畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的聲紅外監(jiān)測(cè)與識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).doc

《畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的聲紅外監(jiān)測(cè)與識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).doc》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的聲紅外監(jiān)測(cè)與識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).doc（34頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、目 錄摘要1關(guān)鍵詞1Abstract.1Key words11 引言21.1 項(xiàng)目研究的背景及意義21.2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀分析21.3 項(xiàng)目研究的內(nèi)容31.4 項(xiàng)目研究過(guò)程中遇到的問(wèn)題32 系統(tǒng)設(shè)計(jì)32.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介32.1.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及工作原理32.1.2 系統(tǒng)整體介紹42.2 硬件設(shè)計(jì)42.2.1 硬件簡(jiǎn)介42.2.1.1 傳感器42.2.1.1.1 聲音傳感器42.2.1.1.2 紅外傳感器62.2.1.2 無(wú)線射頻發(fā)射器芯片nRF90572.2.1.3低功耗MSP430F24982.2.1.4 友善之臂公司的mini6410型ARM1192.2.2 模塊設(shè)計(jì)102.2.2.1

2、前端傳感器模塊102.2.2.2 無(wú)線傳送網(wǎng)絡(luò)模塊112.2.2.3 ARM終端后臺(tái)模塊112.3 軟件設(shè)計(jì)122.3.1 軟件的整體設(shè)計(jì)思路122.3.2 各模塊的程序?qū)崿F(xiàn)132.3.2.1 數(shù)據(jù)采集132.3.2.2 無(wú)線傳送142.3.2.3 ARM終端后臺(tái)152.4 接口設(shè)計(jì)152.4.1 MSP430與NRF905之間的SPI協(xié)議接口152.4.2 MSP430與ARM終端之間的RS-232-C串行接口163調(diào)試與結(jié)論173.1 功能方面173.2 性能方面184 總結(jié)與展望194.1 研究工作結(jié)論總結(jié)194.2 未來(lái)工作展望19致謝20參考文獻(xiàn)21附錄A 數(shù)據(jù)采集程序22附錄B 無(wú)

3、線傳送程序26附錄C ARM終端程序29附錄D 實(shí)物圖301基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的聲紅外監(jiān)測(cè)與識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要：目標(biāo)監(jiān)測(cè)識(shí)別已經(jīng)是智能系統(tǒng)最重要的組成部分之一。結(jié)合當(dāng)今成熟的傳感器探測(cè)技術(shù)與無(wú)線傳感技術(shù)以及嵌入式信號(hào)處理技術(shù)，提出了一種新穎低成本實(shí)用型的基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的聲紅外復(fù)合監(jiān)測(cè)與識(shí)別系統(tǒng)的方法，它根據(jù)目標(biāo)的聲波和紅外輻射特性，從目標(biāo)的兩路信號(hào)中提取出目標(biāo)的各種特征信息，再進(jìn)行信息再融合，得出對(duì)目標(biāo)的識(shí)別結(jié)果。該系統(tǒng)不僅利用了聲探測(cè)傳感器對(duì)目標(biāo)震動(dòng)信號(hào)、聲音信號(hào)的有效探測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的定位、識(shí)別，而且利用紅外傳感器探測(cè)目標(biāo)的紅外輻射信號(hào)以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別、定距，結(jié)合兩類探測(cè)敏感器的優(yōu)

4、勢(shì)，各路探測(cè)器接收到的信號(hào)由無(wú)線發(fā)送到嵌入式信息處理裝置進(jìn)行綜合分析和處理，提高了抗干擾的能力，從而降低了虛警率。關(guān)鍵詞：聲音傳感器；紅外傳感器；無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)；監(jiān)測(cè)系統(tǒng)Design and Implementation of Sound-Infrared Monitoring and Recognition System Based on Wireless SensorNetworkStudent majoring in Electronic Information Science and Technology Zeng ZhongTutor Li LinAbstract： Target re

5、cognition has is intelligent monitoring system of one of the most important part. On the mature sensor detection technology and wireless sensor technology and embedded signal processing technology, A novel method of low cost practical based on wireless sensor net- work infrared composite monitoring

6、and identify with the method of system, It according to the target waves and the infrared radiation, from the targets two signals to extract all the feature inf- ormation of the target, Then to information fusion again, it is a goal of the results. This system not only use the sound detection sensor

7、 to target vibration signals, sound signal detection of tar get of the effective realization of orientation, recognition, and use of infrared sensor detection of targetir radiation signal to realize the target to be automatic identification, spacer, combining twokinds of detecting the advantage of s

8、ensors, each detector received signals by wirelesstransmission to the embedded information processing device in the comprehensive analysisandprocessing,improve the ability of the anti-interference, which reduces the false alarm rate.Key words: Voice sensors; Infrared sensors; Wireless sensor network

9、; Monitoring system11 引言1.1項(xiàng)目研究的背景及意義隨著無(wú)線通信、集成電路、傳感器和微機(jī)電系統(tǒng)等技術(shù)的飛速發(fā)展,使得低成本、低功耗、多功能的微型無(wú)線傳感器的大量生產(chǎn)成為可能,這些微型無(wú)線傳感器具有無(wú)線通信、數(shù)據(jù)采集和處理、協(xié)同合作等功能,因此,傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用前景非常廣泛。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)就是由這些傳感器節(jié)點(diǎn)協(xié)同組織起來(lái)的,傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)可以隨機(jī)或者特定地布置于目標(biāo)環(huán)境中,它們之間通過(guò)特定的協(xié)議自組織起來(lái),能夠獲取周圍環(huán)境的信息并且相互協(xié)同工作完成特定任務(wù)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究是對(duì)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的一種挑戰(zhàn),也是實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)視應(yīng)用的一個(gè)新的可靠的技術(shù)方法。目標(biāo)監(jiān)測(cè)識(shí)別是智能系統(tǒng)

10、的重要組成部分。如何在有干擾的情況下，在盡可能遠(yuǎn)的距離上快速有效地對(duì)目標(biāo)進(jìn)行可靠檢測(cè)和準(zhǔn)確識(shí)別，是現(xiàn)代智能監(jiān)測(cè)與識(shí)別系統(tǒng)面臨的重要挑戰(zhàn)。而在當(dāng)今的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)型社會(huì)中，不僅要考慮系統(tǒng)的性能，而且經(jīng)濟(jì)因素在整個(gè)系統(tǒng)中的關(guān)注度也在不斷上升。因此，既要研究性能優(yōu)異，又要經(jīng)濟(jì)實(shí)用性價(jià)比高的智能識(shí)別系統(tǒng)，因此，基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的聲紅外復(fù)合監(jiān)測(cè)與識(shí)別系統(tǒng)的研究將有十分廣闊的應(yīng)用前景，在軍事國(guó)防、工農(nóng)業(yè)、城市管理、生物醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測(cè)、搶險(xiǎn)救災(zāi)、防恐反恐、危險(xiǎn)區(qū)域遠(yuǎn)程控制等許多重要領(lǐng)域都有潛在的實(shí)用價(jià)值，已經(jīng)引起了許多國(guó)家學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視。具有較高的理論價(jià)值和實(shí)際經(jīng)濟(jì)意義以及廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。1.2

