传感网技术应用 课件全套 项目1-5 认识单片机和传感器技术-智慧农业大棚环境监测系统

项目1认识单片机和传感器技术CONTENTS目录01

【项目描述】02

【项目要求】03

【学习目标】04

任务1.1认识传感器05

任务1.2认识单片机06

任务1.3生活中典型单片机和传感器技术应用调研【项目描述】01电子秤构成本质菜市场、商场的小型电子秤，属于传感器与单片机相结合的产物，是二者协作实现称重功能的设备。电子秤称重流程物体放秤盘后，压力经传感器将重量转为模拟电信号，经放大、模数转换为数字信号传至单片机，最终输出称重结果。电子秤的工作原理传感与单片机的应用

生活应用场景除电子秤外，传感器和单片机还应用于红外测距、空气质量检测、人体及燃气红外报警、声光报警等场景。

项目学习目标以认识单片机和传感器技术为基础，带领学习者进入物联网电子世界，深入掌握二者的应用技术。【项目要求】02传感与单片机调研调研生活中常见传感器、典型单片机，以及二者结合的相关产物，全面收集基础信息。调研内容与成果收集传感器发展趋势、分类、技术标准，单片机概念、发展历程、框架及特点，完成调研报告填写。工作任务学习产出

本项目学习结束后，提交传感器和单片机技术应用的调研报告【学习目标】03知识目标传感器知识要求了解传感器的起源与发展、技术标准，熟悉传感器的组成、概念及分类。单片机知识要求了解单片机的概念及发展，熟悉单片机的基本框架、分类及特点。技能目标

1）能认识单片机与传感器技术应用的常见产品

2）能够根据任务目标，完成计划和调研活动素质目标

通用能力培养

着重培养学生交流沟通、团队协作以及信息处理这几方面的通用能力。

科学思维能力养成

聚焦培养学生运用科学思维方式认知事物、分析并解决问题的能力。任务1.1认识传感器04[任务目标]01传感器知识学习了解传感器起源、发展趋势、技术标准、产品及应用行业，熟悉其组成、概念与分类。02调研任务要求需完成相关资料的收集与整理工作，并按要求提交调研报告。03综合能力培养通过本次任务，着力培养交流沟通、团队协作以及信息处理的能力。传感器起源与初期应用最早出现于工业生产领域，主要作用是提升生产效率，为工业生产运作提供助力。传感器行业发展现状随集成电路与科技信息发展，成现代信息技术三大支柱之一，属具前景高技术产业，多国重视，美欧俄相关厂商超千家，全球市场快速增长。[知识准备]：传感器的起源与发展[知识准备]：传感器的起源与发展传感器的起源

早期传感器溯源指南针是传感器雏形，作为中国四大发明之一，传入欧洲后为大航海提供关键支撑，还有地动仪、温度计等同类型早期传感器。温度类传感器发展17世纪初人们用温度计测温，1821年赛贝发明热电偶传感器将温度转成电信号，1883年首台恒温器利用传感技术上市。近现代传感器发展20世纪40年代末红外传感器问世，至今全球已有超35000种传感器，当前是传感器技术发展的火热时期。[知识准备]：传感器的起源与发展MEMS传感器研发应用1987年ADI开始研发MEMS传感器，相比传统传感器有诸多优势，1991年其发布首颗High-gMEMS器件，后被广泛应用。传感器发展阶段划分传感器发展历程分为结构型传感器、固体型传感器、智能型传感器三个阶段。国内传感器行业发展我国传感器行业始于50年代，1986年被列为国家重点攻关项目，目前已形成完整产业链，近年因物联网发展研发热潮凸显。[知识准备]：传感器的起源与发展传感器的发展趋势

传感器发展概况作为高新技术，传感器受各国重视发展迅猛，在多领域潜力巨大，智能时代地位愈发不可替代，正从传统型向智能型转型。

传感器市场格局流量、压力、温度传感器占市场大头，国内工业和汽车电子领域占比高，全球市场规模超万亿，中国占比约20%且增速稳定。

传感器发展趋势正朝着多功能化、智能化、微型化等多方向发展，智能传感器成主流，MEMS为核心技术，我国已形成相关完整产业链。

国内产业现存问题我国传感器企业整体落后，存在创新能力弱、关键技术受制于人、产业结构不合理、本土企业规模小实力弱等问题。[知识准备]：传感器的起源与发展传感器的常用性能技术指标

传感器性能指标分类传感器常用性能技术指标分为基本参数、环境参数、可靠性、其他指标四大类，各有细分内容。

各类指标具体内容基本参数含量程、灵敏度等，环境参数含温度、抗冲振等，可靠性指标含工作寿命等，其他指标含供电、安装等。传感器核心定位作为边缘学科开发先驱，是人类五官的延长，又称电五官，是电子系统获取信息的主要途径，是现代化生产的基础。传感器官方定义国标（GB7665-87）定义为能感受规定被测量并按规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。传感器功能特性属于检测装置，能感受被测信息并按规律变换为电信号或其他形式输出，满足信息传输、处理等需求，是自动检测与控制的首要环节。传感器核心功用核心为“一感二传”，即感受被测信息，并将该信息传递出去。[知识准备]：传感器的概念及分类传感器的概念[知识准备]：传感器的概念及分类传感器的组成

01传感器基本组成一般由敏感元件、转换元件、基本转换电路等4个部分组成，各元件承担感受、转换、输出电量的不同职能。

02传感器结构差异部分传感器结构简单，可由单一敏感兼转换元件组成；有些无转换电路，或需经多次转换，转换电路常装在电箱中。

03传感器系统类型大多数传感器为开环系统，部分为带反馈的闭环系统，不同传感器的复杂程度存在明显区别。[知识准备]：传感器的概念及分类传感器的分类

常用传感器分类方式无统一分类方法，常用的有按输出信号、用途、原理、制造工艺、测量目标、构成、作用形式这七种分类。模拟量传感数据采集模拟量是时间和数值连续的物理量，对应传感器输出连续变化的模拟信号，如GB5-A1E光敏、TGS813可燃性气体等传感器。数字量传感数据采集数字量是时间和数值离散的物理量，以二进制代码串表示信号大小，对应传感器输出数字信号，如SHT11温湿度传感器。开关量传感数据采集开关量对应“有/无”“1/0”两种状态，是最基本典型的传感数据，如Flame-1000-D火焰、HC-SR501人体感应红外等传感器。[知识准备]：常见的传感器及应用传感器的产品

酒精气体传感器应用可用于交通执法检测司机饮酒程度，也适用于高危企业检测员工呼出酒精含量，减少事故与损失。酒精测试仪电路原理由酒精气体传感器R2、定值电阻R1及电表组成，R2电阻随酒精浓度增大而减小，浓度越大电压表示数越大。红外可燃气体传感器运用非色散红外原理检测碳氢类可燃气体，通过红外线被气体分子共振吸收的特性，依据朗伯-比尔定律判断浓度。[知识准备]：常见的传感器及应用

智能油烟机传感应用燃性气敏传感器不间断监测厨房煤气或油烟浓度，超标时触发晶闸管启动吸油烟机。

红外传感器分类与应用能感应目标辐射红外线，分光子探测器和热探测器，在科技、国防、工农业等领域应用广泛。

红外测温仪核心器件核心为热释电红外传感器，含传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器，通过场效应管完成阻抗变换。[知识准备]：常见的传感器及应用传感器的行业应用

汽车电子传感器应用传感器向电子化数字化发展，从仅用于发动机扩展到底盘、车身等系统，为汽车电子自控提供信息反馈，一般轿车配几十只，高级轿车超百只。

工业生产传感器应用自动化生产中用各类传感器监控生产参数，保障设备状态与产品质量，压力、光电、视觉等多类传感器应用于众多工业领域。

智慧农业传感器应用是物联网与传统农业结合的核心技术，可远程监测多农业领域环境，降低人力消耗、提升抗灾能力与产率，温室大棚常用温湿度等传感器。

日常生活传感器应用与生活息息相关，温度传感器用于电熨斗、电饭煲控温，人体传感器用于自动门，还有光电、触摸、压力等传感器应用在各类日常用品中。

传感器其他领域应用还广泛应用于宇宙开发、海洋探测、环境保护、医学诊断、生物工程、文物保护等众多现代化项目中。[实践操作]

