基于单片机的实时传真信息监测系统

基于单片机的实时传真信息监测系统（精选9篇）

篇1：基于单片机的实时传真信息监测系统

基于单片机的实时传真信息监测系统

摘要：一种基于单片机的传真信息实时监测系统设计方案。介绍三类传真通信的基本原理和规程、调制解调器的选择和运用以及具体的监测流程等。单片机对传真机的收发信息进行实时监测，并将监测到的信息存储在外部FIFO芯片中，及时被计算机等设备读取存档。

关键词：传真 调制解调器 T.30协议

传真通信是利用扫描和光电变换技术，将文字、图片、照片等静止图像由发端经有线或无线信道送往收端，并在收端重现静止图像的通信方式。20世纪70年代以来，由于在公用电话交换网上开放文件传真业务，传真通信得到了大力发展，成为人们传输信息的主要手段之一。随着传真业务的扩大，对传真信息管理的要求随之提高。本系统就是为了便于管理各类传真收发信息而开发的，可实时监测传真机的收发情况，正确记录进出传真机的文档及传真机的工作日志，实现在地域上分离的传真机的集中管理。

本系统主要是针对文件传真三类机的，也可以兼容二类传真机。

1 文件传真三类机的通信协议

文件传真三类机在整个通信过程中遵循ITU-T建议的T.30协议。T.30协议将整个传真通信过程分成五个阶段，描述了如何开始、完成以及结束传真传输的规程。传真通信过程和电话通信过程类似，按照时间段分成的五个阶段如图1所示。

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（1）阶段A――呼叫建立

呼叫建立是通过主叫拨号和被叫应答，在公共电话交换网上建立连接的过程。其过程与电话呼叫基本一致。一次传真呼叫或应答可以人工实现，也可以自动实现。根据主叫站和被叫站所采用人工和自动操作方式的不同组成，T.30协议中规定了相应的四种操作方法。

（2）阶段B――报文前过程

这是传真机在传送报文前作准备工作的过程。该过程包括性能标识、命令发送及可以接收的证实等。为此，文件三类机在该过程中运用了以下两种信号：

命令信号――标识本端传真机工作状态、性能，控制对方传真机的工作状态等。

响应信号――用于对命令信号进行回答，将接收到命令后的传真机工作状态通知对方。

所有的命令信号与响应信号都由二进制信号构成，二进制信号的HDLC帧格式如图2所示，帧结构的传真控制字段FCF中传送的就是命令信号与响应信号。

（3）阶段C――报文中过程和报文传输

报文传输是传输报文的阶段。这了确保传输质量，在该阶段还同时安排了报文中过程，由它控制该阶段的全部信号，例如报文中的`同步信号、差错检测和纠正、线路监测等。

（4）阶段D――报文后过程

报文后过程是报文后的处理阶段。发端发完报文后告诉收端报文传输结束，收端则向发端报告收信结果，并等待发端命令，决定下一步如何处理。为此，在该阶段使用了报文结束信号、证实信号、多页信号、传真结束信号等。

（5）阶段E――呼叫释放

呼叫释放由人工或自动实现，并将电话线路由传真机收发方式切换到电话机通信方式。

2 系统硬件设计

系统设计的关键在于Modem芯片的选择。本系统采用的Modem芯片是Rockwell公司生产的R144EFX芯片。R144EFX芯片除具有一般调制解调器具备的短训练序列选项、HDLC编解帧功能、话音方式发送/接受等优点外，还具有其他特点。它不仅可以满足ITU-T建议V.33、V.17、V.27ter、V.21的信道2、T.3、T.4所规定的技术要求及T.30所规定的二进制信号方式外，还可以工作在更多速率下，如14400、1、9600、4800、2400、300bps。R144EFX属于智能芯片，它自带一个数字调频（FSK）信号检测器，可以在高速报文状态下自动检测FSK信号；三个可编程的单音信号检测器；一个双音多频信号检测器，可以检测到主叫方的电话号码。R144EFX的硬件接口如图3所示。

