基于嵌入式的传感器网络设计
摘要传感器网络是当前的一个研究热点。它是由许多在空间上分布的自动装置组成的一种网络，这些装置使用传感器协作地监控不同位置的环境状况。本课题所设计的基于嵌入式的传感器网络系统，主要是应用于机器人的传感器信息的采集和处理。该系统采用了USB总线对大量传感器进行信息采集，交由嵌入式ARM9进行处理，最终将结果统一上传工控机，实现整个传感器网络的统一规划和信息融合。
本网络系统由于引入了USB接口，较以前的传统接口提高了数据传输的速率，且支持热插拔，使用更方便。本论文侧重于系统的终端设备部分的研究，阐述了由Philips公司的PDIUSBD12与ATMEL的STC89C52等组成的传感器网络终端的设计方案、开发方法和开发过程，并给出了具体实现方案。该终端的设计包括硬件设计，固件程序开发，驱动程序设计和主机应用软件设计，其中的固件程序开发是设计中的重点。本论文实现了传感器信息的采集和存储，并能响应主机的各种请求和通过USB接口采用批量传输方式上传送采集到的数据给主机。
关键词传感器；USB设备；USB接口；传感器网络；单片机
目录
1. 前言 (3)
1.1 课题的提出及意义 (3)
1.2 国内外研究现状 (3)
2 系统整体方案设计 (6)
2.1 方案选择 (6)
2.2 系统方案概述 (8)
2.2.1 系统硬件方案 (9)
2.2.2 系统软件方案 (10)
3.系统硬件设计 (12)
3.1 芯片的选择 (12)
3.2 终端电路设计与分析 (13)
3.2.1 PDIUSBD12芯片简介 (13)
3.2.2 硬件设计与分析 (14)
4.系统软件设计 (20)
4.1 固件程序设计 (20)
4.1.1 传感器数据采集部分 (20)
4.1.2主循环程序 (20)
4.1.3 中断服务子程 (21)
4.2 驱动程序设计 (26)
4.2.1 驱动程序INF文件简介 (26)
4.2.2 INF文件处理过程 (27)
4.2.3 INF文件的结构 (27)
4.2.4 INF文件的修改 (28)
4.3 上位机应用软件 (28)
4.3.1 上位机测试软件 (28)
4.3.2 命令格式 (29)
5.系统测试与结论 (30)
5.1 系统测试 (30)
5.2 测试结论 (34)
6.结论 (35)
6.1 总结 (35)
6.2 展望 (35)
致谢 ................................................. 错误！未定义书签。参考文献 . (36)
1. 前言
1.1课题的提出及意义
本课题来源于广州大学实验中心的机器人项目。机器人身上有大量的传感器，必须对其进行信息采集和处理。传统的信息采集方式都是孤立的，基本都是使用串口或I2C总线等低速率总线进行采集，这些接口或者规范不一，或者可扩展性差，或者稳定性差，或者功耗大等，无法实现大规模传感器阵列的采集，且不具备即插即用功能，使用非常不方便。
本系统是设计一套基于嵌入式的传感器网络系统，通过采用USB总线对传感器信息进行传送，交由嵌入式处理器ARM9进行综合处理，最终将结果上传至工控机，实现整个传感器网络的统一规划和信息融合。由于引入了USB这种新型的通信接口，使得整个系统不再那么庞大，且连接方便，支持即插即用，其数据传输速度远远高于普通的串口和并口。本设计侧重于实现硬件系统的设计和实现。
1.2国内外研究现状
传感器网络的研究起步于20世纪90年代末期。从21世纪开始，传感器网络引起了学术界、军事界和工业界的极大关注，美国和欧洲相继启动了许多关于传感器网络的研究计划。特别是美国通过国家自然基金委、国防部等多种渠道投入巨资支持传感器网络技术的研究。
1 军事领域
美国国防部和各军事部门较早开始启动传感器网络的研究，在C4ISR的基础上提出了C4KISR计划，强调战场情报的获取能力、信息的综合能力和信息的利用能力，把传感器网络作为一个重要研究领域，设立了一系列军事传感器网络研究项目。[1]美国陆军2001年就提出了“灵巧传感器网络通信”计划，在2001-2005财政年度期间实施。美国陆军近期又确立了“无人值守地面传感器群”项目，其主要目标是使基层部队指挥员根据需要能够将传感器灵活部署到任何区域。美国陆军还确立了“战场环境侦察与监视系统”项目。该系统是一个智能化传感器网络，可以更为详尽、准确地探测到精确信息。
2002年5月，美国Snadia国家实验室与美国能源部合作，共同研究能够尽早发现以地铁、车站等场所为目标的生化武器袭击，并及时采取防范对策的系统。它属
于美国能源部恐怖对策项目的重要一环。该系统集检测有毒气体的化学传感器和网络技术于一体。安装在车站的传感器一旦检测到某种有害物质，就会自动向管理中心、通报，自动进行引导旅客避难的广播，并封锁有关入口等。该系统除了能够在专用管理中心进行监视之外，还可以通过Internet进行远程监视[1]。
2民用领域
美国交通部1995年提出了“国家智能交通系统项目规划”，预计到2025年全面投入使用。该计划试图有效集成先进的信息技术、数据通信技术、传感器技术、控制技术及计算机处理技术并运用于整个地面交通管理，建立一个大范围全方位的实时高效的综合交通运输管理系统。这种新型系统将有效地使用传感器网络进行交通管理，不仅可以使汽车按照一定的速度行驶，前后车辆自动保持一定的距离，而且还可以提供有关道路堵塞的最新消息，推荐最佳行车路线以及提醒驾驶员避免交通事故等 [1]。
英特尔公司在2002年10月发布了“基于微型传感器网络的新型计算发展规划”,计划宣称，英特尔将致力于微型传感器网络在预防医学、环境监测、森林灭火乃至海底板块调查、行星探查等领域的应用。实现该计划需要三个阶段，包括物理阶段、实现阶段和应用阶段。物理阶段主要开发集成感知、计算和通信功能的超微型传感器。实现阶段将在实际商务中使用来自传感器网络的感知数据。应用阶段将传感器网络应用于预防医学、环境监测及灾害对策等领域[1]。
3学术界
美国自然科学基金委员会2003年制定了无线传感器网络研究计划，在加州大学洛杉矶分校成立了传感器网络研究中心，联合周边的加州大学伯克力分校、南加州大学等，展开“嵌入式智能传感器”的研究项目，以求利用传感器网络对我们生活的物理世界实现全方位的测试与控制，支持相关基础理论的研究，这也是美国国情咨文中有关Internet2最主要的远景规划之一。
传感器网络涉及传感器技术、网络通信技术、无线传输技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术、软件编程技术等多学科交叉的研究领域，具有鲜明的跨学科研究特点。美国所有著名院校几乎都有研究小组在从事传感器网络相关技术的研究，加拿大、英国、德国、芬兰、日本和意大利等国家的研究机构也加入了传感器网络的研究。
我国在传感器网络方面的研究起步较晚，一些大学最先注意到这个方向的研究
前景并开始了研究工作。我国的中科院上海微系统研究所、沈阳自动化所、软件研究所、计算所、电子所、自动化所和合肥智能技术研究所等科研机构，哈尔滨工业大学、清华大学、北京邮电大学、西北工业大学、天津大学和国防科技大学等院校在国内较早开展了传感器网络的研究，2004年起有更多的院校和科研机构加入到该领域的研究工作中来。
1.3 主要研究内容
由于时间和知识水平等方面的限制，本论文在对整个网络系统提出了整体的设计方案的基础上，只侧重于系统的终端设备的开发，在本课题研究结果的基础上，可以形成任何形式的USB网络终端，为以后该终端应用于嵌入式网络系统，提高数据传输速率，降低开发成本，节省电源等方面打开了新的局面。
主要研究内容如下:
（l）熟悉相关的机器人传感器的原理和应用。
（2）掌握USB总线的协议及USB总线系统的组成结构。
（3）研究网络终端硬件实现的方法、需要的芯片及硬件电路，设计符合要
求的终端电路。
（4）研究网络终端的软件开发，掌握和编写适合本系统的USB固件程序和传感器采集程序，使之能完成USB的枚举、配置和通讯功能。
（5）掌握计算机USB设备驱动程序开发工具及编程方法，通过计算机能识
别出终端设备。
（6）上位机软件能读写终端设备，以验证该终端可用。
2 系统整体方案设计
2.1 方案选择
嵌入式网络系统中常用的网络接口有I2C、RS232，RS485，SPI等，但这些传统接口传输速度低，且存在很多的缺陷，或者规范不一，或者体积庞大，或者扩展性差，且不支持热插拔，使用不便。随着信息技术的迅猛发展，这些传统的接口己经不能满足需要。
现在市场上己有很多新的接口总线标准，发展迅速而且在业界比较流行的有:蓝牙、IEEE 1394和USB。
