基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的化工園區(qū)

1、本文介紹了以arm cortex-m4為核心處理器的飛思卡爾kinetis系列 mk60n512vmd100 k60 mcu,外圍的傳感器模塊以及zigbee無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊 組成的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的化工園區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。這些年來(lái)，隨著國(guó)家的快速發(fā) 展，工廠的建立，污染也越來(lái)越嚴(yán)重，這也引起了人們對(duì)環(huán)境的重視。為了有效 的控制工廠對(duì)環(huán)境的污染，需要對(duì)污染源（cod、co、p11值、煙霧、氨氮含量等 污染物）實(shí)現(xiàn)有效監(jiān)測(cè)、樣本采集和超限報(bào)警。因此我們采用了自動(dòng)化、科學(xué)化 的現(xiàn)代高科技手段，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的監(jiān)測(cè)、采集及預(yù)警要求，研發(fā)了基于物聯(lián)網(wǎng) 技術(shù)的化工園區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)以針對(duì)性的外圍傳感器模

2、塊采集環(huán)境各污 染源參數(shù)，再通過(guò)zigbee無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)把參數(shù)傳輸?shù)絢60 mcu進(jìn)行處理顯示， 同時(shí)上位機(jī)可通過(guò)串口與k60 mcu進(jìn)行通訊。經(jīng)測(cè)試該系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，監(jiān)測(cè)精度 高，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并預(yù)警。關(guān)鍵詞：arm cortex-m4飛思卡爾俾感器zigbee物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)title environmental monitoring system of chemical industrypark based on internet of things technologyabstractthis paper introduces the ereescale kinetis series

3、 carle "mk60n512vmd100" k60 mcu to arm cortex -m4 as the core processor，chemical industrial park environmental monitoring system outside the sensor module and zigbee wireless data transmission module based on iot technology. these years, with the rapid development of the country, the estab

4、lishment of factories, pollution is more and more seriously, this also causes people to pay attention to the environment. the environmental pollution control plant effectively, the need for pollution sources (cod, co, ph, smoke, nitrogen and other pollutants) to achieve effective monitoring alarm, s

5、ample collection and overrun. so we use the automation of modern high-tech scientific instruments, according to the monitoring scene，collection and early warning requirements, research and development of chemical industry park environmental moni tori ng system based on tot technology- the system for

6、 peripheral sensor module acquisition environment of each pollution source and parameters. through the zigbee wireless data transmission technology to k60 mcu for processing parameters are transmitted to the display at the same time, the computer can communicate through the serial port and k60 mcu.

7、after testing the system runs stably, high monitoring precision, which can realize real-time monitoring and early warning.keywords目次1 弓 iw52 gprs簡(jiǎn)介錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。2.1 gprs的技術(shù)特點(diǎn)錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。2.2 gprs技術(shù)的運(yùn)用錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。3系統(tǒng)的組成錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。3.1系統(tǒng)總框圖錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。3.2 中心平臺(tái)錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。3.3傳感器及gprs模塊錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。4中心模塊、gprs模塊與傳感器的硬件設(shè)計(jì)錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽

8、。4.1電源供電電路的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。4.2液晶顯示電路錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。4.3晶振電路設(shè)計(jì)錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。4.4 gprs模塊的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。4.5水位傳感器的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。5系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。5.1軟件設(shè)計(jì)語(yǔ)言的選擇錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。5.2系統(tǒng)總體軟件設(shè)計(jì)錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。5.3傳感器的軟件設(shè)計(jì)錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。6總體調(diào)試錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。結(jié)論錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。至文i射21參考文獻(xiàn)22附錄a原理圖錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。附錄b部分程序圖錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。1引言物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分。其英文名稱是“the internet of things”。