R144EFX的软件接口通过DSP内部接口存储器实现，DSP由双端口接口存储器与主处理器相连。DSP中的接口存储器由32个8位寄存器（分别标为寄存器00～1F）组成，主处理器和DSP能对每个寄存器进行读/写操作。主处理器通过设置DSP接口存储器的控制位以及通过DSP接口存储器将参数写入DSP RAM来控制Modem的操作。另一方面，主处理器靠读取DSP接口存

储器中的状态位以及通过接口存储器读取DSP RAM中的参数值来监测Modem的工作。当CS有效时，5根寄存器选择信号线RS0～RS4用来寻址被选通DSP接口存储器中的接口寄存器。

3 系统软件设计

本系统因为是监测传真信息，所以无需按照完全的T.30协议工作，可以相应地简化传真各阶段的流程。

（1）阶段A的监测

一种方法通过监测传真机对应电话线上的电压来判断传真机是否处于摘机状态，可以用硬件实现。另一种方法是直接进入阶段B查询，查询不到报文前的二进制信号则等待。本系统采取第二种方法，以便降低硬件的复杂度。

（2）阶段B的监测

本系统监测阶段B中的命令和响应信号有：

数字命令信号DCS，该信号由主叫方向被叫方发送，表明主叫方将进入发送机工作状态，将向被叫方发送文件，并命令被叫方进入接收机工作状态。

可以接收的证实信号CFR，该信号由接收机发向发送机，证实全部报文前过程已完成，通知发送机可以开始发送报文，进入阶段C流程。

监测到DCS二进制信号后，需要记录DCS信号的FIF信息字段。此字段表明了设备的兼容性、数据信号速率、扫描线密度、记录纸尺寸、最小扫描时间等，用来决定阶段C过程中的Modem芯片接收模式。

（3）阶段C的监测

将Modem设置为阶段B过程中监测到的信息传输模式，开始接收传真数据并写入片外的FIFO芯片，接收到一个传真数据后需判断T.3协议流程是否进入阶段D。

（4）阶段D的监测

阶段D中的信号与阶段B中的信号模式相同，本系统中监测的命令和响应信号有：

多页信号MPS，该信号表示一页文件已经送完，在收到收方的证实信号后回到阶段C的起点，开始传送下一页文件。

报文结束信号EOM，该信号表示一页文件已经送完，并转回到阶段B的起点。

（5）阶段E的监测

进入阶段E后，系统无需再对本次传真过程监测，可以直接进入下次传真监测的起点等待传真信息的到来。

具体实现时，程序流程见图4。

实验中，本系统通过主控微机的ISA总线将监测到的传真数据以中断方式（FIFO芯片半满即向主控微机发送中断请求）传输给主控微机实行传真数据文档的备份。实验证明本系统工作情况良好，没有出现误码、漏码的情况，接收到传真数据可以解出非常清晰的传真页面。

篇2：基于单片机的实时传真信息监测系统

摘要：实时多任务操作系统(RTOS)能有效提高嵌入式平台的资源利用效率，是嵌入式应用的必然趋势。本文阐述基于MSP430F149的RTOS――M430/OS。它由汇编写成、短小精干、占用系统资源少、运行稳定可靠，目前已在思达高科配网技术公司产品上得到应用。

关键词：RTOS 任务调度 MSP430

引 言

1 在MSP430上使用RTOS的意义

一般的观点认为，MSP430上使用RTOS是没有意义的这是可以理解的。因为MSP430的硬件资源有限(以MSP430F149为例，只有2KB RAM),任何商业操作系统都不可能移植到MSP430上。目前在MSP430上得到应用的RTOS，只有μC/OS-II，但使用μC/OS-II 必须有昂贵的C编译器，这严重地限制了其在MSP430上的使用。

正是基于以上情况，笔者在应用MSP430过程中，编写了一个基于MSP430F149的RTOS，暂定名为M430/OS。它占用RAM量少、代码短小，稍加改动就可适用于大多数其它MSP430单片机。

在MSP430单片机系统上使用M430/OS，对系统有以下意义：(本网网收集整理)