IEEE 1394通常被称为Fire Wire（火线），是由苹果公司于80年代中期开始开发的一种允许连接多种高性能设备的高速串行总线。它的主要特点包括：使用方便；支持高速应用;可升级的性能；支持异步和等时传输等。它的最高数据传输速率达到3.2Gb/S，比UBS2.0的速度快了6倍，但受其规范复杂性的影响，采用芯片组架构的硬件方案使其价格偏高，不适合实现低性能、低成本的外设。
蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，它以低成本的近距离无线连接为基础，为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接。蓝牙的数据传输速率为1Mbit/s。蓝牙技术也有它的局限性，如，技术太过复杂，设备价格过高。
USB(Universal Serial Bus)通用串行总线是一种快速的、双向的、同步传输的、廉价的并支持热拔插的串行接口。USB总线自诞生之初就以方便易用、稳定可靠、廉价高速为目标，制定了相对复杂而全面的通信协议，以适应种类不断增多、功能不断加强的外设的发展。同以上两种接口总线相比，USB具有不可比拟的优点:
1.速度快：USB1.1的传输速率低速（1.5Mbps）和全速（12Mbps）两种，
USB2.0更发展到了480Mbps，而更新的USB3.0的速度据说可达5GB/S左右,适用于不同的设备类型。
2.良好的扩展性：可以连接多达127个外围设备。
3 即插即用：USB实现了真正的即插即用和热插拔，设备连接上后由软件自动配置，完成后立刻就能使用，不需用户干预。
4 可选的供电模式：USB设备可以从主机接口或集线器上获得电源（能够满足多数设备的需求），也可以选择自供电。
5 错误检测和恢复：USB事务处理包括错误检测机制，它们用以确保数据无错误发送。在发生错误时，事务可以重新启动。
6 支持4种类型的传输方式：USB定义了4种不同的传输类型来满足不同设备的需求。它们分别是同步传输、批量传输、中断传输和控制传输。
7 价格低廉。与其他接口相比，USB接口在线缆和机械方面简单易行，因而有较大的价格优势。
基于如上的优势，USB接口得到了广泛的应用。同时，USB总线在嵌入式系统中的应用也已成为当前USB技术应用领域的热点。在嵌入式系统中加入USB接口可以方便地与主机进行通信和大量数据交互，并可通过PC进行USB接口设备间的数据交换，这非常适合于本设计的要求，通过USB总线能将大量的传感器信息快速地上传到上位机。
现将各种接口通过列表进行比较如下:
表2-1 常用外部总线比较
综合上论述，兼顾成本及性能，在本设计的传感器网络中采用USB总线接口。
本系统的功能主要是将各种传感器的信息通过ARM9统一用USB总线进行采集和处理，并保存最终的结果于ARM缓冲区,以供上位机随时读取,实现整个传感器网络的统一规划和信息融合。整个设计包括以下几个部分：
1传感器网络终端的开发
将各种传输方式不同的传感器设计成均带有USB接口的终端设备，它可以像U 盘一样随意地接入到传感器网络或PC中而被主机识别并能读取其数据，此终端设备通过响应主机的标准请求来完成设备的配置，从而能与主机进行数据通信。主要包括以下两部分的工作：硬件电路设计和终端单片机软件开发；
2嵌入式ARM部分的信息采集和融合等处理
这部分的功能主要是由ARM通过USB总线接口近乎实时地采集传感器终端的信息并对其进行融合、滤波等处理,通过图形界面实时地显示所插入的终端设备的种类、数据类型、传输的数据信息等。当主机有读取数据的命令来时就将网络中的传感器信息通过USB总线发送给主机。这部分主要的有以下工作：
1）USB接口驱动程序开发
2）图形界面软件的开发
3）应用程序开发
3上位机部分的软件开发
上位机通过发送读取数据命令给ARM来获取有关传感器的信息，上位机可以一次性读取网络中所有传感器的信息，也可以读取指定的传感器的信息，从而让机器人获知外界的情况，实现机器人的智能控制。这部分主要工作如下：
4）读取传感器信息的应用程序设计
5）上位机USB驱动程序设计
由于时间和知识水平的限制，本论文主要是基本完成了传感器网络的终端设备的开发，即将各种传感器都统一设计成通过USB接口传输的设备。此终端由传感器、单片机、USB芯片、A/D转换器等组成。信号通过A/D转换单元转换成数据流，在单片机的控制下，通过USB接口向嵌入式ARM或PC机传送。ARM或PC机可以识别这些终端设备并能读取数据。
整个系统硬件组成主要包括以下两部分：S3C2410系统板、LCD显示、USB集线器(Hub)、网络终端（Func）等，其结构框图如下图2-1所示。其中的网络终端是由传感器、USB控制芯片、单片机等组成的设备，一个终端可连接多个传感器，这就大大增加了此网络系统的容量，其结构框图如下图2-2所示：
图2-1基于嵌入式的传感器网络系统功能模块图
图2-2 传感器网络的终端设备(Func)功能模块
终端的软件部分是本课题设计的重点，采用Keil_c51编写。这部分的程序主要是完成传感器数据的采集和与主机之间的USB总线通信两个任务。
终端在主程序中定时采集各传感器的数据并按一定的结构存储起来，以供主机读取。终端与主机通过枚举建立起通信关系，使主机为终端设备加载正确的驱动，从而实现数据的传输。
程序设计中采用中断的方式，当单片机在前台处理传感器信息等任务时，USB的传输可在后台被处理。这就可确保最佳的传输速率和更好的软件结构，简化了编程和调试。后台中断服务程序和前台主程序循环之间的数据交换通过事件标志和数据缓冲区来实现，其原理如下图2-3所示。在本系统中，单片机循环读取各传感器的数据并按一定的规律保存在缓存里。当USB芯片收到主机发送过来的数据包(命令)时便对单片机产生一个中断请求，单片机立即响应中断，在相应的中断服务子程序中固件程序将数据包从USB芯片内部缓冲区移到循环数据缓冲区，同时置位相应的事件标志。单片机可以继续它当前的前台任务直到完成。然后返回主循环检查缓冲区是否有新的数据（通过检查事件标志来获知），若有就对其进行相关的处理，判断该数据包是什么命令，若是读取传感器信息命令就可以通过USB接口返回缓存中指定的传感器数据给主机，或者或是配置命令就对终端进行配置，否则就继续开始它的前台任务，循环采集各传感器的数据。
图2-3 前后台工作原理示意图
本程序的结构为积木式的结构，如图2-4所示：
(l)硬件提取层:对单片机的PO口、数据总线等硬件接口进行操作，这是固件程
序中的最低层代码;
(2)PDIUSBD12接口驱动程序:对PDIUSBD12器件进行操作的模块子程序集;
(3)中断服务程序:当PDIUSBD12向单片机发出中断请求时，读取PDIUSBD12传输来的数据，并设定事件标志“EPPFLAGS”;
(4)标准请求处理程序:对USB的标准设备请求进行处理,完成设备的枚举;
(5)主循环程序:发送USB请求、处理USB总线事件和传感器采集与处理等。
图2-4 固件程序结构图
3.系统硬件设计
3.1芯片的选择
要开发一个传感器的USB网络终端，有以下几个方案可供选择:
(1)采用ASIC或是FPGA器件
利用VHDL或是其他集成电路设计方法，实现在一个芯片内完成USB接口的所有功能。这种方案具有较大的灵活性，既可以最大限度的发挥USB总线的性能，又可以随意的对其功能进行裁减，达到器件的最高使用效率。如果批量较大，使用ASIC 可以使成本降到最低;而使用FPGA则可以使产品具有最大的灵活性[3]。
但这个方案的缺点也是很明显的，开发周期长，开发费用高，开发难度大，需要开发人员对集成电路设计与USB通讯具有真正深入的掌握。
(2)使用专用USB接口芯片
USB接口控制器只处理USB通信，由一个外部的微控器来管理USB控制器的寄存器、设备描述符的获取和数据包的交换等，组成结构如图:
图3-1 USB设备结构图
能实现这种功能的USB控制器现在己经比较多，像Philips的PDIUSBDll(I2C 接口)、PDIUSBD12(并行接口)等，NS公司的USBN9603/9604(并行接口)，NetChip公司的NET2888等。不过总的来说，在这个方面Phi1ips和National Semiconductors 的要大众一些，资料相对也多一些。
使用这种方案成本比较低，具有很高的灵活性，只是编程难度相对比较大一些，且目前多数USB控制器只支持USB1.1协议。
(3)使用嵌入MCU的USB控制器
使用这种方案，CPU只需要访问一系列的寄存器和存储器，便可以实现USB接口的数据传输，从而简化了程序的设计，并且许多供应商还提供了许多范例电路和测试代码，使设计者从复杂的协议中简化出来。目前采用这种结构的USB控制器也比
较多，例如Intel公司的8X931、8X930(基于8051)，Cypress公司的EZ-USB(基于增强型8051)。这个方案可以大大降低设计难度，提高了设计效率，但本方案需要相应的开发器的支持，器件不易获得且价钱较高。
