多传感器简易数据信息采集系统
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单总线单总线多传感器温度智能检测系统摘要本系统设计了一种基于单总线的温度检测系统。
针对智能温度控制,将智能传感器检测与单片机控制相结合,设计了基于单片机的温度检测系统的设计方案。
通过单总线温度传感器和单总线模数转换器采集现场数据。
采用DS18B20数字传感器对温度进行采样和转换,增强了电路的可靠性,提高了测量精度。
环境信息通过液晶显示器实时显示,通过RS-485网络将数据传输至上位机,通过上位机数据采集处理进行远程控制。
数据采集的精度最高可达 16 位,并可进行编程。
单总线技术组网非常方便,维护也非常简单,为当今的数据采集系统提供了一种新的解决方案。
关键词:单总线; DS18B20; MCS-51目录摘要I摘要错误!未定义书签。
第 1 章引言11.1学科背景11.2学科发展历程11.3本文内容2第二章方案论证与选择32.1MCU系统方案32.2传感器的选择52.2.1温度传感器52.3显示52.4通讯方式的选择6第 3 章系统硬件设计83.1AT89S52单片机83.1.1 AT89S52单片机管脚排列83.1.2单片机最小系统原理图93.2PT12864M液晶显示器93.2.1模块管脚说明103.2.2接口时序103.2.3具体说明介绍113.31-WIRE 总线技术113.3.1单总线技术概述113.3.2单总线接口硬件结构123.3.3单总线芯片序列号123.3.4单总线通讯信号类型133.3.5单总线通信初始化143.3.6单总线通信的ROM命令143.4单总线温度传感器DS18B20153.4.1概述153.4.2引脚图图163.4.3部件结构163.4.4工作原理173.4.5功能指令183.5RS485通讯原理183.5.1 MAX1487简介: 183.5.2传输速率和传输距离193.6电源设计19第 4 章系统软件设计214.1主程序214.2各子程序的设计234.2.1液晶驱动器234.2.2单总线驱动234.2.3读取温度程序234.3软件过滤和数据验证244.4通信协议简介254.5PC数据采集程序25结论26至27参考29_ _28第一章介绍1.1 学科背景在当代社会的生产生活中,温度检测系统被广泛应用于社会生产生活的各个领域。
物联网环境中的多传感器数据融合随着物联网(Internet of Things, IoT)的发展,越来越多的传感器被用于收集环境数据。
这些传感器可以在不同的位置和时间进行数据采集,从而形成了大量的多源数据。
然而,这些数据来源的差异性和不确定性给数据处理和分析带来了挑战。
因此,多传感器数据融合成为了物联网环境中的重要任务。
多传感器数据融合是将来自不同传感器的数据进行整合,以提供更全面、准确和可靠的环境信息。
通过将多个传感器的数据相互关联和处理,可以获取更全面的环境状态,并提供更高质量的决策支持。
多传感器数据融合可以用于各种应用场景,如智能家居、智能城市、智能交通等。
在物联网环境中,多传感器数据融合需要解决以下几个关键问题。
首先,数据标准化和格式统一是多传感器数据融合的基础。
不同传感器采集的数据可能以不同的格式和标准存储,因此,需要将这些数据进行标准化和格式统一,以方便数据的融合和处理。
通过采用统一的数据格式,可以更好地进行数据的整合和分析。
其次,数据质量评估和校正对于多传感器数据融合非常重要。
不同传感器的精度、灵敏度、测量范围等可能存在差异,因此需要对数据进行质量评估和校正,以减小传感器之间的差异性。
通过校正数据的偏差和误差,可以提高数据的准确性和可信度,并消除因数据质量差异引起的错误判断。
第三,多传感器数据融合需要选择合适的数据融合算法。
常见的数据融合算法包括加权平均、优势融合、模型融合等。
不同的算法适用于不同的应用场景和数据类型。
选择合适的数据融合算法可以提高融合结果的准确性和稳定性。
