的应用于工业控制系统和能源工业装置当中（如石油和天然气的生产、配电工业）。它们也是制造录音机和录像机这些原始设备产品的重要内在组成部分。大多数这些数字电子系统之所以具有普遍性和强大优势是得益于传感器广泛应用于这些电子电路中。 本课题将深入研究智能压力传感器系统理论及其在压力测试方面的应用，对新型智能压力传感器系统的智能化功能、智能化软件和硬件配置进行全面的设计。提出了一种差动电容式传感器的前置电路,基于电容/ 电压转换的原理,对微小电容变化量进行测量。电路输出的直流电压与差动电容变化量成线性关系,且能对偏差电容和电路的漂移进行自动补偿。 完善智能化软件，实现温度补偿、自动校准、总线数字通讯、自动增益控制等多种智能化特性，使智能化程度尽可能的提高。 关键词：传感器；压力；智能化。
智能传感器物联网综合实训平台的设计概要
第11卷第2期2011年6月 南京工业职业技术学院学报Jour nal o fNan ji n g Institute o f I ndustry Techno logy V o.l 11,N o .2J un .,2011 收稿日期:2011 04 14 基金项目:江苏智能传感器网络工程技术研究开发中心开放基金项目(编 号:ZK10 04 02 作者简介:戴娟(1966 ,女,江苏丹阳人,南京工业职业技术学院副教授,高级工程师;倪瑛(1979 ,女,江苏丹徒人,南京工业职业技术学院 讲师。 智能传感器物联网综合实训平台的设计 戴娟,倪瑛
(南京工业职业技术学院电气与电子工程学院,江苏南京 210046 摘要:提出了智能传感器物联网综合实训平台的设计方案。此方案的硬件结构是以先进的ARM 9系列的S3C2440为控制核心,通过增加外围模块来实现的。此综合实训平台解决了高职院校物联网专业实验、实训对象缺乏的问题, 弥补了相关操作及仪器设备的空缺。 关键词:智能传感器;物联网;综合实训平台;ARM 9 中图分类号:G642.44 文献标识码:A 文章编号:1671 4644(201102 0064 03 引言 物联网[1]是通过信息传感设备,按约定的协议实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络,其主要特征是通过射频识别、传感器等方式获取物理世界的各种信息,结合互联网、移动通信网等网络进行信息的传送与交互,采用智能计算技术对信息进行分析处理,从而提高对物质世界的感知能力,实现智能化的决策和控制。在今年下半年,全国共22所高职院校将招收物联网专业的学生。高职院校的人才培养目标,一直是以就业为导向,培养高技能应用型人才。物联网本身是应用性很强的学科,仅仅传授基本概念和基础知识是不够的,要从实验和应用入手,切实培养出符合企业和社会需求的物联网实用人才。因此在高职院校物联网专业的课程体系中,每一学期都安排相应的综合实训课程或课程设计环节。综合实训的目的就是将学生学习的专业知识融合到实际的项目中,通过实训项目的实施,使学生进一步巩固专业知识,从而掌握专业的工作技能。在高职院校,正是通过综合实训来培养学生的综合素质,其中就包括工作技能的培养,因此综合实训的重要性不言而喻。传感网络作为物联网的重要组成也受到了越来越多的关注。传感网络是一种全新网络技术,它综合了传感器、通讯以及微机电等技术,可以预见,在不久的将来,传感网络将给我们的生活方式带来革命性的变化。 1 平台设计的基本原理
基于无线传感器网络的智能农业解决方案设计
基于无线传感器网络的智能农业解决方案设计 近十年来，随着智能农业、精准农业的发展，泛在通信网络、智能感知芯片、移动嵌入式系统等技术在农业中的应用逐步成为研究的热点。而像浙江托普仪器有限公司托普物联网这样的农业物联网解决方案商也得到了快速的发展，全力投入智能农业的建设中。 密集的无线传感器网络 无线传感器网络是一种无中心节点的全分布系统。通过随机投放的方式，众多传感器节点被密集部署于监控区域。这些传感器节点集成有传感器、数据处理单元、通信模块和能源单元，它们通过无线信道相连，自组织地构成网络系统。其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被监测对象的信息并发送给观察者。无线传感器网络集传感器技术、微机电系统(MEMS) 技术、无线通信技术、嵌入式计算技术和分布式信息处理技术于一体，因其广阔的应用前景而成为当今世界上备受关注的、多学科高度交叉的热点研究领域。 