基于Lora技術(shù)的遠(yuǎn)程報(bào)警裝置設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) 電子信息工程專業(yè)

1、基于Lora技術(shù)的遠(yuǎn)程報(bào)警裝置摘要隨著社會(huì)的發(fā)展，城市越來越繁華，道路也越來越多。同時(shí)也出現(xiàn)了一些道路施工上的安全問題。為了保證在道路上的施工人員的安全，設(shè)計(jì)了本次課題來解決安全問題。本課題為基于LORA技術(shù)的遠(yuǎn)程報(bào)警裝置，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)合STC89C51單片機(jī),LORA通信模塊，MPU6050加速度傳感器，LCD液晶，蜂鳴器等構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)。該裝置感應(yīng)性好，電路簡(jiǎn)單，能在各種環(huán)境進(jìn)行報(bào)警工作。該裝置通過加速度傳感器檢測(cè)到異常時(shí)，單片機(jī)會(huì)通過LORA無線發(fā)送信息到報(bào)警接收裝置進(jìn)行提醒，并通過蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警提醒，還能通過液晶來顯示相關(guān)的信息，達(dá)到可以進(jìn)行道路施工時(shí)，如遇安全狀況，可以在發(fā)生的當(dāng)時(shí)就進(jìn)行

2、報(bào)警。Altium Designer 這款工程技術(shù)軟件就是作為一個(gè)原理進(jìn)行實(shí)施的。在此除了進(jìn)行原理圖設(shè)計(jì)，和除了引用C語(yǔ)言來進(jìn)行程序的編寫，在進(jìn)行仿真驗(yàn)證的時(shí)候，我們也可以通過Proteus仿真軟件達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)，并且具有很高的實(shí)用性。關(guān)鍵詞:單片機(jī);LORA;MPU6050;報(bào)警Remote Alarm Device Based on LORA TechnologyAbstract With the development of society, the city is more and more prosperous, and there are more and more roads.

3、At the same time, there are some safety problems in road construction. In order to ensure the safety of construction personnel on the road, this topic is designed to solve the safety problems. This project is a remote alarm device based on Lora technology. The whole system is composed of STC89C51, L

4、ora communication module, mpu6050 acceleration sensor, LCD, buzzer, etc. The device has good induction, simple circuit and can alarm in various environments. When the device detects the abnormality through the acceleration sensor, the microcontroller will send information to the alarm receiving devi

5、ce through Lora wireless to remind, and alarm through the buzzer. It can also display the relevant information through the LCD, so as to achieve the effect of real-time alarm in case of safety condition during road construction. Altium designer is used in the design of schematic diagram. In this pap

6、er, in addition to the schematic design, C language programming, but also through the Proteus simulation software for simulation verification of related functions, to achieve the design goal, and has high practicability.Key Words: MCU;Lora;Mpu6050; Alarm目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc71649197 第一

7、章 緒論 第一章 緒論1.1課題背景及意義近年來，我國(guó)國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，和我們社會(huì)的快速發(fā)展，我們的社會(huì)生活水平也得到了迅速的發(fā)展。對(duì)于建筑施工企業(yè)而言，施工安全是非常重要的，它也是作為一個(gè)重要的保證。因?yàn)槭┕ぐ踩P(guān)乎到了我們的人身安全，如果發(fā)生了事故在實(shí)事工程的過程之中，會(huì)造成很大的損失，它不僅會(huì)對(duì)我們的生活造成影響，也會(huì)對(duì)經(jīng)濟(jì)造成損失，而且也會(huì)減少社會(huì)當(dāng)中不安全因素的減少。針對(duì)施工安全開展技術(shù)的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和開發(fā)價(jià)值。為了滿足人們實(shí)際生活中的需求，國(guó)內(nèi)外針對(duì)施工安全報(bào)警技術(shù)研究投入大量人力物力，先進(jìn)的施工安全報(bào)警技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。本課題的目的是為了保證道路施工人員的生命安全所設(shè)計(jì)的。

8、在公路上，車流量大，車速快，又復(fù)雜的道路狀況，在施工人員進(jìn)行施工時(shí)，不能及時(shí)注意到一些突發(fā)情況，為了能安全施工，提高路面安全指數(shù)，設(shè)計(jì)出基于LORA技術(shù)的遠(yuǎn)程報(bào)警裝置，能及時(shí)發(fā)送信號(hào)給施工人員，并且及時(shí)發(fā)出警報(bào)，有效保護(hù)施工人員安全，有效保障了路面安全，減少了事故的發(fā)生。施工安全報(bào)警系統(tǒng)主要是以人們的住宅為基礎(chǔ)，我們?nèi)牡南霕?gòu)造一個(gè)智能化的家具家電，并且還能夠營(yíng)造一個(gè)舒適便捷的環(huán)境。為了達(dá)成以上的目標(biāo)我們的準(zhǔn)備將多種技術(shù)進(jìn)行一個(gè)結(jié)合，比如自動(dòng)化控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等等科技結(jié)束進(jìn)行一個(gè)結(jié)合從而達(dá)到一個(gè)目的?，F(xiàn)在的施工方式很多，但是我們?yōu)榱宋覀儹h(huán)境好我們都更喜歡一個(gè)綠色的施工，所以這樣的一個(gè)施工安

9、全報(bào)警系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)就體現(xiàn)出來，因?yàn)樗募皶r(shí)性，安全性和他的舒適性都是非常的高的，它的優(yōu)點(diǎn)也不僅僅只有這些，她還可以做到環(huán)保節(jié)能，所以他也能為我們營(yíng)造一個(gè)舒適良好的生活環(huán)境?；ヂ?lián)網(wǎng)已經(jīng)出現(xiàn)了很多年了，而現(xiàn)在的社會(huì)也一直都在講互聯(lián)網(wǎng)+，而且物聯(lián)網(wǎng)的施工安全警報(bào)系統(tǒng)的特點(diǎn)也是非常的明顯，具有很多物質(zhì)所沒有的特點(diǎn)，它具有協(xié)調(diào)性和獨(dú)立性等鮮明的特點(diǎn)，也可以根據(jù)人們的需要，為人們提供便利 1。因?yàn)榛ヂ?lián)網(wǎng)運(yùn)用范圍非常的廣，所以人們對(duì)它的運(yùn)用也近乎接近了極致，它也對(duì)我們的生活和工作帶來了很多的便利，并且它也提高了我們的工作效率。因?yàn)榛ヂ?lián)網(wǎng)行業(yè)的快速發(fā)展，所以催生了物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，而且互聯(lián)網(wǎng)從誕生到現(xiàn)在也在不斷的發(fā)