另外,多传感器数据融合还需要考虑传感器之间的空间和时间相关性。
传感器的布置和采集数据的时间相互关联会影响数据融合的结果。
因此,需要结合传感器的位置和时间信息,考虑空间和时间相关性,从而更好地融合数据。
此外,多传感器数据融合还需要考虑数据的实时性。
在某些实时应用场景下,数据的实时更新和融合对于及时响应环境变化至关重要。
基于无线传感器网络技术的智能交通信息采集系统研究作者:钟吉源来源:《中国新技术新产品》2013年第23期摘要:本文通过介绍无线传感器体系结构及特点,提出了一种基于无线传感器网络技术的智能交通信息采集系统,并对系统进行试验测试,以供实践参考。
关键词:无线传感器;网络技术;智能交通;试验测试中图分类号:TP27 文献标识码:A1 无线传感器网络体系的结构及特点无线传感器网络是运用无线通信的方式将大量的廉价传感器节点进行汇聚,并最终形成的一个自组织的网络系统。
主要目的是感知网络覆盖区域中存在的对象信息,并对其进行采集、处理,然后再发送给观察者。
通常典型的无线传感器网络系统,其组成部分主要包括互联网、传感器节点、通信卫星、汇聚节点以及管理节点等。
无限传感器网络系统具体工作步骤为:首先在监测区内部或附近部署大量传感器节点,以便监测周边环境,然后收集相关数据信息,用无线收发装置收集到的数据信息输至汇聚节点处的数据处理中心。
输送时选择多跳路由的方式。
然后再将数据中心的数据信息通过汇聚节点输送至用户端,用户才能够通过管理节点实现对传感器网络的配置与管理以及对目标区域的监测。
2 无线传感器网络系统的设计2.1 层次型网络体系结构层次型网络体系,是以无线传感器网络系统的结构为基础模型,然后根据目前交通智能化要求而设计出的一种交通监测体系。
其主要组成内容为传感器节点、汇聚节点、基站和终端用户。
层次型网络体系的主要运行方法是:部署大量的传感器节点在目标监测区域内及其周边地区,对其周围的的交通数据信息进行全面有效的收集;通过相应的收发装置将收集到的数据信息输送到汇聚节点的数据处理中心,并进行相应的处理,再将其传送至基站,进行数据的接收、汇总和分析处理,最终用互联网将输送至高速公路监控中心,实现对交通数据信息实时监测,如图1所示。
2.2 无线传感器节点的设计无线传感器网络的智能交通信息采集中,传感器节点的设计要点是,以模块化组成整个节点系统。
仅可以实时监控农作物的环境信息,还可以对其生长环境进行1 前言智慧农业是一种农业现代化的种植方式,极大提高了人们调控,从而达到增产增收、改善品质、调节生长周期及提高经的生活水平,在全国各地得到了迅速的推广和应用。
其中,温济效益的目的。
室大棚中的温度、湿度、光照度、土壤湿度、CO2浓度等环境因目前,我国大多数蔬菜、水果等农业生产主要依靠人工经子对农作物的产量、质量有很大的影响,需要随时监测和控验尽心管理,缺乏系统的科学指导,凭经验施肥灌溉,大部分制。
传统的人工控制方式,不仅投入成本高,还难以达到科学化肥和水资源没有被有效利用而随地弃置,导致大量养分损失合理种植的要求,严重影响作物的种植产量和质量,且不能使并造成环境污染,对农业可持续性发展带来严峻挑战。
因此农作物在反季节很好的生长。
智慧农业则可以很好的解决这个问业设施栽培技术的改革创新,对于农业现代化进程具有深远的题,它可以对空气温湿度、土壤温湿度、光照、二氧化碳浓影响。
随着栽培技术的不断更新,智能农业种植已在农业生产度、风速风向、雨量等现场参数进行实时采集,无线传输至监中占有重要地位。
要实现高水平的设施农业生产和优化设施生控服务器,管理者可随时通过电脑或智能手机了解大棚的实时物环境控制,需要建立准确完善的无线传感器网络,利用实状况,并根据大棚现场内外环境因子的变化情况将命令下发到时、动态的农业物联网信息采集系统,实现快速、多维、多尺现场执行设备,保证大棚农作物处于一个良好的生长环境,提度的信息实时监测,并在信息与种植专家知识系统基础上实现升农作物的产量和质量。
农田的智能灌溉、智能施肥与智能喷药等自动控制。
