方案设计报告吴云志组..doc

中国民航大学电子信息工程CDIO高级项目 基于光纤通信的传感器数据传输与处理系统项目名称：基于光纤通信的传感器数据传输与处理系统 项目名称：基于光纤通信的传感器数据传输与处理系统 方案设计报告 总14页 第1页 编号 1、设计概述 设计一套基于光纤通信的传感器数据传输与处理系统，具备离散、数字信息的传输、处理和显示控制能力。 系统主要包括基于ATMEG328P单片机的传感器信息采集模块、光电转换模块、基于DSP的信息处理模块、基于Labview的信息处理和显示模块。通过这些模块分别实现各种功能：传感器信息采集模块使用TMEG328P单片机实现多个传感器信息的实时采集；应用光电转换模块对电信号处理，转换成光信号用于光纤传输，接收端对应把光信号转换为电信号，传给基于DSP的信息处理模块；基于DSP的信息处理模块应用数字滤波算法对传感器信息进行处理，排除传输过程中由干扰形成的错误数据获得所需的精确测量值，同时将数据发送给PC机；PC机使用LABVIEW对就收到的数据进行后续处理和显示。 图1 系统结构 2、设计方案 2.1传感器的选择 2.1.1采集信息要素的选择 对采集信息要素的选择以机舱环境监测为依据，确定为温度、湿度、气压、光照强度、磁场强度、PM2.5灰尘浓度、一氧化碳浓度共七种，基本涵盖机舱环境的所有要素，具有全面的检测能力。另外，这样的采集信息的选择方式可以使系统具有很好的适应性，方便应用到汽车车内、火车车厢、轮船船舱甚至是厂房的环境检测。 2.1.2传感器型号的的选择 对传感器型号的选择以精度、工作方式、输出方式和成本为重要考虑要点。 温度、湿度使用数字温湿度传感器 AM2321 一个传感器来实现采集。AM2321数字温湿度传感器是一款含有己校准数字信号输出的温湿度复合型传感器。采用专用的温湿度采集技术，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式感湿元件和一个高精度集成测温元件，并与一个高性能微处理器相连接。该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。通信方式采用单总线、标准I2C两种通信方式。 气压采用 BMP085气压模块。芯片内置AD转换器，读取气压计BPM085的温度和气压并经过校正程序得到真实的气压高度，其特点有：1.板载BMP085数字式气压传感器，内置AD转换器，支持IIC通信协议；2.模块可以测试大气气温和大气压强, PCB采用沉金工艺。pcb尺寸18.5mm*18mm；3.支持5V/3.3V电压输入4.常用的引脚已经引出，插针为标准2.54mm。 光照强度采用GY-30数字光照传感器。采用ROHM原装BH1750FVI芯片1.供电电源：3-5v;2.光照度范围：0-65535 lx;3.传感器内置16bitAD转换器;4.直接数字输出，省略复杂的计算，省略标定;5.不区分环境光源;6.接近于视觉灵敏度的分光特性;7.可对广泛的亮度进行1勒克斯的高精度测定。 磁场强度采用 GY-273 HMC5883L模块（电子指南针罗盘模块、三轴磁场传感器）。主要芯片为霍尼韦尔 HMC5883L ，是一种表面贴装的高集成模块，并带有数字接口的弱磁传感器芯片，应用于低成本罗盘和磁场检测领域。HMC5883L 包括最先进的高分辨率 HMC118X 系列磁阻传感器，并附带霍尼韦尔专利的集成电路包括放大器、自动消磁驱动器、偏差校准、能使罗盘精度控制在 1°~2°的 12 位模数转换器.简易的I2C 系列总线接口。HMC5883L 是采用无铅表面封装技术，带有 16 引脚，尺寸为 3.0X3.0X0.9mm。HMC5883L 的所应用领域有手机、笔记本电脑、消费类电子、汽车导航系统和个人导航系统。 PM2.5灰尘浓度采用夏普 GP2Y1010AU0F灰尘检测传感器。 夏普GP2Y1010AU0F灰尘传感器采用光学传感装置，由一个红外发光二极管（IRED）和一个光电晶体管对称布局形成测量部分。性价比高，能检测出室内空气中的灰尘和烟尘含量，是空气质量检测的优良元器件。 一氧化碳浓度采用MQ-9一氧化碳可燃气体传感器。MQ-9气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。采用高低温循环检测方式低温（1.5V加热）检测一氧化碳，传感器的电导率随空气中一氧化碳气体浓度增加而增大，高温（5.0V加热）检测可燃气体甲烷、丙烷并清洗低温时吸附的杂散气体。使用简单的电路即可将电导率的变化，转换为与该气体浓度相对应的输出信号。 MQ-9气体传感器对一氧化碳、甲烷、液化气的灵敏度高，这种传感器可检测多种含一氧化碳及可燃性的气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。 2.1.3传感器的安装和使用要求 由于系统的监测因素多，传感器的种类繁多，使用要求也不同。对于安装，其中，G