调研表编制说明遵循循序渐进原则，通过收集常用传感器种类、应用等资料，结合实际情况编制完成《认识传感器调研报告表》。

调研表核心内容涵盖调研目的、时间、地点、内容、方式、人员及传感器名称、类型、应用场景等多项填写栏目。

配套练习测试设置设置交互式练习测试题，包含填空题，考查传感器发展历程、别称、组成等相关知识。

模拟量定义（）

数字量二进制表示（）

开关量对应双状态（）任务1.2认识单片机05单片机知识学习了解单片机概念、发展历程、分类及特点，熟悉单片机的基本框架。培养学生运用科学思维认识事物、解决实际问题的能力。调研任务要求完成相关资料的收集与整理工作，并按要求提交调研报告。[任务目标][知识准备]：单片机概述

单片机发展意义单片机的出现是计算机技术发展重要里程碑，标志计算机形成通用与嵌入式两大系统分支。单片机体积微小、成本极低，可广泛嵌入仪器仪表、工业控制单元、汽车电子系统等众多产品，是现代电子系统重要智能化工具。

单片机应用领域单片机应用领域非常广泛，可覆盖工业、家电、通信、办公自动化等多个场景。[知识准备]：单片机概述1）家用电器

家用电器是单片机的重要应用领域之一，前景广阔。如微波炉、电视机、电饭煲、空调器、电冰箱、洗衣机等。2）在交通领域中

如交通灯、汽车、火车、飞机等均有单片机的应用。3）智能仪器仪表

如各种智能电气测量仪表、智能传感器等。4）机电一体化产品

如医疗设备（B超）、机器人、数控机床、自动包装机、打印机、复印机等。5）实时工业控制

如温度控制、电机转速控制、生产线控制等。6）武器装备

飞机、军舰、坦克、导弹、航天飞机、鱼雷制导、无人机等。[知识准备]：单片机概述单片机的概念

单片机核心定义又称单片微控制器，并非单一逻辑功能芯片，是将完整计算机系统集成到一块芯片上的单芯片微型计算机。单片机组件构成在半导体芯片上集成CPU、存储器、I/O接口电路，部分还集成中断系统和定时器等计算机必备部件，常用缩写MCU表示。[知识准备]：单片机概述单片机的框架与接口

单片机核心构成由微处理器CPU、RAM、ROM、基本I/O接口电路、定时器/计数器和中断系统等部件组成，集成于一块大规模集成电路芯片。各功能单元作用CPU含寄存器、运算器，控制功能突出；时钟系统提供时序同步，复位控制提供上电复位信号，总线控制实现内外总线管控。存储与接口说明程序存储器固化应用程序、表格和常数，数据存储器临时存处理数据与结果，I/O端口是单片机与外部的输入输出接口。外围电路及管控含定时器/计数器、中断系统等外围电路完善功能，各功能单元含寄存器，可通过编程实现设置、运行与状态读取等管控。[知识准备]：单片机概述单片机的起源与发展

早期计算机发展1946年2月第一台电子管计算机ENIAC问世，开创计算机新纪元；同年6月冯·诺依曼提出“程序存储”等思想，奠定计算机经典结构。单片机发展阶段历经四个发展阶段，从1974年双片初级单片机，到低性能、高性能阶段，再到如今8位机巩固，16位、32位机推出，形成庞大产业。主流单片机特性8位高性能单片机普遍带串行I/O口、多级中断等，ROM、RAM容量大，寻址范围广，部分带A/D转换器，性能价格比高，应用广泛。CC2530芯片应用CC2530凭借强大性能，在众多微型电子芯片中占据一席之地，尤其在Zigbee系统和照明控制系统中应用广泛。[知识准备]：单片机的分类及特点单片机的分类

01通用与专用型分类通用型单片机内部资源可全部开放给用户，如80C51；专用型为特定产品设计，如电子体温计专用款。

02总线结构类型划分总线型配备并行地址、数据、控制总线，可直接扩展并行外围器件；非总线型集成常用外围器件，通过串行口连外设，能降本减容。

03应用领域分类特点工控型寻址范围大、运算能力强；家电类多为专用型，小封装、低价格，外围器件和接口集成度高。

04数据总线位数分类涵盖4、8、16、32、64位，4位适单一小型电子产品，8位品种多应用广，16位性能优于8位，32位速度功能大幅提升。[知识准备]：单片机的分类及特点

单片机特点体积小、功耗低、性价比高；运行快、抗干扰、可靠性强；开发易、应用广[知识准备]：单片机的分类及特点常用单片机介绍

51系列单片机情况是兼容Intel8031指令系统的单片机统称，始祖为Intel8031，经发展成应用广泛的8bit单片机，代表为ATMEL公司AT89系列。

STM32系列单片机特点是ST公司以armcortex-M为核心的32bit单片机，内部资源丰富，接近计算机CPU，适用于手机、路由器等设备。

CC2530无线单片机特性是针对IEEE802.15.4和Zigbee的单芯片方案，经济低功耗，有四种闪存版本，集成射频收发机、增强型8051微控制器等。

CC2530适用应用场景实施IEEE802.15.4标准，通用性强，适用于智能能源、家庭自动化、工业控制、医疗监控等多类市场。[实践操作]调研报告编制说明遵循循序渐进原则，经收集单片机相关资料、结合传感器实际情况，编制完成《认识单片机调研报告表》。调研表核心内容调研目的为认识常见单片机的相关信息，明确了调研时间、地点、方式、人员及成果内容。交互式练习测试题含三类填空题：单片机简称与组成、"程序存储"提出者、单片机通用分类，及一道单片机特点简答题。任务1.3生活中典型单片机和传感器技术应用调研06产品认知任务认识常见的单片机和传感器结合的相关产品，了解这类产品的基础特性与应用场景。培养学生团队协作能力和科学的思维方式，助力学生综合素养提升。调研工作要求完成单片机与传感器结合产品的资料收集与整理工作，并提交规范的调研报告。[任务目标][知识准备]：电子秤

电子秤的应用背景近代科学发展对称重技术和控制有新要求，电子秤优势显著，被广泛应用于多领域，生活中也已普及。[知识准备]：电子秤电子秤的组成与原理

01电子秤组成结构主要由单片机控制器、称重传感器、显示组件、电源等部分构成，各部分承担不同功能。

02电子秤核心部件作用单片机控制器是中枢，统一管理各部件，处理重量信号；称重传感器将质量转换成电量输出；显示组件处理信号并完成结果指示。

03电子秤工作流程先将物理重量转变为模拟电信号，经放大、模数转换为数字信号，再由单片机处理后输出显示称重结果。[知识准备]：太阳能路灯照明系统

太阳能路灯背景与定位能源危机下，太阳能路灯成能源解决方案之一，它结合单片机与传感器技术，符合节能减排要求。[知识准备]：太阳能路灯照明系统路灯系统组成与工作逻辑

系统组成结构太阳能路灯照明系统由单片机控制单元、环境光照监测单元、人体红外感应单元、太阳能电池板、蓄电池、路灯以及通信单元组成。

系统工作流程白天太阳能电池板将太阳能转化为电能储存到蓄电池，光敏感应开关检测光照度，白天路灯不工作，夜晚路灯电路启动。

夜晚感应调控夜晚人体感应单元通过双鉴传感器监测行人，有人经过时路灯亮起，无人时路灯微亮或关闭。[知识准备]：数字温度计

数字温度计的背景电子测量广泛应用，传统温度计有诸多不足，高精度数字温度计应运而生且已普及各领域

单片机的选型优势单片机因体积小、抗干扰强、成本低、可靠性高、易开发等优势，成为设计人员首选控制器。

温度计的工作流程数字温度计由多部件构成，经传感器测温、模数转换、单片机处理后，由显示单元显示温度值。[知识准备]：无人机无人机定义与应用无人机是经遥控或自主程序操控的不载人飞机，在航拍、农业、救灾等多领域广泛应用。无人机系统组成无人机由机体、飞控、数据链、发射回收、电源系统组成，飞控是核心，机体核心为单片机控制器。[知识准备]：无人机飞控系统核心构成