9、顧名思義，物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)。曾憲武講到，物聯(lián)網(wǎng)在世界范 圍內(nèi)都是一個(gè)新興的學(xué)科，上個(gè)世紀(jì)九十年代美國(guó)就己經(jīng)有了 “傳感網(wǎng)是下個(gè)世紀(jì)人 類面臨的有一個(gè)發(fā)展機(jī)遇”的說(shuō)法。2009年，國(guó)務(wù)院總理溫家寶考察中科院無(wú)錫高 新微納傳感網(wǎng)工程研宄所后，就指示“盡快建立中國(guó)傳感信息中心，或蕎叫感知中 國(guó)屮心”。另外國(guó)家的化學(xué)工業(yè)產(chǎn)業(yè)的規(guī)模也隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展而飛速成長(zhǎng)。 直到現(xiàn)在，化學(xué)工業(yè)的主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)已經(jīng)在全國(guó)經(jīng)濟(jì)中扮演著非常重要的角色。化學(xué)工業(yè)對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有很大的促進(jìn)作用。在國(guó)名經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)和人們社會(huì)生活 中扮演的角色也越來(lái)越重要，當(dāng)然，隨之而來(lái)的也有重大的污染問(wèn)題。自然環(huán)境和生 態(tài)環(huán)境甚至

10、是人們的健康都受制于化工污染，但是由于化工污染的類型多，污染途徑 也比較復(fù)雜，因此減少化工污染的危害相對(duì)比較困難。因?yàn)榛の廴編?lái)的危害越來(lái) 越大，所以解決化工污染問(wèn)題，刻不容緩。本課題結(jié)合y物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，傳感器技術(shù)，通過(guò)歷年來(lái)化 工污染的實(shí)例和對(duì)本地化工廠的考察建立了一種集實(shí)吋檢測(cè)、超限報(bào)警和上位機(jī)通信 為一體的一一基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的化工園區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)了對(duì)污染源 （d、co、ph值、煙霧、氨氮含量）等污染物的有效監(jiān)測(cè)、樣本采集和超限報(bào)警。傳統(tǒng)的環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)受到時(shí)間、地域、人力等的限制，需要人工現(xiàn)場(chǎng)采樣，費(fèi)時(shí) 費(fèi)力，且無(wú)法獲得實(shí)時(shí)性的數(shù)據(jù)。本設(shè)計(jì)基于物聯(lián)網(wǎng)及

11、zigbcc無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將一 系列傳感器嵌入在化工園區(qū)的各個(gè)角落，傳感器節(jié)點(diǎn)將會(huì)采集（如溫度、光照、煙霧、 co、cod、濕度等）參數(shù)，實(shí)吋匯總到中央處理單元k60單片機(jī)中進(jìn)行分析、處理與 顯示，通過(guò)串口/usb通信模塊實(shí)現(xiàn)和上位機(jī)電腦之間的通信和傳輸。本課題就是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的化工園區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可有效 實(shí)現(xiàn)對(duì)化工園區(qū)環(huán)境的監(jiān)測(cè)與預(yù)警，我相信此種物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在將來(lái)將會(huì)大放異彩。1.1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)就通過(guò)射頻識(shí)別、紅外感應(yīng)器、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按照約定進(jìn) 行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 簡(jiǎn)單的講，物聯(lián)網(wǎng)就是物與物、人與

12、人之間的信息傳遞與控制。物聯(lián)網(wǎng)主要包括三個(gè)層次，第一個(gè)層次是信息采集網(wǎng)絡(luò)，也就是目前所說(shuō)的包括 各傳感器模塊、各種碼、rftd等設(shè)備在內(nèi)的信息采集網(wǎng)絡(luò)，主要功能是采集和識(shí)別 信息；第二個(gè)層次是數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，主要用于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離無(wú)線傳輸來(lái)自信息采集網(wǎng)絡(luò) 所采集的龐大的信息數(shù)據(jù)；第三個(gè)層次是數(shù)據(jù)信息處理網(wǎng)絡(luò)，其主要功能是對(duì)所采集 數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理及最終實(shí)現(xiàn)人們所預(yù)期的信息服務(wù)。從專業(yè)技術(shù)方面來(lái)講，考慮互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的發(fā)展歷程，物聯(lián)網(wǎng)是在pc、 internet及移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)之后的信息化吋代的又一次浪潮（如圖1. 1所示），它的成 長(zhǎng)來(lái)源于信息采集網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)括移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)技術(shù)，和智能化數(shù)據(jù)信

