嵌入式壓力采集系統(tǒng)設(shè)計

**************************************嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)課程設(shè)計成績：以單片機為控制核心，采用壓力傳感器和高精度A/D轉(zhuǎn)換器等器件對外界壓力信息進行采集和轉(zhuǎn)換。將壓力進行物理采集并轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后，再由計算機進行存儲、處理、顯示和打印的過程，相應(yīng)的系統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。軟件設(shè)計方面則采用功能模塊化的設(shè)計思想；鍵盤模數(shù)轉(zhuǎn)換等采用中斷方式來實現(xiàn)，從而大大提高了單片機的效率以及實時處理能力。本文設(shè)計了一個壓力傳感器采集控制系統(tǒng)，介紹了該系統(tǒng)的基本原理，系統(tǒng)分析，詳細設(shè)計及實現(xiàn)流程圖，并重點介紹了串口數(shù)據(jù)收集的原理，通過嵌入式設(shè)備完成室內(nèi)環(huán)境信息的采集至網(wǎng)關(guān)設(shè)備，通過上下位機實現(xiàn)終端嵌入式設(shè)備的信息收集及相關(guān)設(shè)備的控制。目錄一傳統(tǒng)的壓力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由于存在響應(yīng)慢、精度低、可靠性差、效率低、操作繁瑣等弊端，已經(jīng)不能完全適應(yīng)現(xiàn)代化工業(yè)的高速發(fā)展。隨著嵌入式技術(shù)的迅猛發(fā)展，設(shè)計高速度、高效率、低成本、高可靠性、操作方便的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)成為當務(wù)之急。而現(xiàn)在的ARM處理器不但便宜而且性能較傳統(tǒng)的51單片機高得多，集成度也大大提高，為單芯片解決方案提供了非常方便的平臺，在很多場合都可以用一個芯片就包容了你所需要的全部資源，根本不用擴展其他資源了。不但電路簡單易行風險減小而且產(chǎn)品價格也能控制在最理想狀態(tài)。這些優(yōu)勢也正是ARM處理器風靡全球的理由所在。壓力與人們的生活息息相關(guān)，因此，開發(fā)一種高精度的壓力采集檢測系統(tǒng)是適應(yīng)現(xiàn)代發(fā)展必不可少的。壓力，垂直作用于物體表面上的力。界面可以是指流體內(nèi)部任意劃分的分離面，也可以流體與固體之間的接觸面。任意流體元表面都受到來自外界的作用力，稱表面力。不少學科常常把壓強叫做壓力，同時把壓力叫做總壓力。這時的壓力不表示力，而是表示垂直作用于物體單位面積上的力。在工程上壓力和壓強叫法有時不嚴格區(qū)分。壓力傳感器是是工業(yè)實踐中最為常用的一種傳感器，是一種將壓力轉(zhuǎn)換成電流、電壓的器件，可用于測量壓力，位移等物理量。其廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等眾多行業(yè)。一般普通壓力傳感器的輸出為模擬信號，模擬信號是指信息參數(shù)在給定范圍內(nèi)表現(xiàn)為連續(xù)的信號。或在一段連續(xù)的時間間隔內(nèi)，其代表信息的特征量可以在任意瞬間呈現(xiàn)為任意數(shù)值的信號。而我們通常使用的壓力傳感器主要是利用壓電效應(yīng)制造而成的，這樣的傳感器也稱為壓電傳感器。二有許多客觀需求促進了ARM處理器的設(shè)計改進。首先，便攜式的嵌入式系統(tǒng)往往需要電池供電。為降低功耗，ARM處理器已被特殊設(shè)計成較小的核，從而延長了電池的使用時間。高的代碼密度是嵌入式系統(tǒng)的又一個重要需求。由于成本問題和物理尺寸的限制，嵌入式系統(tǒng)的存儲器是很有限的。所以，高的代碼密度對于那些只限于在板存儲器的應(yīng)用是非常有幫助的。另外，嵌入式系統(tǒng)通常都是價格敏感的，因此一般都使用速度不高、成本較低的存儲器。ARM內(nèi)核不是一個純粹的RISC體系結(jié)構(gòu)，這是為了使它能夠更好的適應(yīng)其主要應(yīng)用領(lǐng)域－－嵌入式系統(tǒng)。在某種意義上，甚至可以認為ARM內(nèi)核的成功，正是因為它沒有在RISC的概念上沉入太深。