3.3 红外传感器与霍尔传感器的综合应用公开课教案教学设计课件资料

项目三

智能防盗系统传感网应用开发（初级）1

2系统应用及结构系统搭建与功能体验本项目学习目标3项目三 智能防盗系统引导案例：任务三

红外传感器引导案例：看完视频你对周围的财产安全环境有什么要说的吗？1

2

3系统应用及结构

本项目学习目标系统搭建与功能体验任务三 红外传感器与霍尔传感器的综合应用引导案例：搭建模拟智能防盗系统智能防盗模拟系统本项目采用在NEWLab平台上安装霍尔传感模块来搭建模拟智能防盗系统，实现了用霍尔开关模块、霍尔线性模块的监测，实现电子围栏防控、通道人员通过监测、门禁开关状态感知、财物位置移动等功能。系统应用及结构系统搭建与功能体验本项目学习目标123智能防盗系统项目三引导案例：项目学习目标智能防盗系统项目学习目标围绕本任务的实现可完成如下学习目标：任务描述任务描述：公司原有的多个防盗系统需要整合和智能化升级，具体包含红外对射、

红外反射、霍尔开关和霍尔线性四个模块，并要求通过ZigBee模块实现系

统智能化控制，通过串口通信将传感器采集的数据送至安保中心集中处理。任务要求：利用外部中断感知红外对射，红外反射和复位按键的状态采集；利用IO口感知霍尔开关的状态、控制LED报警灯状态；利用ADC获取霍尔线性的电压值，并进行处理；利用串口将采集到的数据传送至安防中心完成测试程序的烧写，实现智能防盗系统工作状态的检测；引导问题问题1：你在日常生活中是怎样防盗的？效果怎么样？问题1：如果防盗的手段单一会产生怎样的效果？如何避免这种情况的出现？任务三 红外传感器与霍尔传感器的综合应用任务资讯01任务实施03任务计划与决策02任务小结04电信号的形式与转换任务资讯312智能防盗系统架构分析传感器作用分析及GPIO端口分配电信号的形式与转换电信号的形式与转换信息是指客观事物属性和机互联系特性的表征，它反映了客观事物的存在形式和运动状态。表示信息的形式可以是数值、文字、图形、声音、图像以及动画等。信号是信息的载体，

是运载信息的工具，信号可以是光信号、声音信号，电信号。电话网络中的电流就是一种

电信号。人们可以将电信号经过发送、接收以及各种变换，传递双方要表达的信息。数据

是把事件的属性规范化以后的表现形式，它能被识别，可以被描述，是各种事物的定量或

定性的记录。信号数据可以表示任何信息，如文字、符号、语音、图像、视频等。从电信号的表现形式上，可以分为模拟信号和教字信号。电信号的形式与转换1模拟信号数字信号234A-D转换CC2530中的ADC模块电信号的形式与转换1）模拟信号模拟信号是指用连续变化的物理量所表达的信息，如温度、湿度、压力、长度、电流、电压等，通常模拟信号称为连续信号，它在一定的时间范围内可以有无数多个不同的取值。电信号的形式与转换1模拟信号数字信号234A-D转换CC2530中的ADC模块电信号的形式与转换2)数字信号数字信号指自变量是离散的、因变量也是离散的信号，这种信号的自变量用整数表示，因变量用有限数字中的一个数字来表示，在计算机中，数字信号的大小常用有限位的二进制数表示。由于数字信号是用两种物理状态来表示0和1的，故其抵抗材料本身干扰和环境干扰的能力都比模拟信号强的多；在现代技术的信号处理中，数字信号发挥的作用越来越大，几乎复杂的信号处理都离不开数字信号，只要能把解决问题的方法用数学公式表示，就能用计算机来处理代表物理量的数字信号。电信号的形式与转换1模拟信号数字信号234A-D转换CC2530中的ADC模块电信号的形式与转换3)A-D转换A-D转换通常简写为ADC，是将输入的模拟编号转换为数字信号。各种被测控的物理量(如速度、压力、温度、光照强度、磁场等）是一些连续变化的物理量，传感器将这些物理量转换成与之相对应的电压和电流就是模拟信号。单片机系统只能接收数字位号，要处理这些信号就必须把它们转换成数字信号。模限/数字转换是数字测控系统中必须的信号转换。电信号的形式与转换1模拟信号数字信号234A-D转换CC2530中的ADC模块电信号的形式与转换3)A-D转换CC2530的ADC模块支持最高14位二进制的模拟数字特换，具有12位的有效数据位。它包括一个模拟多路转换器，具有8个各自可配置的通道：以及一个参考电压发生器。转换结果通过DMA写人存储器，还具有多种运行模式。电信号的形式与转换任务资讯312智能防盗系统架构分析传感器作用分析及GPIO端口分配智能防盗系统架构分析智能防盗系统又称为智能防盗报警系统，是

