登高作業(yè)人員環(huán)境檢測(cè)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

登高作業(yè)人員環(huán)境檢測(cè)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要隨著城市化進(jìn)??程加深??，城市??空間逐??步向高??空發(fā)展??。在大??型工程??建設(shè)過(guò)??程中，??登高車??是常用??的登高??作業(yè)平??臺(tái)。在??實(shí)際操??作過(guò)程??中，由??于登高??車存在??部分視??覺(jué)盲區(qū)??，操作??人員往??往無(wú)法??判斷登??高車平??臺(tái)與結(jié)??構(gòu)之間??的間隙??，因此??作業(yè)過(guò)??程中常??常出現(xiàn)??碰撞問(wèn)??題，??設(shè)備損??壞等事??故，登??高作業(yè)??時(shí)也要??對(duì)登高??作業(yè)人??員的環(huán)??境進(jìn)行??檢測(cè)所??在區(qū)域??是否安??全這也??是非常??有必要??的?！??因此設(shè)??計(jì)一套??安全、??可靠、??穩(wěn)定的??登高作??業(yè)環(huán)境??檢測(cè)系??統(tǒng)，已??是很重??要和很??急迫的??本課題研究的內(nèi)容為登高作業(yè)人員環(huán)境檢測(cè)預(yù)警系統(tǒng)。該套系統(tǒng)主要由溫度傳感器、蜂鳴器、OLED、STM32單片機(jī)、按鍵、BMP180傳感器等部分組成；采用STM32單片機(jī)技術(shù)處理對(duì)溫度傳感器采集到的參數(shù)用OLED屏幕顯示，按鍵設(shè)置海拔和溫度的閾值，如果超過(guò)閾值范圍，通過(guò)蜂鳴器和lED燈實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警提醒。實(shí)現(xiàn)的功能如下：系統(tǒng)可實(shí)時(shí)采集海拔高度并顯示，通過(guò)溫度傳感器來(lái)顯示溫度。通過(guò)按鍵來(lái)設(shè)置海拔閾值上下限和溫度閾值上下限，并掉電不丟失；系統(tǒng)監(jiān)測(cè)海拔和溫度異常，聲光報(bào)警。關(guān)鍵詞:登高作業(yè)；STM32單片機(jī)；BMP180氣壓傳感器;目錄TOC\o"1-3"\h\u第1章緒論 第1章緒論1.1研究目的及意義 登高作業(yè)人員環(huán)境檢測(cè)預(yù)警系統(tǒng)是為了保障登高作業(yè)人員的安全而設(shè)計(jì)的一種重要的安全保護(hù)措施。這個(gè)系統(tǒng)的目的是通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和檢測(cè)登高作業(yè)人員所處環(huán)境的各種參數(shù)和風(fēng)險(xiǎn)因素，及時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，以便及時(shí)采取相應(yīng)的安全措施，減少事故的發(fā)生，保護(hù)登高作業(yè)人員的生命和身體安全。登高作業(yè)是一項(xiàng)高風(fēng)險(xiǎn)的工作，可能涉及到高處墜落、電擊、中毒、火災(zāi)等危險(xiǎn)。在這種環(huán)境下，登高作業(yè)人員需要面臨各種風(fēng)險(xiǎn)和不確定性，他們的生命安全和身體健康面臨著巨大的挑戰(zhàn)。因此，登高作業(yè)人員環(huán)境檢測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施對(duì)于提高登高作業(yè)安全水平、減少事故發(fā)生具有重要的意義。首先，登高作業(yè)人員環(huán)境檢測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以提供及時(shí)的環(huán)境監(jiān)測(cè)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。通過(guò)監(jiān)測(cè)環(huán)境中的溫度、濕度、氧氣濃度、有害氣體濃度、粉塵濃度等參數(shù)，可以評(píng)估登高作業(yè)人員所處環(huán)境的安全性。系統(tǒng)會(huì)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的閾值和安全標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析，一旦環(huán)境參數(shù)超出安全范圍，系統(tǒng)會(huì)及時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，提醒登高作業(yè)人員及時(shí)采取相應(yīng)的安全措施，如佩戴防護(hù)裝備、轉(zhuǎn)移位置或停止作業(yè)。其次，登高作業(yè)人員環(huán)境檢測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)作業(yè)人員的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和定位。系統(tǒng)可以通過(guò)使用安全帶、安全帽等裝備上的傳感器來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)登高作業(yè)人員的位置和狀態(tài)，包括是否離開(kāi)工作區(qū)域、是否有突發(fā)狀況等。一旦發(fā)現(xiàn)作業(yè)人員出現(xiàn)異常情況，系統(tǒng)會(huì)立即發(fā)出警報(bào)，并通過(guò)定位技術(shù)迅速確定其具體位置，以便救援人員能夠及時(shí)趕到現(xiàn)場(chǎng)提供幫助，降低事故造成的傷害和損失。此外，登高作業(yè)人員環(huán)境檢測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄和分析。系統(tǒng)會(huì)記錄環(huán)境參數(shù)、作業(yè)人員狀態(tài)和預(yù)警信息等相關(guān)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以用于事故分析和事后處理。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析，可以了解事故發(fā)生的原因和過(guò)程，進(jìn)而對(duì)工作流程、安全措施進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，以減少類似事故的再次發(fā)生。同時(shí)，這些數(shù)據(jù)還可以作為工作人員培訓(xùn)和安全宣傳的依據(jù)，提高工作人員的安全意識(shí)和安全素質(zhì)?？傊?，登高作業(yè)人員環(huán)境檢測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的目的和意義在于提高登高作業(yè)的安全性、保護(hù)登高作業(yè)人員的生命和身體健康。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警，及時(shí)采取安全措施，可以減少登高作業(yè)事故的發(fā)生，降低事故造成的傷害和損失。此外，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還可以為事故分析和事后處理提供重要的數(shù)據(jù)支持，促進(jìn)工作流程和安全措施的改進(jìn)，提高整個(gè)行業(yè)的安全水平。因此，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)于保護(hù)登高作業(yè)人員的安全、促進(jìn)生產(chǎn)安全發(fā)展具有重要的意義。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著科技發(fā)展??不斷地??進(jìn)步，??社會(huì)逐??漸趨于??城市化??;這么??多年來(lái)??，國(guó)內(nèi)??外學(xué)者??也在這??個(gè)領(lǐng)域??不斷的探索。在2021年??，國(guó)內(nèi)??的研究??人員陳??淵鴻、??陳燕等??人在《??基于B??IM與??物聯(lián)網(wǎng)??傳感的??登高車??安全管??理技術(shù)??研發(fā)??沖設(shè)計(jì)??登高車??由于機(jī)??械化程??度高、??操作便??捷等特??點(diǎn)在工??業(yè)、電??力、建??筑等行??業(yè)有廣??泛應(yīng)用??。該裝??備操作??專業(yè)化??要求高??，在作??業(yè)過(guò)程??中也容??易帶來(lái)??一些安??全隱患??，比如??碰撞事??故等。??隨著智??能科技??的興起??，傳統(tǒng)??裝備智??能化升??級(jí)為裝??備安全??性提升??提供了??有力支??持。將??BI??M技術(shù)??與G??PS、??RFI??D等??物聯(lián)網(wǎng)??感應(yīng)技??術(shù)相結(jié)??合，研??發(fā)出??BIM??+GP??S型??登高車??與B??IM+??FID??型登??高車兩??款具有??防撞報(bào)??警功能??的登高??車安全??管理技??術(shù)，為??登高作??業(yè)的安??全性提??供了保??障研發(fā)??成果成??功應(yīng)用??于某大??型市政??橋梁建設(shè)?！奥檮Φ热说膱F(tuán)??隊(duì)在2??015??年的??《一種??手機(jī)準(zhǔn)??確測(cè)量??環(huán)境溫??度的方??法》中??