10、展，它在發(fā)展的過程當(dāng)中不斷的總結(jié)與進(jìn)步，所以它也逐漸的完善。物聯(lián)網(wǎng)的問世進(jìn)一步方便了人們對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的使用。而報(bào)警系統(tǒng)也是有很多年的歷史了它的形成可以追溯到上世紀(jì)初。在曾經(jīng)的北美洲，人們?yōu)榱俗约旱陌踩谧约河龅嚼щy的時(shí)候能夠讓警察及時(shí)的發(fā)現(xiàn)，并且在自己生命安全得到威脅的時(shí)候，能夠得到警察的幫助，所以報(bào)警呼救箱隨處可見，就連在路邊上也是滿街都是，而且這個(gè)報(bào)警呼救箱也是連接到警察局的，就算沒有警察在自己的身邊，警察也能夠知道你遇到了危險(xiǎn)。隨著時(shí)間的推移，科學(xué)技術(shù)不斷的進(jìn)步推動(dòng)了通信技術(shù)的不斷進(jìn)步，后面很多公司也加入到了這個(gè)行業(yè)之中，因?yàn)橛羞h(yuǎn)程通信公司的加入，這個(gè)呼救信息就可以傳到更遠(yuǎn)的地方了；但是，

11、電報(bào)是非常不容易得到普及的，因?yàn)殡妶?bào)非常的不方便耗時(shí)耗力耗錢，所以之后就被電話所代替了，在電話問世并且得到發(fā)展了之后，電話就成了主要的報(bào)警手段，并且在現(xiàn)今社會(huì)，電話也是一個(gè)主要的報(bào)警手段。通過以上的內(nèi)容作為一個(gè)例子我們可以很清晰的知道工業(yè)技術(shù)能夠的到發(fā)展是歸功于報(bào)警行業(yè)的，也權(quán)威的部門想要匯集好所有的信息必須要依靠高強(qiáng)度發(fā)展的通訊行業(yè)，權(quán)威部門才能提高辦事的效率，通過自己所匯集到的信息然后再分配給相關(guān)的部門，這樣才能拿有效率的幫助別。因?yàn)楝F(xiàn)在國(guó)外的發(fā)展系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到了很高的水平，但是我么可以通過上述的例子來了解到監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展，并且也是非常值得我們借鑒和學(xué)習(xí)的 2。1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀為了滿足人

12、們對(duì)于施工安全報(bào)警技術(shù)的需求，國(guó)內(nèi)外施工安全生產(chǎn)企業(yè)大力研發(fā)施工安全報(bào)警技術(shù)，各類施工安全報(bào)警設(shè)備層出不窮。從施工安全報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)展來看，報(bào)警設(shè)備可以分為機(jī)械式報(bào)警系統(tǒng)、電子式報(bào)警系統(tǒng)、芯片式報(bào)警系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)式報(bào)警系統(tǒng)這四種模式。本文設(shè)計(jì)的是基于LORA技術(shù)的遠(yuǎn)程報(bào)警裝置。 想要物聯(lián)網(wǎng)得到高速的發(fā)展我們不但要依靠先進(jìn)的技術(shù)，我們還要依靠一個(gè)全球化的發(fā)展。所以我們現(xiàn)在不但需要一個(gè)5G的高金吉技術(shù)我們也還需要LPWAN技術(shù)因?yàn)樗梢赃_(dá)到一個(gè)大量的連接并且消耗也是非常的低。LoRaWAN技術(shù)最大的特點(diǎn)就是靈活性非常的高，所以它也是很具有代表性的，并且現(xiàn)在它也依靠他特具的一個(gè)靈活性而得到了廣泛的認(rèn)可，特

13、別是得到了物聯(lián)網(wǎng)界的認(rèn)可，提到LoRaWAN，我們就會(huì)想到LoRa，LoRa，因?yàn)長(zhǎng)oRa，LoRa是作為它的一個(gè)子集，它能夠用它自己所具備的特殊的方式可以明顯的提高一個(gè)接受的靈敏度，因?yàn)樗菍儆谖锢韺拥囊粋€(gè)調(diào)制技術(shù)，而且它采用的方式也是非常的特殊，它采用的是線性調(diào)制擴(kuò)頻方式。LoRa作為L(zhǎng)PWAN非常重要的一個(gè)方式，正在促進(jìn)我國(guó)各大城市的物聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)型發(fā)展。大約從2014年起，國(guó)內(nèi)首批企業(yè)開始研發(fā)LoRa相關(guān)產(chǎn)品，比如說Lora物聯(lián)網(wǎng)智能煙感，如圖1.1。Lora模塊在智慧停車場(chǎng)的應(yīng)用，如圖1.2。圖1.1Lora模塊在智慧停車場(chǎng)的應(yīng)用Fig 1.1 application of Lora mo

14、dule in smart parking lot圖1.2 Lora模塊在智慧停車場(chǎng)的應(yīng)用Fig 1.2 application of Lora module in smart parking lot在經(jīng)過了幾年之后，LoRa已經(jīng)得到了飛速的發(fā)展，它從原來的一個(gè)很微小的無限技術(shù)到現(xiàn)在的家喻戶曉。如今，科技巨頭也紛紛入局LoRa、加入LoRa聯(lián)盟。根據(jù)上述的討論我們可以知道不管是從哪個(gè)方面來講，LoRa都是會(huì)以一個(gè)主導(dǎo)的身份在物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)之中。因?yàn)椴还軓哪莻€(gè)方面來件它都有它獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，大國(guó)之間政治經(jīng)濟(jì)博弈對(duì)于LoRa供求各方產(chǎn)生的影響很小。使用LoRa技術(shù)的項(xiàng)目非常的多，但是LoRa項(xiàng)目中也是包涵

15、了非常多的技術(shù)，而這些技術(shù)的價(jià)值都是超乎尋常的大的，有的可能都超過了通信本身，而在未來社會(huì)的發(fā)展之中，互聯(lián)網(wǎng)也是非常重要的，我們也要注重通信技術(shù)的發(fā)展，但是我們也要順應(yīng)社會(huì)發(fā)展，我們要將我們的關(guān)注點(diǎn)放在市場(chǎng)化行為和商業(yè)模式之上。物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)品服務(wù)在工業(yè)檢測(cè)、環(huán)境保護(hù)、公共安全的領(lǐng)域都得到了發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展?jié)摿薮?。隨著普通家庭互聯(lián)網(wǎng)的普及，相關(guān)衍生產(chǎn)品種類日益多樣化，這不僅能夠提升人們?nèi)粘５纳钇焚|(zhì)，同時(shí)也成為了現(xiàn)代社會(huì)和家庭用戶的新風(fēng)尚。傳感器技術(shù)的進(jìn)步，推動(dòng)了各個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。1.3主要內(nèi)容本次基于LORA技術(shù)的遠(yuǎn)程報(bào)警裝置設(shè)計(jì)，全文分為五章，第一章主要是針對(duì)基于LORA技術(shù)的遠(yuǎn)程報(bào)警裝置統(tǒng)寫

