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基于嵌入式的室内环境信息采集控制演示系统设计
摘要:
嵌入式系统是以应用为中心,以计算机技术为基础,软硬件可定制,适用于不同应用场合,对功能,可靠性,成本,体积,功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器,外围硬件设备,嵌入式操作系统,用户应用程序4个部分组成。用于实现对其他设备的控制,监视或管理等功能。
本文设计了一种室内环境温度信息采集控制系统,它是基于北京奥尔斯电子科技有限公司生产的物联网创新实验系统OURS—IOTU2—2530,利用其中的CC2530及几种相应传感器模块采集室内环境温湿度电信号,并通过带有LCD的智能主板显示出来。文章介绍了该系统的基本原理,系统分析,详细设计及实现流程图,并重点介绍了串口数据收集的原理,通过嵌入式设备完成室内环境信息的采集至网关设备,通过上下位机实现终端嵌入式设备的信息收集及相关设备的控制,并采用ZiBbee无线通信技术结合温湿度传感器来实现信息的采集与传输的。
关键字:
温湿度采集,串口通信,ZiBee,传感器。
正文:
一、前言
在科技不断发展的今天,环境条件的温湿度指标是成为许多工作场合的重要参数,尤其是室内环境中的温湿度,温度和湿度的变化直接影响着人们的日程生活。温湿度的过高或过低都会影响室内事物的变化,所以有必要测量和控制室内的温湿度,不同的室内环境对温湿度的要求各不相同。
本设计是一种基于CC2530和数字温湿度传感器的温湿度采集系统。即该系统是采用ZigBee无线通信技术结合传感器,并通过运用ZigBee协议构架组建无线传感网络,来实现主从节点的数据采集和传输的,同时,需要在网络层通过AODV路由协议来进行节点间的连接以及数据的收发。总之,基于无线传感技术的无线网络传感器是一种将传感器、控制器、计算能力、通信能力完美的结合于一身的嵌入式设备。它们跟外界的物理环境交互,适时地采集信息,并且将采集到的信息通过无线传感网络传送给远程用户。无线网络传感器一般是由一个低功耗的微控制器(MCU)和若干个存储器,无线电/光通信装置、传感器等组件所集成的,通过传感器及通信装置和它们所处的外界物理环境进行交互。由此而引入的无线传感网络更是一种开创了新的应用领域的新兴概念和技术,广泛被应用与医疗领域、大规模环境监测、智能建筑、战场监视、智能家居、工业自动化和大区域内的目标追踪等领域。
所以说不管是工业,农业,军事及气象预报领域,还是人类生活的环境都需要对温度和湿度的环境进行测量和控制。因而,研制可靠且使用的温湿度测量装置显得非常重要。尤其是要实现大环境中的温湿度测量和自动控制,采用有线网络的方案难以实现,本文提出采用基于ZigBee 技术的无线温湿度测量与传输的方案,通过无线通信模块实现温湿度传感器和智能主板之间的交互,实现对网络采集的数据统一管理和分析。该系统具有快速展开,稳定可靠,可维护性好的特点。总的来说,我们的工作及生活在无形的改变着,变得更精致更高效更美丽。而这无形中进行着的神奇改变的关键莫过于高端的技术—嵌入式系统开发技术及无线技术。
二、基本原理
本实验将使用 CC2530 读取温湿度传感器 SHT10 的温度和湿度数据,并通过 CC2530 内部的 ADC 得到光照传感器的数据。最后将采样到的数据转换然后在 LCD 上显示。其中对温湿度的读取是利用 CC2530 的 I/O(P1.0 和 P1.1)模拟一个类 IIC 的过程。其中该系统所使用的SHT10是一款高度集成的温湿度传感器芯片,提供全标定的数字输出。它采用专利的CMOSens技术,确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容性聚合体测湿敏感元件、一个用能隙材料制成的测温元件,并在同一芯片上,与14位的A/D转换器以及串行接口电路实现无缝连接。
2.1 SHT10引脚特性
SHT10 是一款高度集成的温湿度传感器芯片, 提供全标定的数字输出。它采用专利的
CMOSens 技术,确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容性聚合体测湿敏感元件、一个用能隙材料制成的测温元件,并在同一芯片上,与 14 位的 A/D 转换器以及串行接口电路实现无缝连接。
SHT10 引脚特性如下:
(1)VDD,GND SHT10 的供电电压为 2.4~5.5V。传感器上电后,要等待 11ms 以越过“休眠”状态。在此期间无需发送任何指令。电源引脚(VDD,GND)之间可增加一个 100nF 的电容,用以去耦滤波。
(2)SCK 用于微处理器与 SHT10 之间的通讯同步。由于接口包含了完全静态逻辑,因而不存在最小 SCK 频率。
(3)DATA 三态门用于数据的读取。DATA 在 SCK 时钟下降沿之后改变状态,并仅在 SCK 时钟上升沿有效。数据传输期间,在 SCK 时钟高电平
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