11、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀分析第一代傳感器網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代，使用具有簡(jiǎn)單信息信號(hào)獲取能力的傳統(tǒng)傳感器，采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸、連接傳感控制器構(gòu)成傳感器網(wǎng)絡(luò);第二代傳感器網(wǎng)絡(luò)，具有獲取多種信息信號(hào)的綜合能 力，采用串/并接門(mén)(如RS-232,RS-485)與傳感控制器相聯(lián)，構(gòu)成有綜合多種信息的傳感器網(wǎng)絡(luò);第三代傳感器網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代后期和本世紀(jì)初，用具有智能獲取多種信息信號(hào)的傳感器，采用現(xiàn)場(chǎng)總線連接傳感控制器，構(gòu)成局域網(wǎng)絡(luò)，成為智能化傳感器網(wǎng)絡(luò);第四代傳感器網(wǎng)絡(luò)正在研究開(kāi)發(fā)，用人量的具有多功能多信息信號(hào)獲取能力的傳感器，采用自組織無(wú)線接人網(wǎng)絡(luò)，與傳感器網(wǎng)絡(luò)控制器連接，構(gòu)成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。近年來(lái)，為了

12、提高在戰(zhàn)場(chǎng)中武器系統(tǒng)的抗干擾能力、精確制導(dǎo)能力、反隱身能力，各國(guó)都在發(fā)展目標(biāo)智能監(jiān)測(cè)與識(shí)別系統(tǒng)，都采用了多種多樣的復(fù)合體傳感器。高智能的經(jīng)濟(jì)型監(jiān)測(cè)識(shí)別系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外的重要研究領(lǐng)域之一，研究表明高智能的經(jīng)濟(jì)型監(jiān)測(cè)識(shí)別系統(tǒng)具有廣泛的應(yīng)用背景，特別是在特殊應(yīng)用場(chǎng)景(軍事或人員無(wú)法到達(dá)的地方等)中，由于目標(biāo)區(qū)域的特殊限制隨著微電子技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，新的探測(cè)手段和探測(cè)器件不斷產(chǎn)生?；诖耍疚奶岢隽艘环N新穎的針對(duì)目標(biāo)智能監(jiān)測(cè)與識(shí)別的聲紅外復(fù)合探測(cè)識(shí)別系統(tǒng)，是當(dāng)前在國(guó)際上備受關(guān)注的、涉及多學(xué)科高度交叉、知識(shí)高度集成的前沿?zé)狳c(diǎn)研究領(lǐng)域。它綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無(wú)線通信技

13、術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等，能夠通過(guò)聲紅外集成化的微型傳感器4協(xié)作地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集各種監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息，這些信息通過(guò)無(wú)線方式被發(fā)送到后端的ARM信息分析和處理平臺(tái)上，從而監(jiān)測(cè)識(shí)別目標(biāo)，以實(shí)現(xiàn)物理世界、計(jì)算世界以及人類社會(huì)三元世界的連通川。1.3 項(xiàng)目研究的內(nèi)容本畢業(yè)設(shè)計(jì)的整個(gè)核心是無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的ARM終端的后臺(tái)監(jiān)測(cè)平臺(tái)的設(shè)計(jì)，此平臺(tái)不僅包含無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，而且還包含監(jiān)測(cè)算法的設(shè)計(jì)。因此，在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的硬件設(shè)計(jì)過(guò)程中根據(jù)實(shí)際的情況并結(jié)合自己的能力范圍不斷調(diào)整、不斷修改才能達(dá)到理想的效果。而在ARM平臺(tái)下的Android系統(tǒng)的簡(jiǎn)單開(kāi)發(fā)過(guò)程中盡量結(jié)合ARM的嵌入式的優(yōu)點(diǎn)完善系統(tǒng)的整個(gè)功能和性能。1

14、.4 項(xiàng)目研究過(guò)程中遇到的問(wèn)題在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，通過(guò)實(shí)際的動(dòng)手，在過(guò)程中曾經(jīng)遇到過(guò)以下的主要問(wèn)題：MCU控制的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的編程以及ARM平臺(tái)下的Android系統(tǒng)信號(hào)處理的智能監(jiān)測(cè)與識(shí)別的算法編程。ARM平臺(tái)下的Android系統(tǒng)簡(jiǎn)單開(kāi)發(fā)的串口接收數(shù)據(jù)刷新和顯示的實(shí)時(shí)刷新的同步問(wèn)題。各模塊接口的設(shè)計(jì)的速度延遲等問(wèn)題。熟悉和掌握無(wú)線傳輸模塊的原理以及傳輸協(xié)議等。2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介2.1.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及工作原理無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)由大量體積小、成本低、具有無(wú)線通信、傳感、數(shù)據(jù)處理的傳感器節(jié)點(diǎn)組成,無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)的基本單元,節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)可靠性的基本保證。無(wú)線傳

15、感器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)傳感和信息預(yù)處理,響應(yīng)監(jiān)控主機(jī)和指令發(fā)送數(shù)據(jù)，一般由數(shù)據(jù)采集模塊(傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器)、數(shù)據(jù)處理和控制模塊(微處理器、存儲(chǔ)器)、通信模塊(無(wú)線收發(fā)器)和供電模塊(電池、DC/DC能量轉(zhuǎn)如圖2.1所示)。數(shù)據(jù)處理單元通信模塊數(shù)據(jù)采集單元存儲(chǔ)器無(wú)線收發(fā)器ADC傳感器CPU供電模塊圖2.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中,每個(gè)節(jié)點(diǎn)的功能都是相同的,大量傳感器節(jié)點(diǎn)被布置在整個(gè)被觀測(cè)區(qū)域中,各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)將自己所探測(cè)到的有用信息通過(guò)初步的數(shù)據(jù)處理和信息融合后傳送給用戶,數(shù)據(jù)傳送的過(guò)程是通過(guò)相鄰節(jié)點(diǎn)的接力傳送的方式傳送回基站,然后通過(guò)基站以衛(wèi)星信道或者有線網(wǎng)絡(luò)連接的方式傳送給最終用戶

16、。因此,節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中可以充當(dāng)數(shù)據(jù)采集者、數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站或類頭節(jié)點(diǎn)(cluster-head node)的角色。作為數(shù)據(jù)采集者,數(shù)據(jù)采集模塊收集周圍環(huán)境的數(shù)據(jù)(如聲音、紅外等),通過(guò)通信路由協(xié)議直接或間接將數(shù)據(jù)傳輸給遠(yuǎn)方基站或匯節(jié)點(diǎn);作為數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站,節(jié)點(diǎn)除了完成采集任務(wù)外,還要接收鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù),將其轉(zhuǎn)發(fā)給距離基站更近的鄰居節(jié)點(diǎn)或者直接轉(zhuǎn)發(fā)到基站或匯節(jié)點(diǎn);作為類頭節(jié)點(diǎn),節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)收集該類內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù),經(jīng)數(shù)據(jù)融合后,發(fā)送到基站或匯節(jié)點(diǎn)。相對(duì)于傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò),無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有一些明顯的技術(shù)特點(diǎn):1)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)密度高,傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)量眾多,單位面積大,所擁有的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。2)傳感器節(jié)