综合以上分析，根据时间和开发成本等具体情况，我们选项用了第二种方案，USB控制器采用Philips的PDIUSBD12，MCU采用STC89C52。采用这个方案的原因是:这两种器件技术比较成熟，相应的资料比较容易获得，开发难度适中，设计比较灵活且成本较低。
3.2终端电路设计与分析
3.2.1 PDIUSBD12芯片简介
PDIUSBD12芯片是Philips公司的一颗通用USB接口芯片。它支持USB2.0的全速模式,具有软连接功能和数据流指示灯;它使用8位并行数据口和MCU连接,数字引脚兼容5V逻辑电平;内置PLL(锁相环),外部使用6MHz的晶振。除了端点0，它还有两个额外的端点，每个端点都具有输入和输出端点。其中，端点0和1支持最大包长16字节；端点2普通模式下支持最大包长64字节[2]。其结构框图如下图3-2所示。
图3-2 PIDUSBD12功能框图[2]
1 模拟收发器
集成的收发器接口可通过终端电阻直接与USB电缆相连。
2 电压调整器
片内集成了一个3.3V 的调整器用于模拟收发器的供电。该电压还作为输出连接到外部1.5kΩ的上拉电阻。可选择PDIUSBD12 提供的带1.5kΩ内部上拉电阻的软件连接技术。
3 PLL
片内集成了6M到48M时钟乘法PLL。这样就可使用低成本的6M晶振。EMI也随之降低。PLL的工作不需要外部元件。
4 位时钟恢复
位时钟恢复电路使用4X过采样规则，从进入的USB数据流中恢复时钟。它能跟踪USB 规定范围内的抖动和频漂。
5 Philips 串行接口引擎（PSIE）
Philips SIE 实现了全部的USB协议层。完全由硬件实现而不需要固件的参与。该模块的功能包括同步模式的识别、并行/串行转换、位填充/解除填充、CRC 校验/产生、PID 校验/产生、地址识别和握手评估/产生。
6 SoftConnect TM
与USB的连接是通过1.5kΩ上拉电阻将差分数据线D+（用于高速USB 器件）置为高实现的。1.5kΩ上拉电阻集成在PDIUSBD12 片内，默认状态下不与VCC相连。连接的建立通过外部/系统微控制器发送命令来实现。这就允许系统微控制器在决定与USB建立连接之前完成初始化时序。USB 总线连接可以重新初始化而不需要拔出电缆。
PDIUSBD12在连接可以建立之前会检测USB VBUS 是否可用。VBUS可通过EOT_N管脚进行检测。
3.2.2 硬件设计与分析
1 MCU与D12的连接
MCU与D12的连接原理图如图3-3所示。
图3-3 MCU与D12的连接电路图
DIUSBD12的8位并行数据线接入STC89C52的PO口，P1.6与CS_N相连，作为PDIUSBD12的片选输入。PDIUSBD12与MCU的接口有2种方式：地址/数据总线复用方式和地址/数据总线非复用方式。在本系统中采用了前一种方式，D12的ALE接单片机的ALE脚，这时忽略A0的输入，将A0接地，D12在ALE的下降沿锁存地址信息。若单片机的输出地址为奇数(0xff03)，则表示对PDIUSBD12发送命令;若输出地址为偶数(0xff02)，则表示对PDIUSBD12进行数据传输。
PDIUSBD12与STC89C52的数据交换采用中断方式(外部中断0)。D12的中断引脚INT_N与单片机外部中断O引脚INT0相连，当D12的中断寄存器有一位为1时，即表示D12收到了主机的数据包，此时INT_N引脚将输出低电平，触发单片机的外部中断。
GL_N接LED对DPUIBSD12的状态进行监控，在枚举中，Led指示根据通信的状况间歇闪烁，当成功枚举和配置后，LED指示灯将一直点亮，随后与PDIUSBD12之间成功的传输将关闭LED。
2 D12与主机的连接电路
本系统采用总线供电，USB PORT接口的4脚即为5V电源。D12的VCC引脚直接接到5V电源，C5 和C9为滤波电容。由于D12内部集成了6MHz--48MHz时钟乘法PLL,这样就可以使用低成本的6M晶振。
设备通过4线电缆接入主机。这四线分别是:VBUS(总线电源)，GND(地线)，D+
和D-(数据线)。 D+和D-是USB差分数据线，分别串联一个18Ω的阻抗匹配电阻后接到USB插头上。主机通过D+和D-上的电压变化来检测到设备的状态。在设备端，全速或高速设备的上拉电阻在D+上,低速度设备的上拉电阻在D-上。在本设计中用的是全速，因此上拉电阻接在D+上。
在主机端，当没有设备连接到USB主机端口时，D+和D-线上的15kΩ下拉电阻就将2条差分数据线拉到近地，当检测到任一条数据线电压接近VBUS，而其他保持近地电压，那么主机就知道该设备已经准备好了。设备端电路图如图3-4所示。
图3-4 D12与主机连接电路图
3 数据采集部分电路
（1）红外测距传感器GP2D12采集电路
GP2D12的输出为0.4V—2.4V模拟信号，对应80—10cm距离。要通过A/D转换来获得其数字量输出。这里我们选用了TLC0831芯片来进行A/D转换，TLC0832是一个8位逐次逼近电压型A/D转换器。也可以选用多路输入的A/D转换芯片，这样一个单片机就可连接多个GP2D12传感器。
图3-5 GP2D12采集电路
（2）超声波传感器SRF02
通过SRF02，机器人可以获得在声纳范围内的确切的障碍物的距离。这样机器人将可以像蝙蝠一样通过声纳来感知周围的环境，SRF02的探测距离为15cm—6m。SRF02不但提供了I2C接口，也提供了串口。
当SRF02要通过串口方式通信时，它的“MODE”引脚必须接地，如下图3-6所示。
图3-6 SRF02的串口通信电路图
当SRF02工作在I2C方式时，须将“MODE”引脚闲空，数据线和时钟线均要加个1.8K的上拉电阻。其电路图如图3-7 所示。
图3-7 SRF02的I2C通信电路图
（3）防跌落传感器和倾角传感器
防跌落传感器采用夏普公司的距离传感器，有效测距10cm，开关量输出。合理的安装传感器可以准确的检测出台阶，从而让机器人考虑是否该绕道而行，防跌落传感器还能当作近距离避障传感器使用。
倾角传感器的输出也是一个开关量，“0”或者“1”。这样我们可以在一个终端中连接多个这样的传感器，单片机直接读取I/O口就可以得到多个传感器的数据。其电路图如下图3-8所示，在图中接了8个传感器，构成一个字节的数据。
图3-8 开关量输出传感器信息采集电路图
4串口程序下载电路与分析
STC89C52单片机的程序可通过串口来下载，其电路图如图3-9所示，在系统中，由于单片机采用的是TTL电平，而PC机的是RS232电平，为了实现单片机UART接口与PC机的RS232接口的连接，需使用一个MAX232芯片作为RS232接口芯片进行电平转换。
图3-9 串口电平转换电路
4 系统软件设计
4.1 固件程序设计
4.1.1 传感器数据采集部分
我们都知道，机器人是通过传感器来感知外界环境状况的，目前在机器人中应用的传感器种类繁多，例如视觉传感器、电子罗盘、加速度计和超声波传感器等，很多的传感器都有自己的传输方式，有的用I2C总线，有的用串口等等。
在这部分程序中，就是要通过单片机按传感器自身的传输方式循环地采集其数据，并保存于缓存中，待主机有读命令来时就能通过USB接口将最新读到的数据发送给主机，而不会因传感器自身传输方式速度慢而影响了整体的传输速率。
各传感器可能有不同的数据格式或数据长度，我们将终端设计为一个可以带多个同种类型的传感器的设备，即用一个单片机同时读取几个传感器的数据，总的数据长度即为各个传感器的数据长度之和。
我们用到的传感器有红外测距传感器GP2D12、超声波传感器SRF02、跌落传感器和倾角传感器，其中GP2D12的输出为模拟量，还要经过A/D转换，SRF02可以通过串口或I2C来读取数据，跌落传感器和倾角传感器可直接读取IO口来获得其信息。
4.1.2主循环程序
主循环程序主要的工作是处理USB事件，响应主机的数据传输、控制请求和定时采集传感器信息。它通过检查事件标志并进入对应的子程序进行进一步的处理。
当终端设备上电后，主机就能过设备的上拉电阻产生的信号变化来检测新设备的连接。同时MCU一旦上电就初始化其所有端口、存储区、定时器和中断服务程序。为了确保在MCU准备服务PDIUSBD12之前PDIUSBD12不会进行操作，接着MCU将重新连接USB，包括将SoftConnect连接上。PDIUSBDI2片内的l.5K的SoftConnect 上拉电阻，默认状态下不与Vcc相连，允许MCU决定与USB建立连接的时间。
接着，在PDIUSBD12收到主机的数据包,对单片机产生中断时，主循环就会查询此次中断的类型，以调用相应的处理函数。当从主机收到控制传输的SETUP事务时，主循环调用请求处理子程序，以完成主机对此终端的配置。同时主循环定时地采集传感器信息，当端点2收到主机的读传感器命令时，就上传指定的数据给主机。主