预防盗窃、抢劫等意外事件发生的重要设施。不仅能减少枯燥的人员值守，降低安防人员的工作强度；同时能灵敏准确的提示出事地点，指示安防人员快速进行处理。安防行业智能化成为重要的发展趋势。智能化其实就是在普通的监控报警的过程中增加了智能分析反应、智能控制的功能。智能化可以让防盗报警系统工作更有效率，让用户更省心。本案例重点介绍基于CC2530单片机为核心的综合以红外对射技术构成的电子围栏、红外反射技术构成的通道人员检测、霍尔数字量技术构成的门磁系统、霍尔模拟量构成的贵重物品放置检测等传感技术共同组成的智能防盗系统。为便于理解和操控，每类传感器在本案例中只出现一个。智能安防系统结构如图3-2-1所示：外部中断MCU判断位置及入侵性质红外对射红外反射霍尔线性报警输出ADC霍尔开关防控中心服务器复位开关串口通讯普通IO输出图3-3-2智能防盗系统结构图电信号的形式与转换任务资讯312智能防盗系统架构分析传感器作用分析及GPIO端口分配霍尔效应、应用领域及发展趋势1传感器功能分析GPIO端口分配和功能定义2传感器作用分析及GPIO端口分配1)传感器功能分析红外对射模块和红外反射模块即案例中的电子围栏和通道检测按风险等级分别设置在不同区域，通过数字量采集器或连接zigbee模块的输入端，检测电平变化可以感知通过位置、次数、时间，从而通过指挥中心分配相应的巡防人员进行有目的的检查和防范。红外反射模块和红外反射模块的输出原理大致相同。红外对射模块监控的距离较远，设备一般较为笨重，适合安放在围墙上或可能开放的窗户上。红外反射模块发射端和接收端一般集成在一起，设备较为小巧，但感测距离较近，适合安放在空间较为狭窄的区域。传感器作用分析及GPIO端口分配1)传感器功能分析霍尔线性元件模块可以输出连续的电压，在常态工作时输出中间电压，磁铁S极越靠近输出电压越高，磁铁N极越靠近输出电压越低。霍尔线性元件可检测带磁标的货物是否移动、货物放置的方向，还可精确检测磁性物体离检测元件的距离、旋转角度和旋转速度等数据。本案例中通过检测霍尔线性传感所输出的电压值来判断货物是否离开指定位置，从而判断货物是否被移动或失窃。霍尔开关输出模块在常态工作时输出高电平，当磁铁S极靠近时即工作状态时输出低电平。任务中的门窗的打开和闭合状态检测可采用在门口安置磁铁和霍尔开关模块，即设置门磁系统，通过感知S极完成对门窗开合的感知，由MCU程序接收感知结果统计生成打开和关闭的次数和时间等数据，实现对门窗的安全监测。霍尔效应、应用领域及发展趋势1传感器功能分析GPIO端口分配和功能定义2传感器作用分析及GPIO端口分配CC2530单片机是本案例的核心单元，通过GPIO的

功能设定，可以感知传感模块的实时状态，从而实现报警指示。CC2530共有21个数字I/O引脚，本案例中一共需要使用3个外部中断端口（红外对射、红外反射、复位按键），1个普通I/O输入口（霍尔开关量），1个ADC输入口（霍尔线性）3个普通I/O输出端口（三个指示灯）。输入信号中电子围栏、通道人员感应、系统复位等信号为数字量信号，并且在判断中只要有电压跳变即可确定触发，同时信号的判断和感知中需要实时进行，若进行循环判断输入将浪费大量单片机资源，为节省资源提高单片机工作效率，可选用外部中断输入模式；传感器作用分析及GPIO端口分配霍尔开关量也是数字量，但作为门磁感应需判断霍尔开关输出的电平状态，从而确定门禁的开合状态，故此类输入不能只判断电压跳变，需设置为普通I/O输入端，通过内部定时器定时读取即可。霍尔线性传感模块需要读取输出电流的大小，选择ADC模块对数据进行获取并处理；报警灯光输出只在报警条件触发时工作，因此只需要将四类报警状态通过灯光点亮次序区分开来即可，因此可选用普通I/O输出即可。为实现CC2530前端模块与控制中心服务端间通讯，需

通过串口通讯模块实现远程数据传输。声声音音传传感感模模块块的的工工作作原原理理声音传感模块电路图测测一一测测声音传感器的信号检测依据是什么？涉及哪些环节？想想一一想想生活中其他用到传感器的场景，同学们说说还有哪些？任务三红外传感器与霍尔传感器的综合应用任务资讯任务实施任务计划与决策01