17、點(diǎn)由電池供電,節(jié)點(diǎn)能量有限,由干節(jié)點(diǎn)數(shù)量多,而且無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)往往應(yīng)用于人們難以直接操作的地方,因此更換傳感器節(jié)點(diǎn)電池是不現(xiàn)實(shí)的,這決定了傳感器節(jié)點(diǎn)生命和網(wǎng)絡(luò)壽命的有限性。2.1.2 系統(tǒng)整體介紹本系統(tǒng)主要包含三大模塊。第一大模塊是前端的信息采集模塊，包括聲音采集模塊紅外采集模塊兩部分。聲音采集模塊主要是負(fù)責(zé)采集要監(jiān)測(cè)識(shí)別的目標(biāo)的聲音特性，紅外采集模塊負(fù)責(zé)采集目標(biāo)的紅外特性；第二大模塊是中段的MCU控制 無(wú)線傳輸模塊。主要是將前端的信息采集模塊采集到的目標(biāo)聲紅外特性無(wú)線傳輸 到后端的ARM信號(hào)處理模塊；第三大模塊是ARM信號(hào)處理模塊。主要是負(fù)責(zé)處理接受到的目標(biāo)采集信息并實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的監(jiān)測(cè)識(shí)別的功能

18、。如下2.2圖是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。相應(yīng)動(dòng)作（響鈴、報(bào)警、定位等）超過(guò)紅外數(shù)據(jù)參值友善之臂Mini6410處理器nRF905紅外數(shù)據(jù)無(wú)線接收器超過(guò)聲音數(shù)據(jù)參值nRF905聲音數(shù)據(jù)無(wú)線接收器Mini6410上的監(jiān)測(cè)顯示器紅外傳感器nRF905無(wú)線發(fā)送器MSP430采集MSP430采集模塊聲音傳感器器nRF905無(wú)線發(fā)送器路圖2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.2 硬件設(shè)計(jì)2.2.1 硬件簡(jiǎn)介2.2.1.1 傳感器2.2.1.1.1 聲音傳感器聲音傳感器是一種用來(lái)接收聲波，顯示聲音的振動(dòng)圖象的裝置，它的作用相當(dāng)于一個(gè)話筒（麥克風(fēng)），但不能對(duì)噪聲的強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量。該傳感器內(nèi)置一個(gè)對(duì)聲音敏感的電容式駐極體話筒。聲波使話筒內(nèi)的

19、駐極體薄膜振動(dòng)，導(dǎo)致電容的變化，而產(chǎn)生與之對(duì)應(yīng)變化的微小電壓。這一電壓隨后被轉(zhuǎn)化成0-5V的電壓，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換被數(shù)據(jù)采集器接受，并傳送給計(jì)算機(jī)。聲音為一種機(jī)械波，聲音的傳播是機(jī)械波在媒質(zhì)中傳播的過(guò)程。當(dāng)聲波頻率在20Hz20kHz時(shí)人耳能接收到，稱為可聞聲波。當(dāng)頻率低于20Hz時(shí)稱為次聲波，高于20kHz時(shí)稱為超聲波，次聲波和超聲波人耳均聽(tīng)不到。(1) 駐極體傳感器駐極體是一種永久性帶電的介電材料，它能把聲能或機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，或者將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能或聲能。駐極體傳感器的核心是駐極體箔。它由一張絕緣薄膜組成，薄膜上帶電荷，通常由聚四氟乙烯等碳鹵聚合物制成，具有極高的絕緣電阻。通過(guò)外電場(chǎng)對(duì)絕緣

20、薄膜兩側(cè)充電，則膜上的電荷能長(zhǎng)時(shí)間保存。若在常溫和相對(duì)干燥的環(huán)境下保存，聚四氟乙烯上的電荷能保存近百年；在常溫和相對(duì)濕度為95%的潮濕環(huán)境下，電荷的衰減時(shí)間也能達(dá)到近10年。通常把一片駐極體膜緊貼在一塊金屬板上，另一片駐極體膜相對(duì)安放，中間為10m的薄空氣層，構(gòu)成一個(gè)駐極體傳感器。二片相對(duì)而立的駐極體膜形成一個(gè)電容器，根據(jù)靜電感應(yīng)原理，與駐極體相對(duì)應(yīng)的金屬板上會(huì)感應(yīng)出大小相等、方向相反的電荷。駐極體上的電極在空隙中形成靜電場(chǎng)，在聲波作用下，駐極體箔會(huì)有一個(gè)位移d。在駐極體膜開(kāi)路的條件下，膜片兩端感應(yīng)的靜電場(chǎng)U=Ed =d1d/0 (d1 +d2 )式中，E 膜片間隙中電場(chǎng)強(qiáng)度， 駐極體表面電荷

21、密度，d1 駐極體箔的厚度，d2 膜間空氣厚度，O 自由空間介電常數(shù)， 駐極體材料的相對(duì)介電常數(shù)。駐極體箔的相對(duì)位移d與所加聲強(qiáng)成正比，因此傳感器輸出的電壓僅與聲強(qiáng)有關(guān)，而與頻率無(wú)關(guān)。駐極體傳感器能保證在聲頻范圍內(nèi)具有恒定的靈敏度，這是極大的優(yōu)點(diǎn)。(2) 磁電傳感器磁電式傳感器俗稱“動(dòng)圈式傳感器”，它是由一個(gè)固定磁場(chǎng)和在這磁場(chǎng)中可作垂直軸向運(yùn)動(dòng)的線圈組成，線圈安裝在一個(gè)振動(dòng)膜上，振動(dòng)膜在聲強(qiáng)的作用下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)線圈在固定的磁場(chǎng)中作切割磁力線的運(yùn)動(dòng)，此時(shí)在線圈兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E的大小為：E=BLv，式中，B磁感應(yīng)強(qiáng)度，L線圈的長(zhǎng)度，v線圈的運(yùn)動(dòng)速度。線圈的運(yùn)動(dòng)速度v與聲強(qiáng)的大小有關(guān)，故而線圈的輸出

22、電壓也取決于聲強(qiáng)的大小。如下圖2.3是實(shí)物聲音傳感器。圖2.3 實(shí)物聲音傳感器2.2.1.1.2 紅外傳感器紅外技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)為大家所熟知，這項(xiàng)技術(shù)在現(xiàn)代科技、國(guó)防科技和工農(nóng)業(yè)科技等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。紅外傳感系統(tǒng)是用紅外線為介質(zhì)的測(cè)量系統(tǒng)，按照功能能夠分成五類：（1）輻射計(jì)，用于輻射和光譜測(cè)量；（2）搜索和跟蹤系統(tǒng)，用于搜索和跟蹤紅外目標(biāo)，確定其空間位置并對(duì)它的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行跟蹤；（3）熱成像系統(tǒng)，可產(chǎn)生整個(gè)目標(biāo)紅外輻射的分布圖像；（4）紅外測(cè)距和通信系統(tǒng)；（5）混合系統(tǒng)，是指以上各類系統(tǒng)中的兩個(gè)或者多個(gè)的組合。 紅外傳感器根據(jù)探測(cè)機(jī)理可分成為：光子探測(cè)器（基于光電效應(yīng)）和熱探測(cè)器（基于熱