闡述人??們獲得??外界溫??度，目??前多數(shù)??方式是??通過(guò)應(yīng)??用程序??直接或??者間接??地通過(guò)??國(guó)家氣??象局獲??得外界??溫度。??但是由??于數(shù)據(jù)??更新較??慢并且??溫度是??一個(gè)較??大地域??范圍內(nèi)??的溫度??，不能??實(shí)時(shí)反??應(yīng)使用??者周圍??溫度.??還需要??數(shù)據(jù)網(wǎng)??絡(luò)暢通??。介紹??一種通??過(guò)手機(jī)??上的溫??度傳感??器對(duì)使??用者周??圍環(huán)境??溫度實(shí)??時(shí)準(zhǔn)確??測(cè)量方??法。李??延廷在??20??16??年的《??基于單??片機(jī)技??術(shù)的海??拔高度??測(cè)量電??路設(shè)計(jì)??》中提??及介紹??了海拔??高度測(cè)??量方法??.利用??數(shù)字氣??壓傳感??器設(shè)計(jì)??基于單??片機(jī)技??術(shù)的海??拔高度??測(cè)量電??路.分??析電路??結(jié)構(gòu)框??圖、各??功能電??路組成??與工作??原理及??單片機(jī)??控制程??序的功??能模塊??及程序??執(zhí)行流??程.最??后指出??整個(gè)電??路的工??作穩(wěn)定??性和性??能指標(biāo)??。在??202??2年??國(guó)外的??Rod??ige??rT??im在??Sh??ant??Com??mun??ica??tio??n:??An??ove??lm??eth??od??for??pa??ral??lel??me??asu??rem??ent??of??te??mpe??rat??ure??an??dh??eat??flu??xw??ith??a??sin??gle??la??yer??pr??obe??>-??文闡述??了在此??通信中??描述了??一種專??門(mén)設(shè)計(jì)??的快速??熱流傳??感器并??聯(lián)阻抗??評(píng)估技??術(shù)的發(fā)??展和性??能。附??加信號(hào)??取決于??傳感器??有源層??的內(nèi)阻??并被標(biāo)??定為測(cè)??溫信號(hào)??。兩個(gè)??平行測(cè)??量量使??能都是??更精確??的傳熱??測(cè)量。??提供了??熱輻射??載荷下測(cè)量方法學(xué)的響應(yīng)信號(hào)。在2020年Wh??ite??D.??R.??在<??Hot??an??dc??old??:d??efi??nin??ga??nd??mea??swr??ing??te??mpe??rat??ur》??中提到??盡管溫??度測(cè)量??在經(jīng)濟(jì)??上的重??要性以??及對(duì)熱??現(xiàn)象進(jìn)??行3??00??年的科??學(xué)研究??但溫度??仍然是??所有物??理量中??最不了??解、最??難測(cè)量??的一種??。實(shí)際??上,我??們目前??按照熱??力學(xué)測(cè)??量溫度??的能力??不能滿??足我們??的需要??。本綜??述概述??了溫度??測(cè)量,??深入了??解了溫??度概念??的演變??和含義??、不同??溫度表??的結(jié)構(gòu)??及其局??限性、??最精確??的主要??測(cè)量技??術(shù)、1??990??年國(guó)??際溫度??表以及對(duì)未來(lái)發(fā)展的推測(cè)。1.3主要研究?jī)?nèi)容本課題研究的??內(nèi)容為??登高作??業(yè)人員??環(huán)境檢??測(cè)預(yù)警??系統(tǒng)。??該套系??統(tǒng)主要??由溫度??模塊、??蜂鳴器??，OL??ED，??STM??32單??片機(jī)、??BMP180氣壓傳感器模?塊、按??鍵、L??ED燈??等部分??組成;??采用S??TM3??2單??片機(jī)技??術(shù)處理??對(duì)溫度??模塊和??氣壓模??塊采集??到的參??數(shù)用O??LED??屏幕??顯示，??按鍵設(shè)??置海拔??和溫度??的閾值??，如果??超過(guò)閾??值范圍??，通過(guò)??蜂鳴器??和LE??D燈實(shí)??現(xiàn)聲光??報(bào)警提醒。第2章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案2.1設(shè)計(jì)方案本課題研究??的內(nèi)容??為登高??作業(yè)人??員環(huán)境??檢測(cè)預(yù)??警系統(tǒng)??。該套??系統(tǒng)主??要由溫??度模塊??、蜂鳴?器，O??LED??，ST??M32??單片機(jī)??、超聲??波測(cè)距??模塊、??按鍵、??LED??燈等部??分組成??，采用??STM??32??單片機(jī)??技術(shù)處??理對(duì)溫??度模塊??和超聲??波測(cè)距??模塊采??集到的??參數(shù)用??0LE??D屏??幕顯示??，按鍵??設(shè)置海??拔和溫??度的閾??值，如??果超過(guò)??閾值范??圍，通??過(guò)蜂鳴??器實(shí)??現(xiàn)??報(bào)警提醒。圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.2功能需求分析2.2.1技術(shù)路線（1）硬件部分需??要單片??機(jī)S??TM3??2F1??03c??8t6??、溫度??模塊、??蜂鳴器??，OL??ED、??按??鍵、BMP180傳感器等（2）軟件平臺(tái)程序用keil5；（3）畫(huà)原理圖用AD；（4）編程語(yǔ)言用C語(yǔ)言；2.2.2預(yù)期結(jié)果作品展示，完成一個(gè)登高作??業(yè)人員??環(huán)境檢??測(cè)預(yù)警??系統(tǒng)，??并且該??設(shè)計(jì)能??實(shí)現(xiàn)的??功能如下:該套系統(tǒng)主要??由溫度??傳感器、??蜂鳴器??、OL??ED、??STM??32??單片機(jī)??、??按鍵、??LED??燈等??部分組??成，采??用S??TM3??2單??片機(jī)技??術(shù)處理??對(duì)溫度??模塊和??氣壓模??塊采集??到的參??數(shù)用O??LED??屏幕??顯示，??按鍵設(shè)??置海拔??和溫度??的閾值??，如果??超過(guò)閾??值范圍??，通過(guò)??蜂鳴器??實(shí)現(xiàn)報(bào)警提醒。2.3單片機(jī)型號(hào)選擇51單片機(jī)的處理能力相對(duì)較低，通常采用8位架構(gòu)，運(yùn)算速度較慢。與現(xiàn)代的32位或64位處理器相比，51單片機(jī)在計(jì)算性能、存儲(chǔ)容量和處理能力上有限制。51單片機(jī)的內(nèi)存容量通常較小，無(wú)法滿足大規(guī)模應(yīng)用的需求。這會(huì)限制程序的復(fù)雜性和功能的擴(kuò)展性。51單片機(jī)的硬件資源有限，如GPIO（通用輸入輸出）引腳數(shù)量有限，缺乏外設(shè)接口和通信接口。這可能限制了連接外部設(shè)備和擴(kuò)展功能的能力。51單片機(jī)的架構(gòu)和功能相對(duì)較舊，缺乏現(xiàn)代化特性和先進(jìn)的指令集。這使得它在某些應(yīng)用領(lǐng)域無(wú)法滿足高級(jí)功能和復(fù)雜算法的需求。由于51單片機(jī)的市場(chǎng)存在時(shí)間較長(zhǎng)，相對(duì)較新的開(kāi)發(fā)環(huán)境和工具支持有限。這可能導(dǎo)致開(kāi)發(fā)人員在開(kāi)發(fā)和調(diào)試過(guò)程中遇到一些困難。相對(duì)于一些其他嵌入式平臺(tái)，51單片機(jī)的開(kāi)發(fā)社區(qū)和生態(tài)系統(tǒng)支持較為有限。這可能導(dǎo)致開(kāi)發(fā)人員在解決問(wèn)題和獲取資源方面的困難。51單片機(jī)通常缺乏高級(jí)的能耗管理功能，無(wú)法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的電源管理技術(shù)。這在對(duì)電池壽命和能源效率要求較高的應(yīng)用中可能是一個(gè)限制。本文選用S??TM3??2F1??03C??6T6??單片機(jī)。該單片機(jī)是由意??法半導(dǎo)??體集團(tuán)??基于S??TII??32系??列AM??Co??rte??x-M??內(nèi)核??開(kāi)發(fā)的??一款具??有64??KB的??程序存??儲(chǔ)器的??32位??微控制??器。其??工作時(shí)??需要2??7~3??.6??的電壓??和-4??0C~??85C環(huán)境溫度。STM32F103C8T6是一款中等密度性能系列的ARMCortex-M332位微控制器，采用48引腳LQFP封裝。它集成了具有72MHz工作頻率的高性能RISC內(nèi)核、高速嵌入式存儲(chǔ)器、廣泛的增強(qiáng)型I/O和連接到兩條APB總線的外設(shè)。S??TM3??2F1??03C??6T6??芯片適用于基本功能的芯片，此設(shè)計(jì)S??TM3??2F1??03C??6T6??芯片最適用。STM32系??列單片??機(jī)是一??款高性??能，功??能強(qiáng)大??的系列??單片機(jī)??。該系??列單片??機(jī)常被??用于要??求低成??本、高??性能和??低功耗??的嵌入??式應(yīng)用??程序，??其在功??耗和集??成方面??也展現(xiàn)??出良好??的性能??。由于??其便捷??的工具??和簡(jiǎn)單??的結(jié)構(gòu)??并且結(jié)??合了強(qiáng)??大的功??能性，??在業(yè)界??很受歡??迎。采??用的最小系統(tǒng)如下圖。