飞控系统核心地位飞控系统是无人机完成起飞、飞行、任务执行及返场回收的核心系统，相当于驾驶员，是无人机最核心技术之一，其核心为无人机单片机控制器。

飞控系统组成与功能飞控系统一般包含传感器、机载计算机和伺服作动设备三部分，可实现姿态稳定控制、任务设备管理和应急控制功能。

无人机飞行配套设备无人机飞行除需MCU外，还需陀螺仪、加速计、地磁感应、气压传感器、超声波传感器等多种设备协同工作。飞控运行原理惯性传感器传姿态数据给主控单片机，单片机结合用户指令，靠飞行算法控飞行器，其性能影响飞控稳定性与灵活性。[知识准备]：无人机[实践操作]

调研报告编制说明遵循循序渐进原则，结合相关资料与实际情况，编制完成《生活中典型单片机和传感器技术应用调研报告》

调研基本信息说明调研目的、内容、方式、成果均重复列示四次，地点重复两次，含时间、人员等信息

调研核心内容说明产品名称、传感器及单片机的名称与功能、相关产品图片均无填写内容。[交互式练习测试题]

填空题型设置涵盖电子秤组成、太阳能路灯照明系统主控制器及配套技术、数字温度计构成三类填空题目。

简答题型设置仅设置一道简答题，要求简述数字温度计的工作过程，考查对其运行逻辑的理解。【拓展阅读】

邓中翰个人简介邓中翰，“中国芯片之父”，最年轻工程院院士，占全球图像输入芯片60%份额，获三学位创伯克利校史。【拓展阅读】：星光中国芯核心成果启动星光中国芯工程1999年“星光中国芯工程”启动实施，邓中翰带领团队承建国家重点实验室，任工程总指挥。星光芯片获重大突破2005年邓中翰团队开发的“星光”芯片，实现八大技术突破，终结中国“无芯”史，获国博收藏。牵头制定标准与攻关邓中翰带领团队制定自主知识产权的SVAC国家标准，承担物联网攻关，产品量产过亿，助力抗冰灾。【拓展阅读】：工程发展与荣誉表彰工程成果总结会2019年12月28日，1999-2019“星光中国芯工程”创新成果与展望报告会在人民大会堂举行，回顾总结20年创新、产业化等进展经验，规划未来发展。工程荣誉与肯定2021年该工程自主创新成果在中国共产党历史展览馆展出，获2004年国家科技进步一等奖、全国劳动模范等荣誉。【拓展阅读】：工程发展与荣誉表彰创新体制探索成果

创新体制探索实践二十年来，“星光中国芯工程”引入硅谷创新机制，探索新型举国体制，建立起以市场为导向、核心技术为依托、企业为主体的创新体制。

技术成果产业应用坚持自主创新与产业化道路，取得核心技术突破与大规模产业化成果，实现国家公共安全技术产业自主可控，牵头制定SVAC国家标准，在天网、雪亮等重大项目中发挥关键作用。【拓展阅读】：工程发展与荣誉表彰核心技术与人才建设

核心技术专利成果突破芯片设计15大核心技术，申请3000多件国内外专利，形成五大芯片技术体系。技术路线架构创新创造性提出“智能摩尔之路”，推出基于该路线的XPU多核异构智能处理器芯片技术架构。核心研发团队构建以70多位留学归国人员为核心，吸引2000多位国内外人才，组成成熟的全链条人才队伍。国家级项目与荣誉在多部委支持下完成数十项国家重大科技研发产业化项目，两次荣获国家科技进步一等奖。【项目总结】THEEND谢谢项目2智慧园区—安防监测系统CONTENTS目录01

【项目描述】02

【项目要求】03

【学习目标】04

任务2.1安防监测系统的功能调研CONTENTS目录05

任务2.2传感器的检测06

【项目实施】07

【拓展阅读】【项目描述】01园区安全风险隐患园区工厂堆放原料与设备，火灾易致重大财产人员损失，且园区人员复杂，存在非法闯入、纠纷取证等安全难题。安防系统解决作用园区管理者关心的安全保障、人员财产保护、非法闯入防范、纠纷取证等问题，可通过安防监测系统解决。安防系统解园区难题【项目要求】02工作任务传感器技能要求需熟悉智慧园区安防检测系统常用传感器的功能，掌握其对应的检测方法。开发与通信操作准确说出KeilMDK开发环境的配置步骤，能正确搭建RS-485通信系统并查看数据。学习产出

搭建一个安防监控系统并通过串口调试工具查看数据【学习目标】03安防传感器知识要求熟悉智慧园区安防检测系统常用传感器的功能，掌握其对应的检测方法。开发环境配置要求准确说出KeilMDK开发环境的配置步骤，明确相关操作流程要点。知识目标技能目标

传感器识别与质检能正确识别红外、气体、火焰、烟雾传感器，运用合适检测手段判定传感器质量。

传感器配置与调试能将传感器正确安装在M3主控模块上，完成节点固件下载与端口地址配置。

安防系统搭建验数能按安防监测系统硬件接线图搭建系统，运用串口工具查看相关数据。素质目标

1）提高学生安全防范意识，进而尊重生命、热爱生命。2）提升与人交流、与人合作、信息处理的能力任务2.1安防监测系统的功能调研04[任务目标]

安防系统认知目标能分析智慧园区安防监测系统功能，知晓所需传感器并能说明其功能与应用场景。

综合能力培养目标着重培养学生查阅资料、交流沟通以及团队协作的多方面综合实践能力。[知识准备]

智慧园区概述智慧园区运用新一代信息通信技术，联动园区各关键资源，是随需服务的新型园区。[知识准备]：智慧园区安防监测系统功能分析智慧安防系统构成完整的智慧安防系统主要涵盖门禁、报警和监控三大部分，包含防火防盗、视频监控等多类报警子系统。园区常见安防系统园区常见的智慧安防系统有视频监控系统、周界报警系统和防火防盗报警系统三类。安防系统技术背景信息化、物联网技术成熟普及，园区安防管理需借助这类技术手段来搭建智慧安防系统。[知识准备]：智慧园区安防监测系统功能分析视频监控系统

视频监控系统定义是利用视频技术探测、监视设防区域，可实时显示、记录现场图像，还能检索和显示历史图像的电子或网络系统。监控系统发展历程历经模拟视频监控系统、数字视频监控系统，发展到完全基于IP网络的视频监控系统，数字监控优势明显，是监控行业未来发展方向，蕴藏巨大商机。[知识准备]：智慧园区安防监测系统功能分析

周界报警系统周界报警系统可24小时监测社区周界，触发报警时联动提示处置，有多种技术类型，常用红外对射等。防火防盗报警系统工厂、单位盗、火、劫事件频发损失大，可采用防火防盗报警系统，还可通过结构图掌握系统关联[知识准备]：安防监测系统常用传感器红外传感器

光电传感器定义及原理光电传感器可将红外、可见光及紫外光等光信号转变为电信号，先把被测量变化转为光信号变化，再借助光电元件转换成电信号。

红外传感器概述红外传感器是感知目标红外信号的光电传感器，红外光是频谱在红光外的电磁波，高于绝对零度的物体都会辐射红外信号，应用领域广泛。

槽型红外光电传感器槽型红外光电传感器槽体内含面对面的红外发射管和接收管，无阻挡时接收管接收红外光，有物体通过遮挡光路则输出开关控制信号，检测距离仅几厘米。[知识准备]：安防监测系统常用传感器对射型红外光电传感器对射型红外光电传感器原理类似槽型，发射管和接收管距离更大，检测距离可达几米至几十米，检测物通过阻挡光路时输出开关控制信号。反光板反射型红外传感器反光板反射型红外光电传感器将发射器和接收器装在同一装置，前方设反光板，光路被检测物挡住时，收光器收不到光就输出开关控制信号。人体感应红外传感器人体感应红外传感器可探测人体红外热辐射，由透镜、红外热辐射感应器等组成，广泛应用于安防报警、自动照明等智能控制系统。[知识准备]：安防监测系统常用传感器气体传感器

