基于红外数据传输的智能车位锁的设计毕业设计论文

基于红外数据传输的智能车位锁的设计毕业设计论文 天津大学 毕业设计(论文) 基于红外数据传输的智能车位锁的设计 毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺:所呈交的毕业设计,论文,～是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知～除文中特别加以标注和致谢的地方外～不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果～也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体～均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作 者 签 名: 日 期: 指导教师签名: 日 期: 使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计,论文,的规定～即:按照学校要求提交毕业设计,论文,的印刷本和电子版本,学校有权保存毕业设计,论文,的印刷本和电子版～并提供目录检索与阅览服务,学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文,在不以赢利为目的前提下～学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名: 日 期: 天津大学毕业设计(论文)任务书 题目 基于红外数据传输的智能车位锁的设计 学生姓名 学院名称 信息与通信工程学院 专业班级 电子093 课题类型 实际题目 本课题所设计的智能车位锁，基于红外数据传输原理，实现远端控课题意义 制的功能，可对车锁的开闭进行遥控，不仅可靠性高，而且成本低，加 入无线通信功能，有利于实现停车场的智能化管理。 本车位锁采用了红外遥控技术和单片机相结合，车位锁主要由发 射模块，接收模块，控制模块三部分构成。发射模块由按键、信号产 生电路、调制电路、驱动电路以及红外发射器组成，其功能是发射车课题内容 辆身份信息;接收模块由红外接收器、放大电路、解调整形电路组成， 它负责将红外信号转换成电信号送入单片机;控制电路主要由单片机 继电接触器、报警电路组成;单片机负责对接收的键码进行识别，并 控制车位锁的开闭。 02-01至02-22 调研、查阅资料 02-23至03-08 学习、研究红外传输原理以及电机控制理论 03-09至03-23 研究单片机及红外通信模块 03-24至04-05 总体 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 设计 进度要求 04-06至04-19 各个模块在系统中的具体实现方案设计 04-20至05-03 硬件设计及调试 05-04至05-17 软件设计及调试 05-18至06-10 系统联调，撰写论文并准备答辩 [1] 魏小龙 . MSP430系列单片机接口技术及系统设计实例[M]. 北京: 北京:航空航天大学出版社，2002. 主要参考[2]胡大可.MSP430系列单片机C语言程序设计与开发[M].北京:北京航文献 空航天大学出版社，2003. [3]唐晓泉，李勇，一体化红外线接收器及其在数据通讯中的应用[J]， 电子技术应用，1996，(6):25-29. 起止日期 2013.2-2013.6 备注 院长 教研室主任 指导教师 毕业设计(论文)开题报告表 2013年 1月 15日 姓名 丁同学 学院 信息学院 专业 电子信息工程 班级 电子093 题目 基于红外数据传输的智能车位锁的设计 指导教师 张新诚 一、 与本课题有关的国内外研究情况、课题研究的主要内容、目的和意义: 国内外研究情况: 随着私家车的大量增多，停车问题日益严重。目前小区的租赁车位多采用机械式车位锁，需要手动开锁和上锁，给司机带来不便，停车难已经成为一个社会普遍问题。智能车位锁，基于红外数据传输原理，可对车锁进行遥控，不仅可靠性高，而且成本低，如加入无线通信功能，有利于实现智能停车场管理系统。遥控车位锁其实是一台完整的自动化机械设备，必须具备:控制系统，传动系统，电源。所以遥控车位锁的发展方向是:节能型、智能化、感应化方向发展。 主要内容: 本车位锁采用了红外遥控技术和单片机相结合，车位锁主要由发射模块，接收模块，控制模块三部分构成。发射模块由按键、信号产生电路、调制电路、驱动电路以及红外发射器组成，其功能是发射车辆身份信息;接收模块由红外接收器、放大电路、解调整形电路组成，它负责将红外信号转换成电信号送入单片机;控制电路主要由单片机继电接触器、报警电路组成;单片机负责对接收的键码进行识别，并控制车位锁的开闭。 目的和意义: 本课题所设计的智能车位锁，基于红外数据传输原理，实现远端控制的功能，可对车锁的开闭进行遥控，不仅可靠性高，而且成本低，加入无线通信功能，有利于实现停车场的智能化管理。 二、进度及预期结果: 起止日期 主要内容 预期结果 02-0至02-22 调研、查阅资料 完成 02-2至03-08 学习、研究红外传输原理以及电机控制理论 完成 03-0至03-23 研究单片机及红外通信模块 完成 03-2至04-05 总体方案设计 完成 04-0至04-19 各个模块在系统中的具体实现方案设计 完成 04-2至05-03 硬件设计及调试 完成 05-0至05-17 软件设计及调试 完成 05-1至06-10 系统联调，撰写论文并准备答辩 完成 完成课题的实验室提供与本课题相关仪器、设备 现有条件 审查意见 指导教师: 年 月 日 学院意见 主管领导: 年 月 日 天津大学毕业设计(论文)进度检查 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 题目 基于红外数据传输的智能车位锁的设计 信息与通信工程学生姓名 丁同学 学院名称 专业班级 电子093班 学院 指导教师姓名 张新诚 指导教师职称 讲师 日 期 指 导 记 录 2013(1(07 指导并督促完成开题报告和任务书 2013(2(28 指导完成设计的总体方案 2013(3(06 指导完成整体电路的设计 2013(3(13 指导完成原理图的protel编辑 2013(3(22 指导并测试硬件是否合格 2013(3(31 指导并检查软件设计的总体方案 2013(4(07 指导并检查程序的编写 2013(4(15 指导并帮助调试程序 2013(4(21 指导并帮助调试系统 2013(4(30 指导论文的撰写格式和注意事项，要求开始写论文 2013(5(24 检查论文初稿，指出文中错误，令其改正 2013(5(31 检查修改后的论文 2013(6(08 检查修改后的论文，并指导答辩 2013(6(15 检查幻灯片，并进一步指导答辩 天津大学本科毕业设计(论文)评阅表 (设计类) 毕业设计 基于红外数据传输的智能车位锁的设计 题目 学生姓名 丁同学 学生班级 电子093班 指导教师姓名 丁同学 评审项目 指标 满分 评分 能体现本专业培养目标，题目大小、难度适中;学生工 10 作量饱满，能得到较全面训练。 选题 题目与生产、科研等实际问题结合紧密。 10 能独立查阅文献以及从事其他形式的调研，能较好地理课题调研 解课题任务并提出实施方案;有分析整理各类信息并从 15 文献检索 中获取新知识的能力。 能正确引用外文文献，翻译准确，文字流畅。 5 外文应用 设计图纸(插图)简洁、 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 、无差错，设计栏目齐全 15 合理，能正确使用国家 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 单位。 设计说明书(论文)结构严谨，表达清楚，文字通顺， 15 设计说明用语正确，基本无错别字和病句，书写格式符合规范。 书(论文) 能根据毕业设计目标进行实验设计，对数据的运算及处 20 理正确无差错，对实验结果的分析准确。 设计具有创新性或实用价值。 10 100 合计 意见及建议: 评阅人签名: 年 月 日 天津大学毕业设计(论文)成绩考核表 信息与通信 学生姓名 丁同学 学院名称 专业班级 电子093班 工程学院 题目 基于红外数据传输的智能车位锁的设计 1(毕业设计(论文)指导教师评语及成绩: 成绩: 指导教师签字: 年 月 日 2(毕业设计(论文)答辩委员会评语及成绩: 成绩: 答辩主席(或组长)签字: 年 月 日 3(毕业设计(论文)总成绩: a.指导教师 b.评阅教师 总成绩 c.毕业答辩成绩 (a×0.5+b×0.2+c×0.3) 给定成绩 给定成绩 摘 要 随着测试技术的不断发展，油井、煤矿等工业现场对压力传感器的需求量日益增大，对于传感器测量精度的要求也越来越高。本文设计并实现了一种具有温度补偿功能的智能压力传感器，主要用于对井下、煤矿的温度及压力信号进行定时地采集，并对采集到的信号进行处理。为了消除温度变化对于压力检测的影响，本设计运用曲线拟合的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 对采集的压力信号进行补偿，从而更加准确地反映了工业生产现场的真实压力情况。同时，系统将采集到的信号进行存储，在需要时通过串口将数据传给上位机，便于工作人员查询一段时间内工业现场的工作状态。实验表明，所设计的智能压力传感器, 能够实现所要求的功能。压强测量范 55围0,2.5×10Pa，分辨率可达0.001×10Pa。本传感器具有工作稳定、低成本、 体积小和使用简单方便等特点，适合于环境多变的工业现场，具有广泛的应用前景。 本课题所设计的智能车位锁，基于红外数据传输原理，实现远端控制的功能，可对车锁的开闭进行遥控，不仅可靠性高，而且成本低，加入无线通信功能，有利于实现停车场的智能化管理。 