智能家居系统中无线传感器网络的设计 智能家居系统中无线传感器网络的设计 随着时代的发展，人们将更多的注意力放在了生活环境的安全性、舒适性和便利性上，从而 出现了智能家居的概念。智能家居控制系统使人们可以对家居内的任意电器进行数字化控制，利用计算机技术、网络通讯技术将与家居生活有关的各种设备有机地结合在一起，进行集中管理，让家居生活更加舒适、安全、有效。本文以ZigBee技术对智能家居内部进行无线网络组网，通 过ZigBee无线传感器网络节点的设计，实现节点对各种传感器信息的采集、传输和控制功能。1Zigbee技术ZigBee技术是一种强调极低耗电、极低成本的短距离无线网络技术，遵循IEEE802．15.4标准。它专注于低速率传输控制，网络容量大，时延短，提供数据完整性检查， 加密算法采用AES-128，网络扩充性强，有效覆盖范围为10～75m，具体依据实际发射功率的大小和各种不同的应用模式而定，基本上能够覆盖普通的家庭环境，通信频率采用2．4GHz 免执照频段。ZigBee是一组基于IEEE802．15．4无线标准研制开发的，有关组网、安全和应用软件方面的技术标准。IEEE802.15.4仅定义了MAC层和物理层协议，而ZigBee联盟则对其网络层和应用层进行了标准化。ZigBee联盟还开发了安全层，以保证这种便携设备不会意外泄漏其标识，而且这种利用网络的远距离传输不会被其他节点获得。2系统结构设计无线传感器网络系统主要由传感器、CC2430无线模块构成，结构图。 无线传感器网络采用树状结构，网络中有一个协调器，负责整个网络中数据的处理、转发以及网络的管理。终端节点(传感器节点)上电复位后，会搜索协调器节点，当能够搜索到协调器时，直接申请加入网络。当终端节点搜索不到协调器时，这时就会通过路由器节点找到协调器来加入网络。加入网络后保持待机状态，当有数据需要发送时，按照组网时的路径来收发数据信息。协调器通过串口与PC机相连，利用超级终端实现发送命令或者显示数据。3硬件电路设计本文设计的无线传感器网络系统的硬件结构主要由协调器模块，路由器模块，传感器模块，串口转换模块，供电模块以及PC机等组成。其中协调器、路由器、传感器3个模块作为主要的无线通信模块，由主控芯片CC2430作为数据处理以及无线收发器。其系统硬件电路结构示意图。3．1主控芯片选用CC2430芯片作为无线收发器和数据处理及控制器。CC2430在单个芯片上整合了ZigBee射频前端、内存和微控制器。它采用增强型8051MCU、32／64／128kB 闪存、8kBSRAM等高性能模块，还包含模拟数字转换器、几个定时器、AES-128协同处理器、看门狗定时器。32kHz晶振的休眠模式定时器、上电复位电路、掉电检测电路以及21个可编程I／O引脚。3．2无线模块设计1)协调器模块协调器节点由电压转换模块、按键模块、LCD模块、LED指示灯、时钟、处理器CC2430、天线等部分组成。CC2430的工作电压为3～3．3V，所以要用电压转换模块把电压从5V降低到3．3V左右；LED指示灯用来显示协调器节点网络状态信息(如是否组网成功)；LCD模块是用户和传感器网络的交互界面，用来显示功最长能菜单，用户通过按键来选择功能菜单。其电路图。 2)传感器模块与路由器模块传感器模块亦即是终端节点模块，由传感器、处理器CC2430、天线、LED指示灯、时钟等部分组成。LED指示灯由P1．0、P1．1口控制。传感器模块就是在协调器模块的基础上去掉了LCD，而加入了传感器。传感器选用了DHT11温湿度传感器，与P0．0口相连，来负责数据采集。路由器模块与传感器模块的硬件电路相同，只是在编程实现功能上有所不同。4无线网络系统软件设计在ZigBee网络中，只有那些可以成为ZigBee协调器的设备才能建立新网络。协调器首先执行信道扫描，如果发现了一个合适的
无线传感器网络的特点 大规模网络 为了获取精确信息，在监测区域通常部署大量传感器节点，传感器节点数量可能达到成千上万，甚至更多。传感器网络的大规模性包括两方面的含义：一方面是传感器节点分布在很大的地理区域内，如在原始大森林采用传感器网络进行森林防火和环境监测，需要部署大量的传感器节点；另一方面，传感器节点部署很密集，在一个面积不是很大的空间内，密集部署了大量的传感器节点。 传感器网络的大规模性具有如下优点：通过不同空间视角获得的信息具有更大的信噪比；通过分布式处理大量的采集信息能够提高监测的精确度，降低对单个节点传感器的精度要求；大量冗余节点的存在，使得系统具有很强的容错性能；大量节点能够增大覆盖的监测区域，减少洞穴或者盲区。 自组织网络在 传感器网络应用中，通常情况下传感器节点被放置在没有基础结构的地方。传感器节点的位置不能预先精确设定，节点之间的相互邻居关系预先也不知道，如通过飞机播撒大量传感器节点到面积广阔的原始森林中，或随意放置到人不可到达或危险的区域。这样就要求传感器节点具有自组织的能力，能够自动进行配置和管理，通过拓扑控制机制和网络协议自动形成转发监测数据的多跳无线网络系统。在传
感器网络使用过程中，部分传感器节点由于能量耗尽或环境因素造成失效，也有一些节点为了弥补失效节点、增加监测精度而补充到网络中，这样在传感器网络中的节点个数就动态地增加或减少，
从而使网络的拓扑结构随之动态地变化。传感器网络的自组织性要能够适应这种网络拓扑结构的动态变化。动态性网络传感器网络的拓扑结构可能因为下列因素而改变：①环境因素或电能耗尽造成的传感器节点出现故障或失效；②环境条件变化可能造成无线通信链路带宽变化，甚至时断时通；③传感器网络的传感器、感知对象和观察者这三要素都可能具有移动性；④新节点的加入。这就要求传感器网络系统要能够适应这种变化，具有动态的系统可重构性。 可靠的网络 传感器网络特别适合部署在恶劣环境或人类不宜到达的区域，传感器节点可能工作在露天环境中，遭受太阳的暴晒或风吹雨淋，甚至遭到无关人员或动物的破坏。传感器节点往往采用随机部署，如通过飞机撒播或发射炮弹到指定区域进行部署。这些都要求传感器节点非常坚固，不易损坏，适应各种恶劣环境条件。由于监测区域环境的限制以及传感器节点数目巨大，不可能人工“照顾每个传感器节点，网络的维护十分困难甚至不可维护。传感器网络的通信保密性和安全性也十分重要，要防止监测数据被盗取和获取伪造的监测信息。因此，传感器网络的软硬件必须具有鲁棒性和容错性。
压电式传感器 一、选择填空题： 1、压电式加速度传感器是（D ）传感器。 A、结构型 B、适于测量直流信号 C、适于测量缓变信号 D、适于测量动态信号 2、沿石英晶体的光轴z的方向施加作用力时，（A ）。 A、晶体不产生压电效应 B、在晶体的电轴x方向产生电荷 C、在晶体的机械轴y方向产生电荷 D、在晶体的光轴z方向产生电荷 3、在电介质极化方向施加电场，电介质产生变形的现象称为（B ）。 A、正压电效应 B、逆压电效应 C、横向压电效应 D、纵向压电效应 4、天然石英晶体与压电陶瓷比，石英晶体压电常数（C），压电陶瓷的稳定性（C ）。 A、高，差 B、高，好 C、低，差 D、低，好 5、沿石英晶体的电轴x的方向施加作用力产生电荷的压电效应称为（D）。 A、正压电效应 B、逆压电效应 C、横向压电效应 D、纵向压电效应 6、压电式传感器可等效为一个电荷源和一个电容并联，也可等效为一个与电容相串联的电压源。 7、压电式传感器的输出须先经过前置放大器处理，此放大电路有电压放大器和电荷放大器两种形式。 二、简答题 1、什么是压电效应？纵向压电效应与横向压电效应有什么区别？ 答：某些电介质，当沿着一定方向对其施加外力而使它变形时，内部就产生极化现象，相应地会在它的两个表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，又重新恢复到不带电状态，这种现象称压电效应。通常把沿电轴X－X方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“纵向压电效应”；而把沿机械轴Y－Y方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“横向压电效应”；所以纵向压电效应与横向压电效应的主要区别在于施力方向不同，电荷产生方向也不同。 2、压电式传感器为何不能测量静态信号？ 答：因为压电传感元件是力敏感元件，压电式传感器是利用所测的物体的运动产生的相应的电信号，而静态的不能产生相应的电信号。所以压电式传感器不能测量静态信号。