① 实现软件设计的模块化。可将不同的功能模块编制成相应的任务，由操作系统按级别调用，不必为先执行哪个功能、后执行哪个功能而费神。

② 能更合理、有效地利用CPU有限的资源。按任务的重要程度安排任务的级别，能够保证最重要的任务得以最及时执行。

③ 大大降低系统故障率。低优先级的任务发生阻塞时，高优先级任务的执行不受影响。

2 M430/OS在MSP430F149上的实现

2.1 M430/OS功能特点

M430/OS有以下特点：

① 采用占先式内核，即高优先级的任务可以从低优先级任务“抢”回CPU控制权；

② 每个任务都单独开辟一个任务栈；

③ 每个任务占十几到几百字节的任务堆栈，任务栈的大小可以根据任务中现场数据、局部变量和嵌套调用的情况估算；

④ 每个任务各分配一个优先级,不支持两个任务有相同的优先级；

⑤ 不支持信号量、邮箱功能；

⑥ 任务状态只有三种：运行(executing)、就绪(ready)、挂起(suspended)；

⑦ 系统占用RAM量=（（任务个数+1）×4）+6字节，不包括任务堆栈；

⑧ 代码量少，目前版本的代码共有86行汇编代码，256字节目标代码；

⑨ 理论上最多支持126个任务；

⑩ 任务锁定功能：在一段低优先级的代码中，不想让操作系统把CPU权切换到别的任务，这时可以把这代码锁定，在运行这段代码时，就不会引起任务切换；

任务唤醒功能：在一个任务中产生一个的事件来触发其它任务运行（如果被触发的任务优先级高的话，就会马上运行）。

2.2 系统函数介绍

① OS_Init：多任务初始化，进行任务栈（任务栈的结构见图1）、任务延时计数、任务状态的初始化。初始化完成后，系统直接切换到最高优先级的任务，多任务系统启动。

② OS_Time_Dly：把当前任务挂起一段指定时间让其它任务运行。

③ OS_Sched：任务调度，它先把每个任务的延时数减1，然后再找出最高优先级的就绪任务，并切换到这个就绪任务。如果无就绪任务，就切换到空闲任务。

④ OS_Free_Task：空闲任务，是一个很重要的系统任务，当所有任务都挂起时，运行此任务。它主要是对一个计数器Free_Count一直进行累加，用户可以根据这个计数器计算出CPU的利用率。

⑤ OS_Task_Lock：锁定任务调度，禁止任务调度。主要用来锁定在低优先级中的一些可重入的代码或一些重要代码。

⑥ OS_Task_Unlock：解锁任务调度，和上面的子程序功能相反。

⑦ OS_Task_Wakeup：唤醒指定优先级的任务，并产生一次任务调度，如果被唤醒任务的优先级比当前运行的任务的优先级高，任务就会切换到被唤醒的任务中，否则等待下一个调度时机。

2.3 主要功能的实现

（1）任务初始化

系统加电运行后，首先对硬件资源进行初始化，接着就要对多任务进行初始化了。主要是初始化每个任务的任务栈、每个任务的时钟滴答数和堆栈指针位置。我们把每个任务栈都初始化成图1形式。

任务栈的初始化如下程序（r11是用来初始任务堆栈的一个指针，r10是一个循环计数器）：

mov.w #(栈底 + 2) , r11

clr.w Task_Tick(r10) ;清0时钟滴答数

mov.w #任务首地址 , 0(r11) ;把任务地址压入堆栈

mov.w SR , -2(r11) ;把标志寄存器放入任务栈

mov.w r11 , Task_SP(r10)

