武漢理工大學無線傳感課設(壓力傳感器采集設計

1、學 號： 課 程 設 計題 目壓力傳感器采集設計學 院計算機科學與技術學院專 業(yè)物聯(lián)網(wǎng)工程班 級姓 名指導教師許毅2014年1月16日 課程設計任務書學生姓名： 專業(yè)班級： 指導教師： 許毅 工作單位：計算機科學與技術學院題 目: 壓力傳感器采集設計初始條件： 1.課程設計使用 CVT-WSN-II實驗平臺,使用CC2530芯片和輔助芯片以及器件； 2.CC2530有程序設計集成開發(fā)環(huán)境，程序設計語言為C、C、或者nesC語言；3. CVT-WSN-II實驗平臺使用說明書；要求完成的主要任務: （包括課程設計工作量及其技術要求，撰寫說明書具體要求）1. 學習使用CVT-WSN-II硬件綜合實驗

2、平臺，程序設計集成開發(fā)環(huán)境；2. 根據(jù)課程設計題目，進行需求分析，搞清楚課程設計需要設計需求和需要解決的設計內容。3. 查閱和學習課程設計題目需要的CVT-WSN-II實驗平臺資料，掌握CC2530接口芯片的使用方法和編程要領。查閱和學習課程設計題目需要的輔助芯片以及器件資料。4. 利用CVT-WSN-II硬件綜合實驗平臺，搭建C、C、或者nesC語言設計的集成開發(fā)環(huán)境。給出程序流程圖。在集成開發(fā)環(huán)境中調試程序。給出程序的詳細注釋。能夠解釋使用程序模擬顯示信息。5. 撰寫課程設計報告，1）詳細陳述以上的設計過程；2）詳細陳述電路的調試過程。時間安排：第20周：1. 熟悉CVT-WSN-II硬件

3、綜合實驗平臺，掌握CC2530接口芯片的使用方法和編程要領設計。2. 使用C語言或nesC程序編寫程序，進行調試、顯示結果。3. 撰寫綜合設計報告。指導教師簽名： 年 月 日系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日 1.系統(tǒng)描述11.1前言11.2系統(tǒng)背景11.3系統(tǒng)的發(fā)展方向22. 系統(tǒng)總體分析32.1 系統(tǒng)工作原理32.2 系統(tǒng)原理方框圖32.3 系統(tǒng)原理圖43.系統(tǒng)總體設計43.1系統(tǒng)設計所需設備44.算法描述54.1系統(tǒng)設計流程圖54.2系統(tǒng)程序65.測試結果96.收獲與體會107.參考文獻10 壓力傳感器采集設計1.系統(tǒng)描述 1.1前言在信息高速發(fā)展的今天，傳感器檢測系統(tǒng)的智能化和集成

4、化成為其發(fā)展的兩個重要方向，而傳感器檢測系統(tǒng)智能化和集成化的程度主要取決于與之相結合的微處理器的性能。具有數(shù)據(jù)處理能力，能夠進行自動檢測、自動校準、自動誤差補償、自動抽樣、以及標度變換功能的智能壓力傳感器檢測系統(tǒng)已成為國內外開發(fā)和研究的熱點。傳感器技術是現(xiàn)代測量和自動化技術的重要技術之一。從宇宙探索到海洋開發(fā)，從生產過程的控制到現(xiàn)代文明生活，幾乎每一項現(xiàn)代科學技術都離不開傳感器。在工業(yè)、農業(yè)、國防、科技等各個領域，傳感器技術都得到了廣泛的應用，并展現(xiàn)出極其廣闊的前景。因此，許多國家對傳感器技術的發(fā)展十分重視。例如在日本傳感器技術被列為六大核心技術（傳感器、通信、激光、半導體、超導和計算機）之一

5、，并且是將傳感器列為十大技術之首；美國將90年代看作是傳感器時代，將傳感器技術列為90年代22項關鍵技術之一。我國對傳感器的研究也有二十多年的歷史并取得了很大的成就。目前，在科學技術就是第一生產力的思想指引下，各項科學技術取得了突飛猛進的發(fā)展，傳感器技術也越來越受到各方面的重視，雖然在某些方面已趕上或者接近世界先進水平。但是從總體來看，與國外傳感器技術的發(fā)展相比，我國對傳感器技術的研究和生產還比較落后，現(xiàn)正處于方興未艾的階段。由于智能傳感器系統(tǒng)的研究起步較晚，其理論和實踐遠未成熟，離實際應用需求差距很大，尤其是用于壓力測量的高性能、小體積、低成本智能壓力傳感器系統(tǒng)更是有待于進一步開發(fā)。因此，研

6、究開發(fā)高性能的智能壓力傳感器系統(tǒng)對于促進信息技術及自動化技術的發(fā)展、提高設備的性能及自動化水平具有不可低估的意義。1.2系統(tǒng)背景壓力傳感器是工業(yè)實踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等眾多行業(yè)，而我們通常使用的壓力傳感器主要是利用壓電效應制造而成的，這樣的傳感器也稱為壓電傳感器。 壓力傳感器的原理是將壓力信號轉變?yōu)槟撤N電信號，如應變式，通過彈性元件變形而導致電阻變化；壓電式，利用壓電效應等。工業(yè)生產控制過程中，壓力是一個很重要的參數(shù)。例如，利用測量大氣壓力來間接測量海拔高度；在工業(yè)

7、生產中通過壓力參數(shù)來判斷反應的過程；在氣象預測中，測量壓力來判斷陰雨天氣。因此，壓力計的設計擁有廣闊的市場前景。這種壓力傳感器能比較精確和快速測量，尤能測量動態(tài)壓力，實現(xiàn)多點巡回檢測、信號轉換、遠距離傳輸、與計算機相連接、適時處理等，因而得到迅速發(fā)展和廣泛應用。本課題就是在這樣的背景下設計一個簡單的數(shù)字壓力計，使得測量得到的壓力能夠數(shù)碼管顯示。 1.3系統(tǒng)的發(fā)展方向1.向高智能高精度發(fā)展:隨著自動化生產程度的不斷提高，對傳感器的要求也在不斷提高，必須研制出具有靈敏度高、精確度高、響應速度快、互換性好的新型傳感器以確保生產自動化的可靠性。目前能生產精度在萬分之一以上的傳感器的廠家為數(shù)很少，其產最

8、也遠遠不能滿足要求。2.向高可靠性、寬溫度范圍發(fā)展:傳感器的可靠性直接影響到電子設備的抗干擾等性能，研制高可靠性、寬溫度范圍的傳感器將是永久性的方向。提高溫度范圍歷來是大課題，大部分傳感器其工作范圍都在-2070，在軍用系統(tǒng)中要求工作溫度在-40O85O范圍，而汽車鍋爐等場合要求傳感器工作在-20O1200，在冶煉、焦化等方面對傳感器的溫度要求更高，因此發(fā)展新興材料(如陶瓷)的傳感器將很有前途。3.向微型化發(fā)展:各種控制儀器設備的功能越來越人，要求各個部件體積能占位置越小越好，因而傳感器本身體積也是越小越好，這就要求發(fā)展新的材料及加工技術，目前利用硅材料制作的傳感器體積己經(jīng)很小。如傳統(tǒng)的加速度

9、傳感器是由重力塊和彈簧等制成的，體積較大、穩(wěn)定性差、壽命也短，而利用激光等各種微細加工技術制成的硅加速度傳感器體積非常小、互換性可靠性都較好。4高智能化：將壓力傳感器和單片機聯(lián)系在一起，使其能夠在實際應用中能更好地實現(xiàn)人機互換交流，增加儀器的數(shù)字化和智能化2. 系統(tǒng)總體分析2.1 系統(tǒng)工作原理 當在壓力傳感器上施加壓力時，該壓力傳感器發(fā)生形變，從而使阻抗發(fā)生變化，同時使激勵電壓發(fā)生變化，輸出一個變化的模擬信號。該信號經(jīng)放大電路放大輸出到模數(shù)轉換器。微處理器通過A/D采集口采集此模擬信號，并經(jīng)過運算計算出壓力值。計算的公式：temp = (temp - 0x22) * 200 / 0x12; 壓

10、力的變化引起的電阻的變化，從而引起電壓的變化，這種變化關系是近似為一次線性關系。 2.2 系統(tǒng)原理方框圖 系統(tǒng)原理圖如圖1所示。模擬電壓變化量電阻變化量 CC2530A/D口儀器放大芯片AD620傳感器壓力 串口調試工具 圖12.3 壓力傳感器原理圖 壓力傳感器原理圖如圖2所示。 圖23.系統(tǒng)總體設計本次設計是以CC2530組成的壓力測量，系統(tǒng)中必須有前向通道作為電信號的輸入通道，用來采集輸入信息。壓力的測量，需要傳感器，利用傳感器將壓力轉換成電信號后，再經(jīng)儀器放大芯片AD620放大并經(jīng)A/D轉換為數(shù)字量后才能由計算機進行有效處理。利用IAR Embedded for 8051對系統(tǒng)程序進行編

11、寫與物聯(lián)網(wǎng)綜合實驗箱進行。 3.1系統(tǒng)設計所需設備 含Windows XP的電腦一臺 CVT-IOT-V教學實驗系統(tǒng) （含壓力傳感器模塊）USB串口線 串口調試工具 IAR Embedded for 8051軟件 4.算法描述 4.1系統(tǒng)設計流程圖系統(tǒng)設計流程圖和A/D轉換流程圖分別如圖3和圖4所示。主函數(shù)流程圖如圖5所示。開始 串口調試工具讀取開始處理讀到的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)初始化 初始化函數(shù)A/D轉換器進行A/D轉換返回將轉換后的電壓轉換為壓力 圖3結束 圖4開始將壓力值寫入CC2530讀取壓力值 輸出壓力值返回 圖54.2系統(tǒng)程序#include ioCC2530.h #define ui

12、nt8 unsigned char #define uint16 unsigned int#define uint32 unsigned longextern void Sensor_PIN_INT(void); /傳感器及ADC I/O口初始化.extern uint16 ReadAdcValue(uint8 ChannelNum,uint8 DecimationRate,uint8 RefVoltage);/函數(shù)功能:讀出AD口的數(shù)據(jù).參數(shù)的含義（通道號，分辨率，參考電壓）char uart_buffer;void delay(void) /延時 unsigned int i; unsig

13、ned char j; for(i=0;i1500;i+) for(j=0;j200;j+) asm(NOP); asm(NOP); asm(NOP); void UartTX_Send_String(unsigned char *Data,int len) /串口發(fā)送字符串 int j; for(j=0;jlen;j+) U0DBUF = *Data+; /將數(shù)據(jù)放入輸出緩沖區(qū)，并指針加1 while(UTX0IF = 0);/ 判斷串口數(shù)據(jù)是否發(fā)送完成，發(fā)送完后該寄存器被置1 UTX0IF = 0;/需軟件置0 void UartTX_Send_Data(unsigned char Dat

14、a,int len) /串口發(fā)送數(shù)據(jù) int j; for(j=0;j6;temp = AdValue; /臨時變量來保存高8位的值if(temp 0x24) /用于判斷是否有壓力，有壓力的話減去初始值進行變換，0X24是一個臨界的值 temp = (temp - 0x22) * 200 / 0x12; /化為標準單位gelse temp = 0; /無壓力的令temp為0 buf0 = (uint8)temp; /壓力 buf1 = buf0/100; /百位的值buf2 = buf0%100/10; /十位的值buf3 = buf0%10; /個位的值if(buf1 0x9) /將十進制轉

15、換成對應的ASCII buf1 = buf1 - 0XA + A;elsebuf1 = buf1 + 0;if(buf2 0x9) buf2 = buf2 -0XA + A;elsebuf2 = buf2 + 0;if(buf3 0x9) buf3 = buf3 -0XA + A;elsebuf3 = buf3 + 0; UartTX_Send_String( press = ,8); UartTX_Send_String(&buf1,3);UartTX_Send_String(g,1);UartTX_Send_String(rn,2); delay(); / end of main()5.

16、測試結果測試結果如圖6和圖7所示。 圖7 圖76.收獲與體會 作為計算機學院大3的學生我覺得無線傳感器網(wǎng)絡課程設計是很有必要的，因為無線傳感器的課程設計與以往我們所有的課程設計都不一樣，主要強調的不是編程，而是整體的設計一個具體內容出來。雖然設計起來不是很費時，但最后撰寫報告時確花了很多時間，主要因素是我們工科學生部善于寫此類的東西，為此本此課程設計讓我很好意識到了自己的不足，以后工作學習中，我會有意識的解決自己發(fā)現(xiàn)的問題。7.參考文獻1.作者：許毅, 出版社:清華大學出版社, 20122.作者：崔遜學、左從菊, 出版社:清華大學出版社, 出版或修訂時間：2009-073.作者：孫利民, 出版