传感器与检测技术 11环境监测系统设计与实现

传感器与检测技术环境监测系统设计与实现——项目导入项目导入环境监测装置知识目标能力目标素质目标知识技能素质设计任务与系统分析硬件电路设计软件系统设计项目实施

WiFi模块网络接入网络监测传感器数据项目拓评项目小结项目评价传感器与检测技术环境监测系统设计与实现——项目导入11.1项目导入10.1项目导入一、案例介绍9.1项目导入二、教学目标1）熟悉测控系统分析与设计方法。2）熟悉常用的温度传感器、湿度传感器、光照传感器、PM2.5传感器性能及应用，知道传感器性能测试与分析方法。3）熟悉测量电路的应用与设计，掌握测控系统的组成与组装，掌握针对传感器的程序设计。4）熟悉测控系统调试方法。知识目标1）会根据要求分析和设计测控系统，会根据系统要求和环境条件选择合适的传感器。2）会根据传感器产品手册测试传感器性能，能根据功能和性能要求设计传感器应用电路。3）能根据图纸组装测控系统，能根据传感器的通信协议和数据格式对传感器进行程序设计。4）能利用测量工具对测控系统进行参数测量和系统调试。能力目标1）培养学生善于思考、勤于总结的良好习惯。2）培养学生崇尚劳动、乐于奉献的高尚品质。3）提升学生规则意识，养成爱岗敬业的职业规范。4）培养学生精益求精、敢于创新的工匠精神。素质目标传感器与检测技术环境监测系统设计与实现——相关知识与技能：设计任务与系统分析11.2相关知识与技能11.2.1设计任务与系统分析

一、主要功能和指标（1）实现空气温度、湿度、可吸入颗粒物（PM2.5）和光照强度的预警监测（2）实现多变量检测和显示功能（3）并能实现按键设置、变量超标报警二、拓展指标（1）能够显示电子日历及时钟（2）为了更方便地异地检测数据，本项目还需实现联网功能11.2.1设计任务与系统分析三、总体设计小组讨论如何实现所要求的功能和性能，给出系统框图，分析模块功能，资料查询，选择器件与参数计算传感器与检测技术环境监测系统设计与实现——相关知识与技能：硬件电路设计11.2相关知识与技能11.2.2硬件电路设计一、MCU及外围电路设计11.2.2硬件电路设计二、温湿度检测电路设计11.2.2硬件电路设计三、PM2.5检测电路设计11.2.2硬件电路设计三、PM2.5检测电路设计11.2.2硬件电路设计四、光照检测电路设计数字光强度检测模块BH1750FVI光敏二极管模数转换获取16位数字数据外部接线：5个端子11.2.2硬件电路设计五、显示电路设计11.2.2硬件电路设计六、时钟模块电路设计11.2.2硬件电路设计七、WiFi模块电路设计11.2.2硬件电路设计八、WiFi模块电路设计11.2.2硬件电路设计九、按键及报警模块传感器与检测技术环境监测系统设计与实现——相关知识与技能：软件系统设计11.2相关知识与技能11.2.3软件系统设计一、主函数设计11.2.3软件系统设计二、温湿度检测程序DHT11的传输时序DHT11数据结构11.2.3软件系统设计三、PM2.5检测程序起始位Vout(H)Vout(L)Vref（H）Vref（L）校验位结束位0xaa如：0x01如：0xe0如：0x00如：0x7a如：0x5b0xff串口1中断服务程序流程GP2Y1050AU0F串口数据发送格式11.2.3软件系统设计四、光照检测程序从机地址I2C总线结构11.2.3软件系统设计四、光照检测程序起始信号和终止信号I2C总线的数据传送11.2.3软件系统设计四、光照检测程序主机在第一个字节后，立即从从机读数据字节传送与应答在传送过程中，当需要改变传送方向时，起始信号和从机地址都被重复产生一次，但两次读/写方向位正好反相主机向从机发送数据高字节数据和地字节数据分别保存在数组BUF的BUF[0]和BUF[1]中，比如当数据为高字节“10000011”和低字节“10010000”，那么光照强度为（215+29+28+27+24）/1.2≈8067[lx]11.2.3软件系统设计五、显示模块程序LCD12864串行数据传输时序11.2.3软件系统设计五、显示模块程序字符显示区域地址11.2.3软件系统设计六、时钟模块程序DS1302的时钟寄存器读写BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0范围81h80hCH10秒秒0-5983h82h

