基于集成传感器的环境量检测系统的设计

梅峻华 沈晖 胡强 吴文明

摘要：随着现在高科技的进步，对环境的要求也越来越高，环境问题开始得到了社会的重视。项目设计一套基于集成传感器的环境量检测的系统，通过集成传感器检测环境量并将其发送到主控单元，由主控单元做出处理。集成传感器模块可以由用户自行添加或减少，即插即用。此外还可以通过智能手机实现检查结果的查询。

关键词：集成传感器蓝牙环境量检测

中图分类号：TP212.9 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）05-0000-00

随着信息化时代的到来，人们已经享受到了智能化带来的无穷便利。基于集成传感器的环境量检测系统应运而生。环境量检测影响着人们的生产生活，但是传统的环境量检测费时费力，人们不便于及时的掌握准确的环境信息。本系统通过与智能手机的通信使得环境信息获取与控制变得便利。

1 方案设计

1.1主控单元

采用STC89C52RC单片机作为中央处理器，其处理速度完全能适应多个传感器采集以及传输环境信息的速度。同时其具有设计简单方便，功耗低等特点。

1.2智能传感器的类型

传感器均使用模块化集成传感器，使用起来十分方便，且工作稳定，有利于整个系统的整合及运行。测量精度较高，适用于民用领域。实验测试结果显示测量曲线和实际曲线十分吻合，具有较高的实用价值。

1.3智能手机与主控单元的通信

采用最新的蓝牙4.2技术，该技术包括低功耗数据包长度延展，使得功耗更低，连接更加安全。另外业界领先的隐私设置让Bluetooth Smart更智能，具体表现为窃听者将难以通过蓝牙联机追踪设备。

2 电路设计

2.1电路实现

电路设计如图1-图3所示。

2.2 AD模块

AD模块图4所示，PCF8591是一个单片集成、低功耗、转换速率高的CMOS器件。其使用I？C与单片机进行通信，并且允许在同一个I？C上接入8个PCF8591器件。这样既可实现多个集成传感器的模数转换。

2.3 LCD显示模块

LCD1602是常用的液晶屏，具有省电，设计简单稳定等特性。由于1602液晶显示屏的字符发生存储器（CGROM）内部已经存储了160个不同的点阵字符图形所以使用起来非常方便。

3 软件设计

3.1系统部分流程

系统部分流程图5-6所示。

3.2温度测量

采用DSB18B20温度传感器进行测量，它是采用单总线的方式进行数据的收发的。因此，除了电源和接地以外，只需要将其一个引脚连接单片机的一个I/O口引脚即可。

主程序中的主要功能：bit GetDS18B20ACK（void）//从总线上获取ACK信号；void WriteByte2DS18B20（unsigned char Dat）//向总线上写入1个字节的数据；unsigned char ReadByteFromDS18B20（void）//从总线上读取1个字节的数据；unsigned char ReadByteFromDS18B20（void）//启动一次温度转换，返回值为0表示成功；bit GetDS18B20Temp（int *Temp）//获取18B20转换后的温度，返回值为0表示成功。

3.3气压测量

采用了BMP085气压传感器模块。通过总线与MCU直接连接。压力和温度需要由085内部的EEPROM中的校正数据进行补偿。其工作过程主要包括：气压传感器集成芯片将外部气压测量值数字化后通过串行总线传输给单片机，而后单片机将处理后的信号传送给LCD显示。

主程序中主要功能：Init_BMP085（）； //初始化气压计，bmp085Convert（）；//气压计进行数据转换。

3.4光照度

采用光照度传感器BH1750FVI ，它是一种用于两线式串行总线接口的数字型光强度传感器。

主程序中主要功能：Single_Write_BH1750（0x01）；// 通电；Single_Write_BH1750（0x10）；// 选择高（H）分辨率模式；Multiple_Read_BH1750（）；//连续读出数据，存储在BUF中，最后将BUF中的数据取出，送给LCD显示。

3.5蓝牙

采用最新的蓝牙4.2技术，实现了短距离无线通信，并且安全可靠。

蓝牙数据接收程序中主要功能：tmp[ReceiveDataPoint] = a；//将SUBF寄存器中的数据传到tem数组中；ReceiveDataPoint ++； //开始接收，指针地址加1；ReceiveByte = 0；//接收字节数，只接收一个字节；if（ReceiveDataPoint >= ReceiveByte）{ ReceiveFlag = 1； }//若数据接收完毕，则回值为1。

4 性能测试

4.1 数据测试

测试方法：以数据接收模块为起点，通过移动数据测试装置，观察其通讯效果并记录此时测得的各个环境参量的实时数据，测试距离如表1所示。

4.2 数据分析

从数据显示中，可以看出通讯信号在5米～100米为正常接收，120米后通讯内容不正常。根据测试距离，通信距离符合设计要求。同时，各个传感器在室外同一外部环境下测得的数据基本一致，只有很少偏差属于正常现象，说明各个传感器的工作正常。

5 结语

项目使用了温湿度、光照度、气压和蓝牙等集成传感器。能够测量温度、光照、气压等数据。实际运用中效果很好。

参考文献

[1]郭天祥，51单片机C语言教程—入门、提高、开发、拓展全攻略[M].电子工业出版社，2012.

[2]郑鹏峰，冯勇建，张春红.温度传感器I2C接口设计[J].电子测试，2009（6）.

[3]陈蕾，邓晶等.单片机原理与接口技术[M].北京：机械工业出版社，2011.

[4]康华光.电子技术基础模拟部分（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006

[5]韩悦文.几种典型湿度传感器的原理和概要分析[J].江汉大学学报（自然科学版），2009（1）.