16、作的背景和研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析，表明研究的必要性3。第二章則對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)主要核心器件進(jìn)行選型，通過選型后最終形成設(shè)計(jì)方案，并就設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析。第三章是基于LORA技術(shù)的遠(yuǎn)程報(bào)警裝置統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)4，包括單片機(jī),LORA通信電路，MPU6050等等。第四章主要是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軟件部分，介紹主要的LORA通信程序，加速度傳感器等每一個(gè)程序的編寫。接下來的第五章我會(huì)詳細(xì)的介紹系統(tǒng)的調(diào)試，并且也會(huì)講清楚硬件的調(diào)試，還有它調(diào)試的過程，最后總結(jié)全文，對(duì)全文進(jìn)行收尾。第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.1系統(tǒng)的組成及方案設(shè)計(jì)如圖2.1為整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主整個(gè)系統(tǒng)結(jié)合STC89C51單片機(jī),LORA通信模塊，MP

17、U6050加速度傳感器，LCD液晶，蜂鳴器等構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)，當(dāng)?shù)缆肥┕r(shí)，來往車倆碰到報(bào)警裝置，其通過加速度傳感器檢測(cè)到異常時(shí)，單片機(jī)會(huì)通過LORA無線發(fā)送信息到報(bào)警接收裝置進(jìn)行提醒5，并通過蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警提醒，還能通過液晶來顯示相關(guān)的信息，系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)如下：陀螺儀陀螺儀復(fù)位和晶振顯示電路LORA發(fā)送單片機(jī)最小系統(tǒng)蜂鳴器PCLORA接收?qǐng)D2.1 系統(tǒng)整體框圖Fig. 2.1 Overall System Frame2.2 主控制器方案設(shè)計(jì)方案一：采用可編程邏輯器件FPGA（如圖2.1所示）或者CPLD作為本次課題的主控制器，與其他類型的MCU相比較，其運(yùn)行的方式是并行的，即編寫的程序是并行運(yùn)算

18、的，而不是單條語(yǔ)句依次運(yùn)行，因此其運(yùn)算效率非常高，廣泛應(yīng)用于對(duì)速度要求高的場(chǎng)合。在開發(fā)語(yǔ)言方面，其主要有VHDL和VHERILOG這兩種語(yǔ)言，在編程方面，其使用會(huì)復(fù)雜一點(diǎn)，尤其是涉及到小數(shù)或者除法等運(yùn)算時(shí)，因?yàn)槠浔举|(zhì)上是硬件電路，所以不能像C語(yǔ)言一樣可以直接使用小數(shù)或者除法之類，甚至于乘法也不能直接使用，往往需要考慮很多因素，所以對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)要求非常高。在硬件上面，其供電通常是需要3.3V和1.8V兩種以上的供電，3.3V給IO引腳，1.8V則給內(nèi)核，對(duì)于一些性能好的，則需要三種以上的供電，因此設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，所以適合于需要復(fù)雜，速度要求高，成本不敏感的場(chǎng)合。圖2.1 FPGA實(shí)物圖Fig.2.1

19、 FPGA physical picture方案二：選擇STC8951單片機(jī)，該系列的單片機(jī)有四組IO口引腳，可以通過編程的方式對(duì)每個(gè)IO口進(jìn)行控制。其為8位的總線，采用了MCS-51的指令集，因此在程序編寫上與其類似。同時(shí)為了方便使用，該單片機(jī)還集成了FLASH等存儲(chǔ)器資源，這樣用戶可以不用另外配置額外的存儲(chǔ)器，方便使用。其支持多種開發(fā)平臺(tái)，如Keil，IAR等等，支持在線調(diào)試，可以方便的對(duì)其內(nèi)部寄存器數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控。而且其開發(fā)語(yǔ)言也是常用的C語(yǔ)言，方便上手，其下載方式也支持多種方式，如ISP下載，串口下載，或者專用下載器下載等等都可以，并且還提供加密技術(shù)，方便用戶保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)。同時(shí)其成本非常

20、低，性能也可靠，已經(jīng)在市場(chǎng)上大量的低端產(chǎn)品進(jìn)行使用，具有很高的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。 如圖2.2是STC89C51實(shí)物圖。圖2.2 STC89C51實(shí)物圖Fig.2.2 Stc89C51 physical drawing方案三：選擇STM32F103單片機(jī)，其是由ST公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的32位MCU，其運(yùn)算速度快，最高可以達(dá)到72MHZ，并且其內(nèi)核采用的是ARM，具有非常強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。并且ST公司除了為其開發(fā)配套的庫(kù)函數(shù)外，還開發(fā)了CUBEMX工具，用戶使用該工具可以通過圖形化的方式對(duì)IO口，定時(shí)器，ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及其他功能進(jìn)行設(shè)置，完成初始化的程序自動(dòng)生成，節(jié)約用戶大量時(shí)間，也降低了編程難度，同時(shí)具有豐富

21、的例子程序，方便用戶進(jìn)行學(xué)習(xí)和進(jìn)一步擴(kuò)展。如圖2.3為STM32 F103單片機(jī)實(shí)物圖。圖2.3 STM32F103單片機(jī)實(shí)物圖Fig.2.3 STM32F103 physical drawing通過對(duì)上述三種主控制方案的分析，使用STC89C51單片機(jī)支持多種開發(fā)平臺(tái)，而且其開發(fā)語(yǔ)言也是常用的C語(yǔ)言，容易使用，成本也十分低，性能更加可靠，并且STC89C51在市場(chǎng)上也大量使用。綜合考慮，在此選擇方案二來作為本次課題的主控制器。2.3顯示系統(tǒng)方案選擇方案一：LED數(shù)碼管的位數(shù)選取為8位來作為一個(gè)顯示設(shè)備，數(shù)碼管的作用是非常的大的，因?yàn)閿?shù)碼管是LED燈的顯示器件，數(shù)碼管指的是一種LED燈的內(nèi)部有

22、多少個(gè)顯示設(shè)備。把他們通過規(guī)定的一個(gè)順序改好，然后再進(jìn)行組裝，最好再電亮LED燈可以顯示不同的數(shù)字，這種顯示方式具有成本低，使用范圍廣的特點(diǎn)。由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此在一些特殊場(chǎng)合如電磁輻射高的地方都會(huì)選擇這種方式，并且其可靠性也非常高，功耗也很小，但是其顯示的信息比較有限，一位數(shù)碼管只能顯示一個(gè)信息，如果需要顯示的信息較多就不適合，并且無法顯示全系列英文或者中文。 如圖2.4所示。圖2.4 數(shù)碼管實(shí)物圖Fig.2.4 STM32 physical drawing方案二：采用液晶LCD1602來作本次設(shè)計(jì)的顯示設(shè)備，液晶設(shè)備是一直常用的顯示器.本次采用的型號(hào)主要有三個(gè)控制引腳和八個(gè)數(shù)據(jù)位，通過軟件