10分分0-5985h84h12/2(—)4(—)010时时1-120-23A(——)M(——)/PM87h86h0010日日1-3189h88h00010月月1-128Bh8Ah00000周几1-78Dh8Ch10年年0-998Fh8EhWP0000000—91h90hTCSTCSTCSTCSDSDSRSRS—DS1302控制字11.2.3软件系统设计六、时钟模块程序DS1302写入一个字节的时序图DS1302读出一个字节的时序图11.2.3软件系统设计七、WiFi模块程序串口2寄存器助记符地址寄存器名76543210设置值S2CON9Ah串口2控制寄存器S2SM0S2SM1S2SM2S2RENS2TB8S2RB8S2TIS2RI0000,0000S2BUF9Bh串行口2数据寄存器

xxxx,xxxxBRT9Ch独立波特率发生器定时器,装入重装载数

0000,0000AUXR8Eh辅助寄存器T0x12T1x12UART_M0x6BRTRS2SMODBRTx12EXTRAMS1BRS0000,0000IE2AFh中断使能2

ESPIES2xxxx,xx00IP2B5h第二中断优先级

PSPIPS2xxxx,xx00IPH2B6h第二中断优先级低寄存器

PSPIHPS2Hxxxx,xx00AUXR1A2h辅助寄存器1

PCA_P4SPI_P4S2_P4GF2ADRJ

DPS0000,000011.2.3软件系统设计七、WiFi模块程序串口2工作方式传感器与检测技术环境监测系统设计与实现——项目实施：实训内容部署11.3项目实施11.3.1实训内容部署

一、实训内容1、系统分析及结构设计。2、电路分析及设计。3、软件分析及编程。4、电路焊接。5、排故及调试。6、编写设计说明书。11.3.1实训内容部署二、过程要求：1、系统分析，给出系统结构框图，分配好各模块功能。2、功能和性能分析，查阅资料，传感器及主要元件选型。3、传感器检测原理分析、参数技术和信号分析。4、绘制硬件电路。5、系统软件分析及编程。6、电路安装与焊接，要求元件布局正确、焊点光洁。7、经调试后系统工作正常。8、每个人独立作出一套系统，每人交一份设计说明书。11.3.1实训内容部署三、时间安排周一上午发放任务书，总体方案分析，给出总体框架，制定项目计划，具体到每人每个半天下午分析模块功能，资料查询，选择器件与参数计算周二上午相关技术手册学习，整体电路设计。下午软件分析与编程周三上午编程与完善下午程序调试周四上午程序整合与联调下午电路焊接周五上午排故及调试下午答辩，写设计说明书，完成实训手册11.3.1实训内容部署四、分组分工1、五人一组。2、选出组长。3、分工合作、相互协调。4、任务有序开展。5、用甘特图（excel表格）管理好项目。11.3.1实训内容部署五、查阅资料1、查阅资料，分析相关的技术实现，如光照强度检测方法、采用技术、主要的传感器。2、编写《可行性方案.doc》技术文件，分析对比各种方案，给出可行性方案，说明选择理由；3、分析选定方案的重要元件型号、工作原理、参数计算、关键技术，写入《可行性方案.doc》中。4、查阅并读懂相关技术手册，消化相关内容为我所用，包括功能、性能、电路、接线、时序协议、数据格式等等。11.3.1实训内容部署六、资料分享1、分到的小组优先，分析正确者给予加分。2、若整个小组都不能分析，由其他小组抢答，分析正确者给予加双倍分。11.3.1实训内容部署温湿度传感器DHT11第一组：原理、接线第二组：通信协议11.3.1实训内容部署第五组：温湿度传感器DHT11新老版本传感器区别在哪？第三组第四组11.3.1实训内容部署DHT11新老版本时序有变老版本新版本程序改编成功有加分11.3.1实训内容部署夏普灰尘传感器第五组：GP2Y1010接线第四组：GP2Y1051接线第三组：GP2Y1050接线11.3.1实训内容部署粉尘传感器型号诸多，接线不同11.3.1实训内容部署夏普灰尘传感器第二组11.3.1实训内容部署光照强度传感器BH1750FVI第一组第二组：两个光照强度传感器模块有什么不同？GY-30GY-30211.3.1实训内容部署光照传感器型号不同，接线不同GY-30GY-302第三组：GY-302怎么接到板子上？11.3.1实训内容部署光照强度传感器BH1750FVI第四组I2C总线结构从机地址11.3.1实训内容部署光照强度传感器BH1750FVI第五组I2C总线的数据传送起始信号和终止信号11.3.1实训内容部署光照强度传感器BH1750FVI第一组字节传送与应答第三组数据帧格式11.3.1实训内容部署显示器LCD12864第四组串行和并行连接方式引脚说明11.3.1实训内容部署显示器LCD12864第五组11.3.1实训内容部署显示器LCD12864抢答11.3.1实训内容部署显示器LCD12864第一组LCD12864串行数据传输时序11.3.1实训内容部署时钟芯片DS1302第二组11.3.1实训内容部署时钟芯片DS1302DS1302控制字DS1302写入一个字节的时序图抢答DS1302读出一个字节的时序图11.3.1实训内容部署单片机STC12C5A32S2抢答11.3.1实训内容部署七、软件编程1、主函数流程分析。2、分工编程：程序流程分析和具体实现。3、调试与完善。4、编写主函数。5、程序整合、调试与完善。11.3.1实训内容部署八、元件分发加220UF电解电容1111.3.1实训内容部署八、电路组装1、PCB布线梳理2、分立元件检测与焊接3、公共组间接线温度报警灯光照报警灯PM25报警灯复位时钟电路温度传感器烧写程序用粉尘传感器STC12C5A32S2单片机11.3.1实训内容部署八、电路组装1、PCB布线梳理2、分立元件检测与焊接3、公共组间接线光照传感器PM25超标报警12864显示器，引脚序号反了，但PCB版物理连接对的5V电源供电5V转3.3VS4设置键S3+键S2-键WiFi通信时钟模块11.3.1实训内容部署八、电路组装1、PCB布线梳理2、分立元件检测与焊接3、公共组间接线11.3.1实训内容部署八、电路组装1、PCB布线梳理2、分立元件检测与焊接3、公共组间接线焊接排母，注意DHT11方向焊接排母，注意不同版本不同接线11.3.1实训内容部署八、电路组装1、PCB布线梳理2、分立元件检测与焊接3、公共组间接线单片机，注意方向显示器排母，注意方向温度报警灯光照报警灯PM25报警灯PM25传感器设置键“+”键“-”键11.3.1实训内容部署八、电路组装1、PCB布线梳理2、分立元件检测与焊接3、公共组间接线粉尘传感器型号诸多，接线不同GP2Y1050，非GP2Y1051，非GP2Y10111.3.1实训内容部署GY-30GY-302八、电路组装1、PCB布线梳理2、分立元件检测与焊接3、公共组间接线合理使用杜邦线转换11.3.1实训内容部署12864八、电路组装1、PCB布线梳理2、分立元件检测与焊接3、公共组间接线11.3.1实训内容部署DHT11八、电路组装1、PCB布线梳理2、分立元件检测与焊接3、公共组间接线11.3.1实训内容部署九、系统调试1、电路硬件调试与完善。2、程序烧写。3、系统调试。4、关键电气节点参数测量。5、故障排除与诊断。6、小组讨论与总结。传感器与检测技术环境监测系统设计与实现——项目实施：WiFi模块网络接入11.3项目实施11.3.2WiFi模块网络接入USR-WIFI232-T无线模块有三种配置模式：STA、AP和AP+STA配置模式STAAPAP+STA11.3.2WiFi模块网络接入使用PC的web管理页面配置方法用电脑的无线网卡连接网络。打开无线网络连接，搜索网络，USR-WIFI232-T模块默认网络名称（SSID）为USR-WIFI232-T。加入网络，选择自动获取IP，WiFi模块支持DHCPServer功能并默认开启。默认情况下，USR-WIFI232-T模块的IP地址为54，子网掩码为，用户名为admin，密码为admin。11.3.2WiFi模块网络接入使用PC的web管理页面配置方法管理网页设置参数。打开IE浏览器，在地址栏输入54，回车，在弹出的对话框中输入用户名和密码，点确认。出现USR-WIFI232-T模块的9个管理页面，分别为“系统信息”、“模式选择”、“STA设置”、“AP设置”、“其他设置”、“账号管理”、“软件升级”、“重启组模”和“恢复出厂”。传感器与检测技术环境监测系统设计与实现——项目实施：