气敏传感器基础介绍气敏传感器可检测气体特定成分并转换为电信号，提供气体存在性及浓度信息，按结构特性可分为七大类。

气敏传感器检测应用常见气敏传感器检测对象涵盖易燃易爆、有毒、环境、工业等类气体，应用于家庭、煤矿、冶金等多场所。

半导体型气敏传感器这类传感器应用广泛，通过半导体与气体作用引发电特性变化来检测气体，分为电阻式和非电阻式两类。

典型气敏传感器特性TGS813可燃气体传感器驱动简单功耗低，对可燃气体敏感度高；MQ135空气质量传感器可监测多种污染气体，应用场景广泛。[知识准备]：安防监测系统常用传感器火焰传感器

火焰传感器核心原理基于红外敏感特性，采用特制红外接收管检测火焰辐射信号，将火焰亮度变化转换为高低电平信号传输至中央处理器处理。

火焰传感器类型划分按火焰光特性分为紫外传感器、红外传感器、紫外/红外混合传感器，还可根据探测波段和防爆类型细分。

火焰传感器应用场景作为感光式火灾探测器，广泛用于消防系统，适用于石油化工等易燃易爆场所，也在发动机、工业锅炉及窑炉等设备的火焰报警系统中发挥作用。

典型红外传感器特性以Flame-1000-D为例，可探测700—1100nm短波近红外线，具备数字、模拟双重输出，满足不同精度需求。

典型红外传感器参数Flame-1000-D探测距离大于1.5m，供电电压3V-5.5V，数字输出依是否检测到火焰切换高低电平，模拟输出随火焰强度变化。[知识准备]：安防监测系统常用传感器烟雾传感器

01气敏烟雾传感简介烟雾传感器可监测烟雾浓度防范火灾，气敏式可将气体信息转电信号，实现检测、监控、报警，还能与计算机组成自动系统。

02常用气敏传感应用不同类型气敏烟雾传感器应用不同，可燃性气体款用于抽油烟机等，一氧化碳款用于多场景泄漏报警，氧传感器多领域需求大，毒性款检测污染气体。

03典型气敏传感参数MQ-2是典型气敏烟雾传感器，探测广、灵敏度高、响应快等，输入电压DC5V，功耗150mA，有AO和DO两种输出及对应接线方式。[知识准备]：安防监测系统常用传感器视觉传感器

光导视觉传感器介绍利用光学元件和成像装置获取环境图像，经处理计算对象物特征量，输出数据和判断结果，常安装在其他机器上传输视觉信息，工作过程含图像检测、分析、绘制、识别。

主流视觉传感器类型目前常用的有光电二极管、位置敏感探测器、光导视觉传感器、CCD图像传感器、CMOS图像传感器及其他摄像元件，CCD和CMOS是典型代表。

CCD传感器详情说明CCD即电荷耦合器，属特殊半导体材料，受光照射时感光单位产生电荷，信号叠加成画面实现光电转换与信号储存，结构分线阵型和面阵型。

CMOS传感器分类特点由光敏二极管、MOS场效应管等在同一芯片集成，按光敏像元结构分光栅型和光电二极管型，按是否有放大功能分无源和有源像素图像传感器。调研表编制背景遵循循序渐进原则，经网络查询安防监测系统功能、常用传感器种类及应用后，完成《智慧园区——安防监测系统功能调研表》。调研表核心内容调研表涵盖目的、时间、地点、内容、方式、人员、成果等项，需填写安防监测系统功能、所需传感器及传感器原理、功能与种类。[实践操作][实践操作]：单项选择题

智慧园区功能考题智慧园区功能考题：选出关于智慧园区功能说法正确的选项，选项为A.感知、B.监测、C.互联、D.智能。

智慧安防系统考题智慧安防系统考题：选出完整智慧安防系统不包含的部分，选项为门禁、报警、控制、监控。

园区常见系统考题请选出下列选项中不属于园区常见系统的一项：A.视频监控系统B.周界报警系统C.全球定位系统D.防火防盗报警系统[实践操作]：单项选择题安防技术类综合考题

安防系统阶段考题题目为判断不属于视频监控系统发展经历阶段的选项，选项含模拟、数字、IP网络、仓储运输。

周界报警技术考题题目为判断不是目前市面周界报警技术的选项，选项有红外对射、电缆传感、电子围栏、报警监控。

视觉传感器流程考题题目为判断不属于视觉传感器工作过程的选项，选项含图像检测、分析、绘制、报警监控。红外传感器选择题属于红外传感器的选项：A.槽型红外光电传感，B.对射型红外光电传感器，C.反光板反射型红外光电传感器，D.人体感应红外传感器气体与火焰传感器题按结构特性，气体传感器分半导体型、接触燃烧式等；按光特性，火焰传感器分紫外、红外、紫外/红外混合式。烟雾与视觉传感器题烟雾传感器主要有离子式、光电式等三种；常用视觉传感器有CCD、CMOS图像传感器等。[实践操作]：多项选择题任务2.2传感器的检测05[任务目标]传感器检测方法认知知晓智慧园区安防监测系统里各类传感器对应的不同检测方法。传感器质量检测掌握学会运用不同检测方法，对智慧园区安防监测系统传感器质量进行检测。综合能力培养目标着重培养学生查阅资料、交流沟通以及团队协作的多方面综合能力。[知识准备]：传感器检测方法

传感器故障检测意义传感器工作中易出现故障，运用有效检测方法可快速定位故障原因，大幅缩短检修时长。

传感器检测核心要求实际检测需结合具体传感器类型，做到快速、准确检测，以此高效排除设备故障。

传感器检测方法引入为助力开展传感器检测工作，接下来将介绍几种在检测中常用的实用方法。[知识准备]：传感器检测方法观察法

静态观察检测法又称断电观察法，在不通电条件下，通过目测查找故障，操作遵循先外后内、循序渐进的原则。

通电观察检测法通过设备带电运行检测故障，需目视查火花冒烟、听运行声音、闻烧焦异味、摸元件温度，多感官协同排查明显故障。[知识准备]：传感器检测方法测量法

电阻测量法说明含在线测量和脱焊测量两种，在线测量受并联支路影响，阻值不大于标称值；脱焊测量操作繁琐但结果准确可靠。电压电流测量法电压测量法是基本常用手段，电压偏离大处多为故障点；电流测量需断开电路串入万用表，电流异常处多为故障点。波形测量法介绍运用示波器将传感器输出电流或电压以波形显示，根据波形有无、大小及是否失真来判断故障。[知识准备]：传感器检测方法

“串口调试小助手”法以M3主控模块传感器检测为例，"串口调试小助手"法含装传感器、烧程序等五步替代法替代法：用同规格、性能好的元器件或电路，代换故障电器上可疑且难测的部位，以此判断故障。[知识准备]：传感器质量检测

检测系统搭建逻辑需结合检测目的与实际情况确定可行检测方法，再匹配合适技术工具，组成完整检测系统开展检测。

传感器检测方法示例以新大陆智能安防监测系统的两种传感器模块为例，介绍传感器的“串口调试小助手”质量检测法。[知识准备]：传感器质量检测火焰传感器的质量检测方法

红外火焰传感器检测Flame-1000-D红外火焰传感器采用“串口调试小助手”五步检测法，出现对应数据则模块质量可用。可燃气体传感器检测针对甲烷、丙烷等灵敏的TGS813可燃性气体传感器，通过“串口调试小助手”五步法，出现对应数据则质量可用。[知识准备]：[实践操作]