23、按照規(guī)定的協(xié)議進(jìn)行程序的編寫，就可以完成顯示的操作，其可以實(shí)現(xiàn)顯示信息，且顯示的內(nèi)容豐富，可靠性高。如圖2.5為液晶實(shí)物圖。圖2.5 液晶實(shí)物圖Fig.2.5 LCD physical picture綜上所述，由于在本次設(shè)計(jì)，需要顯示較多的數(shù)據(jù)，而且可以實(shí)現(xiàn)英文，數(shù)字等顯示信息，且內(nèi)容豐富，可靠性高，因此選擇方案二來作為本次的顯示設(shè)備。2.4無線通信模塊的選取方案一：選擇藍(lán)牙通信方式，這種通信方式主要采用的是2.4GHZ的波段，其通信協(xié)議從開始的1.0版本一直升級(jí)到了現(xiàn)在的4.0版本，速度更快，性能更好，功耗也更低。其可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的短距離無線傳輸，只需要通過藍(lán)牙設(shè)備將兩個(gè)主機(jī)進(jìn)行匹配，就可以搭

24、載好傳輸通道，然后就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向無線通信。藍(lán)牙目前主要是受制于傳輸距離比較短，抗干擾能力不強(qiáng)，所以主要應(yīng)用在家庭等一些干擾小，距離近的場(chǎng)合。如圖2.8為藍(lán)牙實(shí)物圖。圖2.8 藍(lán)牙實(shí)物圖Fig.2.8 Bluetooth image方案二： 采用LORA無線通信模塊。LORA指的是的一個(gè)定頻在2.4 GHz2.5 GHz 的ISM頻段，它的通信距離也是非常的長(zhǎng)，它可以實(shí)現(xiàn)5米為半徑的圓形區(qū)域內(nèi)進(jìn)行一個(gè)信號(hào)的傳輸，所以這個(gè)模塊的收發(fā)率不是特別的高，而且它的耗能非常的低，所以它也是非常的環(huán)保，所以它經(jīng)常被用于一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間的工作之中 6。因?yàn)榭紤]到使用Lora模塊能節(jié)省功耗，也能長(zhǎng)時(shí)間使用，適合長(zhǎng)

25、期維持工作，早考慮到做的實(shí)驗(yàn)是用于在高速上放置報(bào)警裝置，如果被撞到通知正在維修的工人進(jìn)行報(bào)警，所以要提高使用時(shí)間，再根據(jù)課題要求，所以在此選擇LORA進(jìn)行無線通信設(shè)計(jì)。 圖2.8 LORA實(shí)物圖Fig.2.8 Lora physical drawing2.5電源供電方案選擇方案一：選擇現(xiàn)實(shí)生活中常見的220V市電來作為系統(tǒng)輸入，這種方式貼合實(shí)際需求，方便系統(tǒng)可以應(yīng)用在多種場(chǎng)合，但是需要設(shè)計(jì)的電壓轉(zhuǎn)換電路，因?yàn)閱纹瑱C(jī)等芯片基本都是5V甚至更低的電壓，所以電源轉(zhuǎn)換電路較為復(fù)雜，成本較高，且設(shè)計(jì)難度較大。 方案二：選擇5V直接作為輸入，對(duì)于5V電可以通過USB口來獲取，現(xiàn)在的PC口，手機(jī)充電口都是5

26、V的電壓輸出，這種方式大大節(jié)約了成本，使得設(shè)計(jì)在電源部分更加簡(jiǎn)單。并且這樣可以使得本次設(shè)計(jì)，將大部分精力專注于課題本身，而不是相外進(jìn)行擴(kuò)展。 因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)中5v電壓可以用USB端口獲取，現(xiàn)在大部分電子產(chǎn)品都用5V的電壓輸出，這種方式大大節(jié)約成本，更加便宜，使得設(shè)計(jì)在電源部分更加簡(jiǎn)單，所以選擇方案二。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)3.1.1 單片機(jī)概述單片機(jī)的構(gòu)成是很復(fù)雜的，它是典型的嵌入式的微控制器，它主要是由控制器，運(yùn)算器，輸入輸出設(shè)備來構(gòu)成的，也可以這樣說，我們也可以把它當(dāng)做一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)。如果我們把它和我們私人的電腦相比較的話，它是非常節(jié)能的，雖然它很節(jié)能，體積又小存儲(chǔ)量也很小，但是

27、它的功能是比較少的，因?yàn)樗妮斎牒洼敵龅慕涌诜浅５暮?jiǎn)單，所以它的效率也不是很高。因?yàn)楝F(xiàn)在的社會(huì)發(fā)展的非常的迅速，所以它也是發(fā)展的非常的快的，它從原來的8位單片機(jī)，發(fā)展到了現(xiàn)在的32位單片機(jī)，甚至是高速的64位的單片。我們現(xiàn)在在生活中之中是離不開手機(jī)電腦的，所以我么也是離不開單片機(jī)的，因?yàn)槲颐此褂玫碾娮訖C(jī)械，不管是大的還是小的，都會(huì)有集成單片機(jī)，包括我們的鼠標(biāo)，看起來很小很簡(jiǎn)答它都有很多片的單片機(jī)，更別說我們的汽車了，我們現(xiàn)在的汽車一般的都會(huì)有40多片單片機(jī)有的甚至還有更多，汽車也是相對(duì)簡(jiǎn)單的了，如果說是更大的物件，可能會(huì)有上百個(gè)單片機(jī)同時(shí)進(jìn)行工作。在本次的設(shè)計(jì)中我所使用的是STC89C51單

28、片機(jī)。STC89C51芯片在我們實(shí)際生活的運(yùn)中可以知道它的使用效率高且功耗較低，屬于CMOS 8位的單片機(jī)類型。在芯片內(nèi)部可以進(jìn)行反復(fù)的擦寫，進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)工作并投入實(shí)際產(chǎn)品的相關(guān)設(shè)計(jì)工作。4k Bytes ISP的Flash只讀程序存儲(chǔ)器是STC89C51芯片的內(nèi)部?jī)?chǔ)存器。在結(jié)構(gòu)構(gòu)成上主要選用ATMEL組件，這一組成能夠保證存儲(chǔ)器在實(shí)際工作過程中進(jìn)行高密度、非易失性存儲(chǔ)工作，保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。STC89C51芯片在實(shí)際工作過程中可以兼容cmcs-51指令，確保系統(tǒng)工作設(shè)計(jì)的便捷化程度。STC89C51芯片內(nèi)部設(shè)計(jì)有8位的中央處理器以及相應(yīng)的系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，是實(shí)際應(yīng)用過程中，ST

29、C89C51單片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)信息處理功能，我們也會(huì)在產(chǎn)品使用過程中的具體的給出相應(yīng)的解決方案。STC89C51芯片的內(nèi)部一共設(shè)置有40個(gè)引腳，芯片內(nèi)部的程序存儲(chǔ)器具有4k Bytes Flash，這主要是用來對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲(chǔ)工作。在STC89C51芯片外部設(shè)計(jì)有32個(gè)端口，用于數(shù)據(jù)信息的輸入以及輸出功能的實(shí)現(xiàn)。芯片擁有2個(gè)可進(jìn)行編程的端口，我們可以通過這個(gè)端口編訂一個(gè)計(jì)數(shù)器和2個(gè)或者2個(gè)以上的串行通信的端口。芯片WDT的內(nèi)部也是非常的完整，主要體現(xiàn)在電路方面，而且它還是帶有一個(gè)時(shí)鐘振蕩器。單片機(jī)系統(tǒng)可以根據(jù)需要自主對(duì)振蕩頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便解決在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中對(duì)于產(chǎn)品功耗的實(shí)際設(shè)計(jì)