13、息 處理等信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，還有實(shí)際中的運(yùn)用和創(chuàng)新中的需求雙方面推動(dòng)。這些都 是技術(shù)的快速發(fā)展帶給物聯(lián)網(wǎng)實(shí)際優(yōu)待。智能化與網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)之上的社會(huì)化時(shí)代物聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)的菜三次產(chǎn)業(yè)浪湖以計(jì)翼為核心的第一次低«業(yè);b湖準(zhǔn)動(dòng)了fg息技術(shù)進(jìn)入番能化時(shí)代，以網(wǎng)格為格心的s二次佬患產(chǎn)潮準(zhǔn)動(dòng) 了倍.5茂術(shù)進(jìn)入網(wǎng)場(chǎng)化代以®知為核心的第三次佬患產(chǎn)業(yè)沒(méi)娟勺聯(lián)網(wǎng)挎推勸培5枝術(shù)進(jìn)入杜會(huì)化時(shí)代，閣1. 1信息化浪潮1.2 zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)zigbee是一種高可靠的無(wú)線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)，類似與cdma和gsm網(wǎng)絡(luò)。zigbee數(shù)傳模 塊類似于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)基站。通訊距離從標(biāo)準(zhǔn)的75米到幾百米、幾公里，并且支持無(wú)線

14、 擴(kuò)展。zigbee是一個(gè)由可多到65535個(gè)無(wú)線數(shù)傳模塊組成的一個(gè)無(wú)線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)平臺(tái), 在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，每個(gè)zigbee網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊之間可以相互互傳通信，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié) 點(diǎn)的距離可以從標(biāo)準(zhǔn)的75米無(wú)線擴(kuò)展。與移動(dòng)通信的cdna網(wǎng)或gsm網(wǎng)不同的是，zigbee網(wǎng)絡(luò)主要是為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化控制數(shù)據(jù)傳輸而建立的，因而，它具有簡(jiǎn)單， 使用方便，工作可靠，價(jià)格低廉的特點(diǎn)。實(shí)際應(yīng)用中zigbee的每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不僅自 己可以當(dāng)作被監(jiān)控的對(duì)象，比如它既能傳輸與其相連的傳感器所采集的數(shù)據(jù)，還可以 作為中轉(zhuǎn)站，中轉(zhuǎn)其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)信息。此外，每個(gè)zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)還 可以在其本身信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)，和多個(gè)空閑

15、的子節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無(wú)線連接。zigbee作為一種新型的無(wú)線通信技術(shù)，再加上其短距離、高可靠、低速率的特 點(diǎn)，其應(yīng)用前景得到了普遍的重視和關(guān)注。市場(chǎng)上也開(kāi)始涌現(xiàn)大量與zigbee奮關(guān)的 各種產(chǎn)品。如今，對(duì)比較有競(jìng)爭(zhēng)力的zigbee產(chǎn)品主耍有以下兒種： 飛思卡爾的mc1319x平臺(tái) chipcon 公司的 cc2530 ember的em260網(wǎng)絡(luò)處理器和em250zigbee系統(tǒng)晶片 jennie公司的芯片jn5121其中cc2530更加適合需要低功耗的系統(tǒng)，它只需要較低成本的材料就能構(gòu)成龐 大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，能夠迅速實(shí)現(xiàn)多個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的組網(wǎng)。因此本系統(tǒng)決定采用cc2530 作為zigbee的主控芯片。圖