圖2-1STM32fl03c6t6引腳圖第3章系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本課題研究的內(nèi)容??為登高??作業(yè)人??員環(huán)境??檢測(cè)預(yù)??警系統(tǒng)??。該套??系統(tǒng)主??要由溫??度傳感器、蜂鳴??器，O??LED??，ST??M32??單片機(jī)??、??按鍵、??BMP180氣壓傳感器等部??分組成??，采用??STM??32??單片機(jī)??技術(shù)處??理對(duì)溫??度模塊??和BMP180氣壓傳感器采??集到的??參數(shù)用??0LE??D屏??幕顯示??，按鍵??設(shè)置海??拔和溫??度的閾??值，如??果超過(guò)??閾值范??圍，通??過(guò)蜂鳴??器實(shí)??現(xiàn)報(bào)警提醒。實(shí)現(xiàn)的功能如下:1.系統(tǒng)可實(shí)時(shí)采集海拔高度并顯示;2.系統(tǒng)可實(shí)時(shí)采集當(dāng)前溫度并顯示;3.系統(tǒng)可設(shè)置海拔閾值上下限，并掉電不丟失;4.系統(tǒng)可設(shè)置溫度閾值上下限，并掉電不丟失;5.系統(tǒng)監(jiān)測(cè)海拔高度異常，蜂鳴器報(bào)警;6.系統(tǒng)監(jiān)測(cè)溫度異常，蜂鳴器報(bào)警。總體原理圖如下所示：圖3-1總體原理圖3.2系統(tǒng)的主要功能模塊設(shè)計(jì)3.2.1BMP180氣壓傳感器設(shè)計(jì)BMP180是一款高精度的氣壓傳感器，具有低功耗、低噪聲等特點(diǎn)，廣泛使用在氣壓、海拔測(cè)量。??它兼容??BP??O85??傳感??器，但??是在該??基礎(chǔ)上??擁有許??多改進(jìn)??，如更??小的尺??寸和更多的數(shù)字接口。BMP18??0不??僅可以??實(shí)時(shí)的??測(cè)量大??氣壓力??，還能??測(cè)量實(shí)??時(shí)溫度??。同時(shí)??它還具??有II??C總線??的接口??，便于??單片機(jī)??進(jìn)行訪??問(wèn)。另??外它的??使用也??很方便??，不需??要太多??的操作??就可讀??取到氣??壓及測(cè)??量數(shù)據(jù)??。“U??P=??壓力數(shù)??據(jù)(1??6到1??9位)??UT??=溫??度數(shù)據(jù)??(16??位)??開(kāi)始測(cè)??量溫度??值U??T和壓??力值??UP的??時(shí)序圖??如下所??示。在??啟動(dòng)后??，主機(jī)??發(fā)送器??件地址??寫(xiě)入，??寄存器??地址和??控制寄??存器數(shù)??據(jù)。當(dāng)??接收到??數(shù)據(jù)時(shí)??，BM??P18??0每??8個(gè)??數(shù)據(jù)位??發(fā)送一??個(gè)確認(rèn)??(AC??KS)??。主機(jī)??在最后??一次??ACK??S后??發(fā)送停??止條件??。在工作過(guò)程中，BMP180傳感器通過(guò)控制電路提供供電，并與微控制器或其他外部設(shè)備進(jìn)行通信，通常使用I2C接口。傳感器內(nèi)部的壓電傳感器通過(guò)感受外界壓力的變化，將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓信號(hào)。該電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)化為數(shù)字值。為了準(zhǔn)確測(cè)量氣壓，BMP180傳感器還使用溫度補(bǔ)償技術(shù)。內(nèi)部的溫度傳感器測(cè)量環(huán)境溫度，并將溫度值與壓力值一起用于計(jì)算修正后的氣壓值。通過(guò)將溫度補(bǔ)償應(yīng)用于壓力測(cè)量，BMP180傳感器能夠在不同溫度下提供更準(zhǔn)確的氣壓數(shù)據(jù)。通過(guò)讀取傳感器的輸出數(shù)據(jù)，外部設(shè)備可以獲取當(dāng)前環(huán)境的氣壓和溫度信息。這些數(shù)據(jù)可以應(yīng)用于多種應(yīng)用領(lǐng)域，如天氣預(yù)報(bào)、高度測(cè)量、氣象監(jiān)測(cè)等?？偠灾?，BMP180氣壓傳感器利用壓電傳感器和溫度補(bǔ)償技術(shù)實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確的氣壓測(cè)量。通過(guò)對(duì)壓力和溫度的測(cè)量和處理，傳感器能夠提供準(zhǔn)確的氣壓和溫度數(shù)據(jù)，為各種應(yīng)用提供有用的信息。以下是BMP180氣壓傳感器的硬件電路設(shè)計(jì)步驟：確定供電電壓：BMP180傳感器通常工作在3.3V電壓下。因此，首先需要確定系統(tǒng)的供電電壓，以便選擇合適的電源電路。設(shè)計(jì)電源電路：根據(jù)所選的供電電壓，設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)定可靠的電源電路，以提供穩(wěn)定的工作電壓給BMP180傳感器。連接傳感器引腳：BMP180傳感器有多個(gè)引腳，包括供電引腳（VCC和GND）、I2C通信引腳（SCL和SDA）以及數(shù)據(jù)輸出引腳（XCLR和EOC）。I2C通信接口：BMP180傳感器使用I2C接口進(jìn)行通信。為了使傳感器能夠與主控制器進(jìn)行通信，需要設(shè)計(jì)一個(gè)I2C接口電路，并將其連接到傳感器的SCL和SDA引腳。PCB布局和布線：在設(shè)計(jì)PCB時(shí)，需要考慮傳感器的布局和布線，以確保信號(hào)完整性和電路穩(wěn)定性。避免干擾源和高功率設(shè)備的干擾，并根據(jù)傳感器規(guī)格要求進(jìn)行差分信號(hào)布線和地線規(guī)劃。連接其他器件：根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，需要連接其他器件，如微控制器、顯示屏。確保正確連接這些器件，并遵循其規(guī)格和電路設(shè)計(jì)要求。電路測(cè)試和驗(yàn)證：完成硬件電路設(shè)計(jì)后，進(jìn)行電路測(cè)試和驗(yàn)證。通過(guò)測(cè)量電壓、信號(hào)和通信以及傳感器的輸出，確保電路正常工作，并滿足設(shè)計(jì)要求。以上是BMP180氣壓傳感器的硬件電路設(shè)計(jì)步驟。BI??P18??0氣??壓傳感器如圖??3-2。圖3-2BMP180氣壓傳感器原理圖3.2.2按鍵模塊設(shè)計(jì)獨(dú)立式鍵盤(pán)??的組成??是由若??干個(gè)按??鍵與單??片機(jī)的??I/0??口一的??對(duì)應(yīng)連??接,然??后通過(guò)??讀取單??片機(jī)??I/0??的電??平狀態(tài)??來(lái)確認(rèn)??哪個(gè)對(duì)??應(yīng)的按??鍵被按??下,一??般一個(gè)??獨(dú)立式??按鍵對(duì)??應(yīng)一個(gè)??功能可??以通過(guò)??按鍵的??組合來(lái)實(shí)現(xiàn)多個(gè)功能。按鍵的工作原理基于機(jī)械接觸，當(dāng)按鍵被按下時(shí)，內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生接觸，使電路閉合。這種閉合狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致電流流過(guò)按鍵，向控制電路發(fā)送信號(hào)?？刂齐娐窌?huì)檢測(cè)到這個(gè)信號(hào)，并相應(yīng)地執(zhí)行相應(yīng)的操作或觸發(fā)相應(yīng)的事件。當(dāng)按鍵釋放時(shí)，機(jī)械結(jié)構(gòu)恢復(fù)原狀，電路斷開(kāi)，停止信號(hào)傳輸。通過(guò)這種機(jī)械接觸的方式，按鍵實(shí)現(xiàn)了用戶與電子系統(tǒng)之間的交互。以下是按鍵的硬件電路設(shè)計(jì)步驟：確定按鍵類型和規(guī)格：首先確定需要使用的按鍵類型機(jī)械按鍵。根據(jù)需求選擇合適的按鍵，并了解其電氣特性和尺寸。確定按鍵數(shù)量和布局：確定需要的按鍵數(shù)量和布局?？紤]按鍵的功能和使用場(chǎng)景，設(shè)計(jì)適合用戶操作的按鍵布局，并決定按鍵的位置和間距。設(shè)計(jì)按鍵引腳：根據(jù)選擇的按鍵類型和數(shù)量，為每個(gè)按鍵設(shè)計(jì)引腳。通常，按鍵具有兩個(gè)引腳，分別是連接到電源（VCC）和連接到控制電路的引腳。確保按鍵引腳與所選按鍵的引腳布局和尺寸相匹配。連接到控制電路：將按鍵的引腳連接到控制電路。根據(jù)設(shè)計(jì)需求，可以選擇直接連接到微控制器的GPIO引腳，或通過(guò)電平轉(zhuǎn)換電路（如電阻分壓器或三極管）將按鍵信號(hào)轉(zhuǎn)換為適合微控制器的信號(hào)電平。添加去抖電路：按鍵的機(jī)械特性會(huì)導(dǎo)致按下和釋放時(shí)產(chǎn)生的抖動(dòng)。為了避免抖動(dòng)引起的誤觸發(fā)，可以在按鍵引腳和控制電路之間添加去抖電路。常見(jiàn)的去抖電路包括電容器和RC網(wǎng)絡(luò)。地線和電源連接：將按鍵的引腳連接到適當(dāng)?shù)牡鼐€和電源。確保地線和電源連接可靠，并根據(jù)設(shè)計(jì)要求提供合適的電源電壓。PCB布局和布線：在設(shè)計(jì)PCB時(shí)，要合理布局按鍵的位置和布線，以確保信號(hào)完整性和電路穩(wěn)定性。避免按鍵引腳與其他高功率信號(hào)線或干擾源的交叉干擾，并使用合適的地線規(guī)劃。電路測(cè)試和驗(yàn)證：完成按鍵的硬件電路設(shè)計(jì)后，進(jìn)行電路測(cè)試和驗(yàn)證。