单元十-CC2530传感器技术应用

单元十

传感器技术应用2

光传感器数据采集目录1SHT10温湿度传感数据采集3

人体红外传感数据采集4

继电器控制任务一SHT10温湿传感数据采集一、任务描述实现温湿度传感器数据的采集，并在PC利用串口调试软件显示采集的数据值。任务一SHT10温湿传感数据采集二、任务目标1.训练目标①检验温湿度（数据型）传感器数据采集的技能。②检验CC2530单片机温湿度（数据型）传感器串口传输的技能。任务一SHT10温湿传感数据采集二、任务目标2.素养目标①培养学生在工作现场的6S意识和用电安全意识。②爱惜工具，注重场地整洁。③具备积极、主动的探索精神。任务一SHT10温湿传感数据采集三、相关知识1．SHT10温湿度传感器利用CC2530的I/O口，通过I2C通信读取温湿度传感器的数据，可以在串口调试软件显示采集到的温湿度值。本任务的温湿度传感器主控器件采用瑞士Sensirion公司推出的SHT10单片数字温湿度集成IC。该集成IC包括一个电容式聚合体测湿组件和一个能隙式测温组件，并与一个14位A/D转换器以及串行接口电路在同一芯片上实现无缝连接。SHT10的内部结构如图10.1所示。任务一SHT10温湿传感数据采集图10.1SHT10的内部结构任务一SHT10温湿传感数据采集三、相关知识1．SHT10温湿度传感器在SHT10中，测温组件和测湿组件感知到的外界温湿度的模拟量将传输到内部的A/D组件，由A/D组件把模拟量转换为数字量传输到串行数据总线上。温湿度的测量数据需要通过一组测量命令来获取，SHT10的命令集如表10.1所示。任务一SHT10温湿传感数据采集表10.1SHT10的命令集命令代码保留0000x温度测量00011湿度测量00101读状态寄存器00111写状态寄存器00110预留0101x—1110x软复位，复位接口、清空状态寄存器，即清空为默认值，下一次命令前等待至少11ms11110任务一SHT10温湿传感数据采集三、相关知识2．SHT10温湿度传感器采集值的计算获取到的温湿度测量数还要通过相应的公式转换成对应的温湿度值。相对湿度输出转换公式为：RHlinear=C1+C2•SORH+C3•SO2RH其中，RHlinear为25℃时相对湿度的线性值，SORH为传感器输出的相对湿度值，C1、C2、C3为系数。公式中各参数说明如表10.2所示。任务一SHT10温湿传感数据采集表10.2相对湿度输出转换公式的参数说明SORH

