嵌入式温度采集系统

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实践教学

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兰州理工大学

计算机与通信学院

2014年春季学期

嵌入式系统开发技术课程设计

题目：嵌入式温度采集系统设计

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摘要

本设计是基于嵌入式技术作为主处理器的温度采集系统，辅以单独的数据采集模块采集数据，实现了智能化的温度数据采集、传输、处理与显示等功能，并讨论了如何提高系统的速度、可靠性和可扩展性。

温度是表示物体冷热程度的物理量，微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。在整个宇宙当中，温度无处不存在。湿度表示气体中的水蒸汽含量,有绝对湿度和相对湿度两种表示方法。总之，环境温湿度的检测与调节仪器的设计和开发具有非常大的市场前景和实用价值。

嵌入式系统是一般由嵌入式微处理器，外围硬件设备，嵌入式操作系统，用户应用程序四个部分组成。用于实现对其他设备的控制，监视或管理等功能。嵌入式系统已经广泛已经广泛应用于科学研究，工业控制，军事技术，交通通信，医疗卫生，消费娱乐等领域，人们常用的手机，PDA，汽车，智能家电，GPS等均是嵌入式系统的典型代表。本设计将其中对温湿度的读取是利用CC2530的I/O （P1.0和P1.1）模拟一个类IIC的过程。对光照的采集使用内部的AIN0通道。

关键词: 温度，湿度，嵌入式，CC2530，SHT10

目录

一、前言 (1)

二、基本原理 (2)

2.1 CC2530 结构及实现原理 (2)

2.2 SHT10结构及实现原理 (4)

三、系统分析 (7)

3.1程序流程图 (7)

3.2 软件子系统设计 (8)

四、实验结果及分析 (11)

4.1 湿度采集 (11)

4.1.1 湿度采集试验结果 (11)

4.1.2 结果分析 (11)

4.2 温度采集 (12)

4.2.1 湿度采集实验结果 (12)

4.2.2 结果分析 (12)

五、结论 (13)

六、参考文献 (14)

致谢 (15)

一、前言

本设计将其中对温度的读取是利用CC2530的I/O(P1.0和P1.1)模拟一个类IIC的过程。对光照的采集实用内部的AINO通道。无线网络传感器是一种将传感器、控制器、计算能力、通信能力完美的结合于一身的嵌入式设备。它们跟外界的物理环境交互，实时的采集信息，并且将收集到的信息通过无线传感器网络传送给远程用户。无线网络传感器一般是由一个低功耗的微控制器(MCU)和若干个存储器、无线电/光通信装置、传感器等组件所集成的，通过传感器、动臂机构、以及通信装置和它们所处的外界物理环境进行交互。一般说来，独立的传感器功能是非常有限的，但是如果将他们大量地分布到所需要检测的物理环境中，并组成一个无线传感网络，加上性能良好的软件系统平台，就能够完成强大的状态监测、实时跟踪、环境监测等功能。随着微机系统和高集成低功耗数字设备的发展，小体积、低成本、低功耗的传感器节点将得以实现。

温度、湿度是工业农业生产不可缺少的因素，但传统的方法是用温度表、毛发湿度表、双金属式测量计等测试器材，通过人工进行检测，对不符合温度和湿度要求的库房进行通风、去湿和降温等工作。随着生产的发展，一个低成本和具有较高精度的温度湿度测量仪在许多领域会代替人工操作，自动控制各种仪器调整环境温度湿度。目前市场上普遍存在的温湿度检测仪器大都是温湿度分开测量，而且温湿度信息传递不及时，精度达不到要求，不利于控制者根据温度、湿度变化及时做出决定，为此，本设计开发了一种能够同时测量温湿度，并实时性高、精度高，能够方便扩展处理多点温湿度信息，并能进行温湿度控制的测控产品。

二、基本原理

2.1 CC2530 结构及实现原理

CC2530 是基于2.4-GHz IEEE802.15.4、ZigBee 和RF4CE 上的一个片上系统解决方案。其特点是以极低的总材料成本建立较为强大的网络节点。CC2530 芯片结合了RF 收发器，增强型8051 CPU，系统内可编程闪存，8-KB RAM 和许多其他模块的强大的功能。如今CC2530 主要有四种不同的闪存版本：CC2530F32/64/128/256，分别具有32/64/128/256KB 的闪存。其具有多种运行模式，使得它能满足超低功耗系统的要求。同时CC2530运行模式之间的转换时间很短，使其进一步降低能源消

下图是CC2530 的方框图，图中模块大致可以分为三类：CPU 和内存相关的模块；外设、时钟和电源管理相关的模块，以及无线电相关的模块。

图2.1 CC2530方框图

图2.2 CC2530引脚图

利益：

●支持Zigbee / Zigbee PRO , Zigbee RF4CE, 6LoWPAN, WirelessHART 及其他所有

基于802.15.4标准的解决方案；

●卓越的接收机灵敏度和可编程输出功率；

●在接收、发射和多种低功耗的模式下具有极低的电流消耗，能保证较长的电池使用时

间；

●一流的选择和阻断性能（50-dB ACR）

应用：

●智能能源/自动化仪表读取

●远程控制

●居家及楼宇自动化

●消费类电子产品

●工业控制及监测

主要特点：

●高达256kB的闪存和20kB的擦除周期，以支持无线更新和大型应用程序

●8kB RAM用于更为复杂的应用和Zigbee应用

●可编程输出功率达+4dBm

●掉电模式下，在睡眠定时器运行时，仅有不到1uA的电流损耗

CC2530前瞻及应用

CC2530实施了IEEE 802.15.4 标准，因此它是一款通用性极强的芯片高级计量与Zigbee 智能能源、家庭与适用于包括消费类电子与RF4CE远程控制、楼宇自动化、照明、工业控制与监控、保健与医疗等在内的许多市场。CC2530搭配最新的Zigbee PRO协议栈以及我们的支持，到目前为止成为业界最佳的市场解决方案概念。

另一种基于IEEE的标准被称为RF4CE，最近在国外人气急升，由于拥有非视距操作，全球多家大型消费类电子公司合力推动RF远程控制技术进入普通家庭。更大的遥控范围、双向确认通信等功能，因此RF4CE将会彻底改变您的家庭影院体验。

2.2 SHT10结构及实现原理

本课设将使用CC2530 读取温湿度传感器SHT10的温度和湿度数据，并将采样到的数据转换然后再LCD显示。其中对温湿度的读取是利用CC2530的I/O（P1.0和P1.1）模拟一个类IIC得过程。

SHT10 是一款高度集成的温湿度传感器芯片，提供全标定的数字输出。它采用专利的CMOSens技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容性聚合体测湿敏感元件、一个用能隙材料制成的测温元件，并在同一芯片上，与14 位的A/D 转换器以及串行接口电路实现无缝连接。温湿度探头直接使用IIC接口进行控制。

图2.3 SHT10温湿度采集电路原理图