关键词:红外数据传输;单片机;步进电机 ABSTRACT With the development of testing technology, the demand of pressure sensors in mine and the accuracy requirements are increasing day by day. This paper describes an intelligent pressure sensor with temperature compensation, which is mainly used in periodic acquisition of the temperature and pressure information and data processing in mine location. In order to reduce the influence in pressure sensor testing due to temperature variations, the system compensate the collected pressure information by curve fitting, indicating the real pressure condition precisely in a mine. Meanwhile the system can save the collected data, and the useful data is transported to the upper computer by the serial port when needed, which is convenient for checking the situation of working place in some time. The experiments show that the intelligent pressure sensor described in this paper can achieve required function. The testing 55,2.5×10 Pa and the resolution is 0.001×10 Pa. The sensor range of pressure is 0 has many advantages, such as working steady, low-cost, small size and convenience. It is suitable for the complicated industrial environment and could be widely used in the future. Keywords:compensating temperature, pressure sensor, curve fitting 目 录(页码尚未对应) 第一章 绪 论 .......................................................1 1.1 课题的背景与意义 ................................................................................... 1 1.2 相关技术发展现状 ................................................................................... 3 1.3 课题研究目的及特点 ............................................................................... 5 第二章 总体设计 .....................................................6 2.1 需求分析 ................................................................................................... 6 2.2 系统组成及功能描述 ............................................................................... 6 2.2.1 系统组成结构 ................................................................................. 6 2.2.2 系统功能描述 ................................................................................. 7 2.3 系统工作过程 ........................................................................................... 8 第三章 硬件设计 .....................................................9 3.1 硬件总体设计 ........................................................................................... 9 3.2单片机选型及外围电路 .......................................................................... 14 3.2.1 单片机比较 ................................................................................... 14 3.2.2 单片机电路 ................................................................................... 15 3.2.3 器件选型 ....................................................................................... 17 3.3 发送部分电路(模拟手持遥控器) ....................................................... 9 3.3.1 串口信息传输功能 ......................................................................... 9 3.3.2 电源监视功能 ............................................................................... 10 3.3.3 红外发送功能 ............................................................................... 10 3.3.4 电路结构 ....................................................................................... 10 3.4 接收部分电路 ........................................................ 错误～未定义书签。 3.4.1 串口信息传输功能 ...................................... 错误～未定义书签。 3.4.2 电源转换功能 .............................................. 错误～未定义书签。 3.4.3 红外接收功能 .............................................. 错误～未定义书签。 3.4.2 LED点阵显示功能 ...................................... 错误～未定义书签。 3.4.2 驱动电机功能(车位锁的起落) .............. 错误～未定义书签。 3.5 电源监视/转换电路 ............................................... 错误～未定义书签。 3.4.1 电路功能 ...................................................... 错误～未定义书签。 3.4.2 电路结构 ...................................................... 错误～未定义书签。 3.6 点阵显示电路 ........................................................ 错误～未定义书签。 3.7.1 电路功能及芯片选型 .................................. 错误～未定义书签。 3.7.2 电路结构 ...................................................... 错误～未定义书签。 3.7.3 工作原理 ...................................................... 错误～未定义书签。 3.7 驱动电机电路 ........................................................ 错误～未定义书签。 3.8.1 电路功能及芯片选型 .................................. 错误～未定义书签。 3.8.2 电路连接 ...................................................... 错误～未定义书签。 第四章 软件设计 ....................................................19 4.1 软件总体设计 ......................................................................................... 