嵌入式超声波数据采集系统设计例..doc

****************** 实践教学 ****************** 兰州理工大学 计算机与通信学院 年春季学期 嵌入式系统开发技术课程设计 题 目：嵌入式超声波数据采集系统设计 专业班级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 成 绩： 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。本文设计了一种超声波系统，它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超声波信号，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超声波信息的采集的采集至网关设备，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。 关键字：超声波信号采集、串口通信、传感器、ZigBee 协议。 目录 一．前言 1 二．基本原理 2 2.1 SHT10 引脚特性 2 2.2 CC2530说明 4 2.3超声波采集模块 8 三． 系统分析 13 四． 详细设计 14 4.1 超声波数据采集的硬件部分 14 4.2 超声波采集的软件部分 16 4.3 总体结构 18 参考文献 23 总结 24 致谢 25 一．前言 在科技迅速发展的今天,超声波检测是一种无损检测的重要手段。超声信号在1～5MHz,在实际工业运用中为了能恢复超声波信号，以精确计算发射波和回波之间的时间差，对超声信号的采样速率要求大于超声信号频率的3～4倍，所以在工业运用中，对于超声信号的采集一般需要20MHz的采样速率。 本设计是一种基于 CC2530 和数字超声波传感器模块的采集系统。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。简而言之，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通过采集超声波来进行判断和测量。本文提出采用基于 Zig Bee 技术的无线超声波测量与传输的方案，通过无线通信模块实现超声波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 读取超声波传感器 SHT10 的采集的超声波数据，并 通过 CC2530 内部串口将采样到的数据转换然后在 LCD 上显示。其中对超声波的读取是利用 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 是一款高度集成的超声波传感器芯片，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，并连接在同一芯片上，与 14 位的 A/D转换器以及串行接口电路实现