G物联网数据采集器报告书-孔宁

1摘要本系统为物联网数据采集器，由按键、显示电路、采集报警电路、无线模块、条形码检测模块及主机电路组成，采用AT89S52单片机为核心，通过传感器对温度、湿度、声音或震动、酒精、煤气及暗光的采集并利用无线进行数据传输，由主机接收显示并进行判断及控制报警电路的工作。该系统还具有条形码检测及存储功能，传输距离≤600米。AbstractThesystemdatacollectorfortheInternetofthings,frombuttons,displaycircuit,collectingalarmcircuit,wirelessmodules,barcodedetectionmoduleandthehostcircuit,usingAT89S52microcontrollercore,throughthesensorsoftemperature,humidity,soundorvibration,alcohol,gasandthedarklightoftheacquisitionanduseofwirelessdatatransmission,receivedbythehostdisplayandalarmcircuittojudgeandcontrolthework.Thesystemalsohasabarcodedetectionandstoragecapabilities;transmissiondistanceof600metersandtheoreticalaccuracy.一、系统方案论证与比较1．主控电路选择方案一:由FPGA构成主控电路,系统板体积小，运算速度快,稳定性强,而且功能强大,可以提供丰富的逻辑单元和I/O口资源，但是成本较高，不符合节能、环保的要求。方案二:采用AT89S52单片机构成的主控电路，支持ISP下载技术，控制操作简单，价格低廉，通用性强。经比较分析，考虑到传统的51单片机就可以满足题目的需要，而且价格低廉，性价比高，因此选择方案二。2．无线传输电路选择方案一：利用2262及2272无线模块进行数据传输，价格实惠，但传输距离较短并且不够稳定并且处理数据比较麻烦。方案二：采用较为专业的KYL-1020U微功率无线数据传输模块，它是一种远距离无线数据传输产品，虽然成本较高，但它体积小，功耗低，稳定性及可靠性极高，传输距离长（理论600m）并能方便为用户提供双向的数据信号传输、检测和控制。处理也较为简便，实用效果非常可观。经比较分析和我们所了解的，我们采用了方案二。3．温湿度电路选择方案一：HSM-20G温湿度模块，采用电阻式传感元件成本低、互换性好、湿滞小、耐高湿、抗污染、微型化温湿度一体线性电压信号输出。方案二：采用高温型数字温湿度传感器AM2303，AM2303数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性经比较分析，选取方案一来实现湿度检测功能。4．显示电路选择方案一：用数码管作为显示器件，数码管直接连接到单片机的I/O口进行控制，电路简单，成本较低，但是占用I/O口太多,显示内容较少，而且功耗也比较大。方案二：用液晶1602作为显示器件，功耗较低，而且显示的内容比较丰富，2可显示数字、字母、字符等，显示信息量也较大，显示效果较好。方案三：使用12864液晶屏作为显示器件，大屏幕显示，可以显示中文，更加人性化，显示内容更为丰富。经比较分析，考虑到题目要求多点采样数据并显示出来，为显示得更为直观，不容易混乱我们选择了方案三。二、电路模块的设计与分析1．系统设计分析系统主要由主机电路、从机电路、显示电路、传感器采集信号电路、条形码检测电路、存储电路、无线发射模块、无线接收模块及声光报警电路组成。。系统框图如图G-2-1所示。首先从机部分负责监查各个监测点，各个检测点根据当前情况把信息汇总到从机单片机，由单片机进行处理并通过无线传送到主机，再由主机进行判断是否出现故障而决定是否报警并显示监测点的环境状态，如温湿度、时间等。图G-2-12．单片机主控电路主控电路包括单片机最小系统、按键控制、液晶屏显示、声光报警、存储、电源及接收模块组成。电路为图I-2-2至G-2-4所示。其中单片机P0口控制12864液晶屏。P3口控制声光报警。单片机采集电路从机传感器采集温度、湿度、声音（振动）、暗度、酒精、烟雾条形码检测无线发射单片机控制系统主机显示电路存储电路声光报警电路按键操作电路无线接收单片机控制系统主机显示电路存储电路声光报警电路按键操作电路无线接收显示电路3图G-2-2单片机系统版电路图G-2-3存储、电源及无线接收电路主机上部分设计了无线接收接口，用来接收从机发送过来的信息，而24c02是用来进行读写信息的。4图G-2-4液晶显示和声光报警电路使用12864液晶显示屏作为显示器件，其显示资源丰富，能显示中文，使得采集过来的多个采样点的信息都能一目了然的显示在荧屏上，更为人性化。3．从机单片机控制电路从机模块主要由单片机最小系统、液晶显示电路、传感器采集电路、电路如图G-2-5至图G-2-9所示。