基于集成傳感器的環境量檢測系統的設計

梅峻華 沈暉 胡強 吳文明

摘要：隨著現在高科技的進步，對環境的要求也越來越高，環境問題開始得到了社會的重視。項目設計一套基于集成傳感器的環境量檢測的系統，通過集成傳感器檢測環境量并將其發送到主控單元，由主控單元做出處理。集成傳感器模塊可以由用戶自行添加或減少，即插即用。此外還可以通過智能手機實現檢查結果的查詢。

關鍵詞：集成傳感器藍牙環境量檢測

中圖分類號：TP212.9 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）05-0000-00

隨著信息化時代的到來，人們已經享受到了智能化帶來的無窮便利。基于集成傳感器的環境量檢測系統應運而生。環境量檢測影響著人們的生產生活，但是傳統的環境量檢測費時費力，人們不便于及時的掌握準確的環境信息。本系統通過與智能手機的通信使得環境信息獲取與控制變得便利。

1 方案設計

1.1主控單元

采用STC89C52RC單片機作為中央處理器，其處理速度完全能適應多個傳感器采集以及傳輸環境信息的速度。同時其具有設計簡單方便，功耗低等特點。

1.2智能傳感器的類型

傳感器均使用模塊化集成傳感器，使用起來十分方便，且工作穩定，有利于整個系統的整合及運行。測量精度較高，適用于民用領域。實驗測試結果顯示測量曲線和實際曲線十分吻合，具有較高的實用價值。

1.3智能手機與主控單元的通信

采用最新的藍牙4.2技術，該技術包括低功耗數據包長度延展，使得功耗更低，連接更加安全。另外業界領先的隱私設置讓Bluetooth Smart更智能，具體表現為竊聽者將難以通過藍牙聯機追蹤設備。

2 電路設計

2.1電路實現

電路設計如圖1-圖3所示。

2.2 AD模塊

AD模塊圖4所示，PCF8591是一個單片集成、低功耗、轉換速率高的CMOS器件。其使用I？C與單片機進行通信，并且允許在同一個I？C上接入8個PCF8591器件。這樣既可實現多個集成傳感器的模數轉換。

2.3 LCD顯示模塊

LCD1602是常用的液晶屏，具有省電，設計簡單穩定等特性。由于1602液晶顯示屏的字符發生存儲器（CGROM）內部已經存儲了160個不同的點陣字符圖形所以使用起來非常方便。

3 軟件設計

3.1系統部分流程

系統部分流程圖5-6所示。

3.2溫度測量

采用DSB18B20溫度傳感器進行測量，它是采用單總線的方式進行數據的收發的。因此，除了電源和接地以外，只需要將其一個引腳連接單片機的一個I/O口引腳即可。

主程序中的主要功能：bit GetDS18B20ACK（void）//從總線上獲取ACK信號；void WriteByte2DS18B20（unsigned char Dat）//向總線上寫入1個字節的數據；unsigned char ReadByteFromDS18B20（void）//從總線上讀取1個字節的數據；unsigned char ReadByteFromDS18B20（void）//啟動一次溫度轉換，返回值為0表示成功；bit GetDS18B20Temp（int *Temp）//獲取18B20轉換后的溫度，返回值為0表示成功。

3.3氣壓測量

采用了BMP085氣壓傳感器模塊。通過總線與MCU直接連接。壓力和溫度需要由085內部的EEPROM中的校正數據進行補償。其工作過程主要包括：氣壓傳感器集成芯片將外部氣壓測量值數字化后通過串行總線傳輸給單片機，而后單片機將處理后的信號傳送給LCD顯示。

主程序中主要功能：Init_BMP085（）； //初始化氣壓計，bmp085Convert（）；//氣壓計進行數據轉換。

3.4光照度

采用光照度傳感器BH1750FVI ，它是一種用于兩線式串行總線接口的數字型光強度傳感器。

主程序中主要功能：Single_Write_BH1750（0x01）；// 通電；Single_Write_BH1750（0x10）；// 選擇高（H）分辨率模式；Multiple_Read_BH1750（）；//連續讀出數據，存儲在BUF中，最后將BUF中的數據取出，送給LCD顯示。

3.5藍牙

采用最新的藍牙4.2技術，實現了短距離無線通信，并且安全可靠。

藍牙數據接收程序中主要功能：tmp[ReceiveDataPoint] = a；//將SUBF寄存器中的數據傳到tem數組中；ReceiveDataPoint ++； //開始接收，指針地址加1；ReceiveByte = 0；//接收字節數，只接收一個字節；if（ReceiveDataPoint >= ReceiveByte）{ ReceiveFlag = 1； }//若數據接收完畢，則回值為1。

4 性能測試

4.1 數據測試

測試方法：以數據接收模塊為起點，通過移動數據測試裝置，觀察其通訊效果并記錄此時測得的各個環境參量的實時數據，測試距離如表1所示。

4.2 數據分析

從數據顯示中，可以看出通訊信號在5米～100米為正常接收，120米后通訊內容不正常。根據測試距離，通信距離符合設計要求。同時，各個傳感器在室外同一外部環境下測得的數據基本一致，只有很少偏差屬于正常現象，說明各個傳感器的工作正常。

5 結語

項目使用了溫濕度、光照度、氣壓和藍牙等集成傳感器。能夠測量溫度、光照、氣壓等數據。實際運用中效果很好。

參考文獻

[1]郭天祥，51單片機C語言教程—入門、提高、開發、拓展全攻略[M].電子工業出版社，2012.

[2]鄭鵬峰，馮勇建，張春紅.溫度傳感器I2C接口設計[J].電子測試，2009（6）.

[3]陳蕾，鄧晶等.單片機原理與接口技術[M].北京：機械工業出版社，2011.

[4]康華光.電子技術基礎模擬部分（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006

[5]韓悅文.幾種典型濕度傳感器的原理和概要分析[J].江漢大學學報（自然科學版），2009（1）.