因此,本随着生活水平的不断提高,人们对农业产品的要求也越来文提出一种基于多传感器的智慧农业管理系统。
越高。
由于农作物的种类繁多,生长地偏僻且广阔,因此其生[1]长的环境信息难以获取及控制。
国内外许多研究者针对这一问[2-4]题进行研究。
随着科技的发展,物联网技术已经应用到各个领域。
《基于PLC控制的多传感器物料自动分拣系统设计》篇一一、引言随着工业自动化和智能化技术的不断发展,多传感器物料自动分拣系统已成为现代物流、仓储、制造等领域的重要技术手段。
这种系统通过PLC(可编程逻辑控制器)控制,结合多种传感器技术,实现了对物料的快速、准确分拣。
本文将详细介绍基于PLC控制的多传感器物料自动分拣系统的设计,包括其工作原理、设计思路、系统构成以及实施应用等方面的内容。
二、系统工作原理及设计思路基于PLC控制的多传感器物料自动分拣系统的工作原理主要分为三个部分:传感器数据采集、PLC逻辑控制以及执行机构动作。
首先,系统通过多种传感器对物料进行数据采集,包括形状、大小、重量、颜色等特征信息。
然后,PLC根据传感器采集的数据进行逻辑判断和决策,控制执行机构对物料进行分拣。
最后,分拣后的物料被送至指定位置,完成整个分拣过程。
设计思路方面,首先要明确系统的需求和目标,确定分拣物料的种类、数量以及分拣的准确性和速度要求。
其次,根据需求选择合适的传感器和PLC控制器,并进行硬件设计。
再次,根据硬件设计编写PLC控制程序,实现逻辑控制和动作执行。
最后,进行系统调试和优化,确保系统的稳定性和可靠性。
三、系统构成基于PLC控制的多传感器物料自动分拣系统主要由以下几个部分构成:1. 传感器系统:包括形状传感器、大小传感器、重量传感器、颜色传感器等,用于对物料进行数据采集。
2. PLC控制系统:是整个系统的核心,负责接收传感器数据、进行逻辑判断和决策,并控制执行机构进行动作。
3. 执行机构:包括机械臂、电机、气缸等,根据PLC的指令进行动作,实现物料的分拣和传送。
4. 输送系统:用于将物料输送到分拣区域,以便传感器进行数据采集。
5. 控制系统软件:包括PLC程序和上位机监控软件,用于实现对系统的控制和监控。
四、实施应用基于PLC控制的多传感器物料自动分拣系统在实际应用中具有广泛的应用场景。
例如,在物流仓储领域,该系统可以实现对包裹、货物等物料的快速、准确分拣,提高物流效率;在制造业中,该系统可以实现对零部件、半成品等物料的自动化分拣和加工,提高生产效率和质量。
水下机器人多传感器数据融合技术研究水下机器人作为一种具有广泛应用前景的技术设备,其使用范围涉及到了水下勘探、水下救援、水下科学研究、水下管道检测等多个领域。
但是,由于水下环境的复杂性,水下机器人需要同时具备高精度、长探测距离、稳定性强等多种特点,才能顺利完成各项任务。
针对这一难点,目前的水下机器人大多采用了多传感器数据融合技术来提高其综合检测能力。
下文将从多传感器数据融合的原理、实现方式、相关算法及未来发展趋势等方面,来探讨水下机器人多传感器数据融合技术的研究进展。
一、多传感器数据融合的原理传感器是水下机器人进行信息采集的重要装备。
然而,单一传感器由于受到环境因素、检测对象、误差等多种因素的影响,具有一定的局限性。
为了提高水下机器人的检测准确度和鲁棒性,研究人员开发了多传感器数据融合技术。
多传感器数据融合技术是指通过将多个传感器的数据结合起来,并在其基础上进行数据处理和分析,最终得到高精度、高可靠性的信息输出。
其中,传感器的种类包括但不限于声学传感器、光学传感器、机械传感器、GPS卫星定位系统等多个方面。
在水下机器人中,传感器将获得的信息经过数据融合算法之后,得到的数据将比单个传感器获得的数据质量更高。
同时,通过数据融合技术也可以在数据的空间分布上得到增强。
值得指出的是,单一传感器的测量值可能存在误差和不确定性,而多传感器数据融合能够通过这些不确定性降低单传感器带来的影响,进而提高检测精度。
二、多传感器数据融合的实现方式当下,数据融合技术的实现方式主要有基于模型和基于数据两种方式。