通過(guò)按下按鍵并測(cè)量信號(hào)響應(yīng)，確保按鍵正常工作，并滿足設(shè)計(jì)要求。以上是按鍵的硬件電路設(shè)計(jì)步驟。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要注意參考所選按鍵的數(shù)據(jù)手冊(cè)和應(yīng)用指南，以了解其特性和要求。同時(shí)，確保遵守相關(guān)的電氣安全標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)規(guī)范。圖3-3按鍵模塊原理圖3.2.35V蜂鳴器模塊設(shè)計(jì)蜂鳴器分無(wú)源??和有源??兩種，??從電路??上來(lái)看??，這兩??種蜂鳴??器在這??都可以??工作區(qū)??別是單??片機(jī)程??序不一??樣。當(dāng)??網(wǎng)絡(luò)節(jié)??點(diǎn)B??epp??為高??電平時(shí)??，三極??管Q1??截止??，蜂鳴??器無(wú)電??流，不??響。“??當(dāng)網(wǎng)絡(luò)??節(jié)點(diǎn)??Bep??p為??低電平??時(shí)，三??極管??Q1??導(dǎo)通，??蜂鳴器??有電流??，會(huì)響??。所以??在Be??ep??節(jié)點(diǎn)輸??入P??WM??脈沖時(shí)??，蜂鳴??器就會(huì)??發(fā)出響??聲。以下是有源蜂鳴器的硬件電路設(shè)計(jì)步驟：確定供電電壓：有源蜂鳴器通常工作在較低的電壓范圍，如3V至5V。首先需要確定系統(tǒng)的供電電壓，并選擇合適的電源電路。連接蜂鳴器引腳：有源蜂鳴器通常有兩個(gè)引腳，一個(gè)是正極（+）引腳，用于連接到正電源，另一個(gè)是負(fù)極（-）引腳，用于連接到控制電路。根據(jù)設(shè)計(jì)需求，將蜂鳴器引腳連接到相應(yīng)的電路中?？刂菩盘?hào)引腳：有源蜂鳴器還需要一個(gè)控制信號(hào)來(lái)觸發(fā)聲音輸出。通常，這個(gè)控制信號(hào)由微控制器或其他控制電路提供。設(shè)計(jì)一個(gè)合適的控制信號(hào)引腳，并將其連接到蜂鳴器的控制引腳。電源電路設(shè)計(jì)：為了提供穩(wěn)定的工作電壓給有源蜂鳴器，需要設(shè)計(jì)一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娫措娐贰？梢赃x擇使用線性穩(wěn)壓器或開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)。PCB布局和布線：在設(shè)計(jì)PCB時(shí)，要合理布局有源蜂鳴器和相關(guān)電路的位置，并進(jìn)行合適的布線。確保信號(hào)完整性和電路穩(wěn)定性，避免干擾源和高功率設(shè)備的干擾。電路測(cè)試和驗(yàn)證：完成硬件電路設(shè)計(jì)后，進(jìn)行電路測(cè)試和驗(yàn)證。通過(guò)提供控制信號(hào)，觀察有源蜂鳴器是否發(fā)出預(yù)期的聲音輸出，并確保電路正常工作，并滿足設(shè)計(jì)要求。如下圖原理圖。圖3-4蜂鳴器原理圖3.2.4oled顯示屏模塊設(shè)計(jì)本屏所用的驅(qū)??動(dòng)IC??為S??SD1??306??;，????這點(diǎn)與??1.3??寸OL??ED??驅(qū)動(dòng)I??CS??SD1??106??稍有??不同，??SSD??110??6每??頁(yè)是1??32??個(gè)字節(jié)??，也是??8頁(yè)。??所以在??用0??.96??寸OL??ED??移植1??.3寸??OLE??D程序??的時(shí)候??需要將??0.??96寸??的顯示??地址向??右偏移??2，??這樣顯??示就正??常了;??否則在??用1.??3寸的??時(shí)候1??.3寸??屏右邊??會(huì)有??4個(gè)像??素點(diǎn)寬??度顯示??不正常??或是全??白，這??點(diǎn)大家??注意一??下。其??它的??SSD??130??6和??SSD??110??6區(qū)??別不大??。原理圖如3-5圖。下面是SSD1306OLED顯示屏的硬件電路設(shè)計(jì)步驟：選擇合適的SSD1306OLED顯示屏：根據(jù)需求選擇0.96寸的SSD1306OLED顯示屏，并獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)手冊(cè)和引腳定義。確定供電電壓：查看SSD1306OLED顯示屏的數(shù)據(jù)手冊(cè)，確定其供電電壓范圍。通常情況下，SSD1306可以在3.3V或5V電源下工作。確保設(shè)計(jì)中的電源電壓符合其要求。本文在3.3V的電源下工作。連接電源：將SSD1306OLED顯示屏的電源引腳連接到適當(dāng)?shù)碾娫淳€路上。確保提供穩(wěn)定的電源電壓，并注意正確的極性連接。連接控制信號(hào)：查看SSD1306OLED顯示屏的引腳定義，將其控制信號(hào)引腳連接到適當(dāng)?shù)目刂齐娐飞?。通常，SSD1306包括I2C和SPI接口選項(xiàng)。根據(jù)設(shè)計(jì)需求選擇適當(dāng)?shù)慕涌冢⑦B接相應(yīng)的引腳。連接顯示數(shù)據(jù)信號(hào)：根據(jù)SSD1306OLED顯示屏的引腳定義，連接顯示數(shù)據(jù)信號(hào)引腳。這些引腳通常包括時(shí)鐘線、數(shù)據(jù)線和復(fù)位線等。確保正確連接，并根據(jù)需要添加合適的電平轉(zhuǎn)換電路。PCB布局和布線：在設(shè)計(jì)PCB時(shí)，要合理布局SSD1306OLED顯示屏和相關(guān)電路的位置，并進(jìn)行合適的布線。確保信號(hào)完整性和電路穩(wěn)定性，避免干擾源和高功率設(shè)備的干擾。電路測(cè)試和驗(yàn)證：完成硬件電路設(shè)計(jì)后，進(jìn)行電路測(cè)試和驗(yàn)證。通過(guò)向SSD1306發(fā)送顯示命令和數(shù)據(jù)，觀察OLED顯示屏是否正常工作，并滿足設(shè)計(jì)要求。以上是SSD1306OLED顯示屏的硬件電路設(shè)計(jì)步驟。圖3-5oled顯示屏原理圖3.2.5降壓模塊設(shè)計(jì)降壓模塊，??原理是??改變占??空比來(lái)??實(shí)現(xiàn)降??壓和穩(wěn)??壓的。??升壓模??塊也是??改變占??空比的??，不過(guò)??在輸出??端有升??壓變壓??器。它??和升壓??電源模??塊正好??相反，??它的輸??入電壓??一定比??輸出電??壓高。??DC-??DC??降壓模??塊，輸??入-輸??出電壓??差距較??小的，??一般用??集成基??準(zhǔn)電壓??的DC??-DC??芯片??，輸入??-輸出??電壓差??距大的??，需要??用到多??級(jí)降壓??，然后??依照電??流輸出??大小要??求，用功率管輸出。降壓電路就是俗??稱的B??UCK??電路??，降壓??電路結(jié)??構(gòu)，主??要是通??過(guò)一個(gè)??IC??芯片，??輸出一??個(gè)方波??信號(hào)，??控制一??個(gè)開(kāi)關(guān)??管的開(kāi)??通和關(guān)??斷，從??而控制??輸入電??壓對(duì)輸??出的時(shí)??間長(zhǎng)短??，方波??信號(hào)的??占空比??越大，??輸出的??電壓越??高，占??空比越??小，輸??出電壓??就越小??。原理??圖如下圖圖3-6降壓模塊原理圖3.2.6晶振電路模塊設(shè)計(jì)STM32F103C8T6單片機(jī)晶振電路模塊是單片機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分，其穩(wěn)定性和精度直接影響到單片機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性和性能。它包括晶振和相關(guān)的電容電路，用于產(chǎn)生穩(wěn)定的振蕩頻率。在單片機(jī)中，時(shí)鐘信號(hào)用于同步和驅(qū)動(dòng)各個(gè)模塊和功能的操作，包括指令執(zhí)行、數(shù)據(jù)傳輸、定時(shí)器計(jì)數(shù)等。晶振電路模塊的作用是確保單片機(jī)正常工作的時(shí)鐘信號(hào)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，從而保證程序的正確執(zhí)行和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。它提供了單片機(jī)所需的基準(zhǔn)時(shí)鐘，為各種應(yīng)用提供準(zhǔn)確的時(shí)序和時(shí)間控制，是單片機(jī)系統(tǒng)中不可或缺的重要組件。以下是STM32F103C8T6單片機(jī)晶振電路模塊的硬件設(shè)計(jì)要點(diǎn)：STM32F103C8T6單片機(jī)需要外接8MHz的晶振。在晶振電路中需要兩個(gè)電容來(lái)調(diào)節(jié)晶振頻率，通常選擇22pF的貼片陶瓷電容。在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該將電容盡可能靠近晶振的引腳，并盡量縮短電容與晶振之間的導(dǎo)線長(zhǎng)度，以減少導(dǎo)線的電感和電容，提高電路的穩(wěn)定性。STM32F103C8T6單片機(jī)晶振電路的引腳分配如下：PA8引腳接收晶振的輸出信號(hào)，作為系統(tǒng)時(shí)鐘輸入。PB6和PB7引腳用于與晶振電容相連。綜上所述，STM32F103C8T6單片機(jī)晶振電路模塊的硬件設(shè)計(jì)需要考慮晶振選型、晶振電容設(shè)計(jì)、晶振接口設(shè)計(jì)以及PCB設(shè)計(jì)等方面，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)和布局可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。