23、效應(yīng)）。它是利用紅外輻射與物質(zhì)相互作用所呈現(xiàn)出來(lái)的物理效應(yīng)探測(cè)紅外輻射的傳感器，多數(shù)情況下是利用這種相互作用所呈現(xiàn)出的電學(xué)效應(yīng)。此類探測(cè)器可分為光子探測(cè)器和熱敏感探測(cè)器兩大類型。熱傳感器是利用輻射熱效應(yīng)，使探測(cè)器件接收輻射能后引起溫度升高，進(jìn)而使傳感器中一欄與溫度的性能發(fā)生變化。檢測(cè)其中某一性能的變化，便可探測(cè)出輻射。多數(shù)情況下是通過(guò)賽貝克效應(yīng)來(lái)探測(cè)輻射的，當(dāng)器件接收輻射后，引起一非電量的物理變化，也可通過(guò)適當(dāng)變化變?yōu)殡娏亢筮M(jìn)行測(cè)量，SMTIR99XX系列是基于熱電堆的硅基紅外傳感器。大量的熱電偶堆集在底層的硅基上，底層上的高溫接點(diǎn)和低溫接點(diǎn)通過(guò)一層極薄的薄膜隔離它們的熱量，高溫接點(diǎn)上面的黑色

24、吸收層將入社的放射線轉(zhuǎn)化為熱能，由熱電效應(yīng)可知，輸出電壓與放射線是成比例的，通常熱電堆是使用BiSb和NiCr作為熱電偶。結(jié)構(gòu)圖因?yàn)榧t外輻射特性與溫度相關(guān)，可以使用不同的濾鏡來(lái)測(cè)量不同的溫度范圍。成熟的半導(dǎo)體工藝是產(chǎn)品小型化，低成本化。為了滿足某些應(yīng)用，紅外傳感器開(kāi)口視角可以設(shè)計(jì)成圖2.4 人體紅外線傳感器原2.2.1.2 無(wú)線射頻發(fā)射器芯片nRF905 nRF905可以自動(dòng)完成處理字頭和CRC（循環(huán)冗余碼校驗(yàn)）的工作，可由片內(nèi)硬件自動(dòng)完成曼徹斯特編碼/解碼，使用SPI接口與微控制器通信，配置非常方便，其功耗非常低，以-10dBm的輸出功率發(fā)射時(shí)電流只有11mA，在接收模式時(shí)電流為12.5mA

25、。 nRF905單片無(wú)線收發(fā)器工作由一個(gè)完全集成的頻率調(diào)制器，一個(gè)帶解調(diào)器的接收器，一個(gè)功率放大器，一個(gè)晶體震蕩器和一個(gè)調(diào)節(jié)器組成。ShockBurst工作模式的特點(diǎn)是自動(dòng)產(chǎn)生前導(dǎo)碼和CRC，可以很容易通過(guò)SPI接口進(jìn)行編程配置。nRF905采用Nordic公司的VLSI ShockBurst技術(shù)。ShockBurst技術(shù)使nRF905能夠提供高速的數(shù)據(jù)傳輸，而不需要昂貴的高速M(fèi)CU來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理/時(shí)鐘覆蓋。通過(guò)將與RF協(xié)議有關(guān)的高速信號(hào)處理放到芯片內(nèi)，nRF905提供給應(yīng)用的微控制器一個(gè)SPI接口，速率由微控制器自己設(shè)定的接口速度決定。nRF905通過(guò)ShockBurst工作模式在RF以最大

26、速率進(jìn)行連接時(shí)降低數(shù)字應(yīng)用部分的速度來(lái)降低在應(yīng)用中的平均電流消耗。在ShockBurst RX模式中，地址匹配AM和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒DR信號(hào)通知MCU一個(gè)有效的地址和數(shù)據(jù)包已經(jīng)各自接收完成。在ShockBurst TX模式中，nRF905自動(dòng)產(chǎn)生前導(dǎo)碼和CRC校驗(yàn)碼，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒DR信號(hào)通知MCU數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)完成?？傊@意味著降低MCU的存儲(chǔ)器需求也就是說(shuō)降低MCU成本，又同時(shí)縮短軟件開(kāi)發(fā)時(shí)間。如下2.5圖是nRF905.圖2.5 nRF905實(shí)物2.2.1.3低功耗MSP430F249MSP430F249單片機(jī)和接口芯片介紹MSP430F249單片機(jī)是一款16位的、具有精簡(jiǎn)指令集的、超低功耗的

27、混合型單片機(jī)，具有豐富的片內(nèi)外設(shè)和方便靈活的開(kāi)發(fā)手段。另外，MSP430F249價(jià)格低廉，適應(yīng)工業(yè)級(jí)運(yùn)行環(huán)境，運(yùn)行環(huán)境溫度為4085。具有4個(gè)通用串行通信口，有UART、IIC、SPI。利用這些通信口再加上一款TUSB3410 USBTOUART橋接芯片即可方便的實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)之間的通信。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示，主機(jī)PC與MSP430之間可進(jìn)行全雙工串口通信，主機(jī)PC經(jīng)TUSB3410虛擬的一個(gè)COM口與MSP430的硬件USART模塊進(jìn)行通信。圖2.6 MSP430F249芯片2.2.1.4 友善之臂公司的mini6410型ARM11Mini6410是一款十分精致的低價(jià)高品質(zhì)一體化ARM11開(kāi)發(fā)板

28、，由廣州友善之臂設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和發(fā)行銷售。它采用三星S3C6410作為主處理器，在設(shè)計(jì)上承襲了 Mini2440“精于心，簡(jiǎn)于形”的風(fēng)格，而且布局更加合理，接口更加豐富，十分適用于開(kāi)發(fā)MID、汽車電子、工業(yè)控制、導(dǎo)航系統(tǒng)、媒體播放等終端設(shè)備；也可適用于 高校教學(xué)、嵌入式培訓(xùn)、個(gè)人研究學(xué)習(xí)和DIY等。具體而言，Mini6410具有雙LCD接口、4線電阻觸摸屏接口、100M標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)接口、標(biāo)準(zhǔn)DB9五線串口、Mini USB 2.0-OTG接口、USB Host 1.1、3.5mm音頻輸出口、在板麥克風(fēng)、標(biāo)準(zhǔn)TV-OUT接口、彈出式SD卡座、紅外接收等常用接口；另外還引出4路TTL串口、CMOS Cam

29、era接口、40pin總線接口、30pin GPIO接口(可復(fù)用為SPI、I2C、中斷等，另含3路ADC、1路DAC)、SDIO2接口(可接SD WiFi)、10pin Jtag接口等；在板的還有蜂鳴器、I2C-EEPROM、備份電池、AD可調(diào)電阻、8按鍵(可引出)、4LED等；同時(shí)還充分地發(fā)揮了6410支持SD卡啟動(dòng)這一特性，使用我們精心研制的superboot，無(wú)需連接電腦，只要把目標(biāo)文件拷貝到SD卡中(可支持大于2G的高速大容量卡)，你就可以在開(kāi)發(fā)板上極快極簡(jiǎn)單地自動(dòng)安裝或運(yùn)行各種嵌入式系統(tǒng)(WindowsCE6/Linux/Android/Ubuntu等)；甚至無(wú)需燒寫(xiě)，就可以在SD卡