30、要求。STC89C51芯片具有掉電保護(hù)功能，確保芯片能夠自動(dòng)保存之前的數(shù)據(jù)信息，提高實(shí)用性能。同時(shí)一旦處理器停止工作，芯片內(nèi)部的其他模塊也可以進(jìn)行正常的系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)。從實(shí)際應(yīng)用水平上來看，STC89C51單片機(jī)使用性能強(qiáng)，功能實(shí)現(xiàn)效果穩(wěn)定。3.1.2單片機(jī)最小系統(tǒng)本次的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，選擇了STC89C51單片機(jī)，存儲(chǔ)器和中央處理器還有中斷系統(tǒng)都在這個(gè)單片機(jī)中得到了統(tǒng)一，IO引腳等于一體。運(yùn)行的數(shù)據(jù)也可以單獨(dú)的更著IO系統(tǒng)進(jìn)行一個(gè)有序的存儲(chǔ)。如圖3.1.1。圖3.1.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖Fig.3.1 Minimum system diagram of single chip microcomputer

31、單片機(jī)簡(jiǎn)單的來說就是通過控制對(duì)應(yīng)的單片微型計(jì)算機(jī)來達(dá)成衣蛾、個(gè)目的的。而現(xiàn)在在我們的生活之中，其實(shí)很多地方都運(yùn)用到了單片計(jì)算機(jī)，比如說是在工業(yè)當(dāng)中，也它對(duì)于一個(gè)機(jī)械化的運(yùn)行起著一個(gè)非常重要的重要，而且它還有一個(gè)很重要的作業(yè)就是他可以對(duì)機(jī)器設(shè)備進(jìn)行一個(gè)自動(dòng)化的檢查7。單片機(jī)的運(yùn)用不僅僅只是工業(yè)生產(chǎn)它還可以運(yùn)用在電子領(lǐng)域再或者說它還可以運(yùn)用到一個(gè)航空業(yè)之中，甚至在我們的生活當(dāng)中它的身份也是非常重要的，因?yàn)樗鼤?huì)運(yùn)用到我們的家電之中。單片機(jī)一共有兩種形式，其中方形封裝PLCC和雙列直插DIP，兩種的是它主要的形式但是雙列直插DIP是我們?cè)谌粘５纳钪惺褂迷u(píng)率較高的。如圖3.1.2或者TQFP封裝如圖3

32、.1.3。圖3.1.2 PLCC封裝Fig 3.1.2 PLCC package圖3.1.3 TQFP封裝Fig 3.1.3 TQFP package單片機(jī)是我們經(jīng)常叫的名字，但是它還有一個(gè)名字叫做嵌入式控制器，而它的特點(diǎn)也是非常的多，主要有微控制器。它之所以這樣叫詩(shī)因?yàn)閱纹瑱C(jī)可以可以非常容易的嵌入到設(shè)備，最后在機(jī)械儀表中運(yùn)作，施工安全航空中等等。在單片機(jī)中有一個(gè)非常重要的部分叫做晶體振蕩器，為了達(dá)到我們所需要的評(píng)率，它會(huì)在電路中進(jìn)行震動(dòng)，然后發(fā)出一個(gè)頻率。他們之間的關(guān)系也是非常的緊密是密不可分的一個(gè)關(guān)系。需要晶體振蕩器的參與去讓單片機(jī)所執(zhí)行指令。在單片機(jī)電路中，晶振是必不可少的，因?yàn)閱纹瑱C(jī)中

33、程序的運(yùn)行，是有一定的基準(zhǔn)的，而這基準(zhǔn)51系列單片機(jī)中是由晶振來決定的。比如最簡(jiǎn)單的一條賦值指令，其需要一個(gè)周期的時(shí)間，而這個(gè)周期要多久，就由采用多少頻率的晶振來影響。比如在此選用的是12MHZ晶振，那么其產(chǎn)生的震蕩波形會(huì)經(jīng)過單片機(jī)的XTAL1和XTAL2引腳連入單片機(jī)中，然后對(duì)其12分頻以后，來作為單片機(jī)運(yùn)行的基準(zhǔn)頻率，因此上訴的一條指令運(yùn)行的時(shí)間也就是大約1微秒。同時(shí)還需要對(duì)其增加兩個(gè)電容，以增加其運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性。除了晶振電路之外，還有一個(gè)很重要的電路叫做復(fù)位電路，從他的名字我們可以知道它就是講單片機(jī)的程序從頭開始運(yùn)行的電路。由于在單片機(jī)上電的瞬間，其電的上升狀態(tài)是不定的，此時(shí)的程序是很容

34、易跑亂的，所以芯片的設(shè)計(jì)者預(yù)留了RST復(fù)位引腳，只有當(dāng)該引腳進(jìn)入高電平時(shí)程序才正常工作，否則程序會(huì)一直停留在初始狀態(tài)。所以利用如圖所示的復(fù)位電路，當(dāng)上電瞬間，由于電容的作用，復(fù)位引腳與GND連接變低，當(dāng)上電完成后，電容充滿電，該引腳變高，程序重新開始運(yùn)行。另外，還加入了按鍵，用于進(jìn)行手動(dòng)復(fù)位，當(dāng)人工按鍵按下時(shí)，復(fù)位引腳變低，系統(tǒng)復(fù)位，按鍵松開則重新開始運(yùn)行程序。 3.2顯示電路在顯示方案的選擇上，本文是選擇LCD液晶來作為顯示設(shè)備。對(duì)于LCD液晶顯示器來說，其有多種不同的尺寸和分辨率，在選擇上需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。比如在公共場(chǎng)合就會(huì)選擇大尺寸高清晰度的，而在一些小型設(shè)備上則需要體積較小，價(jià)

35、格便宜的。結(jié)合本次設(shè)計(jì)的課題需求，在此對(duì)于顯示的要求并不高，因此最終選擇了LCD1602來作為液晶顯示設(shè)備，如圖3.2液晶電路圖。 其實(shí)從其型號(hào)名字就可以大致看其分辨率信息，該液晶一共可以顯示兩行，每一行則可以對(duì)十六個(gè)字符進(jìn)行顯示。顯示的字符信息可以是數(shù)字，也可以是英文或者是定義的一些特殊字符，但是不能是中文。在控制引腳上，其引腳看起來比較多，但時(shí)間控制并不復(fù)雜，首先就是其電源供電引腳，供電的電壓范圍比較寬，在3到5V之間都是可以的，但是為了其顯示效果好，要求供電電源的電流有一定的供電能力。然后就是數(shù)據(jù)引腳了，我們只帶單片機(jī)是通過這8個(gè)引腳來將我們所需要的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綄?duì)應(yīng)的屏幕上，這個(gè)數(shù)據(jù)用的是