16、1.2 zigbee的應(yīng)用2系統(tǒng)的組成2.1系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的化工園區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖2. 1所示，本系統(tǒng)設(shè)計(jì) 主要由三大部分組成，包括：中心平臺(tái)、傳感器模塊、zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊。tft觸摸顯示屏eeprom存儲(chǔ)器圖2.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖三個(gè)部分分別通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行信息交換。工作時(shí)，首先傳感器模塊采集環(huán)境參數(shù)，然后通過(guò) zigbee無(wú)線傳輸模塊的子網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)將環(huán)境參數(shù)無(wú)線傳輸給zigbee的主協(xié)調(diào)器，最后主協(xié)調(diào)器通 it 1$思卡爾k60 mcu的串口傳輸給k60 mcu進(jìn)行處理。此外k60 mcu還4通過(guò)串口把數(shù)據(jù)再 轉(zhuǎn)給上位機(jī)存入數(shù)據(jù)庫(kù)以便查詢。2.2中心平臺(tái)心平

17、臺(tái)包括：核心板k60 mcu、tft觸摸顯示屏、eeprom存儲(chǔ)器、ds1302時(shí)鐘模塊、 獨(dú)立按鍵模塊、蜂鳴器超限報(bào)警模塊、rs232串門(mén)通信。屮心平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖2. 2所示tft腿顯示屏電腦eeprom存儲(chǔ)器0圖2. 2系統(tǒng)框圖心平臺(tái)在接收到zigbee的數(shù)據(jù)后判定傳感器類型，然后刷新tft液晶屏，并比 對(duì)設(shè)定的參數(shù)閾值，若低于或超過(guò)限定值，則會(huì)執(zhí)行報(bào)警，最后把數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)。 tft觸摸屏主要是實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前時(shí)間和環(huán)境參數(shù)，并可通過(guò)獨(dú)立按鍵對(duì)時(shí)間及環(huán)境參 數(shù)的閾值進(jìn)行設(shè)定。最后eeprom用于保存設(shè)定參數(shù)，實(shí)現(xiàn)掉電存儲(chǔ)功能。2.3傳感器及無(wú)線模塊本系統(tǒng)中包含了五個(gè)傳感器類型，分別是：ds1

18、8b20傳感器、濕度傳感器、空氣 質(zhì)量傳感器、煙霧傳感器、氣壓傳感器。還有五個(gè)zigbcc無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)以及一個(gè) zigbee主協(xié)調(diào)器。各傳感器模塊通過(guò)相位的z i gbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)將環(huán)境參數(shù)傳輸給z i gbee主協(xié)調(diào) 器，再由zigbee主協(xié)調(diào)器匯總到k60 mcu進(jìn)行處理與顯示。本系統(tǒng)以cc2530作為zigbee的主控芯片，實(shí)現(xiàn)了 zigbee通信網(wǎng)絡(luò)的低功耗，低價(jià)位和高可靠，為化工園區(qū)的環(huán)境監(jiān)測(cè)提供了有力的保證。>&n （:、i溫度傳感器zigbee傳感器節(jié)點(diǎn)1zigbee協(xié)調(diào)器>i:；） i濕度傳感器zigbee傳感器節(jié)點(diǎn)2（?） <zz z；） i粉塵

19、傳感器zigbee傳感器節(jié)點(diǎn)3> rf- |煙霧傳感器zigbee傳感器節(jié)點(diǎn)4t _>s</ j1氣壓傳感器zigbee傳感器節(jié)點(diǎn)52.3傳感器及zigbee無(wú)線模塊結(jié)構(gòu)圖3中心平臺(tái)的硬件設(shè)計(jì)arm cortex-m4是arm公司特別研究出的最新款的處理器，在上個(gè)系列的功能 上又深化了各種運(yùn)算能力，增添了浮點(diǎn)復(fù)雜計(jì)算、dsp和并行計(jì)算等，使信號(hào)處理功 能混合的數(shù)字信號(hào)控制變得更加有效且易于使用。其既保留丫 cortex-m系列處理器 的開(kāi)銷低、便于使用和功耗低等優(yōu)點(diǎn)，更具冇高效的處理數(shù)字信號(hào)功能。0的在于為 那些特別面向新興種類的產(chǎn)品設(shè)計(jì)而提供理想的解決方案。kinetis系