19 4.1.1 软件结构 ....................................................................................... 19 4.1.2 软件初始化 ................................................................................... 19 4.2 单片机程序 ............................................................ 错误～未定义书签。 4.2.1 单片机功能 ................................................................................... 20 4.2.4 程序实现 ....................................................................................... 23 4.3 发送模块程序 ......................................................................................... 24 4.3.1 串口信息传输及其程序实现 ...................... 错误～未定义书签。 4.3.2 电源监视及其程序实现 .............................. 错误～未定义书签。 4.3.3 红外发送及其程序实现 .............................. 错误～未定义书签。 4.6接收模块程序 .......................................................................................... 27 4.5.1 串口信息传输及其程序实现 ....................................................... 26 4.5.2 电源转换及其程序实现 ............................................................... 26 4.5.2 红外接收及其程序实现 ............................................................... 26 4.5.2 LED点阵显示及其程序实现 ....................................................... 26 4.5.5 驱动电机功能(车位锁的起落)及其程序实现 ....................... 26 4.7 电机模块程序 ........................................................ 错误～未定义书签。 4.7.1 模块功能 ...................................................... 错误～未定义书签。 4.7.2 程序实现 ...................................................... 错误～未定义书签。 第五章 系统调试与实验 ..............................................28 5.1 实验平台 ................................................................................................. 28 5.1.1 硬件平台 ....................................................................................... 28 5.1.2 软件平台 ....................................................................................... 29 5.2 实验方案及其验证 ................................................................................. 30 5.2.1 红外发送/接收调试方案及验证 ................................................. 30 5.2.2 点阵显示调试方案及验证 ........................................................... 31 5.2.2 电机调试方案及验证 ................................................................... 31 5.2.3 整机调试方案及验证 ................................................................... 31 结 论 .............................................................35 参考文献 ...........................................................36 附 录 ............................................................37 谢 辞 ........................................... 错误～未定义书签。 天津大学本科毕业论文 第一章 绪论 第一章 绪 论 1.1 课题的背景与意义 小四号字，1.25多倍行距。中文字体为宋体，西文字体为Times New Roman。 特别注意:本模板的题目和文字内容仅供参考，各部分均给出部分文章作为参考，阅读后理解各部分的写作思路和格式，不要照抄。模板中给出了各部分插图和图表的规范，请按照该规范写。 写论文时，可在本模板上直接修改，对各标题可采用复制粘贴方式进行添加，打开视图的文档结构图，便于观察。 写完正文后，在写摘要，均无问题后，在插入菜单下拉菜单中选引用->索引和目录自动生成目录，生成目录后，修改目录字体为小四，宋体。 Visio画图方法:在word需要插入图处放置光标，选插入下拉菜单中对象，在弹出的对话框中选microsoft visio绘图。绘图完毕后，点击word页面任何位置，可退出visio绘图状态。 图和图题必须居中，图题写在图的下面，图题和下一行正文空一行。图题为5号字体。 表和表题必须居中，表题在表上方，表题和上一行正文空一行。表题为5号字体。 据介绍，国外虽然汽车很多，但并没有车位锁这种产品，因为如果车主看到自己的私人车位上停了其他人的车，马上就可以叫来交警给这车贴上罚单，所以也就没有必要安装车位锁;而在国内，别的车停在你的车位上，如果找不到车主的话，就只好让它停在那里自认倒霉了。为了保障车主的权益，现在大部分的写字楼和住宅小区在给车主分配车位时，往往只能在这个私人车位上安装一个车位锁。目前市面上的车位锁基本上以手动车位锁为主，给司机带来不便，停车难已经成为一个社会普遍问题。 遥控将取代手动 一些安装了车位锁的车主反映，其实装上车位锁也挺麻烦的。“虽说每次看到自己的停车位没有被占领心里挺高兴，但是停车场的过道很狭窄，不得不停下 1 天津大学本科毕业论文 第一章 绪论 车来先开锁再把车开进去。出车也有同样的麻烦。”他们希望换一个能遥控的车位锁，既不麻烦，又能保障自己有地方停车，目前已经在各写字楼和小区的停车场铺开。现在的车主们，手中除了车钥匙外，往往还多了一把开车位锁的钥匙。 有了车主的牢骚，开发遥控车位锁的厂商都坚定地相信，遥控车位锁必将全面取代现有的手动车位锁。而对于车位锁的销售来说，商家也更青睐遥控车位锁。 现在手动车位锁已经开发到了第六代，虽说每一代在技术上都有所改进，但是每一代的价格都比上一代更低，从最初的500多元到现在已经降到了200元左右，基本上没有利润空间了，原因是仿造的厂家太多，时间一长人人都会做这个了。而遥控车位锁目前一个能卖到1300元左右，而且具备生产能力的厂家很少。预计遥控车位锁的大量普及应该是在一年以后，在这两年中，技术水平领先的厂家将会得到更多的利益。 技术领先者获益 遥控车位锁给用户带来的方便是手动车位锁不能比的，但是目前北京生产遥控车位锁的厂家的技术水平都没有达到完备的程度，虽然理论上说很简单，但是在减速系统、密闭性和无线接收能力方面还需要进一步改善。 2 天津大学本科毕业论文 第一章 绪论 由于现在各家厂商都盯紧这块市场，研发力度也在不断加大，不出几个月，市面上将会出现完全能在室外使用的遥控车位锁。遥控车位锁将不会像手动车位锁那样容易仿冒，从供电设施到遥控装置都将自成一体，技术上的难度将会充分保证开发者的利益不被侵害。 1.2 相关技术发展现状 在所引用的文字部分进行参考文献的标示[10]。 常见的红外通信采用脉宽调制方式(图 1)， 该 方式抗干扰能力强， 但软件编制复杂且无法与普遍 应用的RS232通信格式兼容.本文介绍一种简单、 适用于智能遥控器的红外通信方式——调幅载波 方式 (图 2) 3 天津大学本科毕业论文 第一章 绪论 车位锁的发展 以前车位锁大多为机械手动式，汽车进出停车位时需要下车把车位锁的撑杆撑起或放下，然后再上锁，使用非常不便。如果是露天车位又碰到下雨天，那就更麻烦了。手动车位锁都没有防撞功能，如果不小心撞到车位锁，那车子很容易受伤，车位锁也很容易损坏。 为了解决这个问题，一些厂家经过多年研究开发出了遥控车位锁，车主不用下车，坐在车内用遥控器控制车位锁的升降，彻底解决了上下车的麻烦。 遥控又有机械型和智能型，现在已发展到智能型了，之前的厂家主要以机械型的为主，后有厂家开发出了智能遥控型的车位锁，使用更方便更人性化。 遥控车位锁的分类 车位锁按形状分主要有:“X”型，“K”型，“U”型，“O”型，“?”型(也叫“A”型)，D型，口型(也叫方形)。 “X”型: 是垂直升降的遥控车位锁。特点是升起状态支撑脚呈X型，故称“X”型遥控车位锁，优点是下降状态体积比较小，不知道的人以为是一般的路障，使用免维护蓄电池供电，最大的缺点是不防撞。 “K”型:是两头上翘的遥控车位锁，远看像一个横放的K字。这种车位锁结构比较简单，驱动较轻，但是明显有角，容易伤人伤车，且不防撞。 “U”型: 是摇摆式升降的遥控车位锁，升起状态是个大大的U字，这种车位锁比较大，比较醒目，外型也不错，使用12V7AH免维护蓄电池供电，具有一般的防水性能，防水高度4CM，一般冲洗停车场等不会有问题，但露天使用不理想。 “O”型:是摇摆式升降的遥控车位锁，顾名思义升起时像一个O字，面目比较友好，不知道是不是:‘OK你来吧～’的意思，呵呵，开玩笑，不过这个地方可不是迎接客人哦，是拒绝别人的地方，这样设计应该是防撞的需要，使车子不容易受伤，一般使用6V免维护蓄电池供电，也有防水功能。 “?”型:很多人叫“A”型，不过我觉得叫三角形最合适，也是摇摆式升降的遥控车位锁。说是三角形，但实际上都是圆角，不用担心车子受伤。这种遥控车位锁是双向防撞自动复位的，因工作电流较小，所以使用干电池供电。 ‘D’型:具有以上所述功能，用遥控器控制左右摇摆工作各方面性能比较稳定， ‘口’型:是目前市场上智能化程度最高的一种，一切的工作程序均由主板控制完成，智能锁位复位，智能防撞，防水防压，外观美观大方，属于比较高端的产品，这款以柏凯车位锁为代表。 4 天津大学本科毕业论文 第一章 绪论 车位锁向智能化发展 遥控车位锁其实是一台完整的的自动化机械设备，必须具备:控制系统，驱动系统，电源。所以无法避免体积问题和电源使用寿命问题，特别是电源:是遥控车位锁发展的瓶颈，因驱动电流比较大，一般遥控车位锁都用铅酸免维护蓄电池供电。 车位锁企业都非常重视新产品的开发。应当看到，我国的车位锁工业发展到今天，虽然与国际先进水平尚有差距，但已经超越了简单地照搬吸收的阶段。寻求进一步发展的技术途径，应当在分析借鉴国外先进产品的同时，从更深的层次上对车位锁技术发展的趋势和产品开发的走向进行综合的分析和思考，努力开发具有自主知识产权的新产品。 所以遥控车位锁的最终方向是:节能型、智能化、感应化方向发展。 1.3 课题研究目的及特点 智能车位锁，基于红外数据传输原理，可对车锁进行遥控，不仅可靠性高，而且成本低，如加入无线通信功能，有利于实现智能停车场管理系统。遥控车位锁其实是一台完整的自动化机械设备，必须具备:控制系统，传动系统，电源。。 红外通信技术是一种点对点的数据传输协议，是传统的设备之间连接线缆的替代，这种通信方式具有可靠性高、 保密性好、 设计成本低、连接方便、简单易用和结构紧凑的特点，在电子产品中具有广阔的发展潜力 % 目前，已被广 泛应用于遥控遥测、 智能仪表、 计算机终端、 电话机、移动电话、 寻呼机、 工业设备和医疗设备等领域 。 本课题所设计的智能车位锁，基于红外数据传输原理，实现远端控制的功能，可对车锁的开闭进行遥控，不仅可靠性高，而且成本低，加入无线通信功能，有利于实现停车场的智能化管理。 小四号字，1.25多倍行距。中文字体为宋体，西文字体为Times New Roman。 注意:不要删掉每章最后一行，保留回车符，因为回车符后有分节符 5 天津大学本科毕业论文 第二章 总体设计 第二章 总体设计 2.1 需求分析 小四号字，1.25多倍行距。中文字体为宋体，西文字体为Times New Roman。 本系统名为:基于红外数据传输的智能车位锁，所以要求系统在能够准确发送/接受车位信息的同时，具有智能的特点，不但能够对遥控器电源进行监测，还应当能够通过LED点阵显示相关信息，以及进行对车位锁的控制。 整个系统的具体需求如下: 系统总分为两大部分，发送端和接收端， 发送端需要实现以下功能: 、信息传输功能，本系统应用在停车场等现场，同一位置固定的情况下，所停1 的车辆可能会发生变化，要求系统管理员能够准确地在发送端以及接收端录 入车辆信息，以维护系统的正常使用。 2、电源监视/报警功能，要求系统能够准确把握电池的电压范围，并根据当前电 压，采用适合的补偿算法对压力值进行软件补偿，消除温度对压力采集的影 响，达到更高的精确度。 3、红外发送功能，要求系统能够实时显示当前压力值以供监测，并且在压力值 超过某一上限值时实现报警。 接收端需要实现以下功能: 1、信息传输功能，压力的数据量很大，要求系统能够存储大量压力数据，并在 现场有需要时提供给工作人员相应数量的压力数据，用于数据分析。 2、电源转换功能 3、红外接收功能 4、LED点阵显示功能 5、驱动电机功能 2.2 系统组成及功能描述 2.2.1 系统组成结构 系统硬件组成共包括两大部分，分别为发送端的:主控模块(单片机最小系 6 天津大学本科毕业论文 第二章 总体设计 统及其外围电路)，车辆信息传输模块(串口通信)，电源监视模块，红外发送模块，以及接收端的:主控模块(单片机最小系统及其外围电路)，红外接收模块，电源转换模块， LED点阵显示模块及驱动电机模块。 系统软件组成包括温度补偿算法的实现程序及各个功能模块程序设计，其中功能模块程序包括五个部分，分别为单片机初始化及控制程序，压力测量及A/D转换程序，温度测量程序，数据存储及传输程序，LED显示控制程序。系统结构框图如图2-1所示。 电源 存储模块 单片机电平转换 显示模块 A/D温度传感器上位机 放大器 压力传感器 图2-1 系统组成框图 2.2.2 系统功能描述 本设计的核心为实现以某一特定的采样频率采集当前的压力值，并根据补偿算法在主控芯片中完成运算得到温度补偿之后的压力值。整个系统可以实现两方面的功能:第一，采集到的压力值可以通过LED显示出来，当压力值超过某一上限时会发生闪烁，用于监测员的实时监控;第二，采集到的压力值存入外扩存储器中以备查看分析，当上位机发送命令时，单片机可以根据命令从存储器中取出相应数据传给上位机。 除上位机外供电装置采用+/-12V及+5V稳压直流电源，通过电源转换将+5V转换为+3V，上位机采用220V交流电供电。系统可实现自动上电复位，在开始工作时可以根据井下或其他工业应用现场的振动信号频率选择适合的采样频率。上位机与主控模块的数据传递通过串口实现。 采样频率可以人工设定。为克服采样频率不准确的问题，系统采用定时器方 7 天津大学本科毕业论文 第二章 总体设计 式严格设定采样间隔，即使在大量数据传输时也可以连续采样。每隔一定的时间间隔，存储器中数据会全部传给上位机进行存储。 2.3 系统工作过程 将工作电源开启后，整个系统自动复位并进入等待状态，操作人员根据井下或其它工业应用现场的振动信号选择适合的采样频率，用上位机将数据发送给单片机，主控模块开始以此频率采集压力值。与此同时主控模块也以相同的频率采集当前温度值，在经过温度补偿后，压力值会显示在LED上，以供监测人员监控。如果此值超过或低于某一事先规定的一个范围，那么LED将会出现闪烁，报告压力出现异常，需要工作人员及时处理。 正常情况下，压力值在一定时间段内会出现某种特定的变化趋势，所以工作人员也可以利用这种方法对一组数据进行分析来判断压力值是否正常。这一过程可以在系统正常工作后实现。工作人员用上位机将需要的数据量发送给单片机，单片机根据命令传送，传送过程不会中断采集过程，即不影响采样间隔。 每隔一定时间段存储器中数据会自动传给上位机进行存储，存储芯片中存储位置重新定位到起始。 注意:不要删掉每章最后一行，保留回车符，因为回车符后有分节符 8 天津大学本科毕业论文 第三章 硬件设计 第三章 硬件设计 3.1 硬件总体设计 系统的硬件共分为六个部分:压力传感器电路，温度传感器电路，数据传输电路，数据存储电路，LED显示电路，单片机及其外围电路。其方框图如图3-1 所示: IS2LV10246HD7279，LED A/DC8051F020MAX232 放大器 上位机DS18B20单臂电桥 直流稳压+/-12V，+5V电源，AS1117电源转换芯片 图3-1 硬件总体方框图 其中主控模块为单片机，每个子模块都与单片机有相应接口相连。压力采集电路(A/D，放大器，单臂电桥)和温度采集电路(18B20)将采集到的数据传给单片机进行处理，在显示模块(HD7279，LED)进行显示，存储电路(IS2LV10246)及数据传输电路也在单片机的控制下通过MAX232进行上位机与下位机的数据传输。 3.2 单片机选型及外围电路 3.2.1 单片机比较 本系统主控模块采用8位单片机实现，其内部结构简单，体积小，成本低廉在一些较简单的控制器中应用很广。即使到了本世纪，在单片机应用中，仍占有相当的份额。8位单片机种类繁多，每个系列都有自己的特点。 1、51系列 9 天津大学本科毕业论文 第三章 硬件设计 2、MOTOROLA系列 3、PIC系列 4、MSP430系列 MSP430系列单片机是美国德州仪器公司(TI)近几年开发的新一代单片机，该系列是一款16位、具有精简指令集、超低功耗的全新概念混合型单片机。在众多单片机系列中，由于它具有极低的功耗、丰富的片内外设和方便灵活的开发手段，已成为一颗耀眼的新星。 3.2.2 单片机电路 系统的控制模块为单片机及其外围电路，主要实现发送端的控制即车辆信息传输模块(串口通信)，电源监视模块，红外发送模块传输，以及实现接收端的控制即:红外接收模块，电源转换模块，LED点阵显示模块及驱动电机模块。单片机与各个模块的连接方法在下面各节中详细介绍，这里不再赘述，其电路如图3-2所示。 10 天津大学本科毕业论文 第三章 硬件设计 图3-2 单片机模块 1、振荡电路 单片机工作时钟由外部晶振提供，在XT2IN和XT2OUT两管脚接8MHz的晶振。另外两管脚各接一个15pF电容进行滤波。电路如图3-3所示: 11 天津大学本科毕业论文 第三章 硬件设计 图3-3 振荡电路 2、滤波电路 整个工作系统中电源+/-12V及5V由直流电源供给，并且包含滤波功能。3V通过电源转换芯片AS1117获得，其输入为5V，输出为3V，电源转换电路连接如图3-4所示: R16R15 0K0K AGND 3VAV 5V+12V C11C21C14C221000uF/16V47uF/16VC23104104C2447uF/16V104 -12V 图3-5 滤波电路 3、单片机开发工具JTAG口线定义 JTAG口线用于和PC机相连，增加了jtag接口,能实现在线下载,在线调试功能,从而使整个开发过程简单、可靠。