36、其數(shù)據(jù)引腳為D0-D7這8個(gè)引腳，當(dāng)然是需要按照一定的規(guī)則的，而這個(gè)規(guī)則就是通過液晶的RW,RW,EN引腳去控制，在液晶數(shù)據(jù)手冊(cè)上對(duì)具體要求都有進(jìn)行了要求。因此需要按照要求去編寫程序來進(jìn)行控制，以達(dá)到顯示正確結(jié)果的目的。同時(shí)還要注意的是，該型號(hào)的液晶具有背光條件引腳VO，需要通過外部電阻分壓的形式給其一個(gè)合適的電壓，用來調(diào)節(jié)對(duì)比度，其才能較好的顯示信息。圖3.2液晶電路圖Fig.3.2 LCD circuit diagram3.3加速度傳感器采集模塊對(duì)于在道面施工，放置遠(yuǎn)程報(bào)警裝置，主要采用的是陀螺儀來進(jìn)行，在此選擇的是MPU6050陀螺儀，其內(nèi)部包括ADC模塊，mems結(jié)構(gòu)，電源部分，數(shù)字濾

37、波器等等8 9。其測(cè)量范圍達(dá)16g（g為重力單位）。所以此次設(shè)計(jì)主要是利用MPU6050傳感器進(jìn)行具體的測(cè)量工作。在感應(yīng)模塊中主要利用整合性6軸運(yùn)動(dòng)處理組件，使用這一組件最大程度上將封閉空間進(jìn)行縮小。加速針和螺旋儀被MPU6050分為了三個(gè)16位數(shù)的ADC并且把它在測(cè)量之后的模擬量得到轉(zhuǎn)換，直接轉(zhuǎn)換成為數(shù)字量，它通過400HZ的12C接口進(jìn)行轉(zhuǎn)化和所有的設(shè)備寄存器之間。為了提高檢測(cè)過程中的精確性以及確?？梢赃M(jìn)行快速和慢速的運(yùn)動(dòng)的跟蹤，在傳感器的測(cè)量范圍設(shè)置中都可以根據(jù)用戶自身需求進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的控制操作。MPU6050加速度傳感器，它可以檢測(cè)人體很多個(gè)方面，比如說，它可以檢測(cè)人體的XYZ三個(gè)方向的

38、加速度，通過這個(gè)來判斷它的檢測(cè)對(duì)象，哪個(gè)人類是否摔倒。該芯片為IIC通信協(xié)議，單片機(jī)的P10與MPU6050的SCL引腳相連，單片機(jī)的P11與SDA相連。圖3.3加速度傳感器電路圖Fig.3.3 Circuit diagram of acceleration sensor3.4LORA傳輸模塊在此需要將檢測(cè)到的報(bào)警信息傳輸?shù)竭h(yuǎn)端設(shè)備,因此選擇了LORA 芯片接入互聯(lián)網(wǎng)，以此來實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?0。LORA芯片內(nèi)部設(shè)置有一個(gè)微型的MCU它一共有32位，它整體帶有16個(gè)精簡(jiǎn)模式，所有它的耗能也是非常的低。它支持160MHz和80MHZ，同時(shí)也持RTOS。MCU可通過RAM/ROM 接口、RA

39、M接口、AHB接口來進(jìn)行協(xié)同工作。LORA芯片支持SPI接口的外置Flash，SPI模式它也是非常支持的，需要在對(duì)應(yīng)的地方選擇好中國(guó)，這樣會(huì)有一個(gè)對(duì)應(yīng)的模式所以我們?cè)谙螺d固件的時(shí)候要額外的注意，這樣我們才能讓我們所設(shè)計(jì)的程序健康的運(yùn)行。11。LORA 芯片具有集成化程度高、功耗小、支持標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議、擁有完整的TCP/IP協(xié)議棧和多樣化的接口的特點(diǎn)。物聯(lián)網(wǎng)開放平臺(tái)為現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展和現(xiàn)代市場(chǎng)的穩(wěn)定，當(dāng)然最重要的還是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速度發(fā)展，所以現(xiàn)在有一個(gè)很好的基礎(chǔ)可以支持各種硬件和各類傳感器模塊在實(shí)際工作過程中的大數(shù)據(jù)通信工作，有效降低應(yīng)用開發(fā)成本，滿足各項(xiàng)服務(wù)需求12。WIFI通信模塊設(shè)計(jì)過程中利用U

40、ART接口，用來連接單片機(jī)和規(guī)模塊，采集到的信息會(huì)通過模塊數(shù)據(jù)傳感器進(jìn)行傳播然后與位機(jī)上的相連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通，便于監(jiān)測(cè)信息。WiFi通信模塊接線圖圖3.4所示。 LORA的關(guān)鍵接口提供了豐富的操作空間，其主要可以分為SPI接口，PWM接口，IIC接口，UART接口等，幾乎涵蓋了主流的通信控制方式，工作電壓支持3.3V到5V的寬電壓工作區(qū)間，單片機(jī)只需要通過串口等方式對(duì)其進(jìn)行命令操作就可以直接實(shí)現(xiàn)LORA控制功能13。圖3.4 LORA傳輸電路Fig.3.4 Lora transmission circuit3.5報(bào)警提示電路在此通過蜂鳴器來進(jìn)行報(bào)警提示，蜂鳴器由通過控制器使回路中的電抗器的電

41、感和電容會(huì)產(chǎn)生一種諧振，這種諧振裝置會(huì)產(chǎn)生一種震動(dòng)，由這種震動(dòng)來發(fā)出聲音，它也分為了兩種類型的蜂鳴器：無源他激型和有源他激型。其中無源他激型在工作中的發(fā)聲原理是：當(dāng)蜂鳴器接收到方波信號(hào)時(shí)，方波信號(hào)會(huì)通過其中的振動(dòng)裝置轉(zhuǎn)化為聲音源再進(jìn)行輸出。蜂鳴器廣泛應(yīng)用于手機(jī)，電腦，煙霧報(bào)警裝置，雷達(dá)聲納等電子科研產(chǎn)品中作為發(fā)聲器件。電磁式蜂鳴器其中含有振蕩器，當(dāng)有電流流進(jìn)蜂鳴器時(shí)，振蕩器震動(dòng)膜片顫動(dòng)產(chǎn)生音頻。所以蜂鳴器還含有線圈和震動(dòng)膜片。電流會(huì)流過蜂鳴器中的線圈，電會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，為了防止磁場(chǎng)外露，再給蜂鳴器加個(gè)外殼，在電力和磁場(chǎng)的相互作用下，蜂鳴器會(huì)因?yàn)檎饎?dòng)膜發(fā)生震動(dòng)而發(fā)出聲音。蜂鳴器在足夠大的電流工作作用