在传统农业中。人们获取农田信息的方式都很有限，主要是通过人工测量，获取过程需要消耗大量的人力，而通过使用无线传感器网络可以有效降低人力消耗和对农田环境的影响，获取精确的作物环境和作物信息。 目前无线技术在农业中的应用比较广泛，但大都是具有基站星型拓扑结构的应用，并不是真正意义上的无线传感器网络。农业一般应用是将大量的传感器节点构成监控网络， 通过各种传感器采集信息，以帮助农民及时发现问题，并且准确地确定发生问题的位置，这样农业将有可能逐渐地从以人力为中心、依赖于孤立机械的生产模式转向以信息和软件为中心的生产模式, 从而大量使用各种自动化、智能化、远程控制的生产设备。 1. 无线传感器网络应用于温室环境信息采集和控制。 在温室环境里单个温室即可成为无线传感器网络一个测量控制区，采用不同的传感器节点和具有简单执行机构的节点(风机、低压电机、阀门等工作电流偏低的执行机构) 构成无线网络来测量土壤湿度、土壤成分、pH 值、降水量、温度、空气湿度和气压、光照强度、CO2浓度等来获得作物生长的最佳条件，同时将生物信息获取方法应用于无线传感器节点，为温室精准调控提供科学依据。最终使温室中传感器、执行机构标准化、数据化, 利用网关实现控制装置的网络化,
传感器智能家居设计报告汇总
南通大学 传感器与检测课程设计报告书 学院：电气工程学院 班级：自143 姓名：钟明蕊 学号：1412011064
目录 1设计目的及要求 (1) 2总体设计方案 (2) 2.1智能家居——温度检测 2.1.1测温器件DS18B20的简介 (2) 2.1.2显示器件介绍 (3) 2.1.3硬件设计电路 (4) 2.1.4软件设计电路 (5) 2.2智能家居——气体泄漏/火灾检测 2.2.1 MQ-2/MQ-7气体传感器 (7) 2.2.2 A/D转换电路 (8) 2.2.3硬件设计电路 (8) 2.2.4软件设计电路 (9) 2.3 智能家居——外人闯入 2.3.1干簧管简介 (10) 2.3.2干簧管电路 (11) 2.3.3硬件设计电路 (11) 2.3.4软件设计电路 (12) 3各模块与TC35之间的通讯 (12) 4 TC35 GSM模块 (14) 参考文献 (15)
智能家居监控系统设计 1、设计目的及要求 1.1设计背景： 智能家居以住宅为平台，将建筑、网络通信、信息家电、管理融为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的家居环境。智能家居是一个多功能的系统，包括家庭内部的安全防范、家居布线系统、家电控制、远程的视频监控系统等。家居智能化设计包括传感器的检测，信号的传递，结果处理等。但现在仍未普及，而且目前智能家居的国际标准未成热，因此智能家居监控系统仍然存在广阔的发展空间。 1.2设计目的： 利用所学的传感器与检测技术知识，实现家居温度、煤气泄漏、外人闯入、火灾（烟雾）的检测（以上检测项目必做。在此基础上增加检测项目并具有可行性，加分。除环境监测项目外，也可增加人体信号检测等。）。各检测节点可通过无线方式连接到主机，检测到危险信号后，主机可采用声光报警或远程报警。 1.3设计要求： （1）用Protel画出设计原理图； （2）采用Quaters II、Maxplus II、multisim（EWB）、pspice、Proteus中的一种或几种软件，完成系统电路图部分或全部仿真，在设计说明书 中体现仿真结果； （3）写设计说明书；
智能传感器模块设计
第三章 智能传感器模块硬件结构设计 3.1硬件系统结构 智能传感器模块（STIM）原理框图如图3-1所示，主要包括：变送器阵列模块、信号调理模块、多通道数据采集模块、TEDS模块及TII智能接口等部分。为了增强系统的集成度，设计采用了集成式的片上数据采集系统ADuC812。传感器的输出信号经调理模块放大调理，输入至 ADuC812片内的多通道ADC， ADC对相应通道模数转换后，存储于RAM中，然后通过TII智能接口将数据读入NCAP。为了方便TEDS内容的升级与更新，系统采用异步串行口来下载电子数据表格至ADuC812的片内Flash。此外，异步串行口还可用来下载和调试用户程序，方便系统开发。 图3-1智能传感器模块原理框图 STIM模块的传感器单元以温度传感器AD590为核心，从传感器出来的信号通过信号调理通道输入至ADuC812内部的多路ADC。系统硬件电路图如图3-2所示。