其中,基于模型的数据融合是基于统计学原理建立一个统一的数学模型,并以此来描述各传感器之间的相关度,进而获得最终的信息输出;而基于数据的数据融合则是直接将各传感器获得的数据结合起来,再依托算法进行信息处理。
但是,如何选取不同传感器获得的数据并结合在一起,还是数据融合技术的难点之一。
根据研究人员提出的改进方法,常用的数据融合方案分为类别决策、平均值决策和矢量决策等方式。
多模态传感器的数据融合技术现代科技迅猛发展,各种传感器的应用与发展也愈发广泛。
多模态传感器作为传感器领域的一种重要类型,具有多样化的功能和应用优势,由此引发了多模态传感器数据融合技术的研究和应用。
本文将对多模态传感器的数据融合技术进行探讨,并分析其在实际应用中的价值和挑战。
多模态传感器是指能够同时感知并获取不同物理特性的传感器,如温度、湿度、光照、压力等。
与传统单一模态传感器相比,多模态传感器能够提供更加全面和准确的数据信息,从而更好地满足实际应用的需求。
数据融合技术则是将多个传感器采集的数据进行整合和处理,通过一定的算法和模型,得出更加综合和准确的信息。
多模态传感器的数据融合技术在各个领域都有着重要的应用。
以智能交通系统为例,通过利用多模态传感器采集的交通流量、车速、车辆轨迹等数据,可以实现交通拥堵检测、智能导航以及交通事故分析等功能。
在环境监测领域,多模态传感器的数据融合技术可以对大气污染物、噪声水平、气温湿度等多种环境指标进行综合分析,为环境保护和治理提供重要依据。
此外,多模态传感器数据融合技术还被应用于医疗卫生、安防监控、智能家居等领域,为人们的生活带来更多便利与舒适。
数据融合技术的核心问题是如何有效地整合和处理不同传感器采集的数据。
一种常用的方法是基于统计学和数据挖掘的技术,通过建立数学模型,识别出不同传感器数据之间的相关性和规律性,并通过算法进行数据融合和信息提取。
此外,人工智能和机器学习的发展也为数据融合技术提供了新的思路和方法。
通过训练模型和算法,多模态传感器的数据融合可以更加智能化和自动化,提高系统的准确性和鲁棒性。
然而,多模态传感器的数据融合技术在实际应用中仍面临一些挑战。
首先是数据质量问题。
不同传感器采集的数据可能存在噪声、漂移和误差等问题,这些因素可能影响数据的准确性和可靠性。
因此,对于数据融合系统来说,如何对数据进行预处理和滤波是一个关键的问题。
其次是数据融合算法的选择和优化。
http://www.paper.edu.cn - 1 - 多传感器简易数据信息采集系统 程婷婷,赵正芳,徐小民,单伟振 中国矿业大学信电学院,江苏徐州 (221008) E-mail:zhaozhengf@126.com 摘 要:传感器采集信号已广泛应用于环境监控系统,以使人们能够实时实地的得到当前的环境状况,为此,设计了多传感器简易数据信息采集系统。本系统采用AT89S51单片机作为处理器,主要对外界环境温度、湿度、气压信息进行采集和预处理,然后经由串口发送到嵌入式处理器PXA270进行多传感器信息融合。实现了数据采集功能,完成了信息收集。 关键词:温度,湿度,气压,传感器,AT89S51单片机 中图分类号:TN957.52
1. 引言 在现实生活中,为了达到对环境实现精确监测监控的目的,需要实时采集来自现场的各种传感器信号,如压力传感器,温度传感器以及湿度传感器等[2]。如何实现对现场的各种传感器实时采集并作相应的参数越限事后处理将显得尤为必要。本文应用AT89S51单片机作为处理器建立了多传感器信息采集系统,实现了对来自现场的温度、湿度、气压信息的实时采集,具有对各种传感器的参数上限值进行在线整定和报警的功能。 Liod嵌入式平台由深圳市武耀博德信息技术有限公司采用采用业界领先的Intel XScale PXA270 嵌入式处理器,推出的功能完善、性能优异的嵌入式开发系统平台[1]。