其连接方法如图3-6所示: 12 天津大学本科毕业论文 第三章 硬件设计 图3-6 JTAG连接图 4、看门狗电路 看门狗定时器是一个计数器，基本功能是在发生软件问题和程序跑飞后使系统重新启动。看门狗计数器正常工作时自动计数，程序流程定期将其复位清零，如果系统在某处卡死或跑飞，该定时器将溢出，并将进入中断。在定时器中断中执行一些复位操作，使系统恢复正常的工作状态，即在程序没有正常运行期间，如期复位。 由于单片机的抗干扰能力有限，在工业现场的仪器仪表中，常会由于电压不稳、电弧干扰等造成死机。甚至会造成系统遭受干扰而无法重启。为了保证系统在干扰后能自动恢复正常，看门狗定时器(Watchdog Timer)的利用是很有价值的。 本系统所选用的MSP430系列是具有内部WDT的，理论上如果程序跑飞，可用看门狗将其复位。但在实际使用过程中，发现看门狗的作用并非万无一失。 因此，可以选用外部的看门狗复位。采用片外看门狗专用芯片TPS3823由独立的分频振荡电路提供计数脉冲。其连接方法如图3-6所示: 13 天津大学本科毕业论文 第三章 硬件设计 3.3 发送部分电路 3.3.1 串口信息传输功能 1、电路功能 实现管理员对车位信息的管理，使单片机的串口和PC机相连，将车位信息录入到手持遥控器中。 2、器件选型 单片机串口需要通过一个电压转换模块与PC机进行通信，也就是要加电平转换电路,把ttl电平转化为rs232电平, 可选的有SP3223，MAX3223，在本设计中选用的是SP3223芯片。 3、电路结构 \ 14 天津大学本科毕业论文 第三章 硬件设计 3.3.2 电源监视功能 1、电路功能 实现管理员对车位信息的管理，使单片机的串口和PC机相连，将车位信息录入到手持遥控器中。 2、器件选型 单片机串口需要通过一个电压转换模块与PC机进行通信，也就是要加电平转换电路,把ttl电平转化为rs232电平, 可选的有SP3223，MAX3223，在本设计中选用的是SP3223芯片。 3、电路结构 3.3.3 红外发送功能 小四号字，1.25多倍行距。中文字体为宋体，西文字体为Times New Roman。 发射电路如图 $所示 ， 图中 LD2为发光二极管，波长为940nm，发光管是硬件中的关键器件，对它的选择尤为重要 ，常见发光管有两种封装形式:扁 平封装和圆形封装，圆形封装的发光管通信视角小， 距离远; 扁平封装的发光管通信视角大， 但发射距离较近 。本设计可选用圆形封装, 可方便车主远距离 15 天津大学本科毕业论文 第三章 硬件设计 操作，遥控车位锁。是 NPN型三极管，起放大作用，为发光管提供较大工作电流，设计电流为100mA/左右，C12为普通电容，它用来增大发光管峰值电流， 可有效改善发射距离 。 2、传输协议 红外线数据通信不同于电视遥控方式，电视遥控每个按键发射数据串很短，而仪表红外通信要完成大容量的数据交换，所以通信协议尤为重要 。 下面介绍一种常用通信协议的设计方法[1]。本协议为主—从结构的半双工通信方式。 字节格式设计为每个字节含 8 位二进制码，传输时加1个起始位、1个停止位， 共 10位， 其传输序列如图 " 所示 D0 是字节最低有效位，D7是字节最高有效位;先传低位，后传高位。 每发一组数据， 必须先将数据按照帧格式: 帧起始符 (68H) 地址域 (表号) 帧起始符 (68H) 控制码 (命令) 数据长度域 (L ) 数据域 (DATA) 效验码(CS) 结束符(16H),打包，然后发出。其中,效验码为效验码前面所有数据的和。命令中可定义上传、下传、是否有后续等功能。这样就构成一个简单的红外通信协议 。 3、电路结构 16 天津大学本科毕业论文 第三章 硬件设计 3.3.4 器件选型 小四号字，1.25多倍行距。中文字体为宋体，西文字体为Times New Roman。 注意:不要删掉每章最后一行，保留回车符，因为回车符后有分节符。 3.4 接收部分电路 3.4.1 串口信息传输功能 1、电路功能 此电路主要功能是实现管理员对接收端信息的管理，使单片机的串口和PC机相连，将车位信息录入到接收端的单片机中。其大致结构，功能和发送端的串口信息传输功能是大致一样的，以下将不做详细介绍。 经过硬件和软件的设计， 实现了具有红外接收、 发射功能电度表的智能遥控器， 但在整个实现过程中必须注意以下两点: (1) 由于红外通信基于38kHz载波传送， 所以，波特率应<2400 字节 /秒 (2) 在发送数据中， 不应有太多连续的零出现，若使用环境中有大片的零出现，则应对数据区加以处理， 提高成功率。 17 天津大学本科毕业论文 第三章 硬件设计 2、器件选型 3、电路结构 3.4.2 电源转换功能能 3.4.3 红外接收功能 3.4.4 LED点阵显示功能 3.4.5 驱动电机功能(车位锁的起落) 18 天津大学本科毕业论文 第四章 软件设计 第四章 软件设计 4.1 软件总体设计 4.1.1 软件结构 小四号字，1.25多倍行距。中文字体为宋体，西文字体为Times New Roman。 开开开开开开开 开开开开 开开开开开N开开开开开开开开开开 开开开开开Y 开开开LED开 开 开开开IO N开开开开开开开 Y开开开A/D 开开开开开开开 开开开开开 开开开 开开开开 图4-1 主程序流程图 4.1.2 单片机初始化 1、系统时钟初始化 2、单片机管脚初始化 19 天津大学本科毕业论文 第四章 软件设计 3、定时器初始化 4、中断初始化 4.2 单片机程序 4.2.1 单片机功能 小四号字，1.25多倍行距。中文字体为宋体，西文字体为Times New Roman。 4.2.2 程序实现 温度对于压力传感器的影响主要体现在两个方面:一是对电阻率的影响，一是由于热膨胀系数不同导致的附加应力的影响，而后者为主要影响，前者可以忽略。 设已知温度在T下的压力输出电压曲线，在T温度时由于温度变化引起的01 电阻变化为 dRRKsTT,,,,02110()(),, (4-1) 这里β，β分别为试件材料和应变片的线膨胀系数，R0为T温度下的电210阻值，根据公式(3-4)(3-6)可得附加的电压输出dU为 0 1 (4-2) 02110,,,,,dUUKsTT()()4 通过式子可以看出附加的电压输出是关于温度的单调函数，因此只要知道当前的环境温度，把输出电压减去附加电压输出就可得到修正到温度下的电压输出，这样就提高了测量的精度。 根据相关数据手册提供的参数，T取15?，由公式(4-2)可以计算出在0 15-35?之间dU为0-1.8V，得到不同温度下的电压改变理想曲线，数据如图4-30 所示: 20 天津大学本科毕业论文 第四章 软件设计 2 1.8 1.6 1.4 1.2/V01dU0.8 0.6 0.4 0.2 0 1520253035 温度 T/? 图4-3 压力传感器输出电压-温度关系 由图4-3可得公式: dUT0,,0.091.35 (4-3) 所以在理想情况下，可以根据公式(4-3)和温度值，得到电压偏移，然后将测得结果减去相应电压偏移即可得到准确电压值，提高测量准确度。 4.2.3 实验结果 由于公式中的各个固定值会因为制作工艺或其他方面的不同而产生差异，所以如果要正确的得到温度对传感器的影响，就要求在不同的温度下实际测量压力曲线，通过这些曲线来得到准确的温度影响。 通过查询相关技术手册得到分别在15、20、25、30、35?的温度下标定传感器的压力曲线，数据如表4-1所示: 表4-1 不同温度下的压力输出值 单位:V 5 压强 P/10Pa 15? 20? 25? 30? 35? 0 0.323 0.76 1.158 1.623 2.028 0.5 0.43 0.811 1.221 1.68 2.196 1 0.445 0.881 1.286 1.758 2.255 1.5 0.507 0.93 1.34 1.83 2.399 2 0.563 0.985 1.42 1.893 2.366 2.5 0.592 1.052 1.485 1.947 2.387 其曲线如图4-4所示，每条直线表示一个温度下的传感器性能曲线。 21 天津大学本科毕业论文 第四章 软件设计 2.535? 230? 1.525? 20?1输出电压 U/V 15?0.5 0 00.511.522.53 5压强 P/10Pa 图4-4 不同温度下的压力输出电压曲线 通过图4-4可以观察到随着温度的不同压力输出电压曲线是不重合的，提取 出曲线的斜率和截距，拟合出斜率、截距对应于温度的关系曲线，得到斜率和截 距关于温度的函数，利用这个函数就可以对压力曲线进行温度的算法补偿。 压力关系曲线的斜率与外界环境温度的关系如图4-5所示: 0.075 0.07 0.065 斜率 k0.06 0.055 0.05 121722273237 温度 T/? 图4-5 斜率与温度环境的关系曲线 斜率与温度的关系表达式为: kT,，，0.00090.0394 (4-4) 压力关系曲线的截距与外界环境温度的关系如图4-6所示: 22 天津大学本科毕业论文 第四章 软件设计 2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 截矩 b0.8 0.6 0.4 0.2 0 121722273237 温度 T/? 图4-6 截距与温度环境的关系曲线 截距与温度的关系表达式为: bT,，,0.08271.1834 (4-5) 通过上面的两个关系式，根据由温度传感器测得的环境温度就可以准确的得出在此温度下的压力关系曲线。 4.2.4 算法实现 补偿算法函数名为TempComp(int Pres，int Temp)，无返回值，包括两个形参输入，分别为int Pres，int Temp，函数中用到4个宏定义常量，KA，KB，BA和BB，这4个数都为实型，用到全局变量为显示缓冲区Disp[4]。 流程图如图4-7所示，在定义变量完成后，首先根据KA，KB，BA，BB四个常量，计算出当前温度下的斜率和截矩，确定压力-采样电压计算关系式，然后根据测得的电压计算出准确的压力值，并且将压力值转换为适合显示的数据格式，进行显示。 