C1C2C312位-40.0405－2.8×10-6

8位-40.0405－7.2×10-4

任务一SHT10温湿传感数据采集三、相关知识2．SHT10温湿度传感器采集值的计算温度输出转换公式为：RHtrue=d1+d2*SOT。其中，RHtrue为实际温度，SOT为传感器输出的数值，d1、d2为系数，公式各参数说明如表10.3和表10.4所示。任务一SHT10温湿传感数据采集表10.2相对温度输出转换公式的参数说明VDD/Vd1/℃d1/℉5－40.00－40.004－39.75－39.553.5－39.66－39.393－39.60－39.282.5－39.55－39.19任务一SHT10温湿传感数据采集表10.4温度输出转换公式的参数说明2VDD/Vd1/℃d1/℉14位0.010.01812位0.040.072任务一SHT10温湿传感数据采集四、任务实施1．电路分析SHT10温湿传感数据采集电路如图10.2所示。任务一SHT10温湿传感数据采集图10.2SHT10温湿传感数据的采集电路任务一SHT10温湿传感数据采集四、任务实施2．代码设计本程序主要完成的工作包括：首先，单片机发送命令给温湿度传感器，温湿度传感器再根据单片机的命令，执行温度和湿度的采集；然后，单片机读出相应的温度和湿度的数据，并把相关数据发送到PC；最后，通过PC获取采集到的温度和湿度数据，并计算转换为具体的温湿度值。为了便于理解，将内容分为3个部分：各模块的初始化，单片机控制温湿度传感器采集温度和湿度，把采集的数据发送到PC。任务一SHT10温湿传感数据采集四、任务实施2．代码设计（1）各模块的初始化因为温湿度传感器只需要将DATA引脚和SCK引脚与单片机相连，所以使用单片机的P0_6和P0_7引脚分别连接到DATA和SCK引脚，并且给两个引脚发送相应的时序，以便控制温湿度传感器。串口初始化代码如下。voidinitUARTtest(void){CLKCONCMD&=0x80;//晶振32MHzPERCFG=0x00; //位置1P0口P0SEL=0x0C; //P0用作串口U0CSR|=0x80;//UART模式U0GCR|=8;U0BAUD|=59;//波特率设为9600波特UTX0IF=0;IEN0|=0x84;//开总中断，接收中断}任务一SHT10温湿传感数据采集四、任务实施2．代码设计（2）温度和湿度的采集：SHT10温湿度传感器有4个引脚：GND、DATA、SCK、VDD。图10.3所示为传感器的典型应用电路，也是它与单片机的连接方式。任务一SHT10温湿传感数据采集图10.3典型应用电路任务一SHT10温湿传感数据采集四、任务实施2．代码设计（2）温度和湿度的采集：温湿度传感器芯片采用SHT10。SHT10的DATA口接CC2530的P0_6//定义通信数据端口SHT10的SCK口接CC2530的P0_7//定义通信时钟端口SHT10的VDD口接CC2530的VCC//2.4～3.3V供电（SHT10的“电量不足”功能可监测到VDD电压低于2.47V的状态。精度为0.05V。）SHT10的GND口接CC2530的GND//地任务一SHT10温湿传感数据采集四、任务实施2．代码设计（2）温度和湿度的采集：要驱动SHT10进行采样，必须发送如下命令。（1）向SHT10发送“启动传输”时序，完成数据传输的初始化。（2）初始化之后，单片机便可以向SHT10发送命令。通常的命令包括3个地址位（目前只支持“000”）和5个命令位。（3）SHT10表示已正确的接收到命令：在第8个SCK时钟的下降沿之后，将DATA下拉为低电平，并且在第9个SCK时钟的下降沿之后，将DATA位恢复为高电平。任务一SHT10温湿传感数据采集图10.4启动传输时序当SCK时钟高电平时，DATA翻转为低电平；紧接着SCK变为低电平，随后在SCK时钟高电平时，DATA翻转为高电平。任务一SHT10温湿传感数据采集四、任务实施2．代码设计（2）温度和湿度的采集：启动传输程序完成之后，SHT10便会以串行数据的方式与单片机通信。DATA在SCK时钟下降沿之后改变状态，并仅在SCK时钟上升沿有效。数据传输期间，当SCK时钟高电平时，DATA必须保持稳定。