30、上直接運(yùn)行它們。如圖2.7是mini6410外觀圖。圖2.7 mini6410外觀圖2.2.2 模塊設(shè)計(jì)2.2.2.1 前端傳感器模塊該傳感器節(jié)點(diǎn)主要聲音傳感器和紅外傳感器組成的。被動(dòng)聲探測(cè)通道中，利用時(shí)延估計(jì)算法根據(jù)傳聲器陣列所測(cè)信號(hào)計(jì)算各個(gè)傳聲器之間的聲程差，進(jìn)而獲得目標(biāo)的方位或距離。在紅外探測(cè)通道中，紅外信號(hào)，即目標(biāo)和背景的紅外熱對(duì)比度，經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)后到達(dá)紅外探測(cè)器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再由低頻放大器放大并由信號(hào)處理電路接收。在信號(hào)處理電路部分，聲波和紅外兩路低頻信號(hào)經(jīng)過(guò)AD變換后，分別輸入到預(yù)處理電路中進(jìn)行同步和簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)預(yù)處理，最后由ARM信號(hào)處理電路利用DS證據(jù)理論的融合檢測(cè)算法對(duì)兩路同步

31、信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，從而獲得目標(biāo)監(jiān)測(cè)結(jié)果。其中聲探測(cè)模塊探測(cè)到目標(biāo)后啟動(dòng)紅外探測(cè)模塊完成目標(biāo)的進(jìn)一步監(jiān)測(cè)的判斷。聲信號(hào)經(jīng)前置放大、模擬濾波、AD轉(zhuǎn)換等一系列預(yù)處理之后。轉(zhuǎn)換成了與聲信號(hào)相對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。結(jié)合低功耗、高穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等特點(diǎn)，如下是聲探測(cè)模塊硬件電路。圖2.8 聲音傳感器與放大器的結(jié)構(gòu)圖2.2.2.2 無(wú)線傳送網(wǎng)絡(luò)模塊NRF905單片無(wú)線收發(fā)器是挪威Nordic公司推出的單片射頻發(fā)射器芯片，工作電壓為1.9-3.6V，32引腳QFN封裝（5mm5mm），工作于433/868/915MHz3個(gè)ISM頻道（可以免費(fèi)使用）。NRF905可以自動(dòng)完成處理字頭和CRC（循環(huán)冗余碼校驗(yàn)）的工作，

32、可由片內(nèi)硬件自動(dòng)完成曼徹斯特編碼/解碼，使用SPI接口與微控制器通信，配置非常方便，其功耗非常低，以-10dBm的輸出功率發(fā)射時(shí)電流只有11mA，在接收模式時(shí)電流為12.5mA。 nRF905單片無(wú)線收發(fā)器工作由一個(gè)完全集成的頻率調(diào)制器，一個(gè)帶解調(diào)器的接收器，一個(gè)功率放大器，一個(gè)晶體震蕩器和一個(gè)調(diào)節(jié)器組成。ShockBurst工作模式的特點(diǎn)是自動(dòng)產(chǎn)生前導(dǎo)碼和CRC，可以很容易通過(guò)SPI接口進(jìn)行編程配置。圖2.9 nRF905與MSP430的鏈結(jié)硬件電路圖2.2.2.3 ARM終端后臺(tái)模塊ARM信號(hào)后臺(tái)處理平臺(tái)模塊。主要是負(fù)責(zé)處理接受到的有關(guān)目標(biāo)采集信息并實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的監(jiān)測(cè)顯示的功能。在ARM平臺(tái)通

33、過(guò)串行口與MSP430F149低功耗單片機(jī)通信，而MSP430F149低功耗單片機(jī)通過(guò)串行口與無(wú)線射頻傳輸芯片NRF905通信，最終接受到無(wú)線射頻傳輸芯片NRF905無(wú)線傳輸過(guò)來(lái)的聲音信號(hào)和紅外信號(hào)后，通過(guò)軟件的算法編程完成對(duì)聲音和紅外這兩路信號(hào)的處理后，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的有效監(jiān)控，并實(shí)時(shí)的把各種信號(hào)的參數(shù)值等參數(shù)顯示在ARM平臺(tái)的顯示屏幕上。MSP430F249ARM終端平臺(tái) RS232串口 圖2.10 mini6410與MSP430的硬件鏈結(jié)框圖2.3 軟件設(shè)計(jì)2.3.1 軟件的整體設(shè)計(jì)思路軟件的整體設(shè)計(jì)思路仍然是按照系統(tǒng)的三大模塊展開(kāi)的。按照單元系統(tǒng)的逐層自下而上的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)的。首先分別完成

34、三大模塊單獨(dú)的程序，其次完成接口部分的程序，最終組成系統(tǒng)進(jìn)而進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。如下圖2.11是系統(tǒng)的軟件整體設(shè)計(jì)框圖。單元鏈接各模塊接口程序數(shù)據(jù)采集程序整個(gè)系統(tǒng)軟件單元鏈接系統(tǒng)組合無(wú)線傳送程序單元鏈接ARM終端后臺(tái)程序圖2.11 系統(tǒng)的軟件整體設(shè)計(jì)框圖122.3.2 各模塊的程序?qū)崿F(xiàn)2.3.2.1 數(shù)據(jù)采集傳感器有固定地非線性傳感器和固定地線性傳感器兩種。通常用的都是固定地非線性傳感器。在任何一個(gè)實(shí)用系統(tǒng)中都需要有支持電子，更常用的探測(cè)技術(shù)是使用放大設(shè)備來(lái)放大探頭輸出的極小的模擬信號(hào)，被放大的輸出信號(hào)在被模擬過(guò)濾后能提高測(cè)量的準(zhǔn)確性，最后通過(guò)AD轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。如下圖2.12便是固定地非線性傳感器

35、讀取數(shù)據(jù)時(shí)序圖。圖2.12 固定地非線性傳感器讀取數(shù)據(jù)時(shí)序圖而設(shè)計(jì)聲音和紅外數(shù)據(jù)采集程序時(shí)，首先需考慮怎么取出傳感器的數(shù)據(jù)通過(guò)什么工具取出。根據(jù)本畢業(yè)設(shè)計(jì)要求，使用MSP430單片機(jī)讀取傳感器的數(shù)據(jù)。則需要選擇通過(guò)IAR for MSP430開(kāi)發(fā)環(huán)境來(lái)開(kāi)發(fā)所需要的程序。如下圖2.13便是固定地非線性傳感器讀取數(shù)據(jù)流程圖。具體的程序?qū)崿F(xiàn)見(jiàn)附錄A。圖2.13 固定地非線性傳感器讀取數(shù)據(jù)流程圖2.3.2.2 無(wú)線傳送無(wú)線傳送的編程最主要是對(duì)射頻芯片nRF905的編程。而nRF905主要有四種工作方式，即兩種活動(dòng)RX/TX 模式和兩種節(jié)電模式種模式?；顒?dòng)模式有ShockBurst RX和 ShockB

36、urst TX，節(jié)電模式有掉電 和 SPI編程、 STANDBY 和 SPI編程。本畢業(yè)設(shè)計(jì)則用到活動(dòng)模式。而活動(dòng)模式的編程最主要是配置和SPI讀寫(xiě)SPI指令。如下圖2.14和2.15分別是SPI編程的讀寫(xiě)時(shí)序圖。具體實(shí)現(xiàn)程序見(jiàn)附錄B。圖2.14 SPI讀時(shí)序圖圖2.15 SPI寫(xiě)時(shí)序圖2.3.2.3 ARM終端后臺(tái)在ARM嵌入式處理器上移植了最新的Android操作系統(tǒng)，然后通過(guò)Eclipse軟件使用JAVA開(kāi)發(fā)Android系統(tǒng)的應(yīng)用程序。同時(shí)程序中采用多線程的方式實(shí)現(xiàn)了ARM串口通信功能并動(dòng)態(tài)顯示聲音、紅外數(shù)據(jù)值的同時(shí)并使用進(jìn)度條控件同步顯示數(shù)據(jù)的大小。如下圖2.16是ARM終端后臺(tái)程序