圖3-7晶振模塊原理圖3.2.7復(fù)位電路模塊設(shè)計(jì)STM32F103C8T6單片機(jī)復(fù)位電路模塊是單片機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分，它通過(guò)監(jiān)測(cè)電源和復(fù)位信號(hào)的狀態(tài)，確保單片機(jī)在啟動(dòng)或異常情況下能夠正確地進(jìn)行復(fù)位操作。復(fù)位電路模塊可以根據(jù)不同的復(fù)位源（如電源上電、外部復(fù)位引腳、看門(mén)狗定時(shí)器等）生成復(fù)位信號(hào)，并將其傳遞給單片機(jī)。其作用是在系統(tǒng)上電或發(fā)生異常情況時(shí)，將單片機(jī)的內(nèi)部寄存器和狀態(tài)恢復(fù)到初始狀態(tài)，使系統(tǒng)重新開(kāi)始執(zhí)行程序。復(fù)位電路模塊保證了單片機(jī)的可靠啟動(dòng)和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，是單片機(jī)系統(tǒng)中不可或缺的重要組件。以下是STM32F103C8T6單片機(jī)復(fù)位電路模塊的硬件設(shè)計(jì)要點(diǎn)：復(fù)位電路選型：STM32F103C8T6單片機(jī)支持多種復(fù)位電路，包括RC復(fù)位電路、外部復(fù)位電路和低功耗復(fù)位電路等。在選型時(shí)，需要根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景選擇合適的復(fù)位電路類型。復(fù)位引腳接口設(shè)計(jì)：STM32F103C8T6單片機(jī)的NRST引腳用于接收外部復(fù)位信號(hào)，同時(shí)也是內(nèi)部復(fù)位電路的輸出引腳。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要將NRST引腳連接到復(fù)位電路的輸出端，同時(shí)確保復(fù)位電路與單片機(jī)的地電位相連。外部復(fù)位電路設(shè)計(jì)：外部復(fù)位電路通常由復(fù)位電路芯片和電阻電容等組成。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)外部復(fù)位電路芯片的規(guī)格書(shū)確定電阻和電容的數(shù)值，以及它們的連接方式。綜上所述，STM32F103C8T6單片機(jī)復(fù)位電路模塊的硬件設(shè)計(jì)需要考慮復(fù)位電路選型、復(fù)位引腳接口設(shè)計(jì)、外部復(fù)位電路設(shè)計(jì)以及PCB設(shè)計(jì)等方面，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)和布局可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。圖3-8復(fù)位模塊原理圖3.2.8電源電路模塊設(shè)計(jì)STM32F103C8T6單片機(jī)電源電路模塊是單片機(jī)系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分之一，STM32F103C8T6單片機(jī)電源電路模塊是用于為單片機(jī)提供穩(wěn)定、可靠的電源供應(yīng)的重要組成部分。其主要作用是將外部電源（如電池或電源適配器）的電壓轉(zhuǎn)換、穩(wěn)壓并過(guò)濾，以供給單片機(jī)及其外圍器件所需的電流和電壓。電源電路模塊可以包括電源輸入保護(hù)、濾波電容、穩(wěn)壓器、電源指示燈等部分，用于保護(hù)單片機(jī)免受電源電壓波動(dòng)和干擾的影響，并提供穩(wěn)定的工作電壓。它確保單片機(jī)在各種工作條件下獲得穩(wěn)定的電源，以保證系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和正常運(yùn)行。以下是STM32F103C8T6單片機(jī)電源電路模塊的硬件設(shè)計(jì)要點(diǎn)：電源選型：在電源選型時(shí)，需要考慮系統(tǒng)的功耗、穩(wěn)定性、效率等因素，選擇適合的電源類型和規(guī)格。常用的電源類型包括開(kāi)關(guān)電源、穩(wěn)壓器、鋰電池等，具體選型需要根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景和需求進(jìn)行決策。圖3-9電源電路模塊原理圖第4章系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1軟件主流程圖主程序的具體工作流程如4-1圖所示，系統(tǒng)接通電源后，首先進(jìn)行初始化，之后各個(gè)電路開(kāi)始工作，數(shù)據(jù)采集電路在系統(tǒng)初始化之后經(jīng)過(guò)非常短暫的時(shí)間就將數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)并顯示，此時(shí)若有紅外遙控器的按鍵按下，則單片機(jī)優(yōu)先處理按鍵請(qǐng)求，識(shí)別鍵值并執(zhí)行相應(yīng)的操作;若沒(méi)有按鍵按下，單片機(jī)將數(shù)據(jù)與預(yù)警值進(jìn)行比較，若溫濕度超標(biāo)，則蜂鳴器報(bào)警，反之蜂鳴器不報(bào)警:若甲醛超標(biāo)，則啟動(dòng)風(fēng)機(jī)進(jìn)行凈化，反之，則保持風(fēng)機(jī)關(guān)閉。同時(shí)本設(shè)計(jì)的紅外遙控器上有風(fēng)機(jī)的開(kāi)關(guān)按鍵，不論氣體傳感器檢測(cè)到的甲醛數(shù)據(jù)是否超過(guò)預(yù)警值，當(dāng)人們感覺(jué)室內(nèi)空氣有異味時(shí)，就可使用紅外遙控器隨時(shí)打開(kāi)風(fēng)機(jī)凈化室內(nèi)空氣。同理，也可以用遙控器隨時(shí)停止風(fēng)機(jī)的運(yùn)行。系統(tǒng)整體流程表如下圖所示圖4-1系統(tǒng)流程圖4.2溫濕度采集模塊的軟件設(shè)計(jì)當(dāng)總線空余情況為高電平時(shí)，服務(wù)器將總線降低，等候DHT11響應(yīng)。當(dāng)單片機(jī)初始化完成后，DHT11溫濕度傳感器會(huì)對(duì)周圍的溫度和濕度進(jìn)行采集并形成一個(gè)參數(shù)來(lái)表示溫度及濕度，若此數(shù)據(jù)在設(shè)定的范圍內(nèi)，則觸發(fā)接下來(lái)的翻蛋操作；若不在范圍內(nèi)，則可選擇改變周圍環(huán)境后重新采集。圖4-2溫度傳感器流程圖4.3顯示模塊軟件的設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)中需要顯示當(dāng)前環(huán)境的溫度和濕度信息。系統(tǒng)使用液晶顯示數(shù)據(jù),STM32單片機(jī)初始化完成后顯示屏?xí)詣?dòng)寫(xiě)控制字，控制字為單片機(jī)中獲得的數(shù)據(jù)，隨后顯示出來(lái)。如圖為顯示模塊流程圖。圖4-31602顯示子程序流程圖4.4氣壓傳感器模塊的軟件設(shè)計(jì)一些氣壓傳感器主要的傳感元件是一個(gè)對(duì)壓強(qiáng)敏感的薄膜，它連接了一個(gè)柔性電阻器。當(dāng)被測(cè)氣體的壓強(qiáng)降低或升高時(shí)，這個(gè)薄膜變形，該電阻器的阻值將會(huì)改變。電阻器的阻值發(fā)生變化。從傳感元件取得0-5V的信號(hào)電壓，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換由數(shù)據(jù)采集器接受，然后數(shù)據(jù)采集器以適當(dāng)?shù)男问桨呀Y(jié)果傳送給計(jì)算機(jī)。一些氣壓傳感器的主要部件為變?nèi)菔焦枘ず?。?dāng)該變?nèi)莨枘ず型饨绱髿鈮毫Πl(fā)生變化時(shí)，單晶硅膜盒隨著發(fā)生彈性變形，從而引起硅膜盒平行板電容器電容量的變化。流程圖如下。圖4-4氣壓傳感器模塊流程圖4.5蜂鳴器模塊的軟件設(shè)計(jì)蜂鳴器分無(wú)源和有源兩種，從電路上來(lái)看，這兩種蜂鳴器在這都可以工作，區(qū)別是單片機(jī)程序不一樣。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)Beep為高電平時(shí)，三極管Q1截止，蜂鳴器無(wú)電流，不響。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)Beep為低電平時(shí)，三極管Q1導(dǎo)通，蜂鳴器有電流，會(huì)響。所以在Beep節(jié)點(diǎn)輸入PWM脈沖時(shí)，蜂鳴器就會(huì)發(fā)出響聲。工作過(guò)程很簡(jiǎn)單，再看看每個(gè)元件的作用：電阻R3為上拉電阻，目的為了在Beep節(jié)點(diǎn)懸空時(shí)，三極管Q1的基極有一個(gè)穩(wěn)定的高電平。電阻R4為三極管Q1的基極電阻，限制基極電流。電容C1為旁路電容，對(duì)刺耳的高頻信號(hào)能起到旁路作用。三極管Q1起開(kāi)關(guān)管的作用，控制蜂鳴器。電阻R1,R2是蜂鳴器的限流電阻，這是很常見(jiàn)的一種安裝方法，主要起到兩個(gè)作用：一是這兩個(gè)電阻并聯(lián)一起，可以分流，使每個(gè)電阻上的的熱量不會(huì)超過(guò)它的額定功耗，保證電阻壽命。