为了避免信号冲突，单片机应驱动DATA在低电平。向传感器发送数据，在SCK上升沿之前把数据写入，上升沿时数据有效，在SCK下降沿时把数据发送给传感器。任务一SHT10温湿传感数据采集图10.5通信复位时序任务一SHT10温湿传感数据采集四、任务实施2．代码设计（2）温度和湿度的采集：数字信号的整个传输过程由8位校验确保正确。任何错误数据将被检测到并清除。从传感器读数据，同样要注意时序，只有在SCK上升沿数据有效后才能读。任务一SHT10温湿传感数据采集四、任务实施2．代码设计（3）把采集的数据发送到PC单片机在获取温湿度数据之后，将数据发送给PC，并通过PC计算具体的温湿度值。任务一SHT10温湿传感数据采集四、任务实施2．代码设计（3）把采集的数据发送到PC首先，主函数初始化各模块；然后向传感器发送命令，传感器把采集的数据发送给单片机；最后，单片机通过串口把数据发送给PC。任务一SHT10温湿传感数据采集五、任务小结一个模块中包括两个文件，一个是“.h”文件，另一个是“.c”文件“.h”文件是一个接口描述文件，其内部一般不包含任何实质性的函数代码，主要对外提供接口函数或接口变量。头文件构成原则为：为外界不应知道的信息就不应该出现在头文件，而外界调用模块内部接口函数或接口变量所必需的信息一定要出现在头文件里。“.c”文件主要是对“.h”文件中声明的外部函数进行具体的实现，对具体实现方式没有特殊规定，只要能实现其函数功能即可。任务一SHT10温湿传感数据采集六、启发与思考注意：SHT10温湿度传感器的左边是温度，手摸可以改变温度数据。SHT10温湿度传感器的右边是湿度，哈气可以改变湿度数据。任务一SHT10温湿传感数据采集六、启发与思考DHT11程序采用模块化编程思想，只需调用温度读取函数即可，相当方便，移植到其他平台也非常容易。P0_6的配置和DHT11使用P0_6的方法具体如下。在DHT11.c中修改，如下代码。P0DIR|=0x80;//定义P0_7为输入P0DIR&=0xBF;///定义P0_6为输出在DHT11.h中修改，如下代码。#defineDATAP0_6//定义通信数据端口#defineSCKP0_7//定义通信时钟端口任务二光传感数据采集一、任务描述采用光敏传感和CC2530组成一个模拟量传感器采集系统，当光敏传感器检测到光的强度时，启动ADC转换，转换为数字量。任务二光传感数据采集二、任务目标①检验光敏传感器数据采集的技能。②检验光敏传感数据串口传输的技能。任务二光传感数据采集二、任务目标2.素养目标①培养学生在工作现场的6S意识和用电安全意识。②爱惜工具，注重场地整洁。③具备积极、主动的探索精神。任务二光传感数据采集三、相关知识1．光敏传感器的工作原理光敏传感器内装有一个高精度的光电管，光电管内有一块由“针式二极管”组成的小平板，当向光电管两端施加一个反向的固定压时，任何光对它的冲击都将导致其释放出电子，结果是，当光照强度越高,光电管的电流也就越大，电流通过一个电阻时，电阻两端的电压被转换成可被采集器的数/模转换器接收的0~5V电压，然后以适当的形式把结果保存下来。简单地说，光敏传感器就是利用光敏电阻受光线强度影响而阻值发生变化的原理，向主机发送光线强度的模拟信号。任务二光传感数据采集三、相关知识2．光敏传感器的组成（1）敏感元件它能直接感受被测非电量，并按一定规律将其转换成与被测非电量有确定对应关系的其他物理量。（2）转换元件将敏感元件输出的非电物理量（如光强等）转换成电路参量。（3）信号调节（转换）电路将转换器件输出的电信号进行放大、运算、处理等，以获得便于显示、记录、处理和控制的有用电信号。（4）辅助电源它的作用是提供能源。有的传感器需要外部电源供电；有的传感器则不需要外部电源供电，如压电传感器。任务二光传感数据采集四、任务实施1．电路分析本任务使用P0_0作为检测引脚，利用光敏传感器进行数据采集，启动ADC转换。任务二光传感数据采集四、任务实施2．代码设计（1）ADC初始化ADC初始化，代码具体如下。voidhal_adc_Init(void){APCFG|=1;P0SEL|=(1<<(0)); P0DIR&=~(1<<(0));

