基于加速度傳感器的物品運輸監(jiān)測系統(tǒng)設計

趙俊濤

（唐山開元阻焊設備有限公司，河北 唐山 063020）

1 系統(tǒng)總體設計

圖1 系統(tǒng)原理框圖

系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示，系統(tǒng)以臺灣合泰公司生產的HT46RU232單片機為控制核心，MMA8451加速度傳感器和DHT11溫濕度傳感器用于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集。單片機將采集到的數(shù)據(jù)進行設定算法處理后傳至上位機進行顯示并儲存，如果處理后的數(shù)據(jù)超出安全閾值，系統(tǒng)會根據(jù)危險程度啟動聲光報警或者語音報警功能[3-4]。同時，系統(tǒng)上位機與GPS定位模塊相連，可以實時地跟蹤物品的運輸?shù)攸c[5]。

2 系統(tǒng)硬件設計

2.1 加速度傳感器模塊

系統(tǒng)要對物品運輸過程中的振動信息進行采集，因此選用了Freescale公司的MMA8451Q加速度傳感器對振動數(shù)據(jù)進行采集。MA8451Q是一款具有 14位分辨率的智能低功耗、三軸、電容式微機械加速度傳感器，而且具有±2g/±4g/±8g的可選量程和兩個中斷引腳，方便編程和使用。圖2為芯片在不同姿態(tài)下X、Y、Z三軸對應的重力輸出。

2.2 DHT11溫濕度傳感器模塊

為了獲取運輸物品周圍環(huán)境的溫濕度，系統(tǒng)選用了DHT11數(shù)字溫濕度傳感器。該傳感器應用數(shù)字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，可對溫濕度進行數(shù)字校準并復合輸出，具有極高的可靠性和長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，實現(xiàn)與單片機的連接。圖3為DHT11的典型應用電路。

圖2 不同姿態(tài)下X、Y、Z三軸對應的重力輸出

圖3 DHT11典型應用電路

圖4 系統(tǒng)軟件流程圖

2.3 中央控制器與通信模塊

系統(tǒng)采用臺灣合泰公司生產的HT46RU232單片機作為中央控制器，實現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的處理與傳輸。HT46RU232是8位高性能精簡指令集單片機，低功耗，I/O口使用靈活，且具有I2C接口和UART總線。

在本系統(tǒng)中，單片機與加速度傳感器采用I2C總線進行通信，與溫濕度傳感器采用單總線通信。單片機與上位機間的數(shù)據(jù)傳輸、GPS定位模塊與上位機間的通訊均采用串口通信方式。

3 系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)的軟件流程圖如圖4所示。

3.1 物品運輸監(jiān)測程序

物品運輸監(jiān)測程序主要包括系統(tǒng)初始化函數(shù)、加速度傳感器處理函數(shù)、溫濕度傳感器處理函數(shù)、串口通訊函數(shù)和相應頭文件的編寫。合泰公司為方便用戶開發(fā)和使用方便，整合了HT-IDE開發(fā)環(huán)境，本系統(tǒng)采用了其中的HT-IDE3000軟件作為編譯環(huán)境。該軟件不但界面友好，方便編輯與除錯，同時它可以配合硬件HT-ICE仿真器，方便在線仿真與調試[6]。系統(tǒng)程序架構及部分源代碼如下：

3.2 上位機程序

系統(tǒng)上位機軟件利用Visual C++6.0軟件中的MFC類庫程序實現(xiàn)。MFC(Microsoft Foundation Classes)是微軟公司提供的以C++形式封裝了Windows的API的類庫。它為程序開發(fā)人員提供了應用程序框架，大大減少了開發(fā)人員的工作量，是開發(fā)人員很容易就可以編寫出漂亮精致的界面程序[7]。如圖5所示，即為本系統(tǒng)的上位機界面。

圖5 系統(tǒng)上位機界面

4 系統(tǒng)實現(xiàn)與實驗

本系統(tǒng)通過在實驗室進行模擬運輸實驗，可以實時有效的獲取物品狀態(tài)信息數(shù)據(jù)，并且系統(tǒng)可以將處理后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C進行顯示，用戶在上位機上便可輕松查看運輸物品的振動情況和溫濕度等。顯示效果及獲取的振動曲線如圖5所示。

5 結束語

本文介紹的基于加速度傳感器的物品運輸監(jiān)測系統(tǒng)經過模擬運輸實驗驗證，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。系統(tǒng)操作簡單，集成GPS定位功能和語音提示功能使系統(tǒng)更加人性化。系統(tǒng)可應用于物品運輸、快遞行業(yè)和汽車振動監(jiān)測等諸多領域。

［1］倪恩銘.基于加速度傳感器的低功耗沖擊記錄儀的實現(xiàn)[J].儀器儀表專題，2007(8):115-117.

［2］基于SD卡的車載沖擊波形存儲系統(tǒng)設計[J].河北工業(yè)大學學報，2012(6):41-44.

［3］童靜靜.基于物聯(lián)網技術的道路危險貨物運輸監(jiān)控研究[D].長沙理工大學,2012.

［4］Jong Cheol Park,Dong Hyum Bang,and Jae Yeong Park.Micro-Fabricated Electromagnetic Power Generator to Scavenge Low Ambient Vibration[J].IEEE Transactions on,2010,6,46(6).

［5］王力磊.GPS在危險品運輸行業(yè)中的應用[J].物流技術：裝備版，2012(22):64-66.

［6］張鵬.HOLTEK HT46系列單片機C語言實例教程[M].北京郵電大學出版社，2010:188-205.

［7］黃琛.基于MFC的繪圖軟件設計與實現(xiàn)[J].電腦知識與技術，2013(10):2345-2348.