任务分析与分解遵循循序渐进、先易后难原则，分解安防检测系统传感器调研任务，拟制对应表格

实训任务核心内容于物联网××实训室开展实训，需查安防传感器种类，完成烟雾传感器检测、记录等工作传感器检测常用方法传感器检测常用方法包含观察法、电阻测量法、替代法等，观察法又分为静态观察法与动态观察法。静态观察法要点静态观察法即断电观察法，需在不通电条件下，通过目测查找传感器相关电路的故障。电阻测量法分类电阻测量法分为“电阻在线测量法”和电阻离线测量法，后者需将被测元器件从电路中断路后用万用表测电阻。电压与波形测量法电压测量法通过万用表测疑似故障点电压，偏离正常值较大处即为故障点；波形测量法用示波器将传感器输出的电流或电压以波形显示。[知识准备]：[交互式练习测试题]填空题[知识准备]：[交互式练习测试题]单项选择题

传感器观察法考题考查传感器观察法类别，选项含静态观察法、电阻测量法、电压测量法、电流测量法。

传感器检测方法考题考查测量法检测传感器质量的类别，选项含替代法、观察法、外观法、电阻测量法。

电阻测量法操作考题考查电阻测量法的操作内容，选项含通电测波形、通电测电压、测量在线电阻、通电测电流。

电流测量法步骤考题考查不属于电流测量法的操作步骤，选项含给传感器通电、正确连接、选合适量程、通电测电压。

串口调试步骤考题考查“串口调试小助手”五步法步骤，选项含给传感器通电、正确连接、烧写程序、通电测电压。任务2.3智慧园区安防监测系统开发环境搭建及运用[任务目标]掌握KeilMDK开发环境配置及工程操作，掌握STM32单片机结构、引脚、存储、时钟与复位电路、I/O模式。任务2.3智慧园区安防监测系统开发环境搭建及运用：[知识准备]

KeilMDK的开发环境介绍搭建前物料准备需从KeilMDK官网获取MDK安装包、注册机软件，以及适配STM32F1系列的开发支持包。MDK软件安装流程双击安装包启动安装，设置Core和Pack路径，填写注册信息，完成安装后关闭相关弹窗。器件包安装与注册可选择离线双击Pack包或在线通过软件更新按钮安装STM32器件支持包；以管理员模式运行软件，复制CID到注册机生成激活码完成注册。新建工程操作步骤打开Keil5新建工程并命名保存，选择STM32F103VE单片机型号，手动添加Device-Startup配置运行环境。工程配置与文件创建配置工程时勾选微库和生成HEX文件选项，选择对应仿真器型号；新建.c文件并添加到工程，编写main函数编译验证。任务2.3智慧园区安防监测系统开发环境搭建及运用：[知识准备]单片机的硬件系统

STM32基础概况STM32是意法半导体的微控制器系列，该公司1987年成立，1998年更名，现为世界大半导体公司之一，STM32基于ARMCortex内核，分多个产品系列，性价比高。单片机核心定义单片机又称单片微控器，是集成式电路芯片，内部由CPU、存储器、可编程IO口、定时/计数器等部件构成。STM32结构详情分增强型和通用型系列，有丰富GPIO接口，含80个兼容5V的通用I/O口，可配置16个外部中断，集成2个12位模数转换器和温度传感器。任务2.3智慧园区安防监测系统开发环境搭建及运用：[知识准备]

STM32引脚功能引脚分电源、时钟、控制、特殊功能四类，数量因型号而异，可编程配置功能，满足多类应用需求。

STM32存储结构以STM32F103VET6为例，它是32位高密MCU，含512kB闪存，搭载ARMCortex内核，运行频率72MHz，有多种通讯接口。

时钟与复位系统时钟系统有HSI、HSE、LSI、LSE、PLL五个时钟源，复位支持系统复位、上电复位、备份区域复位三种形式。

并行I/O口工作模式STM32的I/O口共8种工作模式，包含4种输入模式和4种输出模式，不同模式适配不同外部信号交互需求。任务2.3智慧园区安防监测系统开发环境搭建及运用：[实践操作]前期准备与软件安装基于智慧园区安防监测资料，安装KeilMDK软件，完成建区、建工程等操作及相关表格编制实训操作记录要求完成KeilMDK软件安装并记录步骤；完成工作区、工程、文件相关操作并截图入表任务2.3智慧园区安防监测系统开发环境搭建及运用：[交互式练习测试题]

填空题开发环境搭建要点KeilMDK开发环境搭建步骤含准备环节；开发软件使用涵盖新建工程、新建文件等操作。工程操作具体流程新建工程需单击Project下级对应菜单，新建文件单击File下级对应菜单，魔术棒配置后可在工程文件上操作添加文件。STM32IO口模式考点STM32的IO口共8种工作模式，其中上拉和下拉输入模式为两类特定的输入工作模式。单项选择题1.安防监测系统串口调试需设：正确COM号、8位数据位、115200波特率2.单片机I/O口指输入输出端口任务2.3智慧园区安防监测系统开发环境搭建及运用：[交互式练习测试题]【项目实施】06项目实施要求

系统搭建部署基于RS-485总线通信系统搭建智能安防系统，由一个主机、两个从机构成通信网络，上位机装“USB转485”转换器连接从机，从机节点连传感器。

系统配置调试完成程序烧写和端口地址配置，搭建好系统后利用串口助手进行数据查看，验证系统运行状态。单片机选择根据本项目需要，选择基于STM32的M3主控模块。传感器的选择本项目需要选择Flame-1000-D火焰传感器和TGS813可燃气体两种传感器。实施步骤实施步骤：节点固件的下载1）传感器的安装

选取两个“M3主控模块”作为从机，按插针差异，将火焰、可燃气体传感器分插于不同模块板上。实施步骤：节点固件的下载2）hex文件烧写

从机硬件烧写设置先将M3主控模块板的JP1拨码开关由“NC”拨向“boot”模式，完成烧写前的硬件设置。从机软件参数配置使用ST官方ISP工具“FlashDownloadDemostrator”，配置串行通信口及波特率，选择MCU型号STM32F1_High-denity-512k。从机固件下载操作配置完成后选择后缀为.hex的固件文件，点击“Next”开始下载，完成后出现绿色条框即烧写完成，重复操作完成另一从机下载。主机程序烧写操作按照从机固件下载的上述步骤，完成安防监测系统M3主控模块主机节点程序的烧写。实施步骤：节点配置

切换从机拨码模式首先，将从机M3主控模块板的JP1拨码开关由“boot”拨向“NC”模式。

打开配置工具并连接双击打开“M3主控模块配置工具”，选COM3口并勾选“485协议”，再打开连接以配置RS-485节点

配置从机节点1参数配置从机节点1参数：节点地址设为“0x0001”，传感器类型设为“火焰传感器”，单击设置完成配置。

配置从机节点2参数参照前述步骤配置从机节点2，将其地址设为“0x0002”，连接传感器类型设为可燃气体传感器。实施步骤

硬件搭建根据如图2-4-6所示的智能安防系统的硬件接线图，断电的情况下进行系统的搭建。

安防监测系统功能验证先以万用表检测断电电路故障，再调试串口助手参数，验证模块及数据传输正常。结果评估

优秀小组演示要求选出优秀小组在NEWLAB上演示智能安防系统，并现场对系统功能进行介绍。

操作故障记录要求各项目组利用截屏软件记录操作步骤，同时对出现的故障原因进行分析记录。

成果汇报形式要求所有小组需将相关结果制作成幻灯演示文稿，完成最终的成果汇报。【拓展阅读】07【拓展阅读】

传感器行业发展趋势随智能制造和物联网发展，传感器作为数据采集入口作用凸显，万物互联时代其市场需求将急剧增加，应用向MEMS传感器转移。

MEMS压力传感器优势相比传统传感器，MEMS压力传感器具备体积小、重量轻、功耗低、响应短、可批量化生产、成本低、易于集成等优点，契合物联网发展需求。MEMS基本结构MEMS基本结构分为传感器、执行器、信号处理单元以及通讯接口单元，其基本结构如图2-4-8所示MEMS压力传感器的分类