23 天津大学本科毕业论文 第四章 软件设计 开始 定义变量 k， b，x，PresC 根据温度值求出斜率与截距 根据输出电压求出压力 将压力值转换为整型 将压力值存入显示缓存 启动LED显示 结束 图4-7 温度补偿算法流程图 4.3 发送模块程序 4.3.1 串口信息传输及其程序实现 该程序用于对压力传感器的输出模拟电压进行A/D转换，SAR时钟设定为2.5MHz，无内部放大器增益，数据转换连续跟踪。电压基准使用内部基准电压，为2.4V。数据输入选择AIN2通道。 4.3.2 电源监视及其程序实现 该模块用到两个子函数,名称为void init_adc(void), int read_analog_inputs (void)，整型变量temp_long和Pres，Pres为函数返回值。初始化包括ADC0控制寄存器(ADC0CN)，基准电压控制寄存器(REF0CN)，ADC0通道选择寄存器(AMX0SL)，ADC0配置寄存器(ADC0CF)。流程图如图4-8所示: 24 天津大学本科毕业论文 第四章 软件设计 开始 A/D模块初始化 定义变量temp_long，Pres 启动A/D转换 等待转换完成 转换数据格式 返回压力值 结束 图4-8 A/D转换流程图 1.1. 如图4-8所示，首先将A/D模块初始化，包括相应的A/D配置和时钟配置， 然后启动A/D转换，等待转换完成，转换完成后将数据转换为适合显示的 格式进行显示。 4.3.3 红外发送及其程序实现 在单片机系统中，发射可用一般的I/O 口实现，38kHz 载波信号可用软件产生，图 4 给出发射一个字节的软件流程(以 430单片机为例) ，图 3为 38kHz 载波信号软件流程 。发射规约:1个起始位， 1个停止位，8个数据位， 波特1200 位/秒，低位在先 。程序中延时可用 ,timer1定时器实现，timer1使用时不要打开中断使能位(具体是什么),而采用软件测(具体是什么)标志的办法达到时间的延时。 4.4 接收模块程序 4.4.1串口信息传输及其程序实现 25 天津大学本科毕业论文 第四章 软件设计 4.4.2电源转换及其程序实现 4.4.3红外接收及其程序实现 因红外接收模块已将38kHz调制信号解调为基带信号， 完全可用通用串口接收，同行比较熟悉，这里不再赘述。 4.4.4LED点阵显示及其程序实现 4.4.5驱动电机功能(车位锁的起落)及其程序实现 4.5 接收模块程序 4.5.1 模块功能 下位机采集到的数据有时需要进行处理，本模块函数用于接受上位机通过串口发送的命令，在单片机中对命令解析后，回送给上位机所要求的数据。串口工作于半双工方式，波特率选择115200MHz。上位机软件这里不做介绍，调试时应用串口调试助手。 上位机数据需求命令格式为:命令开始位_数据需求方式位_数据需求数量位_命令结束位。 单片机发送数据格式为:传送开始位_数据需求方式位_数据位„„数据位_传送结束位。 4.5.2 程序实现 数据传输功能包括三个子函数，UART0初始化函数Uart0_Init()，这里的初始化包括包括串口工作方式的选择，波特率的选择以及波特率触发源定时器的数据装载及初始化;字符串发送函数Send_Str()，无返回值;字符串接收函数Receive_Str()，无返回值。模块中包括两个全局变量str_send[]和str_receive[]。数据收发流程图如图4-10所示: 其中单片机管脚初始化是对交叉开关寄存器操作，开启串口所需管脚，串口初始化是配置波特率及工作方式，定时器初始化是对波特率所需的初始值进行装 26 天津大学本科毕业论文 第四章 软件设计 载。收发中断标志TI，RI需用软件清零。 开始开始 单片机端口初始化单片机端口初始化 串口配置初始化串口配置初始化 定时器1初始化定时器1初始化 发送一个字符等待接收完成等待发送完成 清除中断标志 清除中断标志 将缓存中数据存入 接收数组 N判断是否发送完成N判断是否接收完成 YY 结束结束 图4-10 数据发送(左)接收(右)流程图 4.6 LED显示模块程序 注意:不要删掉每章最后一行，保留回车符，因为回车符后有分节符 27 天津大学本科毕业论文 第五章 系统调试与实验 第五章 系统调试与实验 本设计采用C8051F020单片机作为控制模块，Cygnal的开发工具实质上就是计算机IDE调试环境及计算机RS232到C8051F单片机JIAG的协议转换(EC2)的组合。 5.1 实验平台 5.1.1 硬件平台 实验硬件平台为NCD-CIP51F020系统实验设备和一台带有串口的PC机，连接如图5-1所示，将JTAG扁平电缆与串行示配器(EC2)连接，将JTAG扁平电缆的另一端与目标系统连接，将 RS232串行电缆的一端与EC2连接，另一端连接到PC，然后给系统供电即可。 图5-1 硬件平台 压力传感器电路的输出，存储芯片的各个引脚以及显示控制芯片HD7279的各控制引脚在系统板中已连接到单片机相应引脚。四个共阴极LED灯也已连接到HD7279相应引脚。温度传感器18B20连接在系统板上，但要将其数据单总线与单片机相应管脚用导线相连。单片机的TX0和RX0两管脚还要与PC机的另一九针串口对应管脚相连，用于数据传输。其实验电路实物图如图5-2所示: 28 天津大学本科毕业论文 第五章 系统调试与实验 图5-2 实验电路实物图 5.1.2 软件平台 Cygnal C8051F系列所有的单片机内均设计有调试电路，该调试电路通过边界扫描方式获取单片机片内信息，通过4线的JATG接口与开发工具连接以便于进行对单片机在线编程调试。 本设计应用Cygnal提供的IDE调试环境进行非侵入式、全速在线编程调试。操作环境如图5-3所示。Cygnal开发工具支持观察和修改存储器和寄存器支持断点、单步、运行和停止命令。调试时不需要额外的目标RAM、程序存储器、定时器或通信通道，并且所有的模拟和数字外设都正常工作。 29 天津大学本科毕业论文 第五章 系统调试与实验 图5-3 IDE操作环境 5.2 实验方案 本实验过程共分为三个部分:温度补偿部分，数据存储传输部分，整机调试部分。调试过程采用单步执行，读出每步的寄存器值，以验证其正确和可行性。 系统调试时首先应当测试单片机的上电是否正常，晶振是否起振。然后对于全局变量进行定义，对时钟和管脚进行初始化。之后，才能开始对各个模块功能的调试。 5.2.1 温度补偿调试方案 本部分需要实现压力传感器的温度补偿及其压力值的显示及报警，所以需要分模块进行调试，依次分别为LED显示及闪烁的调试，压力传感器调试，温度传感器调试，补偿算法的调试，然后进行综合的调试。压力的采集需要以某一精确的采样频率进行，所以本设计还应用到定时器，以此来限定其采样间隔。因此，在上述综合调试完成后，要进行定时器的调试，并将压力值的采样放在中断程序中，验证其可行性。 首先验证LED显示及闪烁功能，编写C程序使4个LED灯都能够正确的现实0-9十个数，并且发送命令使每个灯都能以规定的频率闪烁。 接着调试压力传感器，编写程序读取相应管脚的A/D值即未经过补偿的压 30 天津大学本科毕业论文 第五章 系统调试与实验 力值，将其在LED显示。验证在15?没有压力输入时显示是否为零，如果不为零则调整调零电阻，使其为零。然后用手按应变片观察显示数据是否随着用力的不断增大而增大。 然后调试温度传感器，编写程序读取当前的温度值并在LED上显示，将显示值与实验室中水银温度计值相比较，验证其准确性，然后用手给传感器加温，验证LED显示值是否增加。 上述过程完成后，按照标定数据，编写程序实现温度补偿算法，并将补偿后的压力值显示。在应变片上放一重物，将应变片置于阳光下10-20分钟，然后移开至阴凉处并用风扇吹，此过程中观察显示输出值是否变化，如有较大的差异，则重新测量标定数据，再次试验此过程。 采样间隔即定时器的调试可以用示波器来测量，首先编写定时器程序，在定时器中断服务程序中加入某一I/O口高低电平跳变的指令，观察示波器中波形如果周期相同则说明定时器工作正常。调试完成后还要将温度补偿程序加入到中断服务程序当中，用同样的方法验证其采样周期的正确性。 根据公式(3-3)(3-6)(3-8)可得到压强与输出电压之间的一个正比关系， 5基准电压采用2.4V，A/D采样为12位，计算可得压强最大值为2.5×10 Pa，其 5分辨率理论上可达0.001×10 Pa。 5.2.2 数据存储传输调试方案 该模块分为两个部分，读写存储器调试和串口调试。 进行存储器调试时，首先编写程序向SRAM中写入一定量数据，然后将其读出，验证其读写的一致性。 串口调试时上位机采用串口调试助手，首先编写程序使单片机发送一定量的数据，观察上位机接收是否一致，然后上位机发送数据，观察单片机接收到的数据是否一致。 调试完成后将两部分整体调试，首先单片机将10个数存入存储器SRAM中，然后等待上位机发送数据，当有数据接收时，将刚存入的10个数读出并发送给上位机，观察接收到的数据是否正确。 5.2.3 整机调试方案 整机调试即为整个系统运行过程的调试，这里应建立一个系统主函数并设定为死循环，其主流程在这里实现。应用到的各个函数应提前声明。 首先将以上两部分程序相结合，首先将一重物(小于上限值)置于应变片上，将应变片置于阳光下10-20分钟，然后移开至阴凉处并用风扇吹，此过程中观察显示输出值是否变化。然后将另一重物置于应变片上(大于上限值)，观察LED 31 天津大学本科毕业论文 第五章 系统调试与实验 灯是否闪烁。 将一砝码放在应变片上，在系统开启1分钟以上后，上位机发送需求100个数据的命令，然后等待，验证接收到的数据是否符合传送命令，数据彼此是否一样以及数据是否和显示值一致。数据传输过程中还需验证采样间隔是否保持不变，方法与5.2.3中方法一样。中断程序中定时一个远大于采样间隔的时间用于将存储器中所有数据传至上位机，验证其与存储器中数据及数量是否一致。 5.3 实验验证 5.3.1 温度补偿模块验证 1、LED验证 本过程是用来验证LED显示及闪烁的功能是否正常。编写测试程序使4个 .5秒，然后使其4个灯同时闪烁，LED灯同时从0到9依次显示，每个显示间隔0 频率为4Hz。 结果显示和闪烁功能都正常。 2、压力传感器验证 本过程是用来验证压力传感器的工作是否正常。编写程序读取相应管脚的A/D输入值即未经过补偿的压力值，将其在LED显示。在15?压力为零时调节调零电阻，使显示为零。然后在应变片施加压力，其显示值逐渐增加，消除压力后，压力值重新回零。 结果表明压力传感器工作正常。 