数据采集及处理

7■丄Shancfong Jianzhu University

硕士研究生

非笔试课程考核报告

（以论文或调研报告等形式考核用）

2011至2012学年第2学期

考核课程：数据采集及处理

提交日期：2012年6月20日

报告题目：“智能尘埃”的数据采集及处理

姓名魏南

学号2011070203

年级2011级

专业机械设计及理论

所在学院机电工程学院

山东建筑大学研究生处制

“智能尘埃”的数据米集及处理

摘要：“智能尘埃”是在微机电加工技术和自组织网络技术作用下的产物。介绍了“智能尘埃”的硬件体系结构，重点讨论内部重要部件温度传感器AD7418勺采集原理以及AT90LS8535处理器的关键技术。最后在数据采集

和处理的改进上作了几点探讨。

关键词：智能尘埃；无线传感器；低功耗；采集处理

Abstract: “ Smart Dust ” is a product of MEM processing technology and selganization network technology . The hardware structure of “ Smart Dust ” ed in t hedprinciple of the inner component AD7418 which is a kind of temperature sensor is mainly discussed, and the key technology of processor AT90LS8535 is briefly pointed out as well . Finally , the improvements on data acquisition and processing are presented.

Key words: Smart Dust ; wireless sensor; low power; acquisition processing

0引言

电漁模块

CR2Q54

图t F 能尘埃啲硬件框图

2 “智能尘埃”的数据采集

2. 1温度传感器AD7418的工作原理

2. 1. 1性能参数

AD7418是美国模拟器件公司推出的单片温度测量与控制使用的新型传感器。与

AD7417相 比，主要改进之处在于内部包含有带隙温度传感器。仍具有 10位模数转换器，分辨率为 0.25 C 。 测温范围为-55〜125C 。具有10位数字输出温度值，分辨率为 0. 25C ，精度为 戈C,转换时间 为15〜30ms ,工作电压范围为2. 7〜5. 5V ，具有低功耗模式（典型值为1^A ）。 AD7418片内寄 存器可以进行高/低温度门限的设置。当温度超过设置门限时，过温漏极开路指示器

（OTI ）将输

出有效信号，可与单片机（微控制器）接口直接相连。 2. 1. 2工作过程

AD7418采用8脚SOIC 封装，各引脚功能如下：引脚 1: SDA ，串行数据输入/输出端；引脚 2: SCL ，时钟信号输入端；引脚3; OTI ，过温漏极开路输出端；引脚 4: GND ，接地端；弓I 脚5: AIN ，模拟信号输入端，输入电压范围

0V 〜V REF 。，模拟通道的选择通过编程芯片内的配置寄 存器实现。引脚6: REFIN ，基准电压输入，外部的 2. 5V 基准电压能被连接到这个端子上，当 外部的基准电压接入时， 内部的基准电压关闭。 引脚7: VDD ，正电源端，2. 7〜5. 5V 。引脚& /CONVST ，逻辑输入信号，转换启动信号。 AD7418的片内带隙温度传感器可按预先设置的工

作方式对环境温度进行实时测量，并将结果转化为数字量存入到温度值寄存器中。

AD7418采用 12C 串行总线和数据传输协议来完成对 AD7418内部寄存器的读/写操作，数据输入/输出线 SDA 以及时钟信号线SCL 与单片机的引脚直接相连。当 SCL 保持高电平时，SDA 从高电平到低电 平的跳变为数据传输的开始信号，随后传送 AD7418的地址信息和读/写控制位。其地址信息的

格式为：0101000 R /W 。读/写控制位为1时，表示对AD7418进行读操作，为0时，则表示进行 写操作。当每个字节传送结束时，必须在收到接收数据一方的确认信号 （ACK ）后方可开始下一

步的操作。然后在地址信息和读 /写控制位之后传送片内寄存器地址和数据。最后。在 SCL 保持

高电平的情况下，当SDA 从低电平跳变到高电平时将终止数据的传输操作。图

2给出了 AD7418 协处理器＜ AT902313

0忑线通信 ^ifeTRlMO

主处理器

AT90LS 8353

A LEDS

数据传输时序示意图。

•

k

条件

图2 Air ily数据传输时序示意图

2. 2光强传感器CL9P4啲工作原理

由于光强传感器CL9P4L和温度传感器AD7418内部结构和工作原理非常相似，限于篇幅，这

里只作简要介绍。光强传感器CL9P41内置一个由硒化镉(Cdse)材料做成的光电传感器，硒化镉单晶光敏电阻可用于可见光及近红外区域光的检测。在光线的作用下，光子使更多的电子跳到导电带参与导电，

从而电阻率变小，这就是CL9P41工作原理的实质。处理器(AT90LS8535 )最后也将完成对CL9P41内

部寄存器的读/写操作。

3“智能尘埃”的数据处理

数据处理有些部分操作是在传感器内部完成，但都离不开处理模块的总体协调和处理。也就是说主

机是数据处理的核心部件。构成主机的(AT90LS8535 )、协处理器(AT90L2313 )是

ATMEL公司新一代单片机产品。它是8位以E2PROM电可擦及Flash技术为主导的AVR单片机。内嵌的8k 内存用于存储程序代码，置有512字节RAM用于存储数据。其内部独特的哈佛结构，即8M字节的程序存储器和8M字节的数字存储器是两个相互独立的存储器，每个存储器独立编址，独立访问，提高了数据的吞吐率。采用了RISC结构，即用32个通用寄存器代替累加器寄存文件，

避免了传统的累加器与存储器之间数据传输造成的瓶颈现象。外接4MHz晶振，采用非挥发的CMOS的制造工艺，保证较低功耗。

4“智能尘埃”的数据采集与处理技术的改进

“智能尘埃”有着非常广泛的应用前景，它将是美军未来网络战场中最重要的传感器系统。数据采集与处理是“智能尘埃”中关键技术之一。为提高性能，可在以下几方面加以改进：

(1)改进传感器材料，使用精度高、灵敏度高、线性度好、感应性强、耐高温、抗冲振、抗潮湿、抗腐蚀、抗电磁干扰的原材料。

(2)提高软件的运作效能。软件运作效率的提高必将提高数据处理的速度。日前UC Berkeley 研制开发的TinyOS微型操作系统总体思想是利用处理器的有限资源进行高效率的并行操作。该操作系统是采用模块化设计，每个模块完成一个特定的任务，当系统要完成某个任务时，就会

调用事件调度器，再由事件调度器有顺序地调用各模块，从而有序高效地完成各种功能。

(3)采用软件方法提高测量精度。在传感器中的模数转换时存在量化误差，在嵌入式处理器编程是提高测量精度的一个研究方向。