37、的流程圖。具體程序代碼見(jiàn)附錄C。開(kāi) 始系統(tǒng)初始化串口初始化、進(jìn)度條初始化串口讀取數(shù)據(jù)寫(xiě)到進(jìn)度條中實(shí)時(shí)顯示串口寫(xiě)數(shù)據(jù)到顯示屏超過(guò)參定值產(chǎn)生相應(yīng)動(dòng)作（警報(bào)、響鈴等）圖2.16 ARM終端后臺(tái)程序流程圖2.4 接口設(shè)計(jì)2.4.1 MSP430與NRF905之間的SPI協(xié)議接口 SPI是Series Protocol Interface的縮寫(xiě)，這是一個(gè)4根信號(hào)線的串行接口協(xié)議，包括主從兩種模式。四個(gè)接口信號(hào)是串行數(shù)據(jù)輸入(MIS O，主設(shè)備輸入，從設(shè)備輸出)、串行數(shù)據(jù)輸出(MOSI，主設(shè)備輸出，從設(shè)備輸入)、移位時(shí)鐘(C SCK )和從設(shè)備使能(SS)o SPI接口的最大特點(diǎn)是由主設(shè)備時(shí)鐘信號(hào)的出現(xiàn)與

38、否來(lái)界定主/從設(shè)備間的通信。一旦檢測(cè)到主設(shè)備時(shí)鐘信號(hào)，就開(kāi)始傳輸數(shù)據(jù);時(shí)鐘信號(hào)無(wú)效后，傳輸結(jié)束。在這期間，從設(shè)備必須被使能(SS信號(hào)保持有效)。MSP430F249單片機(jī)SPI的訪問(wèn)和控制是通過(guò)系統(tǒng)控制器中的4個(gè)特殊功能寄存器實(shí).現(xiàn)的，控制寄存器(SPIOCN )、數(shù)據(jù)寄存器(SPIODAT )、配置寄存器(SPIOCFG )和時(shí)鐘頻率寄存器(SPIOCKR ) o McB SP的數(shù)據(jù)同步時(shí)鐘具有停止控制選項(xiàng)，因此可以與SPI協(xié)議兼容。McBSP支持2種SPI傳輸格式，可在SPCR寄存器的CLKSTP位中設(shè)置。McB SP作為SPI主控端(Master )。圖4.2.3.1是McB SP作為S

39、PI主設(shè)備的接口框圖。作為SPI主設(shè)備時(shí)，McBSP內(nèi)部的采樣率發(fā)生器驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘CLKX輸出，F(xiàn)SX輸出作為從設(shè)備使能信號(hào)。實(shí)際上，在McBSP內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生連續(xù)的CLKX時(shí)鐘，然后由使能信號(hào)選通后輸出，從而實(shí)現(xiàn)接口需要的時(shí)鐘停止模式。因此在McBSP一端，對(duì)物發(fā)的內(nèi)部操作而言，時(shí)鐘信號(hào)是連續(xù)的。用戶需要設(shè)置SRGR寄存器的CLKSM位選擇采樣率發(fā)生器的時(shí)鐘源，由CLKGDV位設(shè)置需要的SPI數(shù)據(jù)傳輸速率。由于McB SP產(chǎn)生CLKX和FSX信號(hào)輸出，因此需設(shè)置CLKXM=FSXM -1。此外，還需要設(shè)置SRGR寄存器中的FSMG=0，即每次進(jìn)行DXR到XSR的拷貝操作時(shí)要產(chǎn)生FSX信號(hào)。接口如圖2

40、.17所示。McBSP作為SPI從設(shè)備。由外部主設(shè)備產(chǎn)生接口時(shí)鐘和從設(shè)備使能信號(hào)。McBSP的CLKX管腳和FSX管腳配置為輸入管腳(CLKXM =FSXM =0 )。輸入串口的CLKX和FSX同時(shí)也作為McBSP接收端的CLKR信號(hào)和FSR信號(hào)。在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸之前，外部主設(shè)備必須先置FSX信號(hào)有效(低電平)。作為SPI從設(shè)備時(shí)，串口RCR/XCR寄存器的(R/X)DATDLY位必須設(shè)0，以保證發(fā)送數(shù)據(jù)的第一個(gè)bit位能出現(xiàn)在DX管腳上。盡管CLKX信號(hào)由外部主設(shè)備產(chǎn)生，但仍然要使能McBSP內(nèi)部的采樣率發(fā)生器，并設(shè)置為相應(yīng)的SPI模式。接口如圖2.18所示。 圖2.17 SPI接口(作為從設(shè)

41、備) 圖2.18 SPI接口(作為主設(shè)備)2.4.2 MSP430與ARM終端之間的RS-232-C串行接口RS-232-C是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA（Electronic Industry Association）制定的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。RS是英文“推薦標(biāo)準(zhǔn)”的縮寫(xiě)，232為標(biāo)識(shí)號(hào)，C表示修改次數(shù)。RS-232-C總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)有25條信號(hào)線，包括一個(gè)主通道和一個(gè)輔助通道。 在多數(shù)情況下主要使用主通道，對(duì)于一般雙工通信，僅需幾條信號(hào)線就可實(shí)現(xiàn)，如一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。 RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、

42、9600、19200波特。RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，驅(qū)動(dòng)器允許有2500pF的電容負(fù)載，通信距離將受此電容限制，例如，采用150pF/m的通信電纜時(shí)，最大通信距離為15m；若每米電纜的電容量減小，通信距離可以增加。傳輸距離短的另一原因是RS-232屬單端信號(hào)傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問(wèn)題，因此一般用于20m以內(nèi)的通信。在RS-232標(biāo)準(zhǔn)中，字符是以一串行的比特串來(lái)一個(gè)接一個(gè)的串行（serial）方式傳輸，優(yōu)點(diǎn)是傳輸線少，配線簡(jiǎn)單，傳送距離可以較遠(yuǎn)。最常用的編碼格式是異步起停（asynchronous start-stop）格式，它使用一個(gè)起始比特后面緊跟7或8 個(gè)數(shù)據(jù)比特（bit）

43、，然后是可選的奇偶校驗(yàn)比特，最后是一或兩個(gè)停止比特。所以發(fā)送一個(gè)字符至少需要10比特，帶來(lái)的一個(gè)好的效果是使全部的傳輸速率，發(fā)送信號(hào)的速率以10劃分。一個(gè)最平常的代替異步起停方式的是使用高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議（HDLC）。在RS-232標(biāo)準(zhǔn)中定義了邏輯一和邏輯零電壓級(jí)數(shù)，以及標(biāo)準(zhǔn)的傳輸速率和連接器類型。信號(hào)大小在正的和負(fù)的315v之間。RS-232規(guī)定接近零的電平是無(wú)效的，邏輯一規(guī)定為負(fù)電平，有效負(fù)電平的信號(hào)狀態(tài)稱為傳號(hào)marking，它的功能意義為OFF，邏輯零規(guī)定為正電平，有效正電平的信號(hào)狀態(tài)稱為空號(hào)spacing，它的功能意義為ON。根據(jù)設(shè)備供電電源的不同，5、10、12和15這樣的電平都