42、下才會(huì)實(shí)現(xiàn)功能?？紤]到單片機(jī)驅(qū)動(dòng)的實(shí)際情況，其內(nèi)部電流較小，不能夠通過驅(qū)動(dòng)來時(shí)外圍設(shè)備進(jìn)行工作。在蜂鳴器與系統(tǒng)的連接過程中，將蜂鳴器與系統(tǒng)電源連接，將驅(qū)動(dòng)器與電源負(fù)極相連，隨后與單片機(jī)連接，在這樣的連接基礎(chǔ)之上，蜂鳴器就可以實(shí)現(xiàn)正常工作圖3.6 報(bào)警提示電路Fig.3.6 Alarm prompt circuit天津理工大學(xué)中環(huán)信息學(xué)院2021屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第四章 軟件設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介4.1.1系統(tǒng)硬件開發(fā)環(huán)境在我們本次的設(shè)計(jì)之中，我主要采用的是Altium Designer作為原理的設(shè)計(jì)圖這款工程技術(shù)軟件，該軟件是專門被設(shè)計(jì)出來用于電子技術(shù)開發(fā)的。其從最初的Protel版本

43、開始，經(jīng)過廠商結(jié)合市場(chǎng)的反饋，不斷進(jìn)行改良和升級(jí)，已經(jīng)進(jìn)行了很多次版本的修改，經(jīng)過幾十年的不斷改進(jìn)后，目前該軟件的最新版本是AD20，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了一年升級(jí)一次的規(guī)律。在市場(chǎng)上雖然還有其他一些主流繪圖軟件，但總體上區(qū)別并不大，各有優(yōu)缺點(diǎn)，Altium 相比于Candance等其他繪圖軟件，在入手上會(huì)顯得更加容易，尤其是在一些簡(jiǎn)單或者中等的電路圖繪制上，其操作更加簡(jiǎn)單，尤其是原理圖轉(zhuǎn)PCB的操作，并且用戶可以在PCB圖上直接進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的修改，非常方便，這一點(diǎn)在其他的一些軟件上都沒有，另外其還加入了3D視圖功能，可以方便的查看布板后的3D效果圖，方便用戶可以進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整， 如圖4.1所示，則為該軟件的

44、打開環(huán)境界面。圖4.1 Altium Designer界面Fig.4.1 Altium designer interface4.1.2系統(tǒng)軟件開發(fā)環(huán)境在設(shè)計(jì)中，除了需要完成硬件的設(shè)計(jì)外，還需要對(duì)軟件程序進(jìn)行編寫。由于本次設(shè)計(jì)中，采用的是單片機(jī)來作為控制器，因此軟件程序平臺(tái)的選擇也要與之相對(duì)應(yīng)。通常來說，對(duì)于單片機(jī)有多種平臺(tái)可以進(jìn)行軟件程序開發(fā)，如KEIL，IAR等等。在此選擇的是KEIL軟件，該軟件內(nèi)部集成了很多庫(kù)文件，如常用的51單片機(jī)庫(kù)文件，stm32單片機(jī)庫(kù)文件等等。通過在該平臺(tái)上進(jìn)行軟件程序的編寫，然后進(jìn)行編譯后就可以將生成的可下載文件下載到單片機(jī)里面去，這樣單片機(jī)就可以運(yùn)行。同時(shí)，該

45、軟件還支持在線調(diào)試功能，通過專用的在線調(diào)試工具，可以對(duì)單片機(jī)運(yùn)行中的寄存器數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)，并可以設(shè)置斷點(diǎn)來單步運(yùn)行程序，方便用戶進(jìn)行程序調(diào)試，其如下圖4.2所示 圖4.2 KEIL界面圖Fig.4.2 Keil interface diagram 4.2主程序流程圖的設(shè)計(jì)對(duì)于本次基于LORA技術(shù)的遠(yuǎn)程報(bào)警裝置的設(shè)計(jì)來說14，它采用了MPU6050加速度傳感器來進(jìn)行檢測(cè)15，如果出現(xiàn)異常則進(jìn)行報(bào)警并將信息傳輸?shù)浇邮赵O(shè)備，其整體流程圖如下圖所示。開始初始化檢測(cè)LORA開始初始化檢測(cè)LORA檢測(cè)陀螺儀鏈接成功刷新顯示異常？聲音提示結(jié)束NYNNFig.4.3 Overall flow chart4

46、.3 LORA傳輸流程圖的設(shè)計(jì)LORA將會(huì)在這兒被使用，主要用于對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸具體的流程如下圖4.4所示、開始開始系統(tǒng)初始化檢測(cè)LORA鏈接設(shè)備搜索響應(yīng)NN接收信息發(fā)送命令結(jié)束圖4.4 LORA傳輸流程圖Fig.4.4 Lora transmission flow chart4.4加速度傳感器流程圖的設(shè)計(jì)在此選用了MPU6050，其是一種集成陀螺儀的傳感器，可以對(duì)X,Y,Z的方向瞬間的加速度值進(jìn)行檢測(cè)。單片機(jī)需要通過控制協(xié)議對(duì)其進(jìn)行寄存器配置，然后對(duì)其內(nèi)部的檢測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取和分析，其程序流程如圖4.5所示。 開始開始初始化端口發(fā)送地址讀取x軸數(shù)據(jù)讀取Y軸數(shù)據(jù)讀取Z軸數(shù)據(jù)結(jié)束圖4.5加速度傳感

47、器流程圖Fig.4.5 Flow chart of acceleration sensor第五章 系統(tǒng)測(cè)試及實(shí)現(xiàn)5.1系統(tǒng)調(diào)試脫機(jī)調(diào)試的方法主要運(yùn)用于軟件的調(diào)試，也就是完成軟件在仿真器軟件在PC機(jī)上對(duì)我們想調(diào)試的部分進(jìn)行一個(gè)檢測(cè)和調(diào)試，我們通過鼠標(biāo)和鍵盤來進(jìn)行調(diào)試，將單機(jī)片輸入相應(yīng)的地方進(jìn)行一個(gè)設(shè)定，各個(gè)部分的很多狀態(tài)都可以從指定的窗口進(jìn)行展示。這樣做的話我們就可以確定程序的正確性。以下的步驟就是調(diào)試的步驟：1：對(duì)目標(biāo)程序進(jìn)行糾錯(cuò)我們想用的程序在這個(gè)階段就已經(jīng)編輯完成了。意思就是說我們可以通過仿真器來進(jìn)行對(duì)指定程序的糾錯(cuò)，而且這個(gè)糾錯(cuò)也是非常全面的其中包括了，標(biāo)點(diǎn)符號(hào)的糾錯(cuò)和書寫格式等等（2）