sub.w #现场所占的字节数 , Task_SP(r10) ;SP位置放

;入堆栈

初始化完任务栈之后，就把堆栈指针指向最高任务优先级任务栈的任务首地址处，再执行ret返回。这样，多任务就启动开了，程序如下：

mov.w #09feh , sp ;最高优先级的任务栈任务首地

;址位置

ret ;返回到最高优先级的任务

任务初始化的流程如图2所示。

（2）时钟节拍

时钟节拍由MSP430F149的TimerA产生。TimerA工作于上升模式，CCR0中是TimerA计数最大值。TimerA初始化代码如下：

bis.w #(TASSEL1+TACLR+MC_1),&TACTL

mov.w 2(sp),&CCR0 ;计数最大值，此值决定时钟节拍

bis.w #CCIE,&CCTL0

（3）任务调度

应用程序调用OS_init进行初始化后，直接切换到最高优先级的任务。

每个任务在运行一个循环后执行OS_ Time_Dly挂起。这是通过把该任务的延时数填到该任务的Task_ Tick中，然后再执行任务调度程序实现。

任务调度就是在定时中断时对所有任务的Task_ Tick减1，然后再按优先级高低的顺序查找Task_Tick减到0的任务，并直接跳到任务切换程序。

下面是任务切换程序（r10的内容是就绪任务的标志，由调度程序找出）：

pushALL ;把当前任务现场入栈

mov.b Now_Task,r11 ;当前任务标志放r11

mov.w sp,Task_SP(r11) ;保存当前任务堆栈指针

mov.b r10,Now_Task ;就绪任务标志变为当前任务标志

mov.w Task_SP(r10),sp ;就绪任务的任务栈指针放入SP

;此时再进行堆栈操作就是对就绪任务的任务栈操作了。

popALL ;把就绪任务的`现场出栈

reti ;中断返回，返回到就绪任务

任务调度的调度时机有两种：一种是在任务挂起时，一种是定时中断。任务挂起时的任务调度一定会引起任务切换，定时中断就不一定引起任务切换了。因为，如果就绪任务是当前正在运行的任务时不会引起切换。正是如此，任务调度是RTOS中执行得最频繁的一个功能，也是最重要的一个功能，所以必须尽量缩减其代码量，尽量用可靠的调度算法来减少任务调度所占的时间。这个子程序的流程如图3所示。

（4）任务锁和其它功能的实现

任务的加锁与解锁，是为了使一些在低优先级任务的不可重入代码，或对实时性要求较高的I/O操作在执行中不产生任务切换。这项功能是通过设置一个标志位实现的。当调度程序检查到任务被锁定时，就算有就绪任务也必须等开锁之后才能切换。

如果系统突然产生一个事件要某个挂起的任务来处理，可以在事件产生的程序中调用任务唤醒。它的原理是把Task_Tick清0，然后执行一次任务调度。如果这个任务优先级较高，就直接切换到这个任务里执行。

3 总 结

篇3：基于单片机的实时传真信息监测系统

由于我国油田油井数量多且分布范围广, 目前大多采用人工巡井方式, 由工人每日定时检查设备运行情况并记录采油数据[1]。这种方式影响了设备监控与采油数据的实时性和准确性, 发生故障时也不能及时地监测和处理, 会造成巨大的损失。这样不仅降低了劳动效率, 而且增加了生产成本, 并且存在安全隐患。针对以上情况, 我国石油企业为了提高生存和竞争能力, 已经开始进行油田自动化、信息化、数字化建设。本文设计的油井实时监测系统以单片机PIC16F877[3]作为微控制器对油井下潜油泵的入口压力、出口压力、入口油温、电机温度、振动、漏电流等信息进行实时监测和控制, 发现故障并及时报警, 具有精确度高、实时性和稳定性好等特点。

1 系统总体设计

本系统可以分时采样由下位机实时传输的井下温度、压力、振动、漏电流等参数信息的模拟信号, 并通过ADC转换器把采集到的信号进行模拟向数字量的转换, 将转换的数据量进行存储, 同时应用去极值求平均值滤波算法对采集到的数字信号量进行滤波处理, 确保采集信息的精确度和准确性;为了给用户提供有效的数据, 系统还使用LED实时显示采集的数据信息, 用户也可以通过键盘设定每个参数信息报警值的上限和下限及故障值的上限和下限, 监测过程中实时采样的数据超越设定的上下限值时报警器自动报警。