現(xiàn)在系統(tǒng)的關(guān)鍵并不在于單純的處理器速度，而在于有效的系統(tǒng)性能和功能、在本系統(tǒng)的設(shè)計過程中，根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的基本設(shè)計思想，系統(tǒng)采用了模塊化的設(shè)計方法；并且根據(jù)系統(tǒng)的功能要求和技術(shù)指標，系統(tǒng)遵循自上而下、由大到小、由粗到細的設(shè)計思想；按照系統(tǒng)的功能層次，在設(shè)計中把硬件和軟件分成若干功能模塊分別設(shè)計和調(diào)試，然后全部連接起來統(tǒng)調(diào)。CC2530是一個兼容IEEE802.15.4的真正的片上系統(tǒng)，支持專有的802.15.4市場以及ZigBeeZigBeePRO和ZigBeeRF4CECC2530提供了101dB的鏈路質(zhì)量，優(yōu)秀的接收器靈敏度和健壯的抗干擾性，四種供電模式，多種閃存尺寸，以及一套廣泛的外設(shè)集——包括2個USART、12位ADC和21個通用GPIO，以及更多。除了通過優(yōu)秀的RF性能、選擇性和業(yè)界標準增強8051MCU內(nèi)核，支持一般的低功耗無線通信，CC2530還可以配備TI的一個標準兼容或?qū)Ｓ械木W(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧（RemoTI,Z-Stack,或SimpliciTI）來簡化開發(fā)，使你更快的獲得市場。CC2530可以用于的應(yīng)用包括遠程控制、消費型電子、家庭控制、計量和智能能源、CC2530擁有三種不同的版本：CC2530-F32/F64/F128/F256，編號后綴分別代表了芯片具32KB,64KB,128KB或256KB的閃存。比起第一代CC2430，CC2530提供了改進的RF性能，多達256KB的閃存以支持更大的應(yīng)能夠很好的匹配RFIR一代電路，以及支持ZigBeePRO和ZigBeeRF4CE。圖3.1框圖顯示了CC2530器件系列不同的構(gòu)造模塊?？纱笾路譃?CPU和相關(guān)存儲器模塊，外設(shè)、時鐘和電源管理模塊，無線模塊。CC2530是基于2.4-GHzIEEE802.15.4、ZigBee和RF4CE上的一個片上系統(tǒng)解決方案。CC2530芯片結(jié)合了RF收發(fā)器，增強型8051CPU，系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存，8-KBRAM和許多其他模塊的強大的功能。如今CC2530主要有四種不同的閃存版本：CC2530F32/64/128/256，分別具有32/64/128/256KB的閃存。CC2530運行模式之間的轉(zhuǎn)換時間很短，使其進一步降低能源消下圖是CC2530CPU和內(nèi)存相關(guān)的模塊；外設(shè)、時鐘和電源管理相關(guān)的模塊，以及無線電相關(guān)的模塊。圖1支持Zigbee/ZigbeePRO,ZigbeeRF4CE,6LoWPAN,WirelessHART及其他所有在接收、發(fā)射和多種低功耗的模式下具有極低的電流消耗，能保證較長的電池使用一流的選擇和阻斷性能（50-dBACR）智能能源/自動化儀表讀取可編程輸出功率達+4dBmCC2530實施了IEEE802.15.4標準，因此它是一款通用性極強的芯片高級計量與Zigbee智能能源、家庭與適用于包括消費類電子與RF4CECC2530搭配最新的ZigbeePRO協(xié)議棧以及我們的支持，到目前為止成為業(yè)界最佳的市場解決方案概念。另一種基于IEEE的標準被稱為RF4CE全球多家大型消費類電子公司合力推動RF雙向確認通信等功能，因此RF4CE將會徹底改變您的家庭影院體驗。、壓力傳感器模塊采用橋上輕觸傳感器，能檢測出0‐1500g的正壓力。FSS小型力傳感器：FS系列傳感器具有精密可靠的力傳感性能，它封裝在小型商品等級的包裝中，其價格便宜。該傳感器的特色是采用了已被證明可靠的傳感技術(shù)，即使用專門設(shè)計的精制壓敏電阻硅傳感元件。小功率，無放大、無補償?shù)幕菟诡D電橋電路設(shè)計可在力范圍內(nèi)。力傳感器根據(jù)埋入硅片的壓電電阻，在其受到任何外力而撓曲時，其電阻會增加的原理工作。該傳感器通過不銹鋼球，將施加的力直接集中到硅‐傳感元件上，電阻值的變化是隨施加力的大小而成比例的變化。電路電阻的變化致使mV輸出電平也作相應(yīng)的變化。傳感器的封裝設(shè)計結(jié)合了獲專利的模塊結(jié)構(gòu)。采用創(chuàng)新的彈性技術(shù)工藝和模制的工程塑料，使過力大小可達4.5/5.5kg應(yīng)用。FSS傳感器在50°C(122°F)時，故障平均周期（MCTF）的可靠性測試中可提供2千萬次操作?？煽啃詼y試確定了傳感器在出故障前，在滿量程情況下可能的工作次數(shù)。各種電氣互連接頭，可接受預(yù)接線的連接器，印刷電路板安裝和表面安裝。獨特的傳感器設(shè)計還可提供包括安裝架在內(nèi)的各種安裝形式選項，以及可滿足應(yīng)用時的各種具體安裝要求。高精度壓力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖如上所示，壓力傳感器輸出的模擬信號被放大調(diào)理后經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，傳送給單片機，經(jīng)過標定，運算及零點補償?shù)忍幚?，在液晶顯示模塊上顯示出來，同時可經(jīng)串行接口傳送到上位機，實現(xiàn)良好的人機交換，鍵盤提供人機交換的的手段。為了能夠進行系統(tǒng)初始化．采用一個匯編文件做肩動代碼，用它實現(xiàn)向量表的定義、堆I／O初始化、外同初始化、地址重映射等操作。系統(tǒng)的初始化流程如圖所示。圖6USB外接電源或2節(jié)干電池）。將一個無線節(jié)點模塊插入到帶LCD的智能主板的相應(yīng)位置。將壓力傳感器模塊插入到智能主板的傳感及控制擴展口位置。將CC2530仿真器的一端通過USB線（A型轉(zhuǎn)B型）連接到PC機，另一端通過10Pin下載線連接到智能主板的CC2530JTAGJ203）。將智能主板上電源開關(guān)撥至開位置。按下仿真器上的按鈕，仿真器上的指示燈為綠色時，表示連接成功。使用IAR7.51打開“…\OURS_CC2530LIB\lib10(HumiTempLight)\IAR_files”下的HumiTempLight.eww文件，下載運行程序。觀察LCD上壓力強度的變化。五課程設(shè)計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程.隨著網(wǎng)絡(luò)在人們生活中的運用越來越廣泛和嵌入式技術(shù)在日常生活中的地位日益凸顯，這對我們這些學習有關(guān)網(wǎng)絡(luò)以及計算機專業(yè)的學生來說既是一種挑戰(zhàn)，又是一個難得的機會。通過這次嵌入式的課程設(shè)計讓我們初步了解了嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計過程和工作原理，掌握了一些編程能力。對我們的網(wǎng)絡(luò)編程有了很大的提高，與此同時，我們還學到了一些專業(yè)知識之外的東西。在課程設(shè)計過程中，我們了解到課程設(shè)計不光光是埋頭做設(shè)計，也是同學之間互相學習和互相交流經(jīng)驗和知識的機會。也是我們大家向老師提出疑問和學以致用的機會，這讓我們不會成為只知道理論而不會將理論化為實踐中去的書呆子。我覺得課程設(shè)計就是一個復(fù)習課堂上學到知識的機會，也是一個加強學生動手能力設(shè)計的機會。更是一個讓學習得到升華的過程。在該次課程設(shè)計的初期，我們將任務(wù)分配好，每個人各就其職，各盡所能。當然，在一開始我們就遇到了一些問題，解決問題的方法是跑到圖書館查看有關(guān)書籍，或上網(wǎng)查閱有關(guān)信息，或請教老師。終于在大家的相互幫組和大家的齊心協(xié)力下，我們最終完成了該次的課程設(shè)計。能力。提高了我們獨立思考文理，解決問題的能力?？傮w上看，我覺得這次課程設(shè)計是我自不能與實踐相結(jié)合。軟件操作不夠熟練，不能靈活運用。是我了解要先學好理論知識才能很好地與實踐相結(jié)合，才能熟練地運用到生活中。[1]譚會生．ARM嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用開發(fā)[M]．西安：西安電子科技大學出版社，2012[2]何文華，梁競敏.Linux操作系統(tǒng)實驗與實訓.北京：人民郵電出版社,2006.[3]李蔚澤.FedoraCore3Linux安裝與系統(tǒng)管理.北京：中國鐵道出版社,2006.[4]朱居正，高冰.RedHatLinux(FedoraCore3)實用培訓教程.北京：清華大學出版社,2005七壓力處理與轉(zhuǎn)換子程序如下：//----------------------------------voidpres-change(void){U16*p1=a-pres-now;U16*p3=b-pres-now;U16pres=0;for(j=0;j<8;j++){{pres=(~pres)+1；//轉(zhuǎn)為正的原碼}{case0x1f://精度為9位,則清除最低3位無效位{}case0x3f://精度為10位,則清除最低2位無效位{pres=pres&0xfffc;break;}case0x5f://精度為11位,則清除最低1位無效位{pres=pres&0xfffe;bre