20、列單片機(jī)是2010年下半年飛思卡爾公司根據(jù)arm cortex-14的內(nèi)核 特別開(kāi)發(fā)的一個(gè)系列微控制器，同時(shí)也是世界上第一款根據(jù)arm cortex-m4的內(nèi)核 研發(fā)的微控制器。本系統(tǒng)屮心平臺(tái)的核心板所采用的就是搭載了最新arm cortex-m4內(nèi)核的飛思 卡爾kinetis k60 mcumk60n512vmd100。除了核心板外還奮一些外圍的拓展模塊。corearm4kcortex-m4debugnnterfacgsdspv interrupt.controllerfloating point unitsecurityanalog,cyclicredundancycheck16-bit

21、adcx4randomnumbergeneratorpgax4analogcomparator x36-bitdacx3dacx2vottag©rfgrencgsysteminternal and external watchdogsmemoryprotectiondmalow-laakag© wake-uptimerstimers x4 (20-ch.)carriermodulatortransmitterprogrammable delay blockp&riodicinterrupttimerslow-power timrlndgf»nd©

22、ntreal-timeclockieee*1588 timersmemoriesclocksprogramflashramphase-lockedloopflex memorycachefrequency- locked loopserialprogramminginterfaceexternalbuslo<v/high-frequencyoscillatorsnand flash contrdlerddrcontrollerinternalrgfer©nc«clockscommunicationl2cx2psx2uartx6securedigitalspix3usb

23、 otg ls<fs<hsganx2usb charger detectieee 1588 ethernetusb voltage regulatorhmigpiolow- powerxtrinsictouch-sensinginterfacea 3. 1 k60 mcu的內(nèi)部模塊結(jié)構(gòu)框圖3. 1飛思卡爾k60 mcu核心板kk60硬件核心板主要是由電源電路、復(fù)位電路、晶振電路以及jtag電路組成的 k60單片機(jī)的最小系統(tǒng)。3.1.1電源電路及濾波電路核心板的電源是通過(guò)迷你usb 口或者jtag接口引入的；為了濾除抖動(dòng)噪音信號(hào) 凡是電源線都連接了合適的濾波電容。整個(gè)系統(tǒng)在經(jīng)過(guò)濾波電

24、路濾除波紋后對(duì)電磁的變得更加兼容，可防止高頻噪?yún)鹦?號(hào)對(duì)電路造成影響，從而使得系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的工作。5y33ypowergnd圖3. 2電源及濾波電路3. 1.2復(fù)位電路復(fù)位電路的工作原理：要想系統(tǒng)復(fù)位只需要提供芯片的復(fù)位引腳低電平，和反要 系統(tǒng)正常工作則需要給其高電平。因此通過(guò)上拉電阻給復(fù)位引腳提供高電平即可讓系 統(tǒng)正常工作，復(fù)位時(shí)用按鍵把復(fù)位引腳和地之間短路，則系統(tǒng)復(fù)位。3. 1.3晶振電路6思卡爾k60 m核心板中晶振電路分為兩塊：有源晶振給芯片提供的是主工作 頻率，無(wú)源晶振用以供給芯片的實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊。在pcb布板時(shí)必須要當(dāng)心不要把高頻 信號(hào)線布置于晶振的周圍；并且應(yīng)從可能把晶振靠近芯片晶

25、振輸入引腳放置。c38xin14 知130pfi丄y2i 卜0ib2.786kc39xout30pf圖3. 4實(shí)時(shí)時(shí)鐘的無(wú)源晶振圖3. 5主芯片的有源晶振3.1.4 jtag下載電路jtag是joint test action group的縮寫(xiě)，譯為聯(lián)合測(cè)試行為組織。它的作用 是實(shí)現(xiàn)下載flash程序、在線debug調(diào)試以及j1 ink仿真功能。jtag接口在arm cortex -m4內(nèi)核中有封裝，因此木系統(tǒng)可以用jtag來(lái)對(duì)k60 m的flash進(jìn)行程序下載， 并且可以實(shí)現(xiàn)在線debug調(diào)試。使用jtag下載程序時(shí)，jtag的其中一端接入個(gè)人計(jì) 算機(jī)，男一端接入k60 m的特定端口。pta