嵌入式学习心得体会5篇 嵌入式学习心得体会(一) 首先我声明，我是基于嵌入式系统平台级设计的，硬件这个方向我相对来讲比较有发言权，如果是其它方面所要具备的基本技能还要和我们培训中心其它专业级讲师沟通。他们的方面上我只能说是知道些，但不是太多，初级的问题也可以问我。 对于硬件来讲有几个方向，就单纯信号来分为数字和模拟，模拟比较难搞，一般需要很长的经验积累，单单一个阻值或容值的精度不够就可能使信号偏差很大。因此年轻人搞的较少，随着技术的发展，出现了模拟电路数字化，比如手机的modem 射频模块，都采用成熟的套片，而当年国际上只有两家公司有此技术，自我感觉模拟功能不太强的人，不太适合搞这个，如果真能搞定到手机的射频模块，只要达到一般程度可能月薪都在15k以上。 另一类就是数字部分了，在大方向上又可分为51/arm的单片机类，dsp类，fpga 类，国内fpga的工程师大多是在ic设计公司从事ip核的前端验证，这部分不搞到门级，前途不太明朗，即使做个ic前端验证工程师，也要搞上几年才能胜任。dsp 硬件接口比较定型，如果不向驱动或是算法上靠拢，前途也不会太大。 而arm单片机类的内容就较多，业界产品占用量大，应用人群广，因此就业空间极大，而硬件设计最体现水平和水准的就是接口设计这块，这是各个高级硬件工程师相互pk，判定水平高低的依据。而接口设计这块最关键的是看时序，而不是简单的连接，比如pxa255处理器i2c要求速度在100kbps，如果把一个i2c外围器件，最高还达不到100kbps的与它相接，必然要导致设计的失败。这样的情况有很多，比如51单片机可以在总线接lcd，但为什么这种lcd就不能挂在arm的总线上，还有arm7总线上可以外接个winband的sd卡控制器，但为什么这种控制器接不到arm9或是xscale处理器上，这些都是问题。 因此接口并不是一种简单的连接，要看时序，要看参数。一个优秀的硬件工程师应该能够在没有参考方案的前提下设计出一个在成本和性能上更加优秀的产品，靠现有的方案，也要进行适当的可行性裁剪，但不是胡乱的来，我遇到一个工程师
嵌入式课程设计报告设计题目：电子密码锁
、 摘要 随着科技和人们的生活水平的提高，实现防盗的问题也变得尤为突出，传统机械锁构造简单，电子锁的保密性高，使用灵活性好。根据需要设计运用W90P170开发板，制作一款电子密码锁，密码锁通过键盘输入密码，通过在LCD的文字和图片显示当前密码锁的状态。实现设置密码，密码验证，错误密码自锁、图片显示的功能。 目录
一、选题意义及系统功能 (3) 二、硬件设计及描述 (4) 三、软件设计及描述 (5) 四、程序代码 (6) 五、课程设计体会 (11) 六、运行结果 (12) 七、心得体会 (12) 八、参考文献 (13) 九、附录 (13) 一、选题意义及功能描述 1、选题意义 电子密码锁是通过密码输入来控制电路或是芯片工作，从而控制机械的开关闭合、开锁的电子产品。随着科技提高和人们生活水平的提高，对电子密码锁的需求增加。电子密码做较传统的机械锁安全性能更高。 特点如下： (1)保密性好，编程量大，随机开锁的成功率几乎为零。
(2)密码可变，用户可以随时改变密码，防止密码被盗，同时也可以避免人员的更替而使锁的密级下降。 (3)误码输入保护，输入密码多次错误是，系统进行自锁。 (4)无活动零件，不会磨损，寿命长。 (5)使用灵活性好，无需佩戴钥匙，操作简单。 2、功能描述 基本功能： (1)从键盘输入任意6位数字作为密码，将这六位数字经过USI总线存储到Flash芯片中，设置密码完成。 (2)从键盘输入密码，比较键盘输入的密码与Flash中存储的密码是否相同。 (3)如果密码正确，则LED灯点亮；如果密码不正确，则LED灯闪烁，而且如果连续三次输入密码错误则系统锁定，不允许再次输入密码。 扩展功能： (1)首先显示“请输入密码：”，显示密码锁背景图片1。 (2)如果密码正确则显示“密码正确”，显示成功进入系统的背景图片2。 (3)如果密码不正确则显示“密码不正确，请重新输入：” (4)如果连续三次输入密码错误则显示“对不起，您已经连续三次输入密码错误，系统锁定”，显示图片1。
无线传感器网络系统的设计思路 一、无线传感器网络技术应用广泛，百花齐放 无线传感器和传感器网络，是具有非常广泛的市场前景，将会给人类的生活和生产的各个领域带来深远影响的新技术。美国的《技术评论》杂志在论述未来新兴十大技术时，更是将无线传感器网络列为第一项未来新兴技术，《商业周刊》预测的未来四大新技术中，无线传感器网络也列入其中。 无线传感器网络有着十分广泛的应用前景，在工业、农业、军事、环境、医疗，数字家庭，绿色节能，智慧交通等传统和新兴领域有具有巨大的运用价值，无线传感器网络将无处不在，将完全融入我们的生活。图一是无线传感器应用示意。 由于无线传感器和无线传感器网络巨大的市场和应用前景，所以目前全世界许多公司都推出了各自的无线传感器网络。这些技术百花齐放，各有千秋，但是这些技术之间，几乎不能相互兼容和互通。 目前正在开发中的各种无线传感器技术，从这个图我们可以看到，不同的无线传感器网络，最终都是希望实现和互联网的通讯，这可能是这些传感器网络最终交汇的通道。 二、如何选择合适的无线传感器技术 无线传感器网络系统的基本架构包括三部分，第一部分是无线收发芯片，其职责是将数字信息转换为高频无线信号传送出去和将接收到的高频无线信号恢复成数字信息。无线传感器收发芯片而言，IEEE 802.15.4能为无线传感器应用提供最佳方案，这是因为IEEE 802.15.4规范可能是主要且可能唯一的实用标准。目前全球有多家公司提供这方面的收发芯片。像TI 公司的CC2420/CC2520等芯片都特别适用于钮扣电池和低电能应用的低功耗特性。 实现一个典型的无线传感器网络节点和路由器，可以采用多芯片方案，，由一个无线收发芯片和一个微控制器(单片机)组成，微处理器可以采用低功耗的MSP430，无线芯片可以采用CC2520/CC2420等。 随着技术不断发展，已经有越来越多的公司，将无线收发器芯片和微控制器和无线收发器做成了一个片上系统(SoC)，例如TI公司采用8051内核的CC2430/CC2431等ZigBee无线单片机，随着无线传感器网络对计算能力提高要求，最近Freescale公司也推出了ARM内核的32位ZigBee无线单片机。使用这些SoC无线单片机设计无线传感器网络，将使无线传感器节点具有更小的体积，更低的功耗和更低的价格；TI公司在国内的技术合作伙伴无线龙科技公司等，也同时提供这些芯片，开发工具的相关技术支持。 无线传感器网络构架第二部分是运行于单片机或者无线单片机内部的嵌入式软件，也称软件协议栈(network stack)，网络堆栈有两个职责。首先它必须要处理节点间的无线链接通信质量的频繁变化和环境因数对无线通讯造成的干扰，具有对网络自组织，自恢复的能力；网络堆栈的第二个职能是要具有很强的路由算法能力，确保信息可靠高效地通过各种网络拓扑(星状/网状等等)从源节点(如果现有，可以通过成百上千路由节点)发送到目标节点。确保通讯的实时性要求。 ZigBee联盟是由众多技术供应商和开发商组成的独立标准组织。也是目前世界是最大的，基于IEEE 802.15.4平台的网络软件协议栈标准提供联盟。 该组织从ZigBee2004、ZigBee2006、ZigBee2007不断发展，目前提供的两个网络栈是：ZigBee和ZigBee PRO。从使用角度看ZigBee堆栈很适合一般包含十到几百个节点的小型网络。而ZigBee PRO是ZigBee超集，它增加了一些功能，可对网络进行扩展并更好地应对来自其他技术的无线干扰，而且可以适应更大型的网络和具有更加可靠的路由通讯算法和无线通讯可靠性。 无线传感器网络构架第三部分应用软件，这部分包括各种根据用户现有开发的软件代码，