网络监测传感器数据11.3项目实施11.3.2网络监测传感器数据网络监测传感器数据的方法、步骤①在Yeelink平台注册并激活账户；11.3.2网络监测传感器数据网络监测传感器数据的方法、步骤①在Yeelink平台注册并激活账户；②按照平台操作提示添加设备和传感器；③在程序中“voidhttpfssj(ucharn,unsignedintshu,ucharxs,ucharfs)”函数相关语句添加由第二步生成的APIKEY、设备编号和传感器编号。11.3.2网络监测传感器数据网络监测传感器数据的方法、步骤①在Yeelink平台注册并激活账户；②按照平台操作提示添加设备和传感器；③在程序中“voidhttpfssj(ucharn,unsignedintshu,ucharxs,ucharfs)”函数相关语句添加由第二步生成的APIKEY、设备编号和传感器编号。④重新编译C程序，生成.hex文件，烧写如单片机。⑤WiFi模块联网，利用手机或电脑终端监测数据。11.3.2网络监测传感器数据汇报答辩1、小组为单位答辩。2、ppt汇报整个项目进展及关键步骤。3、问答环节：自动检测系统搭建题目+课程理解和收获。4、提交实训手册。11.3.2网络监测传感器数据资料归档1、封面：设备名称、型号、版本、厂家、归档人姓名、归档时间2、目录3、内容：