按工作原理分类可分为物理传感器、化学传感器和生物传感器，是MEMS压力传感器的分类方式之一。

按作用原理分类主要有压阻式、电容式、谐振式、压电式四种，其中压阻式因成本低、成熟度高成主流类型。MEMS压力传感器技术发展趋势

01穿戴设备应用突破2010至2025年，NB-IoT、LTE-V等低功耗通信技术商用，MEMS压力传感器在智能穿戴设备领域实现突破性发展，成为物联网感知层核心元器件。

02国产企业发展态势国内歌尔股份、瑞声科技等龙头企业积极布局MEMS芯片设计，国产企业虽起步晚，但凭工匠精神、技术创新与市场拓展缩小和国际厂商差距。

03产业未来发展展望随着5G+AIoT技术深度融合，中国MEMS产业有望在新型材料应用、智能化升级等方向实现新突破。THEEND谢谢项目3智慧交通——道路环境监测系统CONTENTS目录01

【项目描述】02

【项目要求】03

【学习目标】04

任务3.1智慧交通——道路环境监测系统的功能调研05

任务3.2传感器的选型CONTENTS目录06

任务3.3系统监测终端节点功能实现07

【项目实施】08

【拓展阅读】09

【项目总结】【项目描述】01交通安全隐患多

交通供需矛盾隐患社会进步交通发展带来出行便利，但汽车等交通工具增多，导致道路日渐拥挤，交通发展与安全矛盾加剧。恶劣天气影响安全大雾、降雨降低能见度，雨雪致路面湿滑，强风影响车辆稳定性，结冰霜冻降摩擦系数，高温易引发爆胎，均存安全隐患。道路环境监测重要性

监测系统组成架构由分布在高速公路沿线的若干个自动气象站联网组成，构建道路环境监测系统。

监测核心内容范围对高速公路沿线车流量、能见度、风况、温湿度、雨量及路面温度、干湿、结冰状况等自动监测。

监测信息应用价值实时监控路面与气象信息，及时传至监控中心，通过平台或显示屏发布，提醒驾驶员保障交通安全畅通。【项目要求】02工作任务

电路与系统搭建构建STM32单片机控制的最小环境监测电路，搭建基于CAN总线的物联网控制系统。

数据传输与系统功能通过CAN总线汇总道路环境监测数据，实现终端数据采集和上传的功能。

实验操作与调试在实验板上搭建电路，下载相关应用编程软件，完成系统的编程调试与维护测试。学习产出

本项目学习结束后，提交道路环境监测系统硬件搭建电路照片，截取采集到的终端数据图片【学习目标】03知识目标传感器认知要求能说出声音、空气质量、风速/风向传感器的功能，明确其适用应用场景。传感器实操能力能够依据项目实际需求，完成传感器的选型、配置与测试工作。传感器全流程认知知晓传感器选型依据，掌握数据采集、传输及调试运维的相关方法。技能目标

道路监测系统操作能分析道路环境监测系统功能，使用单片机完成各类传感器数据的采集与传输工作。CAN总线应用能力能运用CAN总线搭建开发环境并开展相关运用，还可根据系统需求开发设计环境监测终端。素质目标

培养学生安全防范意识，进而尊重生命、热爱生命

培养严谨的科学态度和精益求精的工匠精神

培养学生团结合作、信息处理的能力任务3.1智慧交通——道路环境监测系统的功能调研04[任务目标]

系统功能认知目标能分析道路环境监测系统的功能，知晓该系统所需配备的各类传感器。

传感器技能掌握掌握道路环境监测所需传感器的具体功能，熟悉其实际应用场景与方式。

综合能力培养培养学生查阅资料、交流沟通以及团队协作的多方面综合能力。[知识准备]：智慧交通概述

智慧交通发展溯源智慧交通前身是美国20世纪90年代初提出的智能交通，中国相关建设起步晚，其演变分三阶段。智慧交通核心定义是在交通领域运用物联网、云计算等新一代信息技术，对交通全领域及建设管理全过程进行管控支撑的新服务体系。智慧交通功能价值能让交通系统具备感知、互联、分析等能力，保障交通安全，发挥设施效能，提升运行效率与管理水平，服务出行与经济发展。[知识准备]：智慧交通概述智慧交通核心定义[知识准备]：智慧交通概述智慧交通系统与应用

智慧交通系统构成主要包含交通信息采集、处理分析、信息发布系统，各部分密不可分、相互协调，推动其应用范围不断扩大。

智慧交通发展现状我国已从探索进入实际开发应用阶段，按空间分为城市内部与城际交通，落地应用集中于三类交通信息化领域。[知识准备]：道路环境监测系统功能系统定位与作用

监测系统布设与监测作为智慧交通重要部分，按点布设监测站，实时自动监测道路沿线噪声、空气质量、风向、风速、降雨量、能见度、路面状况等。监测数据传输与作用通过有线或无线通讯将采集数据和现场视频传至本地控制器或指挥中心，为驾驶提供辅助、为道路管理提供精准决策数据。[知识准备]：道路环境监测系统功能系统组成与采集设备道路环境监控系统由信息采集、发布、处理单元组成，信息采集需多种监测传感器。[知识准备]：常用传感器声音传感器

声音基础与采集原理声音是物体振动产生的声波，经介质传播可被感知，声传感器能将声信号转换为电信号，供后续电路采集传感数据。

常用声传感器类型按换能原理分为电容式、压电式和电动式，典型应用为驻极体电容式、压电驻极体电声和动圈式器件，具备结构简单、性能稳定等优点。

电容式驻极体传感器分为振膜式和背极式，背极式性能更优，无需外加极化电压，振膜受声波策动产生微小电流，经放大形成音频电压信号，具寿命长等诸多优势。

压电驻极体传感器利用压电效应实现声电变换，采用多孔聚合物压电驻极体薄膜，取消空气共振腔，体积小、零件少、成本低，电荷稳定，应用范围广。

动圈式传感器原理及地位基于导体在磁场中振动产生感应电动势的原理，导体为线圈时即为动圈式，是目前使用最为广泛的声音传感器。[知识准备]：常用传感器气敏传感器

半导体气敏传感器利用待测气体与金属氧化物半导体接触时的物性变化检测气体，分表面/体控制型、电阻/非电阻型两类，各有不同作用机制。

接触燃烧式传感器通过与可燃气体接触检测，分直接和催化燃烧式，利用铂电热丝等气敏材料遇可燃气体燃烧升温致电阻变化，只对可燃气体敏感。

固体电解式气敏传感器以固体电解质为气敏材料，气体通过时产生离子形成电动势，通过测量电动势来测定气体浓度。

空气质量传感器应用是空气净化器及新风系统的重要组成部分，可监测温湿度、气压、PM2.5等，以及氧气、二氧化碳等多种气体浓度。[知识准备]：常用传感器其它传感器

位移传感器介绍又称线性传感器，属金属感应线性器件，分模拟式和数字式，线性差动变压器（LVDT）优势突出，应用广泛。

风速传感器说明用于测量风速，分机械式、超声波式，外形小巧，壳体防雨水耐腐蚀，适用于气象、农业、船舶等室外领域。

风向传感器详情以风向箭头探测风向，分光电式、电压式等，结构含风杯、主体等，抗干扰耐恶劣环境，应用于多领域。

速度传感器分类含线速度和角速度传感器，非接触式的激光测速、雷达测速应用广泛，可满足不同场景测速需求。系统调研任务安排需完成道路环境监测系统功能调研，介绍常用传感器功能与作用，先开展资料查询、收集及分析对比工作。调研内容成果呈现要完成资料收集整理并形成表3-1，调研涵盖系统功能、所需传感器及常用传感器功能种类等内容。调研基本信息说明调研地点为物联网××实训室，采用上网搜索资料的方式，涉及负责人与成员两类调研人员。[实践操作][实践操作]：填空题