收稿日期:2012-02-06;修订日期:2012-10-18 作者简介:潘宁（1978-），女,河南信阳人，硕士，讲师，研究方向：网络安全。0前言网络传输的速率日渐提升，传输的方式也从有线到无线，种种的技术与适配卡的变迁，对于路由器（Router ）的负荷必定造成相当的冲击。因此必须要有一强大的管理机制对路由器善尽的管理。现阶段因特网的状况是比较复杂的，如带宽参差不齐、延迟时间大、不稳定。如何在因特网上保证用户的传输质量就成为一个不容忽视的重要问题，必须要有完善的管理机制对路由器进行管理。文中分析了基于无线传感器技术的网络路由器的工作原理，分析了其中端口设计的关键技术[1]。1无线网络环境中所使用的路由协议 无线传感器网络体系结构是网络的协议分层和 网络协议的集合，是对网络及其部件所应完成功能的定义和描述。无线传感器网络路由协议的任务是在传感器节点和汇聚节点之间建立路由，可靠地传递数据。由于无线传感器网络资源严重受限，因此路由协议要遵循的设计原则包括不能执行太复杂的计算、 不能在节点保存太多的状态信息、 节点间不能交换太多的路由信息等。 为了有效地完成上述任务，已提出的很多种路由协议大都利用了无线传感器网络的以下特点：①传感器节点按照数据属性寻址，而不是IP 寻址；②第32卷第2期2013年2期煤炭技术Coal Technology Vol.32,No.02February,2013 基于无线传感技术的网络路由器端口设计 潘 宁，何少情（郑州旅游职业学院，郑州450009）摘要:网络传输的速率日渐提升，传输的方式也从有线到无线，种种的技术与适配卡的变迁，对于路由器的负荷 必定造成相当的冲击。因此必须要有完善的管理机制对路由器进行管理。文章分析了基于无线传感器技术的网络 路由器的工作原理，阐述了其中端口设计的关键技术。 关键词:无线传感技术；网络路由；端口 中图分类号:TP212文献标识码:A 文章编号:1008-8725（2013）02-0036-03 Design of Network Router Port Based on Wirdess Seusor Technology PAN Ning,HE Shao-qing （Zhengzhou Tourism College,Zhengzhou 450009,China ） Abstract:Network transmission speed is increasingly being transmission from limited to wireless, various technical changes adapter for router load must cause a considerable impact.Therefore there must be a sound management mechanism to manage the router.This paper analyzes the network router based on wireless sensor technology works on which port design of key technologies. Key words:wireless sensor technology;network routing;port 少工作面的涌水量对运作的不利影响，最后再关闭 射流泵和抽真空控制阀。停泵过程中先关电动闸阀，再关水泵电机，这样更能保障作业后的安全性，也为下一次作业前的准备工作避免了不必要的麻烦。 PLC 控制水泵编程方式具有简单和直观的特点，水位传感器将水位变化信号转换为模拟输入量，送到PLC 输入模块。各个开关信号经由数字量输入模块，送入到PLC 控制器，控制器能通过其自动监测功能判断出水位上升的数据，得出涌水量及水位上升速度，使控制器更准确地接受指令，控制离心泵的启动和停止。PLC 控制器对超出设定的变量进行检测，如果达到一定限度则进行超限报警。而组态软件编程主要生成于人机交互界面，以便进行实时监控（图2）。4结束语伴随科技时代的到来以及自动化控制技术的加速推广， PLC 在煤矿主排水泵自动控制系统中的应用研究也日趋完善，在水资源充分利用方面有了很 大的改善，突破了传统人工控制系统的种种弊端，决定了井下排水自动系统控制的重要性。在煤矿作业 的未来发展中， 不排除还会出现各种难题，这需要煤矿作业者及时将高效的科技结合各种难题突破于实 践， 做到进一步的合理完善。参考文献： [1]付铁斌， 王洪林.矿井主排水系统监测装置的研究[J].煤矿安全，2004(5):17-19.[2]李胜旺，古贵堂，赵晓旭.矿井主排水自动化控制系统[J].工矿安全，2002(1):3-5.[3]王黎明.CAN 现场总线系统的设计与应用[M].北京：电子工业出 版社，2008.（责任编辑王秀丽）!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
第一章检测技术的基本概念 一、填空题： 1、传感器有、、组成 2、传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出与输入的比值。 3、从输出曲线看，曲线越陡，灵敏度。 4、下面公式是计算传感器的。 5、某位移传感器的输入变化量为5mm，输出变化量为800mv，其灵敏度为。 二、选择题： 1、标准表的指示值100KPa，甲乙两表的读书各为 KPa和 KPa。它们的绝对误差为。 A 和 B 和 C 和 2、下列哪种误差不属于按误差数值表示。 A绝对误差 B相对误差 C随机误差 D引用误差 3、有一台测量仪表，其标尺范围0—500 KPa，已知绝对误差最大值 P max=4 KPa，则该仪表的精度等级。 A 级 B 级 C 1级 D 级 4、选购线性仪表时，必须在同一系列的仪表中选择适当的量程。应选购的仪表量程为测量值的 倍。 A3倍 B10倍 C 倍 D 倍 5、电工实验中，常用平衡电桥测量电阻的阻值，是属于测量， 而用水银温度计测量水温的微小变化，是属于测量。 A偏位式 B零位式 C 微差式 6、因精神不集中写错数据属于。 系统误差 B随机误差 C粗大误差 7、有一台精度级，测量范围0—100 KPa，则仪表的最小分格。 A45 B40 C30 D 20 8、重要场合使用的元件或仪表，购入后进行高、低温循环老化试验，目的是为了。 A提高精度 B加速其衰老 C测试其各项性能指标 D 提高可靠性 9、传感器能感知的输入量越小，说明越高。 A线性度好 B迟滞小 C重复性好 D 分辨率高 三、判断题 1、回差在数值上等于不灵敏度 ( ) 2、灵敏度越大，仪表越灵敏（） 3、同一台仪表，不同的输入输出段灵敏度不同（） 4、灵敏度其实就是放大倍数（） 5、测量值小数点后位数越多，说明数据越准确（） 6、测量数据中所有的非零数字都是有效数字（） 7、测量结果中小数点后最末位的零数字为无效数字（） 四、问答题 1、什么是传感器的静态特性，有哪些指标。 答：指传感器的静态输入、输出特性。有灵敏度、分辨力、线性度、迟滞、稳定性、电磁兼容性、可靠性。
嵌入式实验报告心得 篇一：嵌入式系统原理实验总结报告 嵌入式系统原理实验总结报告 车辆座椅控制系统实验 XX/5/23 嵌入式系统原理实验总结报告 一、技术性总结报告 （一）题目：车辆座椅控制系统实验（二）项目概述： 1.为了实现车辆座椅控制的自动化与智能化。 2.方便用户通过智能手机与车载传感器之间的联动。 3.使车辆作为当今物联网中重要的一个节点发挥作用。 4.通过车辆座椅控制系统实验实现对嵌入式系统原理课程的熟练掌握与对嵌入式系统原理知识的深化记忆。 5. 加强本组学生对嵌入式系统原理的更深层次的理解与运用。 （三）技术方案及原理 本次试验分为软件、硬件两个部分。 1.软件部分。 A.智能手机部分，包括通过智能手机对座椅的控制部分、手机所携带的身份信息部分。 本部分软件使用Java编写，其程序部分为：主程序：package ;
import ; import ; import ; import ; import ; import ; import ; import ; import ; import ; import ; import ; import ; import ; import ; import ; import ; import ; import ; import ; import ; import ; import ; import ; import ; import ;import ; import ; import ; public class MainActivity extends ActionBarActivity { private Button Up = null; private Button Left = null; private Button Dowm = null; private Button Right = null; private Socket socket = null; private static final String HOST = "";private static final int PORT = 10007; public void onCreate(Bundle savedInstanceState) { super.onCreate(savedInstanceState); setContentView(; initControl();} private void initControl() {
无线传感器网络 课程设计报告 （2018-2019学年第一学期） 题目安全的无线传感器网络数据传输系统的设计指导老师 班级
