基于多点触摸的野外环境综合信息检测系统设计

赵友贵 李成勇

摘 要：为了方便在野外活动时避免一些不必要伤害的发生，特设计利用传感器技术，以单片机为控制器，采用气体传感器、磁阻传感器、温度传感器检测有毒气体、方向、温度等信号，并转换为电信号，由单片机进行信号处理，实现有毒气体、方向、温度等多个参数的测量、显示、报警，以获得野外环境的实时信息。传统的信息检测都是单个分开的，使用很不方便，本系统采用模块化思想，综合利用所有的资源，把传感器数据及时、准确的进行处理。

关键词：传感器；检测；显示；模块化

1 工作原理

利用传感器技术，以单片机为控制器，采用气体传感器、磁阻传感器传感器、温度传感器检测有毒气体、方向、温度等信号，并转换为电信号，由单片机进行信号处理，实现有毒气体、方向、温度等参数的测量、显示、报警，以获得野外环境的实时信息。

2 作品结构

⑴系统概述。本系统采用盛群单片机HT46F49E为主控芯片，分为液晶显示模块、按键模块、气体检测模块、指南针模块、温度检测模块、时间模块、照明报警模块。

⑵硬件模块。由蓄电池稳压电源模块、液晶LCD12864显示模块、独立按键模块、气体检测模块、指南针压力模块、温度检测模块、照明报警电路组成。1）主控芯片模块。本系统使用HOLTEK HT46F49E为主控单片机，工作电压在4.5—5.5V之间。2）稳压电源模块。220V市电经过变压、滤波、然后给LM7805给单片机芯片供电，LM7805稳压电路，输出电压为5V，最大输出电流为3A，为了方便携带该作品还配备了一块充电电池。3）液晶LCD12864显示模块。此模块所选用的液晶屏是带中文字库液晶显示器，工作电压在3.3～5V之间。液晶LCD显示模块主要功能是用作于输出信息。液晶屏与盛群单片机HT46F49E的连接如图3.2.3所示。4）指南针模块及工作原理。模块（HDPM01）的特点：支持电压2.2V-3.6V，-20度到+60度操作范围，IIC数字400KHz输出。如图3.2.3所示。工作原理：磁阻传感器接收的地球磁场信号经2对互相垂直的由4个磁电阻元件连成的惠斯通电桥后电阻值由于磁场的作用而改变，电阻的变化通过电路转化为电压的变化，从而输出两路电压信后经A/D转换器转换成数字信号输出给单片机，单片对接收到的信号进行计算转换，对数据的误差进行补偿处理，最后在LCD上显示处理后的结果，即地理方向。5）温度检测模块。温度传感器：采用DS18B20为单总线数字温度传感器。它将地址线，数字线和控制线合为一根双向串行传输数据的信号线，允许在这根信号线上挂接多支DS18B20。适应电压范围宽，电压范围在3.0～5.5V，所测量的温度在-55～125℃。6）气体检测模块。气体检测模块（MQ-5）检测到有毒气体如甲烷时，输出一定的电压，然后与LM358比较器进行比较，输出TTL电平给单片机进行处理。

⑶软件部分。软件开发采用的是模块化编程的方式，有液晶驱动模块、时间模块、IIC通信模块，温度模块、控制模块等构成本系统。软件设计在HT-IDE集成开发环境中完成，运用C语言进行程序的编译与调试。

3 测试环境和方法

⑴测试环境（设备）。电源5V供电、PC机和HT-ICE仿真器 ，示波器、万用表、指南针模型、打火机、手表（作为作品测试基准）。

⑵测试方法和步骤。1）将该系统与仿真器连接好之后，置于桌面，接通电源，开始调试（测试时离金属物质不要太近）。2）操作界面及各个功能测试。首先，按下开关，进入开机画面。几秒后，进入菜单栏，再通过“Up”、“Down”键上下移动，选择功能后进行测试。然后对各个功能进行测试。①气体检测，选中后按下“确定”，进入测试界面，用打火机在MQ-5传感器附近喷出气体，传感器检测到有毒气体后屏幕上显示有毒提示、蜂鸣器报警。②温度测试，选中后按下“确定”，进入测试界面，DS18B20传感器检测当前温度后在屏幕上显示当前温度并提示舒适度。③时间显示，选中后按下“确定”，进入测试界面，屏幕上显示当前时间、日期、年、月、日。④方向提示，选中后按下“确定”，进入测试界面，水平放置仪器，屏幕上箭头始终指向北方。⑤照明，选中后按下“确定”，进入测试界面，按下“Up”照明灯打开，按下“Down”照明灯关闭。⑥背光，选中后按下“确定”，进入测试界面，按下“Up”显示器背光灯打开按下“Down”光灯关闭。

⑶测试结果。通过系统测试表明，系统的各个模块均能正常运行。当按下相应键时，就会使单片机驱动外围设备执行相应的功能。满足设计要求，野外环境综合信息检测系统研制成功。

4 总结与展望

本作品野外综合检测系统，以盛群单片机HT46F49E为主控芯片，核心模块有功能模块、稳压电源模块、液晶LCD显示模块、独立按键模块。各模块与主芯片HT46F49E有机的结合起来，使我们的野外环境综合信息检测系统制作成功。在不断调试程序的的过程中，我们也遇到了很多的难题，我们也想了很多的解决办法。旅游、野外探险等户外运动已经成为了时下非常火热的活动项目，对野外信息的了解也成为了户外运动者所关心的话题，因此有这样一台仪器也就非常的有必要了，同时也减少了在游玩过程中出现的一些不必要的伤害。所以，该作品会具有广阔的市场前景。

[参考文献]

[1]刘建清.轻松玩转51单片机[M].电子工业出版社2011，3.

[2]赵炯，侯晓梦，等.基于传感器的圆心定位技术实用化研究[J].2011，11.

[3]谭浩强.C程序设计[M].清华大学出版社，2010，11.

[4]张晓峰，郭显久.单片机C51项目教程[M].中国电力出版社，2010，8.

[5]张鹏.HOLTEK HT46系列单片机C语言实例教程[M].北京邮电大学出版社，2010，6.