}任务二光传感数据采集四、任务实施2．代码设计（2）光传感器数据采集数据光传感器数据采集数据，代码具体如下。uint16get_adc(void){uint32value;hal_adc_Init();//ADC初始化

ADCIF=0;//清ADC中断标志

//采用基准电压AVDD5:3.3V，通道0，启动A/D转化

ADCCON3=(0x80|0x10|0x00);while(!ADCIF){;//等待A/D转换结束

}value=ADCH;value=value<<8;value|=ADCL;//A/D值转换成电压值//0表示0V，32768表示3.3Vvalue=(value*330);//电压值=(value*3.3)/32768（V)value=value>>15;//除以32768//返回分辨率为0.01V的电压值

return(uint16)value;}任务二光传感数据采集五、任务小结本任务使用P0_0作为检测引脚，利用光敏传感器进行数据采集，启动ADC转换。设置该端口模拟IO口使用（APCFG|=0x01;）。查询实现，ADC数据采集步骤为：设置参考电压（ADCCON3|=0x80（采用AVDD5引脚,即3.3V））—选择抽取率（ADCCON3|=0x10（采用9位采样））—选择工作通道并启动ADCCON3|=0x00（采用0通道启动，共16个通道），其中ADCCON3|=0x00通道0~7对应P0_0~P0_7；ADC数据采集只能利用P0口实现。任务二光传感数据采集五、任务小结如果采用定时器1中断实现，ADC数据采集步骤为：串口位置（PERCFG）—串口TX/RX引脚（PxSEL）—模式选择（U0CSR|=0x80;//UART模式）—波特率（U0BAUD=216和U0GCR|=10）—清除TX中断标志（UTX0IF=0;）—全局中断打开（EA＝１）。中断处理程序步骤为：禁止全局中断（EA=0;）—清除通道0中断标志（T1STAT&=~0x01;）—使能全局中断（EA=1;）。任务二光传感数据采集六、启发与思考对于不同厂家的ADC转换，主要修改APCFG和ADCCON3的值，实现程序代码的移植性和通用性。任务三人体红外传感数据采集一、任务描述采用人体红外传感器和CC2530组成一个开关量传感器采集系统，当人体红外传感器检测到人时，系统立即使CC2530模块上的LED点亮，反之则使LED熄灭。任务三人体红外传感数据采集二、任务目标①检验人体红外传感器数据采集的技能。②检验人体红外传感数据串口传输的技能。任务三人体红外传感数据采集二、任务目标2.素养目标①培养学生在工作现场的6S意识和用电安全意识。②爱惜工具，注重场地整洁。③具备积极、主动的探索精神。任务三人体红外传感数据采集三、相关知识1．人体红外传感器的工作原理人体红外检测的原理是利用人体的体温总是恒定在37.5℃左右，人体所辐射的红外线中心为9～10μm，根据这一特性，选用检测相应波长的红外线的热释电传感器即可。探测元件的波长灵敏度在0.2～20μm范围内。任务三人体红外传感数据采集三、相关知识1．人体红外传感器的工作原理热释电效应同压电效应类似，是指由于温度的变化而引起晶体表面荷电的现象。热释电传感器是对温度敏感的传感器。它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，在元件两个表面做成电极。在传感器监测范围内，温度有ΔT的变化时，热释电效应会在两个电极上产生电荷ΔQ，即在两个电极之间产生一微弱的电压ΔV。由于它的输出阻抗极高，因此在传感器中有一个场效应管进行阻抗变换。热释电效应所产生的电荷ΔQ会被空气中的离子所结合而消失，即当环境温度稳定不变时，ΔT=0，则传感器无输出。当人体进入检测区时，因人体温度与环境温度有差别，将产生ΔT，则有ΔT输出；若人体进入检测区后不动，则温度没有变化，传感器也没有输出了。所以这种传感器检测人体或动物的活动传感器。实验证明，传感器不加光学透镜（又称菲涅尔透镜），其检测距离小于2m，而加上光学透镜后，其检测距离可大于7m。任务三人体红外传感数据采集三、相关知识2．人体红外传感器的组成人体红外传感器的工作原理并不复杂，一个典型的传感器系统各部分的实体分别由待测目标、大气衰减、光学接收器、辐射调制器、红外探测器、探测器制冷器、信号处理系统和显示设备等8部分组成。任务三人体红外传感数据采集三、相关知识3．人体红外传感器技术指标该系统选用SS-101人体红外传感器，其技术指标具体如下。①工作电压为4.5～20V。②静态电流为60μA。③输出信号,高电平为2.5V,低电平为0。④电平保持时间为0～999s。⑤感应距离为5～7m。⑥感应角度为110°。任务三人体红外传感数据采集四、任务实施1．电路分析电路如图10.8所示。任务三人体红外传感数据采集图10.8人体红外传感器电路任务三人体红外传感数据采集四、任务实施1．电路分析通过CC2530的I/O口，采集传感器的开关量，然后通过CC2530串口把数据发送给上位机，这样上位机就能进行集中采集和处理。任务三人体红外传感数据采集四、任务实施本任务提供的开关量传感器为人体红外传感器，传感器的开关量采集端口为CC2530的P0_1口。P0_1为高电平时表示没有感应到人，P0_1为低电平时表示感应到人。具体程序代码如下。while(1)//无限循环

{if(DATA_PIN==1){DelayMS(10);if(DATA_PIN==1){LED1=0;//无人时LED1熄灭

}} elseLED1=1;//有人时LED1亮

}}任务三人体红外传感数据采集五、任务小结人体红外是利用人体体温37°左右特殊波长的红外线检测报警，只要接收即可。红外对射是利用发射端和接收端出现阻挡报警。本任务使用P0_1作为检测引脚。P0_1口为传感器的输入端。具体传感器OUT输出电平由模块决定，不同厂家可能不一样，但是改动非常小。任务三人体红外传感数据采集六、启发与思考配置P0.0的方法：#defineDATA_PINP0_1//定义P0_1口为传感器的输入端P0DIR&=~0x02;//P0_1定义为输入口00000010任务四继电器控制一、任务描述本任务使用按键P1_2控制继电器P2_0的输入信号，如果按键按下，高电平继电器吸合，并且继电器吸合指示灯亮；低电平继电器断开灯熄灭。①持续按下按键0.5s后，继电器P2_0吸合，LED灯常亮。②松开按键后，继电器P2_0断