本系统设计以单片机PIC16F877[2]为开发中心扩展8个模块:电源模块、显示模块、键盘模块、信号的输入输出模块、信号采集模块、中断定时模块、数据处理模块、报警模块。系统模块如图1所示。

2 系统硬件设计

本系统的硬件组成:主要由电源模块、CPU模块、显示按键模块等, 以及外围硬件电路的辅助处理。电源模块将外部电压24V转化成系统处理所需要的电压12V和5V, CPU模块以PIC16F877为核心, 显示按键模块利用周立功7289芯片实现, 外围硬件电路主要用来实现对信号的放大处理及防干扰的处理。系统硬件组成如图2所示。

2.1 信号输入模块

由于井下传感器采集传输的为电流信号, 该系统在采样信号时首先通过外加的100欧姆电阻将电流信号转换为电压信号 (电压范围为0~5V) , 然后将转换后的电压信号输入到CPU的RA1端口, CPU内部ADC接收此信号, 进行A/D转换, 将电压模拟量转换成数字量。图3为信号输入模块原理。

2.2 电源模块

单片机PIC16F877的接入电源应为5V, 但是整个系统采用工业24V电源供电, 所以单片机在接入电源时利用YND5-24S05将24V电源电压转化成5V系统需要的电压。图4为电源模块的硬件原理。

2.3 按键显示模块

图5为ZLG7289芯片、按键和LED组成的按键显示原理图。此原理图利用ZLG7289芯片的4个引脚CS、CLK、DIO、KEY分别接入到PIC16F877中RB4、RB5、RB6、RB7引脚上, 并将DIG0-DIG7和SA-SG、DP接入8个按键以及LED对应的引脚上。

为了使电源更加稳定, 一般要在Vcc到GND之间接入47~470uF的电解电容。晶振Y1取4~16MHz, 调节电容C3和C4通常取值在10pF左右。复位信号是低电平有效, 一般只需外接简单的RC复位电路, 也可以通过直接拉低RST引脚的方法进行复位。系统显示使用LED共阴极数码管。

3 系统软件设计

油井实时监测系统所有软件设计均采用模块化设计思想[3]。根据所要完成的不同功能将整个系统的软件分为以下几个模块:初始化模块、存储模块、A/D采样模块、中断定时模块、数据处理模块、按键显示模块、报警模块。主程序的流程如图6所示。

为了确保采集数据的精确度和准确率, 在数据处理模块中必须使用滤波算法消除A/D芯片上采集的信号中夹杂的噪声和各种干扰信号。从数据系列中提取逼近真值的软件算法, 通常称为数字滤波算法。目前, 常用的数字滤波算法有限幅滤波、中值滤波、算术平均滤波、去极值平均滤波、加权平均滤波、滑动平均滤波、低通滤波等。综合考虑以上算法的优缺点以及本系统的采样波形易出现尖脉冲的干扰情况, 本系统采用去极值平均滤波, 此数字滤波算法有效地防止了尖脉冲的干扰, 采集数据能平滑过渡。

4 实验结果

本系统实验器材主要有以单片机PIC16F877为核心的电路板1块、电源120V和24V各1个、下位机 (温度、压力、振动等参数的感应和传输设备) 。系统现场实物如图7所示。

图8为下位机传感器感应并传输给上位机的模拟信号波形, 总共6个参数:入口压力、出口压力、入口油温、电机温度、振动、漏电流。

采用采样范围为30~70℃的温度传感器进行采样, 采样标定数据如表1所示。

通过表2得出, 温度传感器输出的数字量与实际温度存在很好的线性关系。

通过表2得到每10℃差值为6.33。标定温度为线性关系, 斜率为6.33。将标定值通过标定界面输入系统, 再进行测试得到表3。

由表3得出, 误差率如表4所示。

实验表明, 经过对温度进行标定, 检测到温度的误差率在预期范围以内。经过实验分析, 本系统的误差来源主要包括如下几个方面: (1) 传感器本身感应灵敏度引入的误差; (2) 采集数据引入的误差。因为传感器感应信号通过放大电路以后才进入单片机进行AD转换, 因此放大器对数据的放大和转换都会产生误差; (3) 滤波算法引入的误差。