2.系统硬件设计 2.1系统设计思路 温度传感器采用DS18B20 ,这个传感器是1-wire数字温度传感器 直接通过一根线连到单片机上,然后完成数据采集。湿度传感器是个可变电容,电容阻抗根据湿度的变化而变化,但是单片机不能直接测量电容的变化量。因此通过555电路将电容的变化量转化为频率的变化量,单片机通过测定频率后通过运算得到湿度的测量值。对气压传感器上电后,气压传感器输出一个差分的电压信号,电压信号随着气压的改变而改变。电压信号经过AD7715 16位A/D转换芯片将电压信号转换成数字量采集到单片机中 进而得到气压值。将温度湿度气压传感器采集到的数据送给单片机,单片机处理后送到嵌入式系统。8051 系列微处理器基于简化的嵌入式控制系统结构被广泛应用于从军事到自动控制再到PC 机键盘上的各种应用系统。而ATMEL公司的AT89S51单片机价格低,可以完全达到本系统的要求,因此本系统采用AT89S51单片机作为底层多传感器数据采集模块的核心。 本系统单片机控制电路如图1所示。本电路为了达到和上位机多波特率、无差错的串口通信,因此采用11.0592M的晶振;复位电路采用上电复位和按键复位相结合电路;P1.0~P1.2三个I/O口接发光二极管,用来指示多传感器的工作状态;P1.7口接温度传感器DS18B20的数据信号线,用来采集环境温度信息;外部中断INT0口接湿度传感器HS1101的频率转换电路,用来采集环境湿度信息;P2.4-P2.7口接气压传感器PS500,用来采集环境大气压力信息; http://www.paper.edu.cn - 2 - 图1单片机控制电路 2.2 模块的设计 2.2.1温度采集模块 本系统采用美国DALLAS公司的产品可编程单总线数字式温度传感器DS18B20实现温度信号的采集。DS18B20具有很多优点:直接输出数字信号,省去了后继的信号放大及A/D转换部分;外围电路简单,成本低;单总线接口,只有一根信号线与CPU连接,且每一只都有自己唯一的64位系列号存储在其内部ROM存储器中,故在一根信号线上可以挂接多个DS18B20,便于系统以后的扩展。DS18B20的测量范围从-55~125℃,且在-10~85℃之间精度位±0.5℃,完全满足环境温度监测的要求[5]。其硬件电路设计如图2所示。
图2 温度采集模块硬件电路 2.2.2湿度采集模块 测量空气湿度的方式很多,其原理是根据某种物质从其周围的空气中吸收水分后引起的物理或化学性质的变化,间接地获得该物质的吸水量及周围空气的湿度。本系统采用电容式湿度传感器HS1101测量环境湿度。其在电路构成中等效为一个可变电容,其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。而一般电容不能直接转换成可被单片机测量的数字信号,因此我们必须要进行信号调理。将该湿敏电容置于555振荡电路中[3],将电容值转换为与之呈反比
的电压频率信号,可直接被单片机采集。本系统采用频率输出电路。其硬件电路设计如图3所示。集成定时器NE555芯片外接电阻RH_R1、RH_R2与湿敏电容HS1101,构成了对HS1101的充电回路。NE555的引脚7端通过芯片内部的晶体管对地短路又构成了对HS1101http://www.paper.edu.cn - 3 - 的放电回路,并将引脚2、6端相连引到片内比较器,便成为一个典型的多谐振荡器,即方波发生器,RH_R3是防止短路输出的保护电阻,RH_C1用于平衡温度系数,RH_C2用于电源滤波。
图3湿度采集模块硬件电路 2.2.3 气压采集模块 本系统采用北大青鸟元芯公司的压力传感器PS500采集环境大气压力信息。PS500型压力传感器具有成本低,绝压,稳定性好等特点。PS500型压力传感器输出的是电压信号,我们要测试大气压力必须对电压信号进行A/D转换。A/D转换芯片选用16位A/D转换芯片AD7715。其硬件电路设计如图4所示。其中基准源由稳压管通过可变电阻分压提供,引脚DIN与单片机P2.7相连,DOUT与单片机P2.6相连,DRDY与P2.5相连,SCLK与P2.4相连。PS500输出的模拟信号采用差分输入的方式,所以将AIN(—)接地,AIN(+)接输入的模拟信号,即采样反馈电压。AD7715的读取数据流程图见单片机软件设计部分。当输出电流稳定时,ADC的采样值即为气压传感器的输出电压测量值,经过单片机进行处理后直接发送到Liod嵌入式平台。