5图G-2-5从机采集和显示电路图G-2-6声音（震动）检测电路在没有声音状态下电路输出高电平，当驻极话筒感受到声音或震动时，其信号经放大，使得比较器的输入电压被拉升，输出低电平，从而可以控制报警器发出报警信号。6图G-2-7酒精或烟雾或煤气传感检测电路传感器没有感受到酒精或烟雾或煤气时，整个电路输出处于低电平状态，当有酒精或煤气时，由于比较器的输入端电压的拉升使得同向电压大于反向电压，其输出的高电平可作为报警信号。图G-2-8暗光检测和蜂鸣器电路暗光检测电路是利用光敏电阻的亮电阻与暗电阻的阻值差别的特性设计了比较器电路，从而改变比较器输出的高低电平，从而可以作为报警指示。7图G-2-9条形码检测、电池模块、无线发射及温湿度电路三、系统软件设计1．系统软件流程图系统的软件程序由汇编语言编写，使用WAVE编译环境，详细的程序流程图如图G-3-1a、G-3-1b。图G-3-1a主程序流程图之主机部分8图G-3-1b主程序流程图之从机部分主机初始化后，实时打开串口中断来接受从机发送的数据，然后对数据的处理和显示。从机初始化后，实时打开串口中断来接受从条形码电路发送的数据，然后对数据的处理和显示，再将处理后的数据发送给主机。四、系统测试与分析1．系统测试仪器四位半万用表1台、双路直流稳压电源1台、数字示波器1台、DDS信号源1台、酒精、打火机（主要气体成分：甲烷）及数字温度计。2．系统测试与结果分析（1）模拟报警测试及其测试结果如表G-4-1所示。表I-4-1模式1测试记录（逐个信号检测）模拟检测项目环境变量测试效果结论甲烷报警无甲烷无报警达到预期效果有甲烷声光报警提示并显示为气体报警酒精报警无酒精无报警达到预期效果有酒精声光报警提示并显示为酒精报警暗光报警亮光无报警达到预期效果暗光声光报警提示并显示为暗光报警声音或震动无声音或无震动无报警达到预期效果有声音或有振动声光报警提示并显示为声音报警9条形码检测不检测条形码无显示达到预期效果检测条形码能正确显示条形码测试结果分析：系统能准确判断各个监测点的异常，并进行显示及声光报警。表G-4-2模式2测试记录（几个或全部信号同时采集）模拟检测项目环境变量测试效果结论甲烷、酒精报警无甲烷、无酒精无报警达到预期效果同时采集甲烷及酒精声光报警提示同时显示气体及酒精报警暗光、声音报警亮光、无声音无报警达到预期效果有声音并给光敏电阻屏蔽光线声光报警提示同时显示暗光及声音报警酒精、声音、暗光报警亮光、无酒精、无声音无报警达到预期效果有声音、有酒精并给光敏电阻屏蔽光线声光报警提示同时显示暗光、酒精及声音报警甲烷、酒精及声音报警无声音、无震动、无甲烷无报警达到预期效果有声音、震动、甲烷、声光报警提示同时显示气体、酒精及声音报警甲烷、酒精、条形码检测无声音、无甲烷、不检测条形码无报警、无显示条形码达到预期效果检测条形码声光报警提示同时显示气体、酒精及声音报警并能正确显示条形码甲烷、暗光、酒精及声音报警无声音、无震动、无甲烷、无酒精无报警达到预期效果有声音、震动、甲烷、酒精声光报警提示同时显示气体、暗光、酒精及声音报警甲烷、暗光、酒精及声音报警在加条形码全部不施加无报警达到预期效果全部施加声光报警提示同时显示气体、暗光、酒精及声音报警并显示条形码测试结果分析：开始调试是采取逐个采样点进行硬件电路与软件进行调试，并改进或改善其中的不足，逐个采样点都检测无误并且显示正常后，就开始几个或全部，进行对所有检测点采样检测，在检测过程中发现我们的程序或电路设计多少都要写碰撞，不过都被一一排除解决掉。（2）温度测试及其测试结果如表G-4-3所示。10表G-4-3温度测试结果实际温度℃检测得的温度℃误差第一次第二次第三次平均27.127.227.127.227.170.0730.030.030.230.130.100.1032.231.932.132.232.07-0.1333.033.033.033.133.030.0335.035.234.935.135.070.0740.040.340.140.140.170.1742.542.542.442.642.500.0043.743.743.743.643.67-0.0350.050.150.250.250.170.1753.453.553.553.553.500.1063.063.163.263.263.170.1765.065.065.065.165.030.0370.169.870.370.370.130.03五、设计制作总结系统以单片机为核心，通过从机将无线数据传输到主机并进行处理判断。该系统能传送距离达600m，能准确的识别条形码，能采集当前温度并实时显示，能准确判断采样点有无酒精气体，即完成了题目的基本要求。而该系统还有如下功能扩展：能检测采样点有无烟雾或甲烷气体，能判断采样点有无声音或振动，能准确判断室内照明电路是否异常（突然断电为暗光），能够存储当前信息并能读取出来，温度测量精度为≤±0.2℃，能用电池块供电工作，通过长时间调试及不断完善，该系统工作稳定，准确度极高。