武汉理工大学无线传感课设(压力传感器采集设计)(共21页)

1、武汉理工大学无线传感器网络课程设计学 号： 01211108601课 程 设 计题 目压力传感器采集设计学 院计算机科学与技术学院专 业物联网工程班 级姓 名指导教师许毅2014年1月16日 课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 许毅 工作单位：计算机科学与技术学院题 目: 压力传感器采集设计初始条件： 1.课程设计使用 CVT-WSN-II实验平台,使用CC2530芯片和辅助芯片以及器件； 2.CC2530有程序设计集成开发环境，程序设计语言为C、C、或者nesC语言；3. CVT-WSN-II实验平台使用说明书；要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，撰写说明书

2、具体要求）1. 学习使用CVT-WSN-II硬件综合实验平台，程序设计集成开发环境；2. 根据课程设计题目，进行需求分析，搞清楚课程设计需要设计需求和需要解决的设计内容。3. 查阅和学习课程设计题目需要的CVT-WSN-II实验平台资料，掌握CC2530接口芯片的使用方法和编程要领。查阅和学习课程设计题目需要的辅助芯片以及器件资料。4. 利用CVT-WSN-II硬件综合实验平台，搭建C、C、或者nesC语言设计的集成开发环境。给出程序流程图。在集成开发环境中调试程序。给出程序的详细注释。能够解释使用程序模拟显示信息。5. 撰写课程设计报告，1）详细陈述以上的设计过程；2）详细陈述电路的调试过程

3、。时间安排：第20周：1. 熟悉CVT-WSN-II硬件综合实验平台，掌握CC2530接口芯片的使用方法和编程要领设计。2. 使用C语言或nesC程序编写程序，进行调试、显示结果。3. 撰写综合设计报告。指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日 1.系统描述11.1前言11.2系统背景11.3系统的发展方向22. 系统总体分析32.1 系统工作原理32.2 系统原理方框图32.3 系统原理图43.系统总体设计43.1系统设计所需设备44.算法描述54.1系统设计流程图54.2系统程序65.测试结果96.收获与体会107.参考文献10 压力传感器采集设计1.系统描述 1.

4、1前言在信息高速发展的今天，传感器检测系统的智能化和集成化成为其发展的两个重要方向，而传感器检测系统智能化和集成化的程度主要取决于与之相结合的微处理器的性能。具有数据处理能力，能够进行自动检测、自动校准、自动误差补偿、自动抽样、以及标度变换功能的智能压力传感器检测系统已成为国内外开发和研究的热点。传感器技术是现代测量和自动化技术的重要技术之一。 从宇宙探索到海洋开发，从生产过程的控制到现代文明生活，几乎每一项现代科学技术都离不开传感器。在工业、农业、国防、科技等各个领域，传感器技术都得到了广泛的应用，并展现出极其广阔的前景。因此，许多国家对传感器技术的发展十分重视。例如在日本传感器技

5、术被列为六大核心技术（传感器、通信、激光、半导体、超导和计算机）之一，并且是将传感器列为十大技术之首；美国将90年代看作是传感器时代，将传感器技术列为90年代22项关键技术之一。我国对传感器的研究也有二十多年的历史并取得了很大的成就。目前，在"科学技术就是第一生产力"的思想指引下，各项科学技术取得了突飞猛进的发展，传感器技术也越来越受到各方面的重视，虽然在某些方面已赶上或者接近世界先进水平。但是从总体来看，与国外传感器技术的发展相比，我国对传感器技术的研究和生产还比较落后，现正处于方兴未艾的阶段。由于智能传感器系统的研究起步较晚，其理论和实践远未成熟，离实际应用需求差距很大

6、，尤其是用于压力测量的高性能、小体积、低成本智能压力传感器系统更是有待于进一步开发。因此，研究开发高性能的智能压力传感器系统对于促进信息技术及自动化技术的发展、提高设备的性能及自动化水平具有不可低估的意义。1.2系统背景压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业，而我们通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也称为压电传感器。 压力传感器的原理是将压力信号转变为某种电信号，如应变式，通过弹性元件变形而导致电阻变化；压电式，利用压电效应等。

7、工业生产控制过程中，压力是一个很重要的参数。例如，利用测量大气压力来间接测量海拔高度；在工业生产中通过压力参数来判断反应的过程；在气象预测中，测量压力来判断阴雨天气。因此，压力计的设计拥有广阔的市场前景。这种压力传感器能比较精确和快速测量，尤能测量动态压力，实现多点巡回检测、信号转换、远距离传输、与计算机相连接、适时处理等，因而得到迅速发展和广泛应用。本课题就是在这样的背景下设计一个简单的数字压力计，使得测量得到的压力能够数码管显示。 1.3系统的发展方向1.向高智能高精度发展:随着自动化生产程度的不断提高，对传感器的要求也在不断提高，必须研制出具有灵敏度高、精确度高、响应速度快、互换性好的新

8、型传感器以确保生产自动化的可靠性。目前能生产精度在万分之一以上的传感器的厂家为数很少，其产最也远远不能满足要求。2.向高可靠性、宽温度范围发展:传感器的可靠性直接影响到电子设备的抗干扰等性能，研制高可靠性、宽温度范围的传感器将是永久性的方向。提高温度范围历来是大课题，大部分传感器其工作范围都在-2070，在军用系统中要求工作温度在-40O85O范围，而汽车锅炉等场合要求传感器工作在-20O1200，在冶炼、焦化等方面对传感器的温度要求更高，因此发展新兴材料(如陶瓷)的传感器将很有前途。3.向微型化发展:各种控制仪器设备的功能越来越人，要求各个部件体积能占位置越小越好，因而传感器本身体积也是越小