02任务小结03

04智能防盗综合系统的逻辑组成端口分配及编程架构分析规划与实施准备123任务计划与决策智能防盗综合系统的逻辑组成智能防盗综合系统需要利用ZigBee模块中的CC2530单片机来综合处理红外对射信号、红外反射信号、霍尔开关元件、霍尔线性元件等多种传感器所获取的环境信息，对信息进行处理和筛选后通过I/O端口输出给报警系统。同时还要把实时安防数据传送给安防中心的服务端进行记录或进行联防处理。。智能防盗综合系统的逻辑组成端口分配及编程架构分析规划与实施准备123任务计划与决策端口分配及编程架构1端口分配及接线确定程序流程图2端口分配及编程架构本案例只是模拟搭建并测试系统的功能，故每类模块只选择一个连接进系统进行搭建并运用。红外对射、红外反射用于感知非确定性因素，观察电平变化即可判定出现入侵情况，但触发的时间无法的确定，故不适合以I/O口方式完成数据采集，而可以通过外部中断采集和时间测定，利用有限资源使系统具有更好的性能。具体GPIO分配如下：I/O类型

引脚编号

连接设备普通I/O输出端P1_0LED1(通讯)普通I/O输出端P1_1LED2(连接)外部中断P1_2红外对射外部中断P1_3红外反射外部中断P1_4Key1普通I/O输入端P1_5霍尔开关普通I/O输出端P1_6继电器ADC0霍尔线性霍尔效应、应用领域及发展趋势1端口分配及接线确定程序流程图2端口分配及编程架构端口确定后就可以根据每个端口的实际用途分析程序的架构及流程，红外对射、红外反射、复位按键使用的是外部中断，霍尔开关使用的是普通I/O输入端口，霍尔线性使用的是ADC

输入端，当外部中断有改变时，触发报警指示，同时串口发送数据；当霍尔线性数值变化时也需要触发报警装置并发送串口数据。当普通I/O输入端口高低电平发生改变时，需要判断高低电平状态以确定门窗的开合状态，并进行相应的报警指示，同时发送相应的串口数据。因此程序流程图如左图所示：123任务计划与决策智能防盗综合系统的逻辑组成端口分配及编程架构分析规划与实施准备智能防盗综合系统分析与规划项目名称任务名称计划方式计划要求智能防盗系统智能防盗综合系统分组完成、团队合作、学材分析、资料调研掌握CC2530单片机IO的设置方法和使用方法；掌握CC2530单片机外部中断的使用；掌握CC2530单片机定时器的使用；掌握CC2530单片机ADC的获取和使用；；掌握CC2530单片机串口通讯；能对CC2530单片机的端口进行分析和分类使用会对系统进行综合分析，依据模块功能综合利用单片机内部资源主要步骤序号12349101112声声音音传传感感模模块块的的工工作作原原理理声音传感模块电路图测测一一测测声音传感器的信号检测依据是什么？涉及哪些环节？想想一一想想生活中其他用到传感器的场景，同学们说说还有哪些？任务三红外传感器与霍尔传感器的综合应用任务资讯任务实施任务计划与决策01

02任务小结03

04任务实施模块电路搭建功能实现结果验证硬件环境搭建指示灯模块的12V+端口连接继电器1的输出NO1端口J9，指示灯模块12V-端口连接NEWLab实验平台的12V-；继电器1的COM1端J8和背板上的电源端口12V+相连。红外对射AD输出1即J4连接ZigBee模块IN0口红外反射AD输出1即J4连接ZigBee模块IN1口霍尔开关AD输出1即J4连接ZigBee模块OUT0口霍尔线性AD输出1即J4连接ZigBee模块ADC0口ZigBee模块OUT1口连接继电器模块J1口NEWLab实验平台上红外反射模块、红外传感模块和继电器模块上的GND是相通的，所以可以不用考虑负极的处理。硬件环境搭建图3-2-13门窗感应及货物状态感应系统实际接线图任务实施模块电路搭建功能实现结果验证程序编写完整智能防盗系统程序依次包括对按键和信号采集等IO端口定义部分、延时函数、ADC端口实现数据采集处理模块、串口通信及报警模块，以及系统主函数等部分组成，图3-3-6为系统中各组成模块的组织顺序。5.获取ADC电压值6.外部中断初始化头文件及宏定义

7.I/O输出初始化全局变量的设置

8.定时器T1初始化delay延时函数

9.串口通讯初始化ADC初始化

10.串口发送一个字节11.串口发送一个字符串12.报警灯光初始化ADC电压值处理函数串口发送数据处理函数15.主程序函数定时器T1中断服务子程序外部中断服务子程序程序编写其中头文件及宏定义、延时函数、定时器T1、初始化函数、串口初始化函数、串口发送一个字节、串口发送一个字符串、ADC初始化程序、获取ADC值等模块在此前项目一、项目二中有详细设计说明，本章就不再赘述，本任务的主体模块为I/O初始化函数、外部中断子函数、定时器T1中断子函数、灯光报警函数、ADC数据处理函数等。程序如下。三个普通I/O输出端口和一个普通I/O输入端口的设定程序编写外部中断的设定中断服务子函数程序编写ADC数据采集与处理部分指示灯控制处理部分程序编写串口发送数据主程序任务实施模块电路搭建功能实现结果验证任务实施运行程序，查看结果，对比以下动作查看灯光及串口工具显示结果是否一致：1.遮挡红外对射ZigBee板上的指示灯左灯闪烁，右灯熄灭，同时继电器动作连接的LED亮。串口助手