26、： teo nresetdbqodb02dbg4db06db08db10db12db14cswrresetmisoniosiscektp cs3v3tooooooooooooooo>313 5 7911111222223 2j16re246so246so246so2 1111122 2 2233oo-oooooooooooooodb01db03db05db07db09db11db13db15rsre>enittlef cssd cstrstpta1tdi ，pta3tmsptaotck3.6 jtag下載電路3.2中心平臺(tái)的拓展模塊屮心平臺(tái)的拓展模塊包括t

27、ft觸摸屏顯示模塊、eepr0m存儲(chǔ)模塊、蜂鳴器報(bào)警 模塊、ds1302吋鐘模塊以及rs232串口通訊模塊。3.2.1 tft觸摸屏顯示模塊tft觸摸屏是由薄膜場(chǎng)效應(yīng)品體管組成的液品顯示器，能夠獨(dú)立的對(duì)屏幕上任意 一點(diǎn)像素進(jìn)行控制，這樣不僅讓其使用更加便利，而且它的反應(yīng)速度也比一般的液晶 快很多。實(shí)際使用中tft觸摸屏比普通的液晶能夠顯示更多信息并且更加快速。3.2.2 eeprom存儲(chǔ)模塊eeprom即電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器，用戶可在電腦上或?qū)Ｓ迷O(shè)備上更改的只讀 存儲(chǔ)器，擦除已有信息并重新編程。常用在接口卡中，用來(lái)存放硬件設(shè)置數(shù)據(jù)。a0a1vccwpa3sclgndsad丄234j2424c

28、167663vcc 5vst1卜jr.es23kr31les23kptd8:_£129vcc 3v4：3.8 eeprom電路閣3.2.3蜂鳴器報(bào)警模塊蜂鳴器的結(jié)構(gòu)是一體式結(jié)構(gòu)，屬于電子通訊器的一種。采用直流電驅(qū)動(dòng)，并且廣 泛運(yùn)用于報(bào)警器、打印機(jī)、汽車電子設(shè)備、計(jì)算機(jī)、電子玩具、復(fù)印機(jī)、定時(shí)器、電 話機(jī)等電子產(chǎn)品中作為發(fā)聲器件。3.2.4 ds1302時(shí)鐘模塊ds1302是由美國(guó)dallas公司推出的高性能、低功耗、帶ram的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，在實(shí) 際使用中應(yīng)用廣泛。它具有12個(gè)寄存器，其中有7個(gè)與日歷、吋鐘相關(guān)的寄存器， 除充電寄存器外可一次順序讀寫(xiě)所有的寄存器。bt1battery3.

29、10 ds1302時(shí)鐘電路3.2.5 rs232串口通訊模塊rs232由電子工業(yè)協(xié)會(huì)制定的異步傳輸標(biāo)準(zhǔn)接口，rs-232接口通常是有兩種， 一種是9個(gè)引腳，另一種是25個(gè)引腳。本系統(tǒng)選用的是9引腳的rs232接口，在雙 方串門(mén)通訊時(shí)，必須都使用同種標(biāo)準(zhǔn)連接。c30"h6)c>c、c)cpon廣j30 0 0 0"hlc31 o.lufo.luf |lufvccc+v+cl-v-c2+gndc2-max3232 rx1232tuntx1 23：r10vtt20utt2inr2ikr20ut16151413u3max3232jj45111ptcr12ptc1610zluf