9、越好，这就要求发展新的材料及加工技术，目前利用硅材料制作的传感器体积己经很小。如传统的加速度传感器是由重力块和弹簧等制成的，体积较大、稳定性差、寿命也短，而利用激光等各种微细加工技术制成的硅加速度传感器体积非常小、互换性可靠性都较好。4高智能化：将压力传感器和单片机联系在一起，使其能够在实际应用中能更好地实现人机互换交流，增加仪器的数字化和智能化2. 系统总体分析2.1 系统工作原理 当在压力传感器上施加压力时，该压力传感器发生形变，从而使阻抗发生变化，同时使激励电压发生变化，输出一个变化的模拟信号。该信号经放大电路放大输出到模数转换器。微处理器通过A/D采集口采集此模拟信号，并经过运算计算出

10、压力值。计算的公式：temp = (temp - 0x22) * 200 / 0x12; 压力的变化引起的电阻的变化，从而引起电压的变化，这种变化关系是近似为一次线性关系。 2.2 系统原理方框图 系统原理图如图1所示。模拟电压变化量电阻变化量 CC2530A/D口仪器放大芯片AD620传感器压力 串口调试工具 图12.3 压力传感器原理图 压力传感器原理图如图2所示。 图23.系统总体设计本次设计是以CC2530组成的压力测量，系统中必须有前向通道作为电信号的输入通道，用来采集输入信息。压力的测量，需要传感器，利用传感器将压力转换成电信号后，再经仪器放大芯片AD620放大并经A/D转换为数字

11、量后才能由计算机进行有效处理。利用IAR Embedded for 8051对系统程序进行编写与物联网综合实验箱进行。 3.1系统设计所需设备 含Windows XP的电脑一台 CVT-IOT-V教学实验系统 （含压力传感器模块）USB串口线 串口调试工具 IAR Embedded for 8051软件 4.算法描述 4.1系统设计流程图系统设计流程图和A/D转换流程图分别如图3和图4所示。主函数流程图如图5所示。开始 串口调试工具读取开始处理读到的数据数据采集系统初始化 初始化函数A/D转换器进行A/D转换返回将转换后的电压转换为压力 图3结束 图4开始将压力值写入CC2530读取压力值 输

12、出压力值返回 图54.2系统程序#include "ioCC2530.h" #define uint8 unsigned char #define uint16 unsigned int#define uint32 unsigned longextern void Sensor_PIN_INT(void); /传感器及ADC I/O口初始化.extern uint16 ReadAdcValue(uint8 ChannelNum,uint8 DecimationRate,uint8 RefVoltage);/函数功能:读出AD口的数据.参数的含义（通道号，分辨率，参考电压）c

13、har uart_buffer;void delay(void) /延时 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) /串口发送字符串 int j; for(j=0;j<len;j+) U0DBUF = *Data+; /将数据放入输出缓冲区，并指

14、针加1 while(UTX0IF = 0);/ 判断串口数据是否发送完成，发送完后该寄存器被置1 UTX0IF = 0;/需软件置0 void UartTX_Send_Data(unsigned char Data,int len) /串口发送数据 int j; for(j=0;j<len;j+) U0DBUF = Data; while(UTX0IF = 0); UTX0IF = 0; #pragma vector=URX0_VECTOR /uart0中断函数_interrupt void uart0(void) URX0IF = 0; /清中断标志 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; /定义无符号的字符数组缓冲区Sensor_PIN_INT();调用串口初始化UartTX_Send_String("Testing.rn",12); while(1) AdValue = ReadAdcValue(0x6,3,2); /OX6表示从P0.6号端口进行

16、数据的采集，3表示512的分辨率，2表示选择的参考电压是AVDD5管脚的参考电压 AdValue = AdValue>>6;temp = AdValue; /临时变量来保存高8位的值if(temp > 0x24) /用于判断是否有压力，有压力的话减去初始值进行变换，0X24是一个临界的值 temp = (temp - 0x22) * 200 / 0x12; /化为标准单位gelse temp = 0; /无压力的令temp为0 buf0 = (uint8)temp; /压力 buf1 = buf0/100; /百位的值buf2 = buf0%100/10; /十位的值buf3

17、 = buf0%10; /个位的值if(buf1 > 0x9) /将十进制转换成对应的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. 测试结果测试结果如图6和图7所示。 图7 图76.收获与体会 作为计算机学院大3的学生我觉得无线传感器网络课程设计是很有必要的，因为无线传感器的课程设计与以往我们所有的课程设计都不一样，主要强调的不是编程，而是整体的设计一个具体内容出来。虽然设计起来不是很费时，但最后撰写报告时确花了很多时间，主要因素是我们工科学生部善于写此类的东西，为此本此课程设计让我很好意识到了自己的不足，以后工作学习中，我会有意识的解决自己发现的问题。7.参考文献1.<<无线传感器网络原理及方法>>作者：许毅, 出版社:清华大学出版社, 20122.<<无线传感器网络简明教程>>作者：崔逊学、左从菊, 出版社:清华大学出版社, 出版或修订时间：2009-073.<<无线传感器网络>