環境安全數據采集系統設計范文

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1系統硬件設計

本系統硬件由控制模塊、以太網模塊，傳感器模塊，輔助模塊及電源模塊組成。其硬件結構框圖如下圖1所示。

1.1控制模塊STC15F2K60S2系列單片機是STC生產的單時鐘/機器周期的單片機，是高速、高可靠、低功耗、超強抗干擾的新一代8051單片機，采用第八代加密技術，加密性超強，指令代碼完全兼容傳統8051，但速度快8-12倍。內部集成高精度R/C時鐘，溫飄較小，時鐘頻率寬范圍可設置，可徹底聲調外部昂貴的晶振和外部復位電路。現STC15系列單片機采用超高速CPU內核，在相同的時鐘頻率下，速度又比STC早期的1T系列單片機的速度快20％。

1.2以太網模塊W5100是一款多功能的單片網絡接口芯片，主要應用于高集成、高穩定、高性能和低成本的嵌入式系統中。使用W5100可以實現沒有操作系統的Internet連接。W5100內部集成有16KB存儲器用于數據傳輸。使用W5100不需要考慮以太網的控制，只需要進行簡單的端口編程。

1.3傳感器模塊本系統使用了溫濕度傳感器DHT-11、煙霧傳感器MQ-2以及火焰傳感器實現了對環境安全的有效監測。

1.3.1火焰傳感器火焰傳感器是機器人專門用來搜尋火源的傳感器，當然火焰傳感器也可以用來檢測光線的亮度，只是本傳感器對火焰特別靈敏。火焰傳感器利用紅外線對火焰非常敏感的特點，使用特制的紅外線接受管來檢測火焰，然后把火焰的亮度轉化為高低變化的電平信號，輸入到中央處理器中。

1.3.2煙霧傳感器MQ-2型煙霧傳感器屬于二氧化錫半導體氣敏材料，屬于表面離子式N型半導體。當處于200~300°C溫度時，二氧化錫吸附空氣中的氧，形成氧的負離子吸附，使半導體中的電子密度減少。當與煙霧接觸時，如果晶粒間界處的勢壘受到該煙霧的調制而變化，就會引起表而電導率的變化。利用這一點就可以獲得這種煙霧存在的信息，煙霧濃度越大，電導率越大輸出電阻越低。

1.4輔助模塊OLED顯示屏實時顯示檢測到的溫濕度值以及煙霧濃度。當環境參數值超過所設定的閾值時，報警器報警。用戶可通過按鍵根據實際需求自主設計報警閾值，不需在程序中改變閾值。根據傳感器傳回的環境參數，用戶可通過上位機發送指令，接通直流電機。

2系統軟件設計

2.1W5100與主機通信配置TCP是以連接為基礎的通信方式，它必須首先建立連接，然后利用連接的IP地址和端口號進行數據傳輸，本系統的w5100工作在TCP模式的服務器模式下，該方式下的編程步驟為：（1）裝載網絡參數該步驟中需要編程配置網關參數、加載子網掩碼及物理地址。此外還需配置W5100模塊的本機IP地址，以及端口號。（2）硬件復位為保證W5100正常工作，在使用前必須對W5100模塊進行硬件復位。用戶只需將W5100的復位引腳置“1”后再做適當延時。（3）W5100Socket端口初始化設置W5100有4個獨立的Socket通道，每個通道均可獨立地與一個客戶端連接通信，該步驟分別設置4個端口，根據端口工作模式，將端口置于TCP服務器、TCP客戶端或UDP模式。本系統配置了兩個Socket通道且均工作于服務端模式。

2.2AD轉換軟件設計STC15F2K60S2單片機集成有8通道10位高速電壓輸入型模/數轉換器（ADC），因此單片機不需要外接0809AD轉換芯片即可實現AD轉換。

3結束語

基于以太網的數據傳輸技術，可以很好地實現數據傳輸。本系統利用以太網傳輸技術，實現了對環境安全參數的遠程監測。此外本系統還可以通過上位機遠程對遠端發送指令，命令下位機執行響應動作，實現了上位機與下位機的雙向通信。經檢驗，該系統工作穩定，實現了對環境數據的準確傳輸，達到了預期目標。

作者：朱慕涵 張文琪 單位：江蘇科技大學電氣與信息工程學院