智慧交通系统构成当前所提供的智慧交通系统原文仅提及包含三类系统，但未明确具体系统名称，暂无法提炼出完整的构成内容。

道路环境监测系统说明道路环境监测系统，可实时自动监测道路沿线及路面状况，主要含信息采集、发布、处理等单元

声音传感器基础介绍声音传感器可将外界作用于它的信号转换成相应电信号，输送给后续电路实现传感数据采集。

声传感器分类及原理常用声传感器按换能原理大体分3类，压电驻极体声传感器利用相关特性实现声电/电声变换。[实践操作]判断题1.判断驻极体声传感器分类及背极式是否更优2.判断MP9767声传感器是否为空气质量传感器3.判断位移传感器是否测速度加速度4.判断风向传感器类型及是否常与风速传感器同用简答题什么是智慧交通？2、空气质量传感器主要检测哪些？任务3.2传感器的选型05传感器知识掌握需熟悉传感器技术指标，明确声音传感器MP9767、空气质量传感器MQ135的具体参数，为搭建做准备。培养学生团队协作与问题解决能力，助力完成相关实践任务。实践能力培养聚焦学生团队协作能力打磨，同步锻炼其在实践过程中分析、解决问题的综合能力。[任务目标][任务目标]：传感器的技术指标

技术指标核心作用是表征传感器产品性能优劣的客观依据，看懂技术指标有助于正确选型和使用该产品。

静态指标相关说明考核被测静止不变条件下的性能，具体包括分辨力、精确度、灵敏度、线性度、漂移、阈值、量程、蠕变、稳定性等。

动态指标相关说明考察被测量快速变化条件下的性能，主要包含频率响应、阶跃响应等两类指标。[任务目标]：传感器的技术指标基本工作参数

传感器供电要求多数传感器需供电，典型为5V，电压过低会致数据异常甚至无数据，过高会造成不可逆损坏。

传感器输出信号说明输出信号是系统处理后的结果，可提供开关量信号控设备动作，形式多样，可从多维度分类，传感器输出分三类信号。[任务目标]：传感器的技术指标传感器的静态指标

静态特性核心定义传感器静态特性指静态输入信号下，输出量与输入量之间的相互关系，含线性度、灵敏度等多项指标。

重点指标详解主要介绍量程、灵敏度、分辨力、精确度和漂移，含各指标的定义、特性及应用相关说明。[任务目标]：传感器的技术指标传感器的动态指标动态特性核心定义传感器动态特性指对快速变化输入信号的响应能力，用于评估动态测量的准确性与实时性，核心指标为频率和阶跃响应。频率响应特性参数指正弦波输入下输出与输入的幅值比、相位差随频率变化的特性，适用于周期性信号，关键参数含通频带、幅值误差、相位滞后。阶跃响应特性参数指阶跃输入下输出随时间变化的过程，适用于瞬态信号，关键参数含上升时间、调节时间、过冲量。传感器类型选定需结合测量对象与环境，分析多方面因素确定传感器原理类型，再考量其具体性能指标。灵敏度选择要点在线性范围内，传感器灵敏度越高越好，对应被测量变化的输出信号更大，更利于信号处理。频率响应特性要求其频率响应特性决定被测量的频率范围，需在允许频率内保持不失真测量，且希望响应延迟时间越短越好。[任务目标]：传感器的技术指标传感器选型依据[任务目标]：传感器的技术指标

线性范围与量程线性范围指输出输入成正比的范围，此范围内灵敏度恒定，线性范围越宽量程越大，选传感器先看量程是否满足需求。

传感器精度选择精度是重要性能指标，关系整个测量系统精度，只需满足系统精度要求即可，不必过高，可选便宜简单的传感器。

传感器稳定性要求稳定性指传感器使用后性能保持不变的能力，受自身结构与使用环境影响，需具备较强环境适应能力。[任务目标]：道路环境监测系统传感器选型举例声音传感器选型

声音传感器特性说明以MP9767为例，其灵敏度-48~66dB，频响50~20KHz，全指向低阻抗，最大电流500μA，工作电压3V。声音采集电路及原理典型采集电路含放大与比较模块，调节VR1设阈值，通过比较器输出电平信号，可接入微控制器或控制模块。[任务目标]：道路环境监测系统传感器选型举例空气质量传感器选型

传感器工作原理MQ135采用清洁空气中电导率较低的二氧化锡为气敏材料，污染气体浓度增加时其电导率增大，可通过简单电路转换为对应输出信号。传感器特性与应用驱动电路简单，寿命长、功耗低，对氨气、硫化物、苯系蒸气等灵敏度高，多用于空气质量检测、有害气体报警及空气设备控制。传感器技术参数涵盖产品类型、封装、检测气体与浓度，还有回路电压、加热电压等电路条件，以及加热电阻、灵敏度等元件特性参数。传感器测试电路需施加加热器电压VH和测试电压VC，VH可用交直流电源提供工作温度，VC须用直流电源，VRL为负载电阻RL上的电压。调研核心任务说明需完成道路环境监测系统传感器调研及传统传感器应用介绍，先开展资料查询、收集与分析对比，再完成资料整理展示（表3-4）。任务基础信息梳理于物联网××实训室，通过实训操作，完成道路环境监测系统传感器的选型相关任务选型相关待填项说明需列出道路环境监测系统传感器的选型依据，列出道路环境监测系统传感器的具体规格型号[实践操作][交互式练习测试题]填空题型设置包含两类题目，一是询问传感器技术指标的分类，二是列举传感器的多项静态指标。判断题型设置涵盖传感器供电要求、空气质量传感器类型、静态特性核心指标、动态指标内容、典型供电电压五方面判断。传感器静态指标A、精确度B、频率响应C、阶跃响应D、漂移传感器动态指标A、分辨力B、精确度C、灵敏度D、频率响应传感器选型要点A、传感器的类型B、传感器的灵敏度C、传感器的稳定性D、传感器的精度任务3.3系统监测终端节点功能实现06任务3.3系统监测终端节点功能实现硬件配置学习目标

熟悉道路环境监测系统中STM32F103ZET6的IO口、串口及二者的配置方法。接口与调试要求

掌握传感器与单片机的接口电路，完成基于串口的系统功能调试操作。综合能力培养

在任务实施过程中，锻炼团队协作能力，提升解决实际问题的能力。单片机的IO技术：单片机的GPIO口介绍GPIO口基础说明GPIO即通用型输入输出口，功能类似8051的P0—P3口，引脚可程控，能实现与外部通讯、控制或数据采集功能。STM32F103ZET6概况该芯片搭载72MHz的ARMCortex-M3内核，有高速嵌入式存储器，外设丰富，工作温度和电压范围宽，应用场景广泛。芯片GPIO口配置此144脚芯片含7组GPIO口，每组16个，可简称为PAx至PGx，x取值为0-15。GPIO口工作模式IO口输入、输出各有四种模式，共八种，涵盖模拟输入、浮空输入、开漏输出、复用推挽输出等类型。单片机的IO技术：单片机的GPIO口介绍

输入模式模拟输入（GPIO_Mode_AIN）、浮空输入（GPIO_Mode_IN_FLOATING）、下拉输入(GPIO_Mode_IPD)、上拉输入(GPIO_Mode_IPU)单片机的IO技术：单片机的GPIO口介绍输出模式

GPIO输出模式分类包含开漏输出、推挽输出、复用开漏输出、复用推挽输出四种类型，各对应图示说明。

GPIO核心特性说明支持2MHz、10MHz、50MHz三种最大翻转速度，I/O口寄存器需按32位字访问。

两类输出模式差异开漏输出无法直接输出高电平，需外部上拉，无外部上拉时为0或悬空；推挽输出可输出高低电平。

复用模式含义解读纯GPIO口无需考虑复用，若配置为串口、I2C、ADC、SPI等外设功能，则需启用复用模式。

GPIO配置操作方式通过编程相关寄存器设定功能，还可借助STM32CubeMX工具可视化配置，如设置PE6引脚为LED2的GPIO输出。单片机的IO技术：单片机的串口介绍USART/UART介绍

USART与UART定义USART是通用同异步收发器，UART是通用异步收发器，UART裁剪了USART的同步通信功能，仅保留异步通信。

USART功能特性可实现全双工数据交换，支持宽范围波特率选择，还支持同步单向、半双工单线通信，以及LIN、智能卡协议、调制解调器操作和多处理器通信。

STM32F1串口配置该系列微控制器含3个USART和2个UART，USART1挂载APB2总线，最高72MHz，其余挂载APB1总线，最高36MHz。

串口通信方式差异异步通信无需传递时钟信号，如RS232，实际应用更常用；同步通信则需要发送时钟信号。

串口引脚分布特点STM32F103VET6的USART/UART引脚有明确分布，除UART5外，其他收发器功能引脚有多个选择，便于PCB布线。单片机的IO技术：单片机的串口介绍配置USART外设的工作参数