3、温度传感器验证 本过程是用来验证温度传感器是否工作正常。编写程序控制温度传感器18B20，将其传来的温度值在LED显示，其值与实验室中水银温度计温度值一致，给温度传感器加热，显示值逐渐增大。 结果表明温度传感器工作正常。 4、温度补偿算法验证 本过程是用来验证经过温度补偿后，压力输出值是否能够不受温度变化的影响。根据测量标定数据，编写温度补偿算法程序，在应变片上放一砝码，重量保持不变，用风扇将现场降温，显示值基本保持不变。 结果表明算法正确实现。 5、采样间隔的验证 本过程是用来验证采样间隔是否相等。编写程序使定时器0每隔0.2秒产生一次中断，在中断服务程序中取反P2.2的输出电平，用示波器观察该引脚，其 32 天津大学本科毕业论文 第五章 系统调试与实验 波形为周期为0.4秒的方波。 结果表明采样间隔合理。 6、综合验证 本过程是用来验证上述5部分程序综合后的可行性。将1-5程序综合，再按照上述方法依次验证各个子模块工作状况，图5-4即为验证过程。 图5-4 温度补偿模块验证 结果表明，补偿算法能够实现，采样间隔正确，压力及温度传感器工作正常，LED能够正常显示准确的压力值，所以整个模块工作正常。 5.3.2 数据存储传输模块验证 1、存储功能验证 本过程是用来验证存储器的工作是否正常。在SRAM的指定地址存入10个数，然后读出，对比读出的数与存入的数一致。 结果表明存储电路工作正常。 2、传输功能验证 本过程是用来验证串口工作是否正常。首先单片机给上位机发送一个字符串，上位机接收到的与发送一致，然后上位机给单片机发送一个字符串，单片机接收到的与发送也一致。 结果表明串口工作正常。 3、综合验证 33 天津大学本科毕业论文 第五章 系统调试与实验 本过程是用来验证上述两部分程序综合后的可行性。首先单片机将10个数存入存储器SRAM中，然后等待上位机发送命令。当单片机有命令接收时，将刚存入的10个数读出并发送给上位机，观察接收到的数据是否正确。 结果表明该模块整体工作正常。 5.3.3 整机验证 整机验证过程是用来验证整个系统运行过程是否正确。首先将以上两部分程序相结合，首先将一重物(小于上限值)置于应变片上，将应变片置于阳光下10-20分钟，然后移开至阴凉处并用风扇吹，此过程中观察显示输出值无变化。然后将另一重物置于应变片上(大于上限值)，LED灯开始闪烁。 将一砝码放在应变片上，在系统开启1分钟以上后，上位机发送需求100个数据的命令，然后接收到的一组数据，数据格式符合传送命令，数据彼此基本相等，和显示值也基本一致。数据传输过程中采样间隔保持不变， 验证方法与5.2.4中方法一样。并且在一个确定时间内(远大于采样间隔)，存储器中数据能准确的传至上位机。 结果表明系统工作正常，设计合理能够实现。 注意:不要删掉每章最后一行，保留回车符，因为回车符后有分节符 34 天津大学本科毕业论文 结论 结 论 本设计课题为具有温度补偿功能的智能压力传感器系统，该系统充分发挥单片机控制，运算以及数据处理等功能，大大提高了压力传感器的测量精度以及稳定性，其他性能也有明显改善，实践数据表明误差达到要求, 实现了压力传感器的智能化。压力传感器采用电阻应变片作为敏感元件，通过惠更斯电桥输出压力值并对其放大得到相应的输出电压，通过A/D转换输入单片机。其测量范围较广，并且结构简单，尺寸小，质量轻，易于实现，它与温度传感器相结合，在单片机中通过补偿算法对电压和温度值进行处理，消除温度对压力传感器的影响，从而提高其精确度。 压力值的采样频率可以根据现场振动频率进行人工设定，其压力值可以实时显示，供工作人员监测，并具有报警功能。采集到的数据可以通过串行通信的方式传至上位机进行数据的分析，并且传输过程不影响压力值的采样。 通过温度对电阻应变片影响的原理分析可以得出在形变较小的情况下，温度对于压力传感器的影响是线性的关系，温度补偿过程就是根据实验测得的标定数据，运用最小二乘法的算法拟合出斜率、截矩对应于温度的关系曲线，然后得出准确的压力值。实验结果显示在此算法的控制下压力输出值基本可以保持稳定，不随温度变化而变化。 随着煤矿或油井等对压力传感器的需求量日益增大，随着测试技术的不断发展，对于传感器的测量精确度和稳定度的要求要越来越高，本设计采用通过单片机的控制对温度进行补偿，消除了温度对压力传感器的影响，提高了其精确度，另外，由于其补偿是由软件来实现，大大提高了测量稳定度，所以更适合于环境变化多样的工业现场。设计中还添加了数据存储和传输的功能，便于工作人员对井下的压力变化状况进行总体分析。 本设计中对于算法的研究仅限于比较简单的线性情况，因此在应用范围上有一定的局限性，在今后的研究中应当着眼于算法改进，考虑更多更复杂的情况，在更大的测量范围内实现精确的压力测量。对于温度补偿的实现还可以改变应变片或者电桥的结构，将软件补偿和硬件补偿结合使用，使其达到更高的精度要求。 另外本设计中数据的存储只是随机的，掉电后数据丢失，无法检查历史数据，所以在此基础上还可以与FLASH或者硬盘等较大容量的非易失性存储器结合使用，使用户可以方便的查询到历史数据。 35 天津大学本科毕业论文 参考文献 参考文献 [1]郭金英，鲁国才，张雁，等.多功能电能表通信规约[S].北京:中国电力出版社出版，1998, 21 (5) :20-25. [2] 王化祥，张淑英.传感器原理及应用.天津:天津大学出版社，1999. [3] 郭明威，朱家海.压阻式压力传感器温度误差的数字补偿技术.仪表技术与传感器，2008，(5):76-77. 黄晶忠.压力传感器的温度补偿.科技视野，2008，21(1):56-58. [4] [5] 杜红彦，曹文娟.应变式压力传感器检测电路的讨论.大学物理实验，1997，10(3):7-9. [6] 叶湘滨，熊飞丽，张文娜，等.传感器与测量技术.北京:国防工业出版社，2007. [7] 刘新月，吕增良，孙以材.压力传感器温度漂移补偿的控制电路设计.传感技术学报，2004，20(3):567-569. [8] 李强，梁莉，刘桢，等.具有温度补偿功能的职能压力传感器系统.仪器仪表学报，2008，29(9):1934-1938. [9] 张宏涛，宰光军.关于压力传感器零点热漂移的补偿分析.机械与电子，2008，(26):432-435. [10] 苏亚，孙以材，李国玉.压力传感器热零点漂移补偿各种计算方法的比较.传感技术学报，2004，(3):375-378. [11] 陈延奎.智能压阻压力传感器的设计.中国测试技术，2008，34(4):88-91. [12] 吕惠民，张晓群，黄平云.温度对压力传感器输出的影响与补偿.西安公路交通大学学报，2000，20(4):130-132. [13] 张艳锋，严家明.基于最小二乘法的压力传感器温度补偿算法.计算机测量与控制，2007，15(12):1870-1874. [14] 樊尚春.传感器技术及应用.北京:背景航空航天大学出版社，2004. [15] 赵亮，侯国锐.单片机C语言编程与实例.北京:人民邮电出版社，2006. 36 天津大学本科毕业论文 附录 附 录 附件一:英文资料及中文翻译 英文资料 A Novel Capacitive Pressure Sensor Capacitive pressure sensors are widely used in many fields such as industrial control, biomedical instrument, and environmental monitoring. Compared with the piezoresisti 37 天津大学本科毕业论文 附录 中文翻译 一种新型电容式压力传感器 电容式压力传感器被广泛应用于许多领域，如工业控制，生物医学仪器和环境监测。与压阻式传感器相比，这种传感器有其自己的优点，包括低功耗，低温度漂移以及加外力时介电常数变化的研究上。 附件二:电路图 38 天津大学本科毕业论文 附录 5V 1R2602.5VD025V 5V1C14 041R19K1000uF/16VC11JTAGP10uF/16VC 1017AS11179U87TDI37IN TDO6TMS21035OUTKR22VTCK4 10R161R31K3GND/ADJ20231 VAV 1R351R2710uF/16VC228000R15K1R20K AG3VN33R17DV3 0BQ120R32LEDDS71C 024C4.7uF/16V9A1R11GKNAAD32GGANAN56VREFVDVD1C10114+12VVREF1R10-12V10040114AIN22KTDOTDITCKTMS2222221111111111354321098765432109876543211V7LM324AMU8AAIN0.7AIN0.6AIN0.5AIN0.4AIN0.3AIN0.2AIN0.1AIN0.0VREF1VREF0VREFDAAVREFAACP0+CP0-CP1+CP1-RSTTDOTDITCKTMSLM324AMU8BVGVG+N+NDD 