目录1需求分析 2传感器网络概述 2.1传感器网络体系结构 2.2传感器网络协议栈 3数据传输方式 4设计 4.1主要数据结构 4.2 课程设计的条件 5测试 6使用说明 6.1应用程序功能的详细说明 6.2应用程序运行环境要求 6.3输入数据类型、格式和内容限制 6.4各模块程序段说明 7总结提高 7.1课程设计总结 7.2课程设计评价
1 需求分析 1.1 功能与技术需求 随着信息时代的逐渐来临,物联网的建设也越来越完善,为信息的存储和传输提供了完善的路径,而无线传感网是物联网的重要组成部分,它的建设成为物联网建设的关键。无线传感器网络是由大量微型传感器节点以自组织和多跳的方式构成的网络。它具有资源非常受限、无线通信链路质量不稳定和网络拓扑动态变化等诸多显著特点,与现有的互联网和其它无线网络存在较大差别,向可靠数据传输提出新的挑战和要求。在数据传输可靠性保障方面，采用了加密算法保证在传输过程中的安全性。 2 传感器网络概述 2.1传感器网络体系结构 典型的传感器网络结构包括传感器节点、汇聚节点和管理节点。随即部署在监测区域内的大量传感器节点通过自组织方式构成网络。传感器节点的监测数据沿着其他节点逐跳传输，监测数据可能被多个节点处理，经过多跳后被路由到汇聚节点，最后通过互联网或者卫星到达管理节点和用户。管理节点对传感器网络进行配置和管理。传感器网络体系结构如图所示
2.2传感器网络协议栈 与互联网协议栈(TCP/IP)的五层相对应，传感器网络协议栈包括:物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。另外协议栈还包括时间同步、节点定位、网络管理、QoS保障、移动管理、任务管理、能量管理和安全机制等。物理层提供信号调制、无线收发和相应的密码服务:数据链路层负责信道接入、拓扑生成、差错控制、介质访何控制、数据成帧以及数据帧监测等;网络层主要负责路由生成，路由选择和拓扑管理等;传输层负责数据流的传输控制，网络的协同工作等:时间同步、节点定位、网络管理、QoS 保障、移动管理、任务管理、能量管理和安全机制等通常跨越多个网络协议栈层次
无线传感网络设计问题 Prepared on 24 November 2020
第二次个人赛论文姓名代码：88 无线传感网络设计问题 摘要 本文针对无线传感网络节点的放置和节点间相互通信的路径选择问题做了深入的 研究。 对于问题（1），本文根据概率论知识（当试验次数足够大时，可以近似认为事件 发生的频率等于其概率）采用计算机仿真法，在监视区域内随机安放n个节点，组建 无线传感网络，然后在监视区域随机取20000个点，通过检验这些点是否全部被所组 建的无线传感网络覆盖来判断所组建的无线传感网络能否成功覆盖整个区域。进行多 次仿真，统计并计算出由这n个节点组成的无线传感网络成功覆盖整个区域的频率， 将此频率与95%比较，然后根据不同情况适当调整n的大小，最后找出能成功覆盖整个 区域的概率在95%以上的最少节点数n为565个。 对于问题（2），本文建立图论模型，在满足题设节点间通信条件的前提下，考虑 通信的及时性的时效性，以通信所用时间最短为选取最优通路的原则，先建立所给的 120个节点间的距离矩阵，然后将距离矩阵中大于10的元素变为无穷大，从而将距离 矩阵转化为带权邻接矩阵，最后用matlab软件求解，通过调用Dijkstraf算法，求解 出10组节点间的通信通路，比如节点1与节点90间的通信通路为 1 80 64 25 46 65 66 93 13 3 87 15 60 90（详见表1）。 最后，本文对问题（1）和问题（2）中的模型进行了评价，并对第一问中的仿真 模型求解时只检验无线传感网络对整个监视区域是否完全覆盖，而没有考虑随机安放 的节点间能否相互通信的问题进行了进一步讨论，并提出以节点间距离的最小值为判 断依据，在原覆盖的基础上剔除一些与其他节点间最小距离大于10的节点的修正方 案。并对模型进行了简单的推广。 关键词：计算机仿真；图论模型；概率论；Dijkstraf算法 一、问题的提出和重述
一、填空题(20分) 1.传感器由（敏感元件，转换元件，基本转换电路）三部分组成。 2.在选购线性仪表时，必须考虑应尽量使选购的仪表量程为欲测量的（1.5 ） 倍左右为宜。 3.灵敏度的物理意义是（达到稳定工作状态时输出变化量与引起此变化的输入变化量之比。） 4. 精确度是指（测量结果中各种误差的综合，表示测量结果与被测量的真值之间的一致程度。） 5．为了测得比栅距W更小的位移量，光栅传感器要采用（细分）技术。 6.热电阻主要是利用电阻随温度升高而（增大）这一特性来测量温度的。 7.传感器静态特性主要有（线性度，迟滞，重复性，灵敏度）性能指标来描述。 8.电容传感器有三种基本类型，即(变极距型电容传感器、变面积型电容传感器, 变介电常数型电容传感器) 型。 9.压电材料在使用中一般是两片以上在,以电荷作为输出的地方一般是把压电元件（并联）起来，而当以电压作为输出的时候则一般是把压电元件（串联)起来 10.压电式传感器的工作原理是：某些物质在外界机械力作用下，其内部产生机械压力，从而引起极化现象，这种现象称为（顺压电效应）。相反，某些物质在外界磁场的作用下会产生机械变形，这种现象称为（逆压电效应）。 11. 压力传感器有三种基本类型，即（电容式，电感式，霍尔式）型. 12.抑制干扰的基本原则有（消除干扰源，远离干扰源，防止干扰窜入）. 二、选择题（30分,每题3分）1、下列( )不能用做加速度检测传感器。D.热电偶 2、将超声波（机械振动波）转换成电信号是利用压电材料的( ).C．压电效应 3、下列被测物理量适合于使用红外传感器进行测量的是（）. C．温度 4、属于传感器动态特性指标的是（）.D．固有频率 5、对压电式加速度传感器，希望其固有频率( ).C.尽量高些 6、信号传输过程中，产生干扰的原因是( )C.干扰的耦合通道 7、在以下几种传感器当中( )属于自发电型传感器.C、热电偶 8、莫尔条纹光栅传感器的输出是( ).A.数字脉冲式 9、半导体应变片具有( )等优点.A.灵敏度高 10、将电阻应变片贴在( )上，就可以分别做成测力、位移、加速度等参数的传感器. C.弹性元件 11、半导体热敏电阻率随着温度上升，电阻率( ).B.迅速下降 12、在热电偶测温回路中经常使用补偿导线的最主要的目的是( ). C、将热电偶冷端延长到远离高温区的地方 13、在以下几种传感器当中( ABD 随便选一个)不属于自发电型传感器. A、电容式 B、电阻式 C、热电偶 D、电感式 14、( )的数值越大,热电偶的输出热电势就越大.D、热端和冷端的温差 15、热电阻测量转换电路采用三线制是为了( B、减小引线电阻的影响). 16、下列( )不能用做加速度检测传感器.B.压电式 三、简答题（30分） 1.传感器的定义和组成框图？画出自动控制系统原理框图并指明传感器在系统中的位置和
对于电焊，虽然一点都不陌生，但亲手操作的机会却只有几次，因此我很庆幸能够有这样的焊接机会，进行这样的实践。 焊接看似容易，实则需要长时间练习才能掌握。刚开始的时候，手一直在抖，尤其这次焊的还是贴片电容、电阻，原器件比以前焊的小好多，用镊子的手一抖就夹不住了，拿着烙铁的手抖得都不容易将器件焊上，焊出来的焊点也特别难看，在不断尝试，不断挑战自我的过程中，我的手不抖了，也基本能掌握锡的用量了，当焊点终于不再“丑不忍睹”的时候，对焊接也没有当初的恐惧了。对自己的动手能力也有了信心。 在焊接的过程中我学到了许多以前我不知道的东西，比如，以前我只知道有电烙铁，但不知道它还有好多种类，有单用式、两用式、调温式、恒温式、直热式、感应式、内热式和外热式。松香可以将多余的锡弄下来，用酒精可以把板擦的干净些。通过视频和查找资料，知道了在焊不同的器件时用的电烙铁的头不同，比如在焊引脚时要用尖头，焊CPU时要用刀口，为防止锡将焊引脚的小孔堵住，用松香把纸条粘在小孔上，把小孔盖住，把CPU的引脚对齐，用锡先涂满两边，固定好芯片，在焊另外两边，然后用尖头的电烙铁沾着松香将多余的锡弄下来。 本次课程设计的是信号发生器，信号发生器在EDA课程，数字信号处理课程中都曾涉及，所以还是较为熟悉的，在设计之前查阅了一些相关书籍，也从网上查找了一些相关资料，程序代码中运用到了C语言，将程序加入到嵌入式结构框架中，进行定义变量，端口，设定所用的GPIO参数等等。 在焊接的过程中我不仅学到了知识，而且让我深深地体会到一个团队中各成员合作的重要性，要善于团队合作，在进行团队合作的时候，还要耐心听取每个成员的意见，每个人都有长处和短处，只有在包容别人的同时我们才可以取长补短，不断完善和不断进步，交到更多的朋友，学到更多的知识。同时还让我明白：做任何事都要一心一意，严谨认真，反复琢磨，不能畏惧，要有信心和勇气，一定要做好充分的准备。不能盲目去做，要坚持，还要学会反思跟总结，我们不是为了完成任务而完成，这还是一个学习跟提高的过程。 在大学里学的不是知识，而是一种叫做自学的能力。在这个知识爆炸的时代，知识更新太快，靠原有的一点知识肯定不行。以后的工作中肯定会用到一些新的