44、是可能的。 mark和space是從電傳打字機(jī)中來(lái)的術(shù)語(yǔ)。電傳打字機(jī)原始的通信是一個(gè)簡(jiǎn)單的中斷直流電路模式，類似與圓轉(zhuǎn)盤(pán)電話撥號(hào)的中的信號(hào)。Marking狀態(tài)是指電路是斷開(kāi)的，spacing狀態(tài)就是指電路是接通的。一個(gè)space就表明有一個(gè)字符要開(kāi)始發(fā)送了，相應(yīng)的停止的時(shí)候，停止位就是marking。當(dāng)線路中斷的時(shí)候，電傳打字機(jī)不打印任何有效字符，周期性的連續(xù)收到全零信號(hào) RS-232設(shè)計(jì)之初是用來(lái)連接調(diào)制解調(diào)器做傳輸之用，也因此它的腳位意義通常也和調(diào)制解調(diào)器傳輸有關(guān)。RS-232的設(shè)備可以分為數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE，Data Terminal Equipment, For example, P

45、C）和數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE，Data Communication Equipment）兩類，這種分類定義了不同的線路用來(lái)發(fā)送和接受信號(hào)。一般來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)和終端設(shè)備有DTE連接器，調(diào)制解調(diào)器和打印機(jī)有DCE連接器。但是這么說(shuō)并不是總是嚴(yán)格正確的，用配線分接器測(cè)試連接，或者用試誤法來(lái)判斷電纜是否工作，常常需要參考相關(guān)的文件說(shuō)明。 RS-232指定了20個(gè)不同的信號(hào)連接，由25個(gè)D-sub（微型D類）管腳構(gòu)成的DB-25連接器。很多設(shè)備只是用了其中的一小部分管腳，出于節(jié)省資金和空間的考慮不少機(jī)器采用較小的連接器，特別是9管腳的D-sub或者是DB-9型連接器被廣泛使用絕大多數(shù)自IBM的AT機(jī)之后的P

46、C機(jī)和其他許多設(shè)備上。DB-25和DB-9型的連接器在大部分設(shè)備上是雌型，但不是所有的都是這樣。最近，8管腳的RJ-45型連接器變得越來(lái)越普遍，盡管它的管腳分配相差很大。EIA/TIA 561標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了一種管腳分配的方法，但是由Dave Yost發(fā)明的被廣泛使用在Unix計(jì)算機(jī)上的Yost串連設(shè)備配線標(biāo)準(zhǔn)（Yost Serial Device Wiring Standard）以及其他很多設(shè)備都沒(méi)有采用上述任一種連線標(biāo)準(zhǔn)。圖2.19 RS232的時(shí)序電路圖。圖2.19 RS232的時(shí)序電路圖3調(diào)試與結(jié)論3.1 功能方面ARM嵌入式處理器上移植了最新的Android操作系統(tǒng)，具有友好的人機(jī)互動(dòng)界面

47、。采用多線程的方式實(shí)現(xiàn)了ARM串口通信功能，能高效地與DSP及MSP430進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。在動(dòng)態(tài)顯示圓形度、溫度、濕度等數(shù)據(jù)的同時(shí)，使用進(jìn)度條控件同步顯示數(shù)據(jù)的大小，更加直觀、清晰，便于觀察和決策。ARM數(shù)據(jù)顯示模塊如圖3.1所示：圖3.1 ARM數(shù)據(jù)顯示模塊5、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊采用低功耗MSP430單片機(jī)作為溫濕度采集預(yù)處理器，同NRF905無(wú)線射頻模塊進(jìn)行溫濕度數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸，這種方式能采集更大范圍的環(huán)境數(shù)據(jù)，從而大大提高數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性及可靠性，為森林火情的決策識(shí)別提供更為精準(zhǔn)的信息。MSP430溫度采集模塊如圖3.2所示：圖3.2 MSP430溫度采集模塊3.2 性能方面本畢業(yè)設(shè)計(jì)的整個(gè)核心

48、是無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的ARM平臺(tái)的后臺(tái)監(jiān)測(cè)平臺(tái)的設(shè)計(jì)，此平臺(tái)不僅包含無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，而且還包含監(jiān)測(cè)算法的設(shè)計(jì)。因此，在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的硬件設(shè)計(jì)過(guò)程中根據(jù)實(shí)際的情況并結(jié)合自己的能力范圍不斷調(diào)整、不斷修改才能達(dá)到理想的效果。而在ARM平臺(tái)下的Android系統(tǒng)的簡(jiǎn)單開(kāi)發(fā)過(guò)程中也遇到一些實(shí)際的問(wèn)題。同時(shí)在開(kāi)發(fā)的過(guò)程中認(rèn)識(shí)到了知識(shí)儲(chǔ)備的不足，眼界局限性，遇到很多方面的技術(shù)難題等等，因此，系統(tǒng)的各方面的性能仍不是很穩(wěn)定的。以下是在實(shí)際中性能有待優(yōu)化的主要問(wèn)題：1.MCU控制的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的編程以及ARM平臺(tái)下的Android系統(tǒng)信號(hào)處理的智能監(jiān)測(cè)與識(shí)別的算法編程優(yōu)化問(wèn)題。2.ARM平臺(tái)下的Android系統(tǒng)簡(jiǎn)單開(kāi)

49、發(fā)的串口接收數(shù)據(jù)刷新和顯示的實(shí)時(shí)刷新的同步問(wèn)題。3.各模塊接口的設(shè)計(jì)的速度延遲問(wèn)題。4.無(wú)線傳輸模塊的傳輸協(xié)議有待精簡(jiǎn)問(wèn)題等4 總結(jié)與展望4.1 研究工作結(jié)論總結(jié)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以通過(guò)各類微型傳感器對(duì)目標(biāo)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),由傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)信息進(jìn)行處理,經(jīng)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)將信息傳送至遠(yuǎn)程用戶?？蓮V泛用于軍事、精確農(nóng)業(yè)、智能交通、汽車電子、工業(yè)控制、信息家電、醫(yī)學(xué)儀器等各種嵌入式應(yīng)用場(chǎng)合。近幾年,隨著計(jì)算機(jī)成本下降和微處理器體積縮小,無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)越來(lái)越受到人們重視。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在美國(guó)商業(yè)周刊的預(yù)測(cè)未來(lái)技術(shù)發(fā)展報(bào)告中，分別被列為21世紀(jì)最有影響的21項(xiàng)技術(shù)和改變世界的10大技術(shù)之一。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)

50、節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)可以在多種環(huán)境中工作,按各種需要進(jìn)行配置完成系統(tǒng)功能,并且在成本、空間、功耗、靈活性等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì),能為開(kāi)發(fā)和構(gòu)造無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)開(kāi)拓新的應(yīng)用前景。在本畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中主要研究了如下一些問(wèn)題：1. 熟悉和掌握聲音探測(cè)模塊部分中聲探測(cè)陣列、前置放大器、AD轉(zhuǎn)換器等結(jié)構(gòu)和工作原理。2. 熟悉和掌握紅外探測(cè)模塊的原理和應(yīng)用。3. 熟悉和掌握無(wú)線傳輸模塊的原理以及傳輸協(xié)議等。4. 掌握MCU控制模塊的控制編程以及ARM處理的信號(hào)處理以及應(yīng)用編程。5. 熟悉和掌握ARM平臺(tái)下的Android系統(tǒng)的簡(jiǎn)單開(kāi)發(fā)以及Keil、Protel、,Eclipse等軟件的應(yīng)用。6. 完成系統(tǒng)各功能模塊的設(shè)計(jì)，