26100XTAL1DAC027991R361R301R25XTAL2DAC1K0K2898XoutK3MONENP4.0V2997XinAIN1.7/A15/P1.7P4.13096AIN1.6/A14/P1.6P4.23195P17AIN1.5/A13/P1.5P4.33294P16AIN1.4/A12/P1.4P4.43393ALE1R230AIN1.3/A11/P1.3ALE/P4.5K3492RDAIN1.2/A10/P1.2RD/P4.83591WRAIN1.1/A9/P1.1WR/P4.736901R3333AIN1.0/A8/P1.0VDD0VV3789KVDDGND3888FlashReset+12V1R180GNDA8/P5.003987FlashProtectKA15m/A7/P2.7A9/P5.1194086FlashReady0A14m/A6/P2.6A10/P5.21C224185FlashCS1R2900A13m/A5/P2.5A11/P5.34011442843KA12m/A4/P2.4A12/P5.44383A11m/A3/P2.3A13/P5.5448247uF/16VC21A10m/A2/P2.2A14/P5.64581SPICS4A9m/A1/P2.1A15/P5.784680A8A8m/A0/P2.0A8m/A0/P6.0DS18B204779A9LM324AMU8CAD7/D7/P3.7A9m/A1/P6.11C194878A100AD6/D6/P3.6A10m/A2/P6.204977A110AD5/D5/P3.5A11m/A3/P6.3p5076A12AD4/D4/P3.4A12m/A4/P6.4A15m/A7/P6.7A14m/A6/P6.6A13m/A5/P6.51R24AD3/D3/P3.3AD2/D2/P3.2AD1/D1/P3.1AD0/D0/P3.0AD7/D7/P7.7AD6/D6/P7.6AD5/D5/P7.5AD4/D4/P7.4AD3/D3/P7.3AD2/D2/P7.2AD1/D1/P7.1AD0/D0/P7.00KALE/P0.5WR/P0.7RD/P0.61C240GVP0.4P0.3P0.2P0.1P0.04ND9.1KR34DD-12V5555555556666666666777777C8051F020U123456789012345678901234541147uF/16VC231R21RXD0TXD0DDDDDDDDA15A14A13230765432100K1144Xin3V12C1740pLM324AMU8DF1DS18B201C2011.059Y0101R2800p20312V1R120XoutDS1820UK6GDNQ2C18DSPICS401R133p0VP17P16FKVCCIN4148DIN4148D311R391R381R371R140000000AIN2K3 55VV3SGCSGDSGESGFSGGVAAAAA12A13A14A15A16A17A18WAAA111111145678943210987654321R11111116543210987654321HD7279U1SSSSSKEYDATACLKCNVSSNVV1C1CIS62LV2568UCDEFGS00CCDD632AAAAA12A14A16A17VCCA15CE2WA13AAA1144DDRT456789RXXRXD0TXD0RESET594837261112CLK0DIG0DIG1DIG2DIG3DIG4DIG5DIG6DIG71111ED.1920154315J标RDSS1ABCP准211MAX232USGE3SDA5R2OUTR1OUTT2INT1INC2-C2+C1-C1+GRS232N11111222222222310DSGDSGA56789012345678DPF11接0149SGDPSGF口5CD.2VSGBSGASGDPSSSS0123583.3KRSGC2SGD.3167SGG1SD.4B1C0SSGB51pF附件T2OUTT1OUTALER2INR1INVCCDDDDDDDDVVG76543210CE1A10+IO0IO1IO2IO3IO4IO5IO6IO7-NOAAAA1D三:部分程9876543211E32108171621MM74HC573ULED_LG3641AHSHUMA346887654321CO1112222222222333DDDDDDDD7890123456789012CRTAAAADDDDDDDDA19A10R序 XXD32100123456751CV8765432105QQQQQQQQ41C04/*4温度补偿算法*/ 1111111123456789AAAAAAAA76543210#include "c8051F020.h" #include 39 天津大学本科毕业论文 附录 #define KA 0.0009 #define KB 0.0394 #define BA 0.0827 #define BB -1.1834 TempComp(int Pres，int Temp) { float k,b,x; int PresC; k=KA*(float)Temp+KB; b=BA*(float)Temp+BB; x=((float)Pres-b)/k; PresC=(int)(x*100); buf[1]=(PresC%10000)/1000; buf[2]=(PresC%1000)/100; buf[3]=(PresC%100)/10; buf[4]=(PresC%10); DispLED(buf,2); } /*压力应变片ADC转换*/ #include "c8051F020.h" #include #define MUX_PRESS 0x02 unsigned int idata Press; sfr16 ADC0 = 0xbe; void init_adc(void) { ADC0CN = 0x81; REF0CN = 0x07; AMX0SL = MUX_TEMP; ADC0CF = (SYSCLK/2500000) << 3; } 注意:不要删掉每章最后一行，保留回车符，因为回车符后有分节符 40 天津大学本科毕业论文 谢辞 毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺:所呈交的毕业设计,论文,～是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知～除文中特别加以标注和致谢的地方外～不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果～也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体～均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作 者 签 名: 日 期: 指导教师签名: 日 期: 使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计,论文,的规定～即:按照学校要求提交毕业设计,论文,的印刷本和电子版本,学校有权保存毕业设计,论文,的印刷本和电子版～并提供目录检索与阅览服务,学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文,在不以赢利为目的前提下～学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名: 日 期: 41 天津大学本科毕业论文 谢辞 学位论文原创性声明 本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外～本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体～均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名: 日期: 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定～同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版～允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索～可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名: 日期: 年 月 日 导师签名: 日期: 年 月 日 42 天津大学本科毕业论文 谢辞 致 谢 时间飞逝，大学的学习生活很快就要过去，在这四年的学习生活中，收获了很多，而这些成绩的取得是和一直关心帮助我的人分不开的。 首先非常感谢学校开设这个课题，为本人日后从事计算机方面的工作提供了经验，奠定了基础。本次毕业设计大概持续了半年，现在终于到结尾了。本次毕业设计是对我大学四年学习下来最好的检验。经过这次毕业设计，我的能力有了很大的提高，比如操作能力、分析问题的能力、合作精神、严谨的工作作风等方方面面都有很大的进步。这期间凝聚了很多人的心血，在此我表示由衷的感谢。没有他们的帮助，我将无法顺利完成这次设计。 首先，我要特别感谢我的知道郭谦功老师对我的悉心指导，在我的论文书写及设计过程中给了我大量的帮助和指导，为我理清了设计思路和操作方法，并对我所做的课题提出了有效的改进方案。郭谦功老师渊博的知识、严谨的作风和诲人不倦的态度给我留下了深刻的印象。从他身上，我学到了许多能受益终生的东西。再次对周巍老师表示衷心的感谢。 其次，我要感谢大学四年中所有的任课老师和辅导员在学习期间对我的严格要求，感谢他们对我学习上和生活上的帮助，使我了解了许多专业知识和为人的道理，能够在今后的生活道路上有继续奋斗的力量。 另外，我还要感谢大学四年和我一起走过的同学朋友对我的关心与支持，与他们一起学习、生活，让我在大学期间生活的很充实，给我留下了很多难忘的回忆。 最后，我要感谢我的父母对我的关系和理解，如果没有他们在我的学习生涯中的无私奉献和默默支持，我将无法顺利完成今天的学业。 致 谢 四年的大学生活就快走入尾声，我们的校园生活就要划上句号，心中是无尽的难舍与眷恋。从这里走出，对我的人生来说，将是踏上一个新的征程，要把所学的知识应用到实际工作中去。 回首四年，取得了些许成绩，生活中有快乐也有艰辛。感谢老师四年来对我孜孜不倦的教诲，对我成长的关心和爱护。 学友情深，情同兄妹。四年的风风雨雨，我们一同走过，充满着关爱，给我留下了值得珍藏的最美好的记忆。 在我的十几年求学历程里，离不开父母的鼓励和支持，是他们辛勤的劳作，无私的付出，为我创造良好的学习条件，我才能顺利完成完成学业，感激他们一直以来对我的抚养与培育。 最后，我要特别感谢我的导师刘望蜀老师、和研究生助教吴子仪老师。是他们在我毕业的最后关头给了我们巨大的帮助与鼓励，给了我很多解决问题的思路，在此表示衷心的感激。老师们认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我收益匪浅。他无论在理论上还是在实践中，都给与我很大的帮助，使我得到不少的提高这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助，感谢他耐心的辅导。在论文的撰写过程中老师们给予我很大的帮助，帮助解决了不少的难点，使得论文能够及时完成，这里一并表示真诚的感谢。 43