48、對(duì)于子程序功能進(jìn)行調(diào)試我們通常會(huì)使用模塊程序來進(jìn)行程序設(shè)計(jì)如果我們想對(duì)子程序進(jìn)行一個(gè)分別的調(diào)試，我們可以先將入口條件設(shè)置好，然后再運(yùn)行一般情況下我們都是運(yùn)用的斷點(diǎn)運(yùn)行和單步運(yùn)行，然后檢查當(dāng)前的CPU和RAM和I/O的狀態(tài)，通過查看結(jié)果來知曉它是否符合條件。（3）對(duì)整體程序進(jìn)行一個(gè)綜合調(diào)試我們首先將所有的程序聯(lián)系起來，然后再把他們放入到系統(tǒng)里面進(jìn)行一個(gè)綜合的調(diào)試，看我們能否達(dá)到一個(gè)我們預(yù)期的目標(biāo)。如果我們發(fā)現(xiàn)在這個(gè)階段發(fā)生問題，我們可以首先分析是不是數(shù)據(jù)緩存單元是不是發(fā)生了沖突，或者是不是某一路線發(fā)生了損壞等等，我們可以直接運(yùn)用軟件模擬器進(jìn)行檢查，就可以不適應(yīng)用戶樣機(jī)，也可以直接在PC上進(jìn)行調(diào)試

49、或者開發(fā)，如果對(duì)實(shí)用性的要求不高，我們也可以直接用編程器先讓他在ROM系統(tǒng)中固化，然后再投入運(yùn)行。5.2仿真測(cè)試根據(jù)系統(tǒng)要求完成硬件設(shè)計(jì)后，就需要開始使用軟件平臺(tái)進(jìn)行程序開發(fā)，在程序開發(fā)的過程中，為了增加效率通常采用如下的流程：（1）在KEIL開發(fā)平臺(tái)上新建工程，然后對(duì)各個(gè)子模塊進(jìn)行程序的編寫，在開始設(shè)計(jì)時(shí)主要是對(duì)一些簡(jiǎn)單的功能模塊進(jìn)行程序編寫，尤其是人機(jī)交互模塊，這樣方便后續(xù)進(jìn)行調(diào)試。在完成編寫后，通過平臺(tái)的編譯系統(tǒng)進(jìn)行編譯，并根據(jù)提示進(jìn)行軟件程序的修改，直到整個(gè)程序沒有在KEIL軟件上進(jìn)行報(bào)錯(cuò)。 （2）然后通過JTAG或者串口下載器將編譯生成的HEX文件下載到單片機(jī)中，在第一次下載時(shí)，通常

50、是下載簡(jiǎn)單的程序，方便進(jìn)行一些基本的判斷，然后不斷的增加程序不斷的下載來增加功能，以達(dá)到最終目的。（3）在程序下載后，幾乎可以肯定的是第一次下載的程序往往沒辦法實(shí)現(xiàn)我們想要的結(jié)果，這個(gè)時(shí)候就需要進(jìn)行調(diào)試，使用在線調(diào)試系統(tǒng)可以觀察單片機(jī)內(nèi)部寄存器的狀態(tài)或者執(zhí)行單步運(yùn)行，這樣可以方便的查詢問題點(diǎn)，達(dá)到快速解決問題的目的。 如圖5.1新建新建工程程序編寫編譯修改HEX下載完成調(diào)試圖5.1 程序開發(fā)流程圖5.1 program development flow chart如圖5.1所示為進(jìn)行在線調(diào)試的頁(yè)面，通過工具欄的DEBUG選項(xiàng)來進(jìn)入。 圖5.2 DEBUG選項(xiàng)界面圖Fig.5.2 Debug o

51、ptions interface系統(tǒng)進(jìn)入后，可以通過在菜單欄中的選擇，來對(duì)需要檢測(cè)的數(shù)據(jù)變量，寄存器值等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如圖5.2所示。 圖5.3 選擇調(diào)試界面圖Fig.5.3Select debug interface diagram如圖5.4所示，在此以監(jiān)控count變量為例，通過在watch窗口輸入該變量值就可以看到其默認(rèn)值為0X0000，在運(yùn)行后，其數(shù)值就會(huì)隨著系統(tǒng)的運(yùn)行而產(chǎn)生改變，最后看到結(jié)果值，從而判斷系統(tǒng)是否調(diào)試成功。 圖5.4 watch窗口界面圖Fig.5.4 Interface diagram of watch window如圖5.5所示，通過工具欄上的按鈕還可以執(zhí)行單步，跳出循

52、環(huán)等多種方式的執(zhí)行操作，方便設(shè)計(jì)人員進(jìn)行調(diào)試。 圖5.5調(diào)試程序界面圖Fig.5.5 Debug program interface diagram在完成所有的程序編寫和調(diào)試后，如果程序已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了想要的目標(biāo)，那么就可以將程序的HEX進(jìn)一步下載到單片機(jī)里面，這樣最終目標(biāo)就可以得到實(shí)現(xiàn)，在目標(biāo)得到實(shí)現(xiàn)之后，最后來對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行最后的調(diào)試。最后軟件在被我們調(diào)試了之后在此通過Proteus平臺(tái)對(duì)其進(jìn)行仿真測(cè)試，圖5.1是系統(tǒng)的仿真效果圖，圖5.2是模擬mou6050異常，此時(shí)蜂鳴器報(bào)警提醒。圖5.1 仿真測(cè)試一 Fig.5.1 Simulation test 1圖5.2仿真測(cè)試二Fig.5.2 Sim

53、ulation test 總 結(jié)我們必須要保證施工時(shí)的安全，因?yàn)槭┕げ荒艹鰡栴}，一單它出問題他會(huì)影響到生命和財(cái)產(chǎn)的安全，而且它還會(huì)產(chǎn)生一定的社會(huì)影響。本文實(shí)現(xiàn)的基于LORA技術(shù)遠(yuǎn)程報(bào)警裝置，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)道路的突發(fā)狀況，并及時(shí)通知施工人員注意安全，減少事故的發(fā)生。這次通過了LORA技術(shù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，讓我對(duì)他有了更深刻的認(rèn)識(shí) 16。我們將利用單機(jī)片作為一個(gè)整體當(dāng)中的最核心和最重要的一個(gè)元件，我們主要是通過LORA傳輸模板和MPU6050加速模板來作為整體當(dāng)中的一個(gè)關(guān)鍵部分。還有就是我們將LORA作為一個(gè)傳輸模塊，它和其他的模塊按相關(guān)的按鍵組成。我們?cè)谡n本中學(xué)習(xí)到了很多的知識(shí)，在本次的設(shè)計(jì)之中我也將我所學(xué)到的知識(shí)進(jìn)行一個(gè)轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化為一個(gè)實(shí)踐，這也是一個(gè)鍛煉我的機(jī)會(huì)，讓我在設(shè)計(jì)硬件電路方面的技巧得到了一個(gè)提升，我通過學(xué)習(xí)LORA系統(tǒng)和對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行一個(gè)深入的了解，充分的了解到了他的精簡(jiǎn)之處，我覺得這次的論文編寫，在我在以后的學(xué)習(xí)生活中也有非常重要的作用。本文結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的大趨勢(shì)，提出了融合LORA技術(shù)的，傳感器等技術(shù)的遠(yuǎn)程報(bào)警裝置，如果以后繼續(xù)研究，要從實(shí)用性、可靠性、可靠性、可擴(kuò)展性和控制成本等多個(gè)方面出發(fā)進(jìn)行改善，也要適用于各種環(huán)