环境安全数据采集系统设计范文

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1系统硬件设计

本系统硬件由控制模块、以太网模块，传感器模块，辅助模块及电源模块组成。其硬件结构框图如下图1所示。

1.1控制模块STC15F2K60S2系列单片机是STC生产的单时钟/机器周期的单片机，是高速、高可靠、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，采用第八代加密技术，加密性超强，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成高精度R/C时钟，温飘较小，时钟频率宽范围可设置，可彻底声调外部昂贵的晶振和外部复位电路。现STC15系列单片机采用超高速CPU内核，在相同的时钟频率下，速度又比STC早期的1T系列单片机的速度快20％。

1.2以太网模块W5100是一款多功能的单片网络接口芯片，主要应用于高集成、高稳定、高性能和低成本的嵌入式系统中。使用W5100可以实现没有操作系统的Internet连接。W5100内部集成有16KB存储器用于数据传输。使用W5100不需要考虑以太网的控制，只需要进行简单的端口编程。

1.3传感器模块本系统使用了温湿度传感器DHT-11、烟雾传感器MQ-2以及火焰传感器实现了对环境安全的有效监测。

1.3.1火焰传感器火焰传感器是机器人专门用来搜寻火源的传感器，当然火焰传感器也可以用来检测光线的亮度，只是本传感器对火焰特别灵敏。火焰传感器利用红外线对火焰非常敏感的特点，使用特制的红外线接受管来检测火焰，然后把火焰的亮度转化为高低变化的电平信号，输入到中央处理器中。

1.3.2烟雾传感器MQ-2型烟雾传感器属于二氧化锡半导体气敏材料，属于表面离子式N型半导体。当处于200~300°C温度时，二氧化锡吸附空气中的氧，形成氧的负离子吸附，使半导体中的电子密度减少。当与烟雾接触时，如果晶粒间界处的势垒受到该烟雾的调制而变化，就会引起表而电导率的变化。利用这一点就可以获得这种烟雾存在的信息，烟雾浓度越大，电导率越大输出电阻越低。

1.4辅助模块OLED显示屏实时显示检测到的温湿度值以及烟雾浓度。当环境参数值超过所设定的阈值时，报警器报警。用户可通过按键根据实际需求自主设计报警阈值，不需在程序中改变阈值。根据传感器传回的环境参数，用户可通过上位机发送指令，接通直流电机。

2系统软件设计

2.1W5100与主机通信配置TCP是以连接为基础的通信方式，它必须首先建立连接，然后利用连接的IP地址和端口号进行数据传输，本系统的w5100工作在TCP模式的服务器模式下，该方式下的编程步骤为：（1）装载网络参数该步骤中需要编程配置网关参数、加载子网掩码及物理地址。此外还需配置W5100模块的本机IP地址，以及端口号。（2）硬件复位为保证W5100正常工作，在使用前必须对W5100模块进行硬件复位。用户只需将W5100的复位引脚置“1”后再做适当延时。（3）W5100Socket端口初始化设置W5100有4个独立的Socket通道，每个通道均可独立地与一个客户端连接通信，该步骤分别设置4个端口，根据端口工作模式，将端口置于TCP服务器、TCP客户端或UDP模式。本系统配置了两个Socket通道且均工作于服务端模式。

2.2AD转换软件设计STC15F2K60S2单片机集成有8通道10位高速电压输入型模/数转换器（ADC），因此单片机不需要外接0809AD转换芯片即可实现AD转换。

3结束语

基于以太网的数据传输技术，可以很好地实现数据传输。本系统利用以太网传输技术，实现了对环境安全参数的远程监测。此外本系统还可以通过上位机远程对远端发送指令，命令下位机执行响应动作，实现了上位机与下位机的双向通信。经检验，该系统工作稳定，实现了对环境数据的准确传输，达到了预期目标。

作者：朱慕涵 张文琪 单位：江苏科技大学电气与信息工程学院