图3-2系统硬件电路图 3.2 片上系统ADuC812 3.2.1 ADuC812一般说明 ADuC812是全集成的高性能的12位数据采集系统，它在单个芯片内集成了高性能的自校准多通道ADC，两个12位ADC以及可编程的8位(与805l兼容)MCU。 片内8KB的闪速／电擦除(F1ash／EE)程序存储器，640字节的闪速／电擦除数据存储器以及256字节数据RAM，均由可编程内核控制。 另外MCU具有包括看门狗定时器、电源监视器和ADC DMA功能，为多处理器接口和I／O扩展提供了32条可编程的I／O线、I2C兼容的SPI和标准UART串行口I／O等。 MCU内核和模拟转换器二者均有正常、空闲和掉电工作模式，有适合于低功率应用的灵活电源管理方案。在工业温度范围内，有3V和5V两种规格电压工作器件可供选择。它有52条引脚，用扁平塑料四方形封装。ADuC812数据采集系统芯片功能框图见图3-3。
基于无线传感器网络课程设计要求-实例参考
基于无线传感网的智能交通拥堵监测与 控制系统设计 ——无线传感器网络技术课程设计 学院：信息科学技术学院 专业：08电子信息工程 姓名：林盛涛 学号：20081601B032 完成日期：2010-12-12 考试方式：考查 成绩：
一、课题目的 要求：描述需要解决什么问题？ 例如： 针对目前中国的交叉路口多，车流量大，交通混乱的现象研究一种控制交通信号灯的基于无线传感器的智能交通系统。 二、课题背景 要求：对存在问题进行描述？ 例如： 随着经济的快速发展，生活方式变得更加快捷，城市的道路也逐渐变得纵横交错，快捷方便的交通在人们生活中占有及其重要的位置，而交通安全问题则是重中之重。据世界卫生组织统计，全世界每年死于道路交通事故的人数约有120 万，另有数100 万人受伤。中国拥有全世界1. 9 %的汽车，引发的交通事故占了全球的15 % ，已经成为交通事故最多发的国家。2000 年后全国每年的交通事故死亡人数约在10 万人，受伤人数约50万，其中60 %以上是行人、乘客和骑自行车者。中国每年由于汽车安全方面所受到的损失约为5180 亿(人民币)，死亡率为9 人/ 万·车，因此，有效地解决交通安全问题成为摆在人们面前一个棘手的问题。 在中国，城市的道路纵横交错，形成很多交叉口，相交道路的各种车辆和行人都要在交叉口处汇集通过。而目前的交通情况是人车混行现象严重，非机动车的数量较大，路口混乱。由于车辆和过街行人之间、车辆和车辆之间、特别是非机动车和机动车之间的干扰，不仅会阻滞交通，而且还容易发生交通事故。根据调查数据统计，我国发生在交叉口的交通事故约占道路交通事故的1/ 3，在所有交通事故类型中居首位，对交叉口交通安全影响最大的是冲突点问题，其在很大程度上是由于信号灯配时不合理(如黄灯时间太短,驾驶员来不及反应)，以及驾驶员不遵循交通信号灯，抢绿灯末或红灯头所引发交通流运行的不够稳定。随着我国经济的快速发展，私家车也越来越多，交通控制还是延续原有的定时控制，在车辆增加的基础上，这种控制弊端也越来越多的体现出来，造成了十字交叉路口的交通拥堵和秩序混乱，严重的影响了人们的出行。智能交通中的信号灯控制显示出了越来越多的重要性。国外已经率先开展了智能交通方面的研究。 美国VII系统(vehicle infrastructure integration)，利用车辆与车辆、车辆与路边装置的信息交流实现某些功能，从而提高交通的安全和效率。其功能主要有提供天气信息、路面状况、交叉口防碰撞、电子收费等。目前发展的重点主要集中在2个应用上: ①以车辆为基础; ②以路边装置为基础。欧洲主要是CVIS 系统(cooperative vehicle infrastructure system)。它有60 多个合作者，由布鲁塞尔的ERTICO 组织统筹，从2006 年2 月开始到2010年6月，工作期为4年。其目标是开发出集硬件和软件于一体的综合交流平台，这个平台能运用到车辆和路边装置提高交通管理效率，其中车辆不仅仅局限于私人小汽车，还包括公共交通和商业运输。日本主要的系统是UTMS 21 ( universal traffic management system for the 21st century , UTMS 21)。是以ITS 为基础的综合系统概念,由NPA (National Police Agency) 等5个相关部门和机构共同开发的，是继20 世纪