无线传感器网络课程设计 ------远程数据采集系统设计 学生姓名： 指导教师：峰斌 专业：电子信息工程 班级：D0745 学号： 设计时间：2011年1月3日至 2011年1月20日 实验地点：新实验楼524
随着无线网络技术的飞速发展和同益普及，低速、低功耗、低成本的ZigBee 无线网络技术，己成为当前传感器网络及自动化控制领域中的一个重要研究课题。本论文对ZigBee技术进行广泛深入的分析和研究，使用ZigBee协议设计应用程序并结合硬件进行实验，主要研究工作如下： (1)介绍了ZigBee相关概念、应用前景和研究现状、体系结构、优缺点以及网络拓扑、设备类型、ZigBee网络的基本框架、功能、特点等内容。 (2)对ZigBee网络层、应用层及ZigBee应用程序框架结构、功能进行了研究。分析了ZigBee协议栈的总体功能结构，着重讨论网络建立、路由机制、数据帧结构和数据传输模式、数据处理模式以及编程接口，展示了整个系统的应用程序编写过程。 (3)分析了ZigBee设备组成结构及硬件设计思路。在具体介绍JN5121处理器模块、电源模块、时钟模块、存储器模块以及各个接口模块的基础上给出了硬件设计的整体方案及硬件原理图。 (4)讨论了ZigBee网络与因特网的互联及数据交换方式。研究了https://www.doczj.com/doc/052142611.html,嵌入式操作的定制及嵌入式数据库的应用。 (5)组建基于ZigBee技术的无线数据采集系统，以JN5121单片机和数字式温湿度传感器SHT10设计出了传感器网络节点，S3C2440控制器作为ZigBee网关。传感器节点通过无线通信方式将数据发送到ZigBee网关。ZigBee网关通过以太网网络将数据传输给监测中心主机，并对实验结果进行分析。 该系统具有良好的人机交互界面和远程访问功能，良好的可移植性和扩展性，可以根据具体要求方便地在数据采集模块上进行传感器的扩充以实现更多功能。 关键词：ZigBee技术，IEEE802.15.4，无线网络，https://www.doczj.com/doc/052142611.html,
浅谈无线传感网络和目前面临的困难 随着半导体技术、微系统技术、计算机技术和无线通信等技术的飞速发展，使传感器在微小体积内能够集信息采集、数据处理和无线通信等功能于一体，推动了低功耗多功能传感器应用的快速成长。无线传感网络(wirelesssensornetwork，WSN)就是由大量部署在监测区域内的这类传感器节点组成，通过无线通信的方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，能协作的感知、采集和处理网络覆盖区域的监测信息，并发送给观察者。它作为全球未来十大技术之一，正越来越受到人们的重视。它在军事、医疗、家用、环境监测等多个领域均有广阔的应用市场。 无线传感网络是由部署在监测区内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的楚协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信怠，并发送给观察者。传感器、感知对象和观察者构成了传感器网络的三个要素。 无线传感网络的传感器可以由许多种不同类型构成，如：震动的，低取样率电磁的，热力的，可视的，声学的和雷达等，能监视大范围外界条件。如：温度，湿度，车辆移动，光条件，艇力，污染，噪声，某一对象出现或消失，机械力，当前对象属性等。能够，。泛应用于军事、环境监测和预报、健康护理、智能家居、建筑物状态监控、复杂机械监控、城市交通、空间探索、大型车问和仓库管理，以及机场、大型工业园区的安全监测等领域。 传感器网络系统通常包括传感器节点、汇聚节点和管理节点。 大量传感器节点随机部署在监测区域内部或附近，能够通过自组织方式构成网络。传感器节点监测的数据沿着其他传感器节点逐跳地进行传输，在传输过程中监测数据可能被多个节点处理，经过多跳后路由到汇聚节点，最后通过互联网或卫星到达管理节点。用户通过管理节点对传感器网络进行配置和管理，发布监测任务以及收集监测数据。 无线传感网络面临的困难 管无线传感网络应用前景广阔，就现有的技术发展水平来说，让无线传感网络大量投入正常运行并达到预期目标还面临饕许多困难，需要许多关键技术的解决： 传感器节点的工艺和产品成本问题 无线传感网络中的节点一般为电池供电，有效电量非常有限，丽且由于应用环境与节点数景关系，电池更换是不可能的。但是无线传感网络的生存时间却要求长达数胃甚至数年，一旦传感节点能量用尽，只能采取放弃或替代。因此能否节约电池能量成为无线传感网络软硬件设计中的关键问题之一。 现代传感嚣技术从单一的物性型进入以微电子和微机械集成技术为主导的发展阶段。集成工艺的发展，将微传感器、微驱动器、微执行器以及信号处理器和电路、接口、通讯和电源等组成一体化系统。美国制造了在2cm~0.15cm的体积内，由3个陀螺和3个加速度计组成的微型惯性导航系统。该系统的质量为距，体积只有小型惯性导航系统的0.1％。智能化尘粒传感器已达到舯级，国内在制造工艺方西还有欠缺。 虽然节点微型化使各部件能耗降低，研究机构对电池的改进使传感网络生命期得翻延长。但仍存在低电压或节点执行某项操作所需尖端电流不够而影响传感网络功能的有效性。”。这也是弱前值碍关注的方强。 网络的组织和管理 在传感器黼络应用中，通常传感器节点被放鬣在没有基础结构的造方。传感器节点的位置不能预先设定，节点间的邻居关系预先也不知道，如通过飞机播撤大量传肄器节点到面积广阔的原始森林中，或随意放置到人不可到达或危险的区域。这样就要求传感器节点具有自组织和自管理的能力。网络组织和管理的焦点是如何在能量有效的前提下，通过自行检测自
第一章 检测技术的基本概念 一、填空题： 1、 传感器有 ____________ 、 、 __________ 组成 2、 传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出 _______________ 与输入 _________ 的比值。 3、 从输出曲线看，曲线越陡，灵敏度 ______________ 。 4、 下面公式是计算传感器的 ____________ 。 y max y min 5、某位移传感器的输入变化量为 5mm ，输出变化量为800mv ,其灵敏度为 _________________ 。 、 选择题: 1、 标准表的指示值 100KPa ，甲乙两表的读书各为 101.0 KPa 和99.5 KPa 。它们的绝对误差 为 ______________ 。 A 1.0KPa 禾口 -0.5KPa B 1.0KPa 禾口 0.5KPa C 1.00KPa 禾口 0.5KPa 2、 下列哪种误差不属于按误差数值表示 _____________________ 。 A 绝对误差 B 相对误差 C 随机误差 D 引用误差 3、 有一台测量仪表，其标尺范围 0— 500 KPa ，已知绝对误差最大值 Pmax=4 KPa ，则该仪表的精度等级 __________________ 。 A 0.5 级 B 0.8 级 C 1 级 D 1.5 级 4、 选购线性仪表时，必须在同一系列的仪表中选择适当的量程。应选购的仪表量程为测量 值的 _______________ 倍。 A3 倍 B10 倍 C 1.5 倍 D 0.75 倍 5、 电工实验中，常用平衡电桥测量电阻的阻值，是属于 ___________________ 测量， 而用水银温度计测量水温的微小变化，是属于 ___________________ 测量。 A 偏位式 B 零位式 C 微差式 6、 因精神不集中写错数据属于 。 系统误差 B 随机误差 C 粗大误差 7、 有一台精度2.5级，测量范围0—100 KPa ,则仪表的最小分 _______________ 格。 A45 B40 C30 D 20 8、重要场合使用的元件或仪表，购入后进行高、低温循环老化试验，目的是为 了 。 9、传感器能感知的输入量越小，说明 _________________ 越高。 三、判断题 1、 回差在数值上等于不灵敏度 （ ） 2、 灵敏度越大，仪表越灵敏 （ 3、 同一台仪表，不同的输入输出段灵敏度不同 （ ） 4、 灵敏度其实就是放大倍数 （ ） 5、 测量值小数点后位数越多，说明数据越准确 （ ） A max 100% (1-9) A 提高精度 B 加速其衰老 C 测试其各项性能指标 D 提高可靠性 A 线性度好 B 迟滞小 C 重复性好 D 分辨率高