51、搭建整個(gè)硬件系統(tǒng)，完成軟件硬件的功能測(cè)試。7.兩種傳感器特性的識(shí)別原理和兩種傳感器復(fù)合信息的再融合技術(shù)。8. MCU控制的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的編程以及ARM平臺(tái)下的Android系統(tǒng)信號(hào)處理的智能檢測(cè)與識(shí)別的算法編程。4.2 未來(lái)工作展望 特別是目標(biāo)監(jiān)測(cè)識(shí)別是智能系統(tǒng)的重要組成部分。如何在有干擾的情況下，在盡可能遠(yuǎn)的距離上快速有效地對(duì)目標(biāo)進(jìn)行可靠檢測(cè)和準(zhǔn)確識(shí)別，是現(xiàn)代智能監(jiān)測(cè)與識(shí)別系統(tǒng)面臨的重要挑戰(zhàn)。而在當(dāng)今的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)型社會(huì)中，不僅要考慮系統(tǒng)的性能，而且經(jīng)濟(jì)因素在整個(gè)系統(tǒng)中的關(guān)注度也在不斷上升。所以，既要研究性能優(yōu)異，又要經(jīng)濟(jì)實(shí)用性價(jià)比高的智能識(shí)別系統(tǒng)，因此，基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的聲紅外復(fù)合監(jiān)測(cè)與識(shí)別

52、系統(tǒng)的研究將有十分廣闊的應(yīng)用前景，在軍事國(guó)防、工農(nóng)業(yè)、城市管理、生物醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測(cè)、搶險(xiǎn)救災(zāi)、防恐反恐、危險(xiǎn)區(qū)域遠(yuǎn)程控制等許多重要領(lǐng)域都有潛在的實(shí)用價(jià)值，已經(jīng)引起了許多國(guó)家學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視。具有較高的理論價(jià)值和實(shí)際經(jīng)濟(jì)意義以及廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。本文是本人對(duì)研究生期間工作的總結(jié)，由于時(shí)間有限，有些內(nèi)容并未詳細(xì)介紹，而且還存在很多不足和尚待進(jìn)一步研究的工作，傳感器和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)技術(shù)也在不斷進(jìn)步之中:作者認(rèn)為還可以從如下幾方面開(kāi)展未來(lái)的跟進(jìn)工作：1、本文所用的傳感器件并不一定是最優(yōu)的選擇，而且由于實(shí)驗(yàn)室條件有限，本文并沒(méi)有就聲音及紅外探測(cè)器等光學(xué)器件進(jìn)行詳細(xì)的性能測(cè)試，因此在紅外傳感器的

53、設(shè)計(jì)中還有很多工作要做。2、由于設(shè)計(jì)的傳感器并未完全達(dá)到測(cè)試準(zhǔn)確的要求，所以并未對(duì)于傳感器進(jìn)行長(zhǎng)期的性能測(cè)試，對(duì)于具體的傳感器安裝也未仔細(xì)考慮，因此在具體的傳感器安裝等方面還需要選擇可行的方案。3、對(duì)于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)也僅是進(jìn)行了初步的了解和測(cè)試，目前大多針對(duì)具體的傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用還在繼續(xù)研究當(dāng)中，而CC2430等硬件平臺(tái)并離具體的應(yīng)用要求還有差距。4、本人在了解了很多協(xié)議棧后認(rèn)為，大多軟件系統(tǒng)都應(yīng)該根據(jù)具體的應(yīng)用進(jìn)行改進(jìn)，比如協(xié)議棧的針對(duì)具體應(yīng)用的精簡(jiǎn)等工作，以進(jìn)一步減少功耗，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此實(shí)際還有很多問(wèn)題函待解決。5、另外監(jiān)控軟件也還有很多功能可以添加，比如數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)曲線、數(shù)據(jù)分析等功

54、能。6、進(jìn)一步可以將一般的紅外探頭換成紅外圖像傳感器，這樣將更趨于可視化的監(jiān)測(cè)。致謝時(shí)光飛逝，四年的本科生生涯已接近尾聲。在這四年里，我得到了許多來(lái)自老師和同學(xué)們的關(guān)心和幫助。在此論文完成之際，我心中充滿了對(duì)他們的感激之情。特別要衷心感謝我的導(dǎo)師老師對(duì)本人畢業(yè)設(shè)計(jì)的精心指導(dǎo)，感謝指導(dǎo)老師對(duì)我的教誨。導(dǎo)師在我研究工作的各個(gè)環(huán)節(jié)都進(jìn)行耐心細(xì)致的指導(dǎo)，提出了十分重要的指導(dǎo)性的意見(jiàn)和建議，論文的每一部分都凝聚了導(dǎo)師的精心指導(dǎo)和辛勤勞作。無(wú)論是在學(xué)習(xí)上、還是在生活中給予我無(wú)私的關(guān)心和幫助，正是指導(dǎo)老師都給予我無(wú)微不至的關(guān)心和照顧和指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)下，我完成了這篇論文的選題、研究、撰寫(xiě)和修改等各個(gè)過(guò)程。

55、他的言傳身教使我終生受益。在此對(duì)指導(dǎo)老師表示衷心的感謝。感謝工學(xué)院的老師們，是你們用知識(shí)培育我成長(zhǎng)。最后由衷地感謝我的父母對(duì)我學(xué)業(yè)的支持和鼓勵(lì)，多年來(lái)他們對(duì)我奉獻(xiàn)了無(wú)私的愛(ài)才使我順利完成學(xué)業(yè)，取得了今天的成績(jī)。 參考文獻(xiàn)：1 任豐原，黃海寧，林闖.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)J. 軟件學(xué)報(bào)，2003，14(7)2 汪朝群紅外探測(cè)跟蹤技術(shù)在復(fù)合尋的制導(dǎo)中的應(yīng)用前景J紅外與激光工程，2006，(2)3 丁建，胡昱希，等無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)應(yīng)用的硬件設(shè)計(jì)J國(guó)外電子元器件，2008（8）4 張杰，涂巧玲，等傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通信模塊的低功耗研究J傳感器與微系統(tǒng)，2009（9）5 方文森. 基于ARM與單片機(jī)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)

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60、fine STATUS_REG_W 0 x06 /000 0011 0#define STATUS_REG_R 0 x07 /000 0011 1#define MEASURE_TEMP 0 x03 /000 0001 1#define MEASURE_HUMI 0 x05 /000 0010 1#define RESET 0 x1e /000 1111 0/*/#define bitselect 0 x01 /選擇溫度與濕度的低位讀#define noACK 0#define ACK 1#define HUMIDITY 2#define TEMPERATURE 1#define SCK BIT4#define SDA BIT5#define SVCC BIT3#define SCK_H P6OUT|=SCK#define SCK_L P6OUT&=SCK#define SDA_H P6OUT|=SDA#define SDA_L P6OUT&=SDA#define SVCC_H P6OUT|=SVCC#define SVCC_L P6OUT&=SVCC/*