5 结语

本文设计的油井多参数监测系统, 能够实时采集井下潜油泵的入口压力、出口压力、入口油温、电机温度、振动、漏电流等信息, 并且运用了滤波算法对干扰信号进行滤波处理以及通过实验对各参数进行标定。实验数据表明, 测量精度和稳定性都有提高。

摘要：介绍了一种基于单片机PIC16F877的油井实时监测系统。该系统能够分时采样获取油井下电动潜油泵的两路压力、两路温度、漏电流和振动参数, 并利用其内部的ADC转换器将模拟信号进行量化处理转换为数字信号。为了保证采集信号的精确度, 系统采用去极值求平均值滤波算法对采集到的数字信号量进行滤波处理, 最终将油井下实时信息显示到主界面上, 同时具有报警功能。实验结果表明, 本系统对井下各信息的采集具有高精确度和实时性, 并取得了较满意的控制效果。

关键词：油井实时监测系统,PIC16F877单片机,A/D转换,滤波算法

参考文献

[1]毛宝瑚, 郑金吾, 刘敬彪.油气田自动化[M].东营:石油大学出版社, 2005:150-152.

[2]沈红卫.基于单片机的智能系统设计与实现[M].北京:电子工业出版社, 2005:75-151.

[3]张皆喜.PIC系列单片机C语言编程与应用实例[M].北京:电子工业出版社, 2008.

[4]AHMED A.JERRAYA, WAYNE WOLF.Hardware/software interface codesign for embedded systems[J].IEEE Computer Society, 2005 (2) .

[5]彭为, 黄科, 雷道仲.单片机典型系统设计实例精讲[M].北京:电子工业出版社, 2006.

[6]Microchip.The datasheet of PIC16F877[Z].2011.

[7]靳达.单片机应用系统开发实例导航[M].北京:人民邮电出版社, 2003:128-179.

篇4：基于单片机的实时传真信息监测系统

关键词：AT89C51；SHT10；LCD1602；温湿度检测

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）18-0216-02

环境温湿度的实时检测在各行各业都有广泛应用，无论是工业、农业、军事、气象，抑或是居家生活。工业生产与制造场合对环境温湿度指标要求相对严苛，合适的温湿度环境才能确保生产制造过程安全、有效地进行。居家生活环境的温湿度情况直接关系到人们生活的舒适感，有效监测和控制环境温湿度可以提升居住环境舒适度[1-3]。

本文设计的环境温湿度实时检测系统主要选取AT89C51单片机、SHT10温湿度传感器、LCD1602字符液晶显示模块等常用的电子器件，实现对环境温湿度值的实时检测与显示，超过温湿度限制时并有报警处理。

1系统总体设计

1.1系统功能需求

环境温湿度实时检测系统需要完成的功能包括：

1） 环境温湿度值的实时采集；2） 环境温湿度值的实时显示；3） 环境温湿度值超过限值时立即报警；4） 环境温湿度值的检测范围和精度要求。检测范围：温度-20℃～100℃，湿度0～100%RH；检测精度：温度±0.5℃，湿度±5%RH。

1.2系统总体设计方案

1） 主控，通过单片机完成各项数据的采集和处理工作；

2） 数据采集，温湿度传感器实时采集环境温湿度参数；

3） 液晶显示，液晶显示模块实时显示环境温湿度值；

4） 报警，一旦环境温湿度值超过限值蜂鸣器立即报警。

2系统硬件设计

根据环境温湿度实时检测系统的功能需求和总体设计方案，合理选取电子元器件，完成系统具体硬件设计，如图2所示。

1） 主控

主控是系统核心，控制传感器完成环境温湿度参数值的采集及数据处理，并控制液晶显示模块的数据显示和蜂鸣器的报警。主控采用AT89C51芯片，该芯片是一个8位微控制器，具有128B的片内数据存储器和4KB的片内程序存储器，芯片功耗低、性能高，能够满足系统设计需求[4-5]。