流程圖如下圖4-5蜂鳴器模塊流程4.6通信模塊的軟件設(shè)計(jì)無(wú)線通信模塊的原理是將電磁波信號(hào)發(fā)送或者接收且轉(zhuǎn)換成我們能理解的信息。無(wú)線通信模塊的作用是將物于物之間聯(lián)系起來(lái)，讓各類物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)信息傳輸能力，也讓各種智能設(shè)備有一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的信息接口。有線通信就是在進(jìn)行文字、圖片、音頻以及視頻傳播過(guò)程中通過(guò)光纖、金屬導(dǎo)線等媒介，將其轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的電信號(hào)以及光學(xué)信號(hào)也就是說(shuō)在信息傳輸過(guò)程中必須要依靠實(shí)體的媒介作為傳輸?shù)妮d體，有線通信中需要滿足發(fā)出點(diǎn)、接收點(diǎn)以及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等三方面的要素，有線通信在應(yīng)用中具有傳輸穩(wěn)定、安全、快速、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。當(dāng)然在一些近距離的數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)中，無(wú)線的通訊方式并不比有線的方式成本低，但是有時(shí)候?qū)嶋H的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境難以布線，客戶根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的需要還是會(huì)選用無(wú)線的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)通訊。實(shí)現(xiàn)其功能的流程圖如下圖4-6通信模塊流程圖第5章系統(tǒng)測(cè)試5.1系統(tǒng)實(shí)物圖系統(tǒng)測(cè)試是軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，用于驗(yàn)證系統(tǒng)的功能、性能和可靠性。在進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試時(shí)，有幾個(gè)重要的原則需要遵循，以確保測(cè)試的有效性和全面性。以下是系統(tǒng)測(cè)試的幾個(gè)原則：全面性原則：系統(tǒng)測(cè)試應(yīng)該全面覆蓋系統(tǒng)的各個(gè)方面和功能。測(cè)試團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)該制定測(cè)試計(jì)劃，明確測(cè)試的目標(biāo)、范圍和策略，并設(shè)計(jì)測(cè)試用例來(lái)覆蓋系統(tǒng)的各個(gè)功能點(diǎn)、邊界條件和異常情況。通過(guò)全面的測(cè)試，可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中的潛在問(wèn)題和錯(cuò)誤，提高系統(tǒng)的質(zhì)量和穩(wěn)定性。獨(dú)立性原則：系統(tǒng)測(cè)試應(yīng)該獨(dú)立于開(kāi)發(fā)過(guò)程和開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)。測(cè)試團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)該是一個(gè)獨(dú)立的實(shí)體，與開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)相互獨(dú)立，并有足夠的自主權(quán)來(lái)制定測(cè)試計(jì)劃、執(zhí)行測(cè)試和評(píng)估測(cè)試結(jié)果。這樣可以確保測(cè)試的客觀性和中立性，減少開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)對(duì)測(cè)試結(jié)果的主觀影響，提高測(cè)試的準(zhǔn)確性和可靠性。一致性原則：系統(tǒng)測(cè)試應(yīng)該在一致的環(huán)境下進(jìn)行。測(cè)試環(huán)境應(yīng)該與實(shí)際運(yùn)行環(huán)境盡可能接近，包括硬件設(shè)備、操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境等。同時(shí)，測(cè)試過(guò)程和測(cè)試數(shù)據(jù)應(yīng)該是一致的，以便于比較和驗(yàn)證測(cè)試結(jié)果。通過(guò)保持一致性，可以更準(zhǔn)確地評(píng)估系統(tǒng)在實(shí)際環(huán)境中的表現(xiàn)和可靠性?？勺粉櫺栽瓌t：系統(tǒng)測(cè)試應(yīng)該具有良好的追蹤性，即能夠追蹤測(cè)試需求、測(cè)試用例和測(cè)試結(jié)果之間的關(guān)系。測(cè)試團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)該建立測(cè)試需求跟蹤矩陣，將每個(gè)測(cè)試需求與相應(yīng)的測(cè)試用例和測(cè)試結(jié)果進(jìn)行關(guān)聯(lián)。這樣可以幫助測(cè)試團(tuán)隊(duì)全面評(píng)估測(cè)試覆蓋度，并追蹤測(cè)試的進(jìn)展和完成情況。風(fēng)險(xiǎn)導(dǎo)向原則：系統(tǒng)測(cè)試應(yīng)該以風(fēng)險(xiǎn)為導(dǎo)向，將測(cè)試資源和精力集中在關(guān)鍵的功能和高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域上。通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)分析和評(píng)估，確定系統(tǒng)中可能存在的風(fēng)險(xiǎn)和潛在問(wèn)題，并制定相應(yīng)的測(cè)試策略和重點(diǎn)。這樣可以在有限的測(cè)試資源下，更有效地發(fā)現(xiàn)和解決系統(tǒng)中的問(wèn)題，降低項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)?？傊到y(tǒng)測(cè)試的原則包括全面性、獨(dú)立性、一致性、可追蹤性和風(fēng)險(xiǎn)導(dǎo)向。遵循這些原則可以確保系統(tǒng)測(cè)試的有效性和全面性，提高系統(tǒng)的質(zhì)量和可靠性。同時(shí)，測(cè)試團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)該根據(jù)具體項(xiàng)目的需求和情況，結(jié)合實(shí)際情況靈活運(yùn)用這些原則，以達(dá)到最佳的測(cè)試效果。以下是系統(tǒng)的實(shí)物圖圖5-1系統(tǒng)完整實(shí)物圖5.2測(cè)試原理采用STM32單片機(jī)技術(shù)處理對(duì)溫度模塊和氣壓模塊采集到的參數(shù)用OLED屏幕顯示，按鍵設(shè)置海拔和溫度的閾值，如果超過(guò)閾值范圍，通過(guò)蜂鳴器和lED燈實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警提醒。5.3液晶顯示屏功能模塊測(cè)試圖5-2OLED顯示屏實(shí)物圖STM32單片機(jī)在接受到氣壓傳感器模塊和溫度傳感器傳來(lái)的參數(shù)后，傳輸?shù)絃ED屏幕上，在設(shè)計(jì)中需要顯示當(dāng)前環(huán)境的溫度和濕度信息，系統(tǒng)使用液晶顯示數(shù)據(jù)。5.4按鍵功能模塊測(cè)試圖5-3按鍵功能模塊實(shí)物圖通過(guò)按鍵功能來(lái)調(diào)節(jié)高度閾值，當(dāng)所在作業(yè)高度超出所設(shè)定的閾值，會(huì)發(fā)出報(bào)警。5.5氣壓傳感器功能模塊測(cè)試圖5-4氣壓傳感器實(shí)物圖BMP180是一款高精度氣壓傳感器，內(nèi)設(shè)溫度傳感器，當(dāng)開(kāi)啟電源后，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度，并將采集到的數(shù)據(jù)，在顯示屏顯示出來(lái)。第6章總結(jié)與展望6.1總結(jié)系統(tǒng)軟件的調(diào)試過(guò)程并不是一帆風(fēng)順，在調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)了一些錯(cuò)誤。但在老師的輔導(dǎo)下，我總算發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題，并糾正了設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤和不科學(xué)的地區(qū)。設(shè)計(jì)方案中的問(wèn)題和解決方法主要包含下面一些層面。(1)在功率模塊模擬仿真過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)調(diào)試輸出值一直達(dá)不上設(shè)計(jì)規(guī)定。查驗(yàn)基本原理錯(cuò)誤后，發(fā)現(xiàn)電路板焊接時(shí)出現(xiàn)了一些技術(shù)問(wèn)題，于是重新焊接。(2)應(yīng)用仿真軟件，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤代碼。然后調(diào)整，發(fā)現(xiàn)在啟用程序流程時(shí)，單片機(jī)沒(méi)有正常復(fù)位，在程序流程中添加復(fù)位程序流程后才獲得準(zhǔn)確的結(jié)果。(3)在模擬仿真時(shí)，一直提醒端口號(hào)P0存有邏輯錯(cuò)誤。盡管不危害效果的輸出，但在具體印刷制版過(guò)程中確實(shí)會(huì)危害電源電路。之后通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)信息發(fā)送錯(cuò)誤代碼表明時(shí)，未能分辨忙碌情況。之后在制定中添加忙碌情況分辨后，系統(tǒng)軟件工作中一切正常，數(shù)據(jù)信息口也沒(méi)有提醒邏輯錯(cuò)誤。6.2展望在一般施工作業(yè)過(guò)程中，正常規(guī)模的例行作業(yè)，盡管完成的工程量較大，作業(yè)人員也較多，但出現(xiàn)高處墜落事故的比例并不高。相反，在一些臨時(shí)突擊的、偶然安排的作業(yè)事項(xiàng)中，出現(xiàn)該類施工的幾率確相當(dāng)高。該系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中，可能存在或多或少缺陷，高度檢測(cè)可能存在高度誤差以至于不能很好的判斷出當(dāng)前高度是否有問(wèn)題，以至于工人的生命安全存在安全隱患。溫度傳感器略有缺陷，當(dāng)溫度超過(guò)可測(cè)溫度最大值時(shí)，電阻受損，溫度傳感器可能會(huì)收到損壞以至于不能很好的測(cè)試溫度。改進(jìn)方法：當(dāng)進(jìn)行高空測(cè)量時(shí)，提前了解要工作當(dāng)日的溫度，以至于來(lái)判斷傳感器是否能正常工作。系統(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)題肯定會(huì)有的，但設(shè)計(jì)過(guò)程是充實(shí)的，希望這個(gè)設(shè)計(jì)可以很大做到來(lái)保護(hù)登高作業(yè)人員的身體安全。參考文獻(xiàn)[1]雷凱,任榮,李得春,白景棠,張學(xué)斌.高海拔地區(qū)股骨頸骨折空心螺釘理想構(gòu)型的三維測(cè)量研究[J].河北醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào),2022,43(09):1088-1090.[2]曹庭水,江超,黃會(huì)玲,孫四梅,郭小珊.用于同時(shí)測(cè)量濕度和溫度的多路光纖光柵傳感器[J].儀表技術(shù)與傳感器,2022(09):20-25.[3]王帥,劉清惓,楊杰,葛祥建.地面氣象測(cè)量溫度傳感器的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究[J].傳感器與微系統(tǒng),2022,41(06):25-28.DOI:10.13873/J.1000-9787(2022)06-0025-04.[4]邱意敏,李煒.一種無(wú)接觸溫度測(cè)量與身份識(shí)別裝置的設(shè)計(jì)[J].平頂山學(xué)院學(xué)報(bào),2022,37(02):25-31.[5]顧鋮,蔣利橋.基于熱電偶掃描的炭煙火焰溫度場(chǎng)測(cè)量[J].新能源進(jìn)展,2022,10(01):42-49.[6]陳海林,江超,郭小珊,申萬(wàn)梅,陶武強(qiáng),李宏.同時(shí)測(cè)量溫度與折射率的細(xì)芯錐形光纖傳感器[J].電子器件,2022,45(01):112-116.[7]楊麗霞,付雅婷,趙曉峰,陳照峰,彭迪,牟仁德,劉德林.熱障涂層在線/離線磷光溫度測(cè)量技術(shù)研究進(jìn)展[J].航空制造技術(shù),202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GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure; GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=BMP180_SDA;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_2MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPD; GPIO_Init(BMP180_I2C_PORT,&GPIO_InitStructure);}//配置SDA信號(hào)線為輸出模式voidBMP180_SDA_Output_Mode(){ GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure; GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=BMP180_SDA;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_2MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;GPIO_Init(BMP180_I2C_PORT,&GPIO_InitStructure);}voidBMP180_SDA_Output(uint16_tval){ if(val){ GPIO_SetBits(BMP180_I2C_PORT,BMP180_SDA); }else{ GPIO_ResetBits(BMP180_I2C_PORT,BMP180_SDA); }}//uint8_tBMP180_SDA_Input(){ returnGPIO_ReadInputDataBit(BMP180_I2C_PORT,BMP180_SDA);}//voidBMP180_SCL_Output(uint16_tval){ if(val){ GPIO_SetBits(BMP180_I2C_PORT,BMP180_SCL); }else{ GPIO_ResetBits(BMP180_I2C_PORT,BMP180_SCL); }}//延時(shí)程序voidBMP180_delay1(unsignedintn){ unsignedinti; for(i=0;i<n;++i);}//I2C總線啟動(dòng)voidBMP180_I2CStart(void){ BMP180_SDA_Output(1);BMP180_delay1(500); BMP180_SCL_Output(1);BMP180_delay1(500); BMP180_SDA_Output(0);BMP180_delay1(500); BMP180_SCL_Output(0);BMP180_delay1(500);}//I2C總線停止voidBMP180_I2CStop(void){ BMP180_SCL_Output(0);BMP180_delay1(500); BMP180_SDA_Output(0);BMP180_delay1(500); BMP180_SCL_Output(1);BMP180_delay1(500); BMP180_SDA_Output(1);BMP180_delay1(500);}//等待應(yīng)答unsignedcharBMP180_I2CWaitAck(void){ unsignedshortcErrTime=5; BMP180_SDA_Input_Mode(); BMP180_delay1(500); BMP180_SCL_Output(1); BMP180_delay1(500); while(BMP180_SDA_Input()) { cErrTime--; BMP180_delay1(500); if(0==cErrTime) { BMP180_SDA_Output_Mode(); BMP_communication_sta=0; BMP180_I2CStop(); return0; } } BMP180_SDA_Output_Mode(); BMP180_SCL_Output(0); BMP180_delay1(500); return1;}//發(fā)送應(yīng)答位voidBMP180_I2CSendAck(void){ BMP180_SDA_Output(0); BMP180_delay1(500); BMP180_delay1(500); BMP180_SCL_Output(1); BMP180_delay1(500); BMP180_SCL_Output(0); BMP180_delay1(500);}//voidBMP180_I2CSendNotAck(void){ BMP180_SDA_Output(1); BMP180_delay1(500); BMP180_SCL_Output(1); BMP180_delay1(500); BMP180_SCL_Output(0); BMP180_delay1(500);}//通過(guò)I2C總線發(fā)送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)voidBMP180_I2CSendByte(unsignedcharcSendByte){ unsignedchari=8; while(i--) { BMP180_SCL_Output(0); BMP180_delay1(500); BMP180_SDA_Output(cSendByte&0x80); BMP180_delay1(500); cSendByte+=cSendByte; BMP180_delay1(500); BMP180_SCL_Output(1); BMP180_delay1(500); } BMP180_SCL_Output(0); BMP180_delay1(500);}//從I2C總線接收一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)unsignedcharBMP180_I2CReceiveByte(void){ unsignedchari=8; unsignedcharcR_Byte=0; BMP180_SDA_Input_Mode(); while(i--) { cR_Byte+=cR_Byte; BMP180_SCL_Output(0); BMP180_delay1(500); BMP180_delay1(500); BMP180_SCL_Output(1); BMP180_delay1(500); cR_Byte|=BMP180_SDA_Input(); } BMP180_SCL_Output(0); BMP180_delay1(500); BMP180_SDA_Output_Mode(); returncR_Byte;}//單字節(jié)寫(xiě)入BMP180內(nèi)部數(shù)據(jù)voidBMP180_Write(u8REG_Address,u8data){ BMP180_I2CStart(); BMP180_I2CSendByte(BMP180_Address); BMP180_I2CWaitAck(); BMP180_I2CSendByte(REG_Address); BMP180_I2CWaitAck(); BMP180_I2CSendByte(data); BMP180_I2CWaitAck(); BMP180_I2CStop(); delay_ms(1);}//單字節(jié)讀取BMP180內(nèi)部數(shù)據(jù)********************************u8BMP180_Read_Single(u8REG_Address){ u8data;BMP180_I2CStart(); //起始信號(hào)BMP180_I2CSendByte(BMP180_Address);//發(fā)送設(shè)備地址+寫(xiě)信號(hào) BMP180_I2CWaitAck();BMP180_I2CSendByte(REG_Address); //發(fā)送存儲(chǔ)單元地址 BMP180_I2CWaitAck(); BMP180_I2CStart();//起始信號(hào)BMP180_I2CSendByte(BMP180_Address|0x01);//發(fā)送設(shè)備地址+讀信號(hào) BMP180_I2CWaitAck(); data=BMP180_I2CReceiveByte();//讀出寄存器數(shù)據(jù) BMP180_I2CSendNotAck(); BMP180_I2CStop();//停止信號(hào) BMP180_delay1(500);returndata;}//讀出BMP180內(nèi)部數(shù)據(jù),連續(xù)兩個(gè)//*********************************************************u16BMP180_Read_Multiple(u8REG_Address){ u8MSB,LSB; u16data;BMP180_I2CStart(); //起始信號(hào)BMP180_I2CSendByte(BMP180_Address);//發(fā)送設(shè)備地址+寫(xiě)信號(hào) BMP180_I2CWaitAck();BMP180_I2CSendByte(REG_Address); //發(fā)送存儲(chǔ)單元地址 BMP180_I2CWaitAck(); BMP180_I2CStart();//起始信號(hào)BMP180_I2CSendByte(BMP180_Address|0x01);//發(fā)送設(shè)備地址+讀信號(hào) BMP180_I2CWaitAck();MSB=BMP180_I2CReceiveByte();//BUF[0]存儲(chǔ)BMP180_I2CSendAck();;//回應(yīng)ACKLSB=BMP180_I2CReceiveByte(); BMP180_I2CSendNotAck();//最后一個(gè)數(shù)據(jù)需要回NOACKBMP180_I2CStop();//停止信號(hào)BMP180_delay1(500);data=MSB<<8|LSB; returndata;}int16_tAC1,AC2,AC3,B1,B2,MB,MC,MD;uint16_tAC4,AC5,AC6;voidBMP180_ReadCalvalue(void){ AC1=BMP180_Read_Multiple(0xAA); AC2=BMP180_Read_Multiple(0xAC); AC3=BMP180_Read_Multiple(0xAE); AC4=BMP180_Read_Multiple(0xB0); AC5=BMP180_Read_Multiple(0xB2); AC6=BMP180_Read_Multiple(0xB4); B1=BMP180_Read_Multiple(0xB6); B2=BMP180_Read_Multiple(0xB8); MB=BMP180_Read_Multiple(0xBA); MC=BMP180_Read_Multiple(0xBC); MD=BMP180_Read_Multiple(0xBE);}longBMP180_ReadTemp(void){ BMP180_Write(CTRL_MEAS,0x2E);//Max.conversiontime4.5ms delay_ms(5); return(int64_t)BMP180_Read_Multiple(OUT_MSB);}//*************************************************************longBMP180_ReadPressure(void){ u16pressure=0; BMP180_Write(CTRL_MEAS,0x34);//Max.conversiontime4.5ms delay_ms(5); pressure=BMP180_Read_Multiple(OUT_MSB); pressure&=0x0000FFFF; return(int64_t)pressure;}//獲得BMP180的溫度和氣壓值#defineOSS0voidRead_BMP180_Date(u16*Temp,u32*Press,float*altitude){ int64_tX1,X2,X3,B3,B5,B6,B7,P,tmp,pre; uint64_tB4; tmp=BMP180_ReadTemp(); pre=BMP180_ReadPressure(); //計(jì)算溫度tempin0.1°C X1=(tmp-AC6)*AC5>>15;//X1=(UT-AC6)*AC5/2^15 X2=(MC<<11)/(X1+MD); //X2=MC*2^11/(X1+MD) B5=X1+X2; //B5=X1+X2 *Temp=(B5+8)>>4; //T=(B5+8)/2^4 //計(jì)算壓強(qiáng)pressinPa B6=B5-4000; X1=(B2*(B6*B6>>12))>>11; X2=AC2*B6>>11; X3=X1+X2; B3=((AC1*4+X3)+2)/4; X1=AC3*B6>>13; X2=(B1*(B6*B6>>12))>>16; X3=((X1+X2)+2)>>2; B4=(AC4*(X3+32768))>>15; B7=((uint64_t)pre-B3)*(50000>>OSS); if(B7<0x80000000) P=(B7*2)/B4;else P=(B7/B4)*2; X1=(P>>8)*(P>>8); X1=(X1*3038)>>16; X2=(-7357*P)>>16; *Press=P+((X1+X2+3791)>>4); *altitude=*Press-500; //*altitude=(101325-(float)*altitude)/100*843;//1hPa=8.43m*altitude=44330*(1-pow(((*altitude)/101325.0),(1.0/5.255)));}//讀SHT30狀態(tài)u8Read_BMP180_ID(void){ BMP180_ReadCalvalue(); returnBMP180_Read_Single(BMP180_ID);}voidBMP180_Init(void){ GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(BMP180_RCC,ENABLE); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=BMP180_SDA|BMP180_SCL;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_2MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP; //**GPIO_Init(BMP180_I2C_PORT,&GPIO_InitStructure); GPIO_SetBits(BMP180_I2C_PORT,BMP180_SDA); GPIO_SetBits(BMP180_I2C_PORT,BMP180_SCL); BMP180_ReadCalvalue();}#include"ds18b20.h"#include"delay.h" ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// //本程序只供學(xué)習(xí)使用，未經(jīng)作者許可，不得用于其它任何用途//ALIENTEKminiSTM32開(kāi)發(fā)板//DS18B20驅(qū)動(dòng)代碼 //正點(diǎn)原子@ALIENTEK//技術(shù)論壇://修改日期:2012/9/12//版本：V1.0//版權(quán)所有，盜版必究。//Copyright(C)廣州市星翼電子科技有限公司2009-2019//Allrightsreserved ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////復(fù)位DS18B20voidDS18B20_Rst(void) { DS18B20_IO_OUT();//SET