图4 气压采集模块硬件电路 http://www.paper.edu.cn
- 4 - 2.3 单片机与嵌入式平台串口通信模块 本系统Liod主板利用全功能串口和传感器采集串口模块进行通信,其硬件电路设计如图5所示。
图5传感器采集串口电路 由于此全功能串口在系统开发的过程中充当调试串口,用此串口时必须在烧写内核时屏蔽此串口的调试功能,然后才能作为传感器采集串口。
3.系统软件设计 3.1 单片机数据采集核心编程 单片机数据采集子系统以AT89S51为控制核心[4]。本系统使用C语言对单片机编程。C语言有很好的结构性和模块化,更容易阅读和维护,而且模块化编写的程序有可移植性,功能化的代码能够方便的从一个工程移植到另一个工程,从而减少了开发时间。单片机主程序流程图如图6所示:
3.2 温度采集模块软件编程 DS18B20无论是初始化还是读写操作都有较为严格的时序要求。初始化主机需将总线拉低至少480us且等待DA18B20发挥的存在脉冲。DS18B20将在收到复位脉冲后15~60us后将总线拉低60~240us作为存在脉冲,故主机需等待15~60us读取存在脉冲。读写时序分别把盘扩“写1”、“写0”时序和“读1”、“读0”时序。所有读写时序必须经过至少60us且在各个读写时序之间要有1us的恢复时间[9]。温度采集流程图如图7所示。
3.3 湿度采集软件模块编程 湿度采集软件模块主要采集湿度传感器转换电路的频率信号。采集频率的方法利用外部中断0用来计数频率脉冲,1S钟内计数脉冲个数即为频率信号;定时器0用来精确定时1S钟。其湿度采集程序流程如图8所示: http://www.paper.edu.cn - 5 - 图6单片机主程序流程图 图7 温度采集模块流程图 单片机主程序流程图 开始
关中断,初始化定时器, 中断其存器
调用温度采集子程序, 采集环境温度
调用湿度采集子程序, 采集环境湿度
调用气压采集子程序, 采集环境大气压力
调用串口通信子程序,向 上位机发送各种传感数据
结束
单片机主程序流程图 开始 复位
发匹配ROM命令 传送64位ROM码 发温度转换命令 转换完成 复位 发匹配ROM命令
传送64位ROM码 发读暂存器命令 读数据到内存
返回主程序 http://www.paper.edu.cn
- 6 - 图8 湿度采集程序流程图 图9 气压采集程序流程图 从本系统的需求来看,由于对时间的要求比较严格,必须是1s钟定时,因此定时器0的中断优先级应高于外部中断0的优先级。
3.4 气压采集模块软件编程 气压数据采集的方法是将PS500压力传感器输出的电压信号经过AD7715转换芯片[10],变为数字信号,进而经过运算测出外界大气压力。气压采集程序流程图如图9所示。从A/D转换器读到的数据为气压采集传感器输出电压的数字量,当标准大气压力15psi下,我们测量的电压值为145mV。此电压值变化规律是145mV/15psi。由此我们推倒出气压传感器输出电压和大气压力的数学关系表达式为:
P测 = V测/145×15 (psi) 其中P测代表当前环境大气压力,V测代表当前环境大气压力下气压传感器输出电压值。习惯上气象台一般以百帕(Hpa)作为大气压力单位,于是我们将psi换算成百帕(Hpa),其换算关系式为: 1psi=6.895×104HPa
综上,我们已经获得当前环境大气压力值。
3.5 串口通信软件模块 51单片机串口通信选用串口通信方式1进行通信,波特率为9600bps,晶振是11.0592M。定时器1选用方式2,SMOD设置为1,定时常数=0XFA。在串口通信模块中,为了使Liod嵌入式平台能够识别接收的到底是那个传感器信息,我们对数据格式进行了预先定义如下: