武漢理工大學(xué)無(wú)線傳感課設(shè)(壓力傳感器采集設(shè)計(jì))(共21頁(yè))

1、武漢理工大學(xué)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計(jì)學(xué) 號(hào)： 01211108601課 程 設(shè) 計(jì)題 目壓力傳感器采集設(shè)計(jì)學(xué) 院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專(zhuān) 業(yè)物聯(lián)網(wǎng)工程班 級(jí)姓 名指導(dǎo)教師許毅2014年1月16日 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué)生姓名： 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 許毅 工作單位：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院題 目: 壓力傳感器采集設(shè)計(jì)初始條件： 1.課程設(shè)計(jì)使用 CVT-WSN-II實(shí)驗(yàn)平臺(tái),使用CC2530芯片和輔助芯片以及器件； 2.CC2530有程序設(shè)計(jì)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言為C、C、或者nesC語(yǔ)言；3. CVT-WSN-II實(shí)驗(yàn)平臺(tái)使用說(shuō)明書(shū)；要求完成的主要任務(wù): （包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，撰寫(xiě)說(shuō)明書(shū)

2、具體要求）1. 學(xué)習(xí)使用CVT-WSN-II硬件綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，程序設(shè)計(jì)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境；2. 根據(jù)課程設(shè)計(jì)題目，進(jìn)行需求分析，搞清楚課程設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)需求和需要解決的設(shè)計(jì)內(nèi)容。3. 查閱和學(xué)習(xí)課程設(shè)計(jì)題目需要的CVT-WSN-II實(shí)驗(yàn)平臺(tái)資料，掌握CC2530接口芯片的使用方法和編程要領(lǐng)。查閱和學(xué)習(xí)課程設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)，搭建C、C、或者nesC語(yǔ)言設(shè)計(jì)的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。給出程序流程圖。在集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中調(diào)試程序。給出程序的詳細(xì)注釋。能夠解釋使用程序模擬顯示信息。5. 撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告，1）詳細(xì)陳述以上的設(shè)計(jì)過(guò)程；2）詳細(xì)陳述電路的調(diào)試過(guò)程

3、。時(shí)間安排：第20周：1. 熟悉CVT-WSN-II硬件綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，掌握CC2530接口芯片的使用方法和編程要領(lǐng)設(shè)計(jì)。2. 使用C語(yǔ)言或nesC程序編寫(xiě)程序，進(jìn)行調(diào)試、顯示結(jié)果。3. 撰寫(xiě)綜合設(shè)計(jì)報(bào)告。指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)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(shè)計(jì)43.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需設(shè)備44.算法描述54.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖54.2系統(tǒng)程序65.測(cè)試結(jié)果96.收獲與體會(huì)107.參考文獻(xiàn)10 壓力傳感器采集設(shè)計(jì)1.系統(tǒng)描述 1.

4、1前言在信息高速發(fā)展的今天，傳感器檢測(cè)系統(tǒng)的智能化和集成化成為其發(fā)展的兩個(gè)重要方向，而傳感器檢測(cè)系統(tǒng)智能化和集成化的程度主要取決于與之相結(jié)合的微處理器的性能。具有數(shù)據(jù)處理能力，能夠進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)校準(zhǔn)、自動(dòng)誤差補(bǔ)償、自動(dòng)抽樣、以及標(biāo)度變換功能的智能壓力傳感器檢測(cè)系統(tǒng)已成為國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)和研究的熱點(diǎn)。傳感器技術(shù)是現(xiàn)代測(cè)量和自動(dòng)化技術(shù)的重要技術(shù)之一。 從宇宙探索到海洋開(kāi)發(fā)，從生產(chǎn)過(guò)程的控制到現(xiàn)代文明生活，幾乎每一項(xiàng)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)都離不開(kāi)傳感器。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防、科技等各個(gè)領(lǐng)域，傳感器技術(shù)都得到了廣泛的應(yīng)用，并展現(xiàn)出極其廣闊的前景。因此，許多國(guó)家對(duì)傳感器技術(shù)的發(fā)展十分重視。例如在日本傳感器技

5、術(shù)被列為六大核心技術(shù)（傳感器、通信、激光、半導(dǎo)體、超導(dǎo)和計(jì)算機(jī)）之一，并且是將傳感器列為十大技術(shù)之首；美國(guó)將90年代看作是傳感器時(shí)代，將傳感器技術(shù)列為90年代22項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)之一。我國(guó)對(duì)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(xué)技術(shù)就是第一生產(chǎn)力"的思想指引下，各項(xiàng)科學(xué)技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，傳感器技術(shù)也越來(lái)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(jìn)水平。但是從總體來(lái)看，與國(guó)外傳感器技術(shù)的發(fā)展相比，我國(guó)對(duì)傳感器技術(shù)的研究和生產(chǎn)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(shí)踐遠(yuǎn)未成熟，離實(shí)際應(yīng)用需求差距很大

6、，尤其是用于壓力測(cè)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(jìn)一步開(kāi)發(fā)。因此，研究開(kāi)發(fā)高性能的智能壓力傳感器系統(tǒng)對(duì)于促進(jìn)信息技術(shù)及自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展、提高設(shè)備的性能及自動(dòng)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(shí)踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應(yīng)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(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機(jī)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(yīng)制造而成的，這樣的傳感器也稱(chēng)為壓電傳感器。 壓力傳感器的原理是將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槟撤N電信號(hào)，如應(yīng)變式，通過(guò)彈性元件變形而導(dǎo)致電阻變化；壓電式，利用壓電效應(yīng)等。

7、工業(yè)生產(chǎn)控制過(guò)程中，壓力是一個(gè)很重要的參數(shù)。例如，利用測(cè)量大氣壓力來(lái)間接測(cè)量海拔高度；在工業(yè)生產(chǎn)中通過(guò)壓力參數(shù)來(lái)判斷反應(yīng)的過(guò)程；在氣象預(yù)測(cè)中，測(cè)量壓力來(lái)判斷陰雨天氣。因此，壓力計(jì)的設(shè)計(jì)擁有廣闊的市場(chǎng)前景。這種壓力傳感器能比較精確和快速測(cè)量，尤能測(cè)量動(dòng)態(tài)壓力，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)巡回檢測(cè)、信號(hào)轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)距離傳輸、與計(jì)算機(jī)相連接、適時(shí)處理等，因而得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。本課題就是在這樣的背景下設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)字壓力計(jì)，使得測(cè)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(dòng)化生產(chǎn)程度的不斷提高，對(duì)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(yīng)速度快、互換性好的新

8、型傳感器以確保生產(chǎn)自動(dòng)化的可靠性。目前能生產(chǎn)精度在萬(wàn)分之一以上的傳感器的廠家為數(shù)很少，其產(chǎn)最也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)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(shè)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(lái)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(chē)鍋爐等場(chǎng)合要求傳感器工作在-20O1200，在冶煉、焦化等方面對(duì)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(shè)備的功能越來(lái)越人，要求各個(gè)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

9、越好，這就要求發(fā)展新的材料及加工技術(shù)，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(xì)加工技術(shù)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(jī)聯(lián)系在一起，使其能夠在實(shí)際應(yīng)用中能更好地實(shí)現(xiàn)人機(jī)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(dāng)在壓力傳感器上施加壓力時(shí)，該壓力傳感器發(fā)生形變，從而使阻抗發(fā)生變化，同時(shí)使激勵(lì)電壓發(fā)生變化，輸出一個(gè)變化的模擬信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)放大電路放大輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換器。微處理器通過(guò)A/D采集口采集此模擬信號(hào)，并經(jīng)過(guò)運(yùn)算計(jì)算出

10、壓力值。計(jì)算的公式：temp = (temp - 0x22) * 200 / 0x12; 壓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(guān)系是近似為一次線性關(guān)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(diào)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(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)是以CC2530組成的壓力測(cè)量，系統(tǒng)中必須有前向通道作為電信號(hào)的輸入通道，用來(lái)采集輸入信息。壓力的測(cè)量，需要傳感器，利用傳感器將壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后，再經(jīng)儀器放大芯片AD620放大并經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字

11、量后才能由計(jì)算機(jī)進(jìn)行有效處理。利用IAR Embedded for 8051對(duì)系統(tǒng)程序進(jìn)行編寫(xiě)與物聯(lián)網(wǎng)綜合實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行。 3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需設(shè)備 含Windows XP的電腦一臺(tái) CVT-IOT-V教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) （含壓力傳感器模塊）USB串口線 串口調(diào)試工具 IAR Embedded for 8051軟件 4.算法描述 4.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖和A/D轉(zhuǎn)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(kāi)始 串口調(diào)試工具讀取開(kāi)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(zhuǎn)換器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換返回將轉(zhuǎn)換后的電壓轉(zhuǎn)換為壓力 圖3結(jié)束 圖4開(kāi)始將壓力值寫(xiě)入CC2530讀取壓力值 輸

12、出壓力值返回 圖54.2系統(tǒng)程序#include "ioCC2530.h" #define uint8 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(hào)，分辨率，參考電壓）c

13、har uart_buffer;void delay(void) /延時(shí) unsigned int i; unsigned char j; for(i=0;i<1500;i+) for(j=0;j<200;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;j<len;j+) U0DBUF = *Data+; /將數(shù)據(jù)放入輸出緩沖區(qū)，并指

14、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 Data,int len) /串口發(fā)送數(shù)據(jù) int j; for(j=0;j<len;j+) U0DBUF = Data; while(UTX0IF = 0); UTX0IF = 0; #pragma vector=URX0_VECTOR /uart0中斷函數(shù)_interrupt void uart0(void) URX0IF = 0; /清中斷標(biāo)志 P0_0=P0_0; uart_b

15、uffer = U0DBUF; /UartTX_Send_String("welcome",10); UartTX_Send_Data(uart_buffer,1);void main( void )uint16 AdValue;float temp; unsigned char buf8; /定義無(wú)符號(hào)的字符數(shù)組緩沖區(qū)Sensor_PIN_INT();調(diào)用串口初始化UartTX_Send_String("Testing.rn",12); while(1) AdValue = ReadAdcValue(0x6,3,2); /OX6表示從P0.6號(hào)端口進(jìn)行

16、數(shù)據(jù)的采集，3表示512的分辨率，2表示選擇的參考電壓是AVDD5管腳的參考電壓 AdValue = AdValue>>6;temp = AdValue; /臨時(shí)變量來(lái)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(jìn)行變換，0X24是一個(gè)臨界的值 temp = (temp - 0x22) * 200 / 0x12; /化為標(biāo)準(zhǔn)單位gelse temp = 0; /無(wú)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

17、 = buf0%10; /個(gè)位的值if(buf1 > 0x9) /將十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)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 =

18、 ",8); UartTX_Send_String(&buf1,3);UartTX_Send_String("g",1);UartTX_Send_String("rn",2); delay(); / end of main()5. 測(cè)試結(jié)果測(cè)試結(jié)果如圖6和圖7所示。 圖7 圖76.收獲與體會(huì) 作為計(jì)算機(jī)學(xué)院大3的學(xué)生我覺(jué)得無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計(jì)是很有必要的，因?yàn)闊o(wú)線傳感器的課程設(shè)計(jì)與以往我們所有的課程設(shè)計(jì)都不一樣，主要強(qiáng)調(diào)的不是編程，而是整體的設(shè)計(jì)一個(gè)具體內(nèi)容出來(lái)。雖然設(shè)計(jì)起來(lái)不是很費(fèi)時(shí)，但最后撰寫(xiě)報(bào)告時(shí)確花了很多時(shí)間，主要因素是我們工科學(xué)生部善于寫(xiě)此類(lèi)的東西，為此本此課程設(shè)計(jì)讓我很好意識(shí)到了自己的不足，以后工作學(xué)習(xí)中，我會(huì)有意識(shí)的解決自己發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題。7.參考文獻(xiàn)1.<<無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)原理及方法>>作者：許毅, 出版社:清華大學(xué)出版社, 20122.<<無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)明教程>>作者：崔遜學(xué)、左從菊, 出版社:清華大學(xué)出版社, 出版或修訂時(shí)間：2009-073.<<無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)>