30、圖3. 11rs232串u電路4系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1設(shè)計(jì)軟件的語(yǔ)言選擇木系統(tǒng)最終選擇了c語(yǔ)言作為編程語(yǔ)言。因?yàn)閏語(yǔ)言與傳統(tǒng)的匯編語(yǔ)言相比，c 語(yǔ)言有著明顯的優(yōu)勢(shì)。首先c語(yǔ)言是眾多高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中的一種，其即包含了很 多其他高級(jí)語(yǔ)言的編譯特點(diǎn)，并依然保留著匯編語(yǔ)言的功能。而且c語(yǔ)言的庫(kù)函數(shù)非 常多，編譯效率高運(yùn)算速度又快，最重要的是c語(yǔ)言具有良好的可移植性，可以移植 到不冋的硬件平臺(tái)運(yùn)行。此外c語(yǔ)言編寫(xiě)的程序還具有結(jié)構(gòu)性，程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)由上而 下簡(jiǎn)單且具有很強(qiáng)的閱讀性。c語(yǔ)言程序還支持模塊化編程，為系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中模塊化編 程思路提供了有力的保證。是以在如今的軟件設(shè)計(jì)程序中使用c語(yǔ)言已經(jīng)成為了主 流。

31、本系統(tǒng)使用的是iar embedded workbench作為c語(yǔ)言編譯器軟件，這款編譯 器支持大多數(shù)微處理器，是一款用于嵌入式系統(tǒng)程序的編譯和調(diào)試的開(kāi)發(fā)工具。它成 名于其編譯器對(duì)c語(yǔ)言的深度優(yōu)化。4.2系統(tǒng)總體軟件設(shè)圖4. 1主程序流程圖圖4. 2設(shè)置界面流程閣4.3傳感器模塊的軟件設(shè)計(jì)5總體調(diào)試我們?cè)谲浖{(diào)試的時(shí)候碰到了不少問(wèn)題，其中主要是兩個(gè)問(wèn)題給我深刻的印象。 首先使用tft觸摸屏的時(shí)候，觸摸驅(qū)動(dòng)程序讀取屏幕坐標(biāo)的時(shí)候，坐標(biāo)一直不準(zhǔn)確。 后來(lái)通過(guò)斉找資料了解到：ad讀取電壓值的時(shí)候由于硬件原因，第一次讀取的值很 多時(shí)候是不準(zhǔn)確的。因此通常的做法是連續(xù)讀取三次坐標(biāo)，然后把第一次的值扔掉，

32、 第二次和第三次的值取平均值，這樣tft觸摸屏的坐標(biāo)讀取就準(zhǔn)確了。第二個(gè)問(wèn)題是在使用k60 mcu的串口接收環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)時(shí)，得到的總是錯(cuò)誤的數(shù) 據(jù)，當(dāng)時(shí)完全沒(méi)有頭緒。在對(duì)程序經(jīng)過(guò)幾次檢查，確定程序沒(méi)有邏輯問(wèn)題后。我們想 了個(gè)辦法，先用電腦模擬zigbee發(fā)送數(shù)據(jù)，這次串口接收的數(shù)據(jù)沒(méi)奮問(wèn)題！經(jīng)過(guò)反 復(fù)推敲嘗試后發(fā)現(xiàn)，zigbee的發(fā)送波特率和k60 mcu配置的波特率不同，在正確配 置波特率后，果然串口成功接收到了正確的數(shù)據(jù)。硬件調(diào)試我們也遇到了一個(gè)ds1302芯片問(wèn)題。原本我們用的是平時(shí)所使用的白 字的ds1302,結(jié)果顯示一直是零，而且時(shí)間也不走。查過(guò)程序后也沒(méi)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，后 來(lái)百度資料發(fā)現(xiàn)

33、ds1302 -般分為普通的白字芯片和低電壓版的紅字芯片。在我們換 成低壓的時(shí)鐘芯片后，時(shí)間就能夠精確地顯示出來(lái)了?？偨Y(jié)這次的課題結(jié)合了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，傳感器技術(shù)，通過(guò)對(duì)本 地化工園區(qū)的實(shí)地調(diào)查，建立了一種集實(shí)時(shí)檢測(cè)、超限報(bào)警和上位機(jī)通信為一體的一 一基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的化工園區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)了對(duì)污染源（cod、co、ph 值、煙霧、氨氮含量）等污染物的冇效監(jiān)測(cè)、樣本采集和超限報(bào)警。傳統(tǒng)的環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)受到時(shí)間、地域、人力等的限制，需要人工現(xiàn)場(chǎng)采樣，費(fèi)時(shí) 費(fèi)力，且無(wú)法獲得實(shí)時(shí)性的數(shù)據(jù)。本設(shè)計(jì)基于物聯(lián)網(wǎng)及zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將一 系列傳感器嵌入在化工園區(qū)的各個(gè)角落

34、，傳感器節(jié)點(diǎn)將會(huì)采集（如溫度、光照、煙霧、 co、cod、濕度等）參數(shù)，實(shí)時(shí)匯總到中央處理單元k60單片機(jī)中進(jìn)行分析、處理與 顯示，通過(guò)串口/usb通信模塊實(shí)現(xiàn)和上位機(jī)電腦之間的通信和傳輸。總的來(lái)說(shuō)的本環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)從設(shè)計(jì)思路出發(fā)，基本實(shí)現(xiàn)了其預(yù)期的功能。在 整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，我學(xué)到了很多都是課程中所沒(méi)有學(xué)習(xí)到的，比如物聯(lián)m技術(shù)、zigbee 無(wú)線通信技術(shù)、還有很多傳感器模塊都是平時(shí)沒(méi)有使用過(guò)的。更重要的是通過(guò)這次的 制作，我學(xué)會(huì)了如何更快的解決遇到的問(wèn)題；學(xué)會(huì)了學(xué)習(xí)新知識(shí)的時(shí)候如何盡快的入 門(mén)；還學(xué)會(huì)了如何充分發(fā)揮身邊現(xiàn)有的資源解決難題。致謝在本次設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我十分感謝我的指導(dǎo)老師們，他們

35、給了我很多寶貴的意見(jiàn)。 在我遇到困惑時(shí)，他都能耐心地指導(dǎo)，給我指出錯(cuò)誤，并提出解決方案，引導(dǎo)我正確 的前進(jìn)的道路。他認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地 感染著我，讓我明0做學(xué)問(wèn)要懂得謙虛嚴(yán)謹(jǐn)。此外，我還要感謝和我共同完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的伙伴們，正是由于你們的幫 助、支持和鼓勵(lì)，我才能克服一個(gè)個(gè)的閑難，共同解決研究中遇到的難題，直至本次 畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利完成。參考文獻(xiàn)1 彭偉.單片機(jī)c語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn).電子工業(yè)出版社（第二版）,2012, 10: 272-312；2 宋雪臣.傳感器與監(jiān)測(cè)技術(shù).人民郵電出版社（第二版），2014,12:104-126;3 文武松.單片機(jī)實(shí)戰(zhàn)寶典

36、.機(jī)械工業(yè)出版社,2014, 1:320-356；4 何小艇.電子系統(tǒng)設(shè)計(jì).浙江大學(xué)出版社（第二版）,2002, 1:303-409；5 熊茂華.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用.西安電子科技人學(xué)出版社，2014,1:14-36；6 薛曉鈴.51單片機(jī)開(kāi)發(fā)實(shí)戰(zhàn)精講.清華大學(xué)出版社，2015, 1:128-157;附錄1arg3:'eot!3圖a系統(tǒng)中心平臺(tái)總圖附錄2系統(tǒng)主程序void main (void)tk!> k!> k!> k!> k!> k!> k!> k!> k!> k!> k!> k!> k!> k!&

37、gt; k!> k!> k!> k!> k!> k!> k!> k!> k!> k!> k!> k!> k!> k!> k!> k!> k!> k!> k!> k!> k!> k!> k!> ki> if/led d2端口初始化lpld gpio init(pta，11，dir output, lvl h, irqc dis); /led d4端口初始化lpld_gpio_init(pta, 29, dir_output, lvl_h, irqc_dis);/蜂鳴器端口初始化lpld_gpio_init(pte, 11, dir_output, lvl_h, irqc_dis);! k£x kxx kxx kxx kxx kxx kxx kxx kxx kxx kxx kxx kxx kxx kxx kxx kxx kxx kxx kxx kxx kxx kxx kxx kxx kxx kxx kxx kxx kxx kxx kxx kxx kxx kx