2） 数据采集

数据采集是系统的关键，是系统需要实现的最重要的功能，通过温湿度传感器完成环境温湿度值的实时检测。数据采集使用的温湿度传感器为SHT10温湿度传感器，该传感器湿度测量范围为0～100%RH，湿度测量范围为-40～+123.8℃，湿度测量精度为±4.5%RH，温度测量精度为±0.5℃，满足系统设计需求。

3） 液晶显示

液晶显示是系统的窗口，用户可以通过液晶显示模块查看实时环境温湿度情况。液晶显示部分使用的是LCD1602液晶显示模块，能够显示2行×16个字符或5×7点阵字符。该液晶是一种很常用的小型液晶显示器，具有功耗低、体积小、质量轻等优点[4]。

4） 报警

报警部分是对环境温湿度值做警示作用的，使用蜂鸣器完成这一功能。系统运行过程中一旦单片机判定温湿度传感器检测到的环境温湿度值超过设限值，单片机就控制蜂鸣器发出响声报警警示。

3系统软件设计

环境温湿度实时检测系统的软件设计主要是单片机程序设计，根据主控单片机与各功能模块的连接接口完成接口初始化、数据采集分析与处理、电路控制等程序设计内容，在环境温湿度检测系统中实现系统功能需求所提的全部功能。

系统软件设计具体流程图如图3所示。首先，系统进行初始化，包括温湿度传感器SHT10、液晶显示器LCD1602、蜂鸣器等电子器件的驱动和引脚接口初始化。第二，环境温湿度参数的采集、分析与处理。由单片机控制温湿度传感器SHT10采集温湿度信号，采集到的温湿度信号再在单片机内部进行分析、处理、计算得到实际的温湿度值。第三，判定采集的温湿度值是否过限。设定环境中温湿度值的安全范围，当判定采集到的当前温湿度值不在安全范围内，单片机向蜂鸣器发出报警命令，蜂鸣器鸣响。第四，环境温湿度值的实时显示。单片机对传感器采集到的温湿度信号进行处理计算后即得到当前环境的实际温湿度值，单片机直接把这个值传送给液晶显示器LCD1602进行实时显示，完成环境温湿度的实时监测。

4总结

环境温湿度检测系统具有很强的应用价值，在各个领域都有广泛应用。本文通过列举环境温湿度检测系统的功能需求，合理安排系统结构，甄选AT89C51单片机、SHT10温湿度传感器、LCD1602字符液晶显示模块等合适的电子器件，设计了一个简单的环境温湿度实时检测系统。该系统能够实现实时环境温湿度值的检测与显示，并在温湿度值超过预设限值时提供蜂鸣器报警。最终，设计的环境温湿度实时检测系统达到了设计功能需求，系统运行稳定，温湿度值偏差小、精度高，能够满足一般场合对于温湿度检测的功能和精度需求，具有一定的实用价值。

参考文献：

[1] 冯媛硕，宋吉江.基于单片机的温湿度检测控制系统设计[J].山东理工大学学报，2014（1）：19-23.

[2] 吴健辉，易嘉闻，邹玲，等.多点无线智能环境检测系统设计[J].电子技术，2015（11）：72-75.

[3] 赵建华，曹超.一种远程的无线环境温湿度检测系统[J].西安工业大学学报，2012（4）：340-344.

[4] 姜志海，赵艳雷，陈松.单片机的C语言程序设计与应用—基于Proteus仿真[M]. 3版.北京：电子工业出版社，2015.

篇5：基于单片机的实时传真信息监测系统

基于宽带网的天气雷达实时监测系统

介绍了新一代天气雷达实时监测系统的结构模式和功能,通过TCP/IP通信协议的.论述、天气雷达信息量和占用信道带宽的估算,证明基于宽带网络系统通信设计的可行性.同时详细分析了CINRAD/SA天气雷达实时监测信息的结构和存放特点,系统地描述天气雷达监测信息获取、传送和入库的方法,并重点介绍如何编制传输和入库软件,利用TCP/IP两种基本协议(TCP和UDP)以及ADO数据库编程技术,在现有的宽带网络基础上,对天气雷达运行状况实现远程实时监测.