01USART1图形化配置展开“Pinout&Configuration”标签页左侧“Connectivity”选USART1，配置为异步模式，打开参数配置标签设置波特率、数据方向，查看已配置引脚。

02串口查询式配置步骤先配置串口及对应I/O口时钟，再将I/O口设为复用推挽输出、输入悬空输入，接着配置串口参数，最后打开串口。单片机的AD技术

A/D与D/A转换器作用数字技术普及下，模拟量需转数字量供计算机处理，处理后数字量也需转模拟量，A/D、D/A转换器是二者间的桥梁器件。

A/D与D/A转换器定义模数转换器即A/D转换器，将模拟量转数字量；数模转换器即D/A转换器，将数字信号转模拟信号，二者是信息系统必备接口电路。

A/D转换核心过程模数转换包含采样、保持、量化和编码四个过程，部分过程可合并进行，如采样与保持、量化与编码可同步完成。转换精度STM32的ADC为12位逐次逼近型模数转换器，一般至少有ADC1，部分型号还配有ADC2。通道数ADC1共18个通道，含16个外部信号源、2个内部信号源，支持多种转换与结果存储模式。ADC含模拟看门狗STM32的ADC模拟看门狗，可检测输入电压是否超用户设定阈值，超阈值即置位AWD状态位。单片机的AD技术：ADC的基本特性单片机的AD技术：ADC的基本特性转换速度

ADC时钟参数要求ADC的输入时钟不得超过14MHz，该时钟由PCLK2经分频产生，需留意此参数限制。

ADC转换时间详情不同型号单片机在对应系统时钟下有不同最高转换时间，增强型、基本型、USB型产品各有具体数值标准。单片机的AD技术：ADC的基本特性

供电电压与参考电压ADC供电2.4V-3.6V，输入范围VREF-≤VIN≤VREF+，不同封装参考电压接法不同，2.4V参考时数字量=VIN/2×44096

规则通道转换期间有DMA（直接存储器存取控制器）请求产生。仅ADC1有此功能单击此处添加项正文ADCCLK时钟来源ADCCLK最高可达14MHz，源自经分频器的PCLK2（2、4、6、8分频），再经ADCPrescalers分频得到ADC转换时间构成整个转换时间＝采样时间＋12.5个周期（固定时间）采样时间设置说明采样时间可通过设置寄存器ADC_SMPR1的SMPx[2:0]选通道x采样周期，共8种，优先选大的以提升ADC稳定性与精确度。转换时间计算示例以14MHz时钟、1.5个采样周期为例，转换周期为14个时钟周期，换算后为1μs，其他情况可依此推算。单片机的AD技术：ADC采样周期与转换时间单片机的AD技术：规则组、注入组STM32的ADC1有16个外部通道，它们可被分成两组：规则组和注入组

何为规则组、注入组规则组：STM32ADC按指定顺序循环转换的指定通道组。注入组：可中断规则组转换的临时通道组。单片机的AD技术：规则组、注入组规则组、注入组各自的特性

规则组配置说明由多达16个转换组成，通道及转换顺序在ADC_SQRx寄存器选择，转换总数写入该寄存器L[3:0]位。注入组配置说明由多达4个转换组成，通道及转换顺序在ADC_JSQR寄存器选择，转换总数写入该寄存器L[1:0]位。寄存器更改影响若ADC_SQRx或ADC_JSQR寄存器在转换期间更改，当前转换会被清除，将发送新启动脉冲转换新选择组。内部通道特性内部温度传感器连ADCx_IN16，内部参照电压VREFINT连ADCx_IN17，仅ADC1有这两个通道，可按注入或规则通道转换。两组功能应用举例规则组可作为常规采集的“主业”，注入组作为临时监控的“副业”，启动注入组转换时规则组会暂停，完成后再继续。单片机的AD技术：规则组、注入组STM32的ADC的程序流程与编程要点

01ADC转换模式说明STM32的ADC有单次转换与连续转换两种模式，单次转换仅执行一次，连续转换完成即启动下一次。

02ADC程序操作流程以ADC1为例，需开启ADC1与对应GPIO时钟并配置引脚，设置分频因子、工作模式等参数，使能转换器，完成校准后读取AD值。

03ADC库函数要点ADC库函数在“stm32f10x_adc.h”和“stm32f10x_adc.c”中，需掌握转换模式、外部触发模式、数据对齐方式等关键函数配置。

04多通道数据传输多通道转换后数据存储有特定规律，如两通道转换时，数组偶数位与奇数位分别对应不同通道数据，需注意该存储规则。核心任务概述需完成STM32F103ZET6的IO口、串口及配置，传感器与单片机接口电路、串口系统调试，以及资料收集整理展示任务基础信息任务目的：熟悉STM32F103ZET6相关配置，掌握通信与ADC配置；于指定日期在物联网实训室实训操作实训操作内容使用STM32CubeMX工具完成GPIO、USART、ADC图形化配置，生成初始化代码框架，绘制节点软件功能流程图单片机的AD技术：[实践操作]单片机的AD技术：[交互式练习测试题]

填空题部分STM32F103ZET6的IO口4种输入模式；ADC基本特性含分辨率等；ADC1分两组通道。单片机的AD技术：[交互式练习测试题]判断题部分

输出方式判定题推挽输出是STM32四种输出方式之一，可输出高、低电平，需判断表述正误。

GPIO翻转速度考题两道题目提及GPIO支持2MHz、10MHz、50MHz三种最大翻转速度，其中一题单位书写有误，需判断正误。

通信方式差异考题包含同步与异步通信的区别判断，以及RS232（UART）采用异步传输、无需传递时钟信号的表述判断。【项目实施】07基础电路构建需搭建STM32单片机控制的最小环境监测电路，以此为基础搭建基于CAN总线的物联网控制系统。系统调试与测试在实验板上完成电路搭建，下载应用编程软件调试编程，实现道路环境监测系统终端数据采集和上传功能。CAN总线数据传输依托CAN总线进行数据汇总，完成物联网控制系统的搭建、测试与维护，保障系统稳定运行。道路环境监测系统功能实现道路环境监测系统功能实现系统搭建需搭建基于CAN总线的道路环境监测系统，含上位机、网关、CAN节点、三类传感器及调试器。道路环境监测系统功能实现：基于云平台的空气质量、光照、声音检测节点功能实现

操作步骤）主控模块配置将M3主控模块板的JP1拨码开关拨向“boot”模式，采用智慧盒烧写设置（如图3-4-2）配置串通与Flash参数用ST官方ISP工具“FlashDownloadDemostrator”下载固件，需配置串口号、波特率，选STM32F1_High-denity-512k型号后点Next选择需要下载的固件配置好串通与Flash参数后，点击指定按钮选对应后缀固件，点Next下载，终端与网关仅选文件不同。节点配置用M3主控模块配置工具，勿选485协议，开连接，配节点地址与传感器类型：模块1设0x0001+光照传感器，节点2设0x0002+空气质量传感器。道路环境监测系统功能实现：基于云平台的空气质量、光照、声音检测节点功能实现

新建项目云平台ApiKey管理登陆云平台，进入“开发者中心”-“开发设置”，确认ApiKey是否过期，过期则重新生成。云平台项目创建进入“开发者中心”单击“新增项目”，在对话框填充信息，设置项目名称为“道路环境监测系统”，选智慧城市行业、以太网联网方案后单击下一步。道路环境监测系统功能实现：基于云平台的空气质量、光照、声音检测节点功能实现

添加设备项目新建后，可添加设备，需设置设备名称、通讯协议、设备标识，记下设备ID等信息用于网关配置。道路环境监测系统功能实现：配置物联网网关接入云平台

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