作 者：谭鉴荣 敖振浪 李建勇 Tan Jianrong Ao Zhenlang Li Jianyong  作者单位：广东省气象技术装备中心,广州,510080 刊 名：气象科技  PKU英文刊名：METEOROLOGICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY 年，卷(期)： 36(1) 分类号：P4 关键词：雷达   实时监测   TCP/IP  

篇6：基于单片机的实时传真信息监测系统

关键词：中波发射机,馈线参数变化原因分析,馈线拉力检测报警系统,方案,设计,功能

1 前言

馈线是发射机与天线之间的桥梁, 是节目播出链路中重要的、但容易被忽略的环节。目前, 大多数中波发射台调节馈线拉力的方法主要是天线工依据自己的工作经验和天气的季节变化来进行调整。这种调整方式存在的不足之处是:缺乏可信的数据作为调整的依据, 难以应对短时间内的天气骤变, 要对不同地势、不同区段馈线拉力的微弱变化做出准确的、有区别的调整较为困难, 缺乏对馈线拉力变化感知的灵敏度, 新参加工作的天线工短时间内很难准确掌握调整馈线力度的方法。

针对上述情况, 本文利用拉力传感器、风速传感器、温度传感器、单片机及上位机编程软件的组合设计了馈线拉力的实时监测和报警系统。该系统实施后, 每隔1s会对拉力、温度、风速等影响馈线稳定的因素进行取样, 取样值会与预置的门限值进行比较, 发生越限时, 系统自动发出声、光报警, 提醒工作人员进行相应的处理, 同时每间隔10分钟的取样值, 会自动存储在数据库中便于日后查询、比较之用。

通过实施本系统, 任何维护馈线的工作人员都可以完成对馈线精确、方便地调节, 并且可以大大减轻巡线人员的工作量。当馈线出现突发事故时, 本系统还可以快速定位故障点, 标示出其离台区的距离及抢修人员抵达故障点所需的时间等信息, 有利于快速解除故障, 缩短停劣播时间。

2 馈线参数变化导致的危害

2.1 馈线的传输方式

连接发射机输出端和天线之间的导线称为传输线或馈线。馈线的主要任务是有效地传输信号能量, 它能将发射机输出的信号以最小的损耗传送到发射天线的输入端, 不允许拾取或产生杂散干扰信号, 为此, 要求传输馈线应该进行屏蔽或尽量采用平衡式传输模式。

所谓平衡式传输模式, 就是在信号的传输过程中, 使用三条通路来保障信号传递。其中一条为地线或屏蔽线, 而剩下的两条用来构成信号通路。

同样, 如果采用平衡式馈线, 则其前端发射机的功放也必须是平衡式的输出。使用平衡式功放的好处是:地线是独立悬浮的, 而它的另两条线路分别传输信号的半个周期, 这样将原有的交变式信号变成了差动式的信号, 减少了交流串扰和外界的干扰, 从而减少了信号的噪音, 使得传输到馈线上的信号更纯净。但是, 采用平衡式放大器, 它所使用的两套放大电路的配对性要求极高, 否则信号就不能完美的耦合。正因如此, 平衡式放大器比不平衡式价格昂贵很多, 所以很多中波机采用的都是不平衡输出模式。

例如我台DX-600中波发射机的功放采用的就是不平衡输出模式, 相应的传输馈线也是不平衡传输模式, 即由外围的接地屏蔽线和中心的信号线两部分组成, 如图1所示。

图1中内圈信号线为高电位, 外圈屏蔽线均接地, 为地电位。信号线和屏蔽线沿圆周均匀分布, 信号线的粗细及数量由馈线所传导的功率大小决定。

DX-600中波发射机的馈线系统, 其特性阻抗为75Ω, 由内导体12根, 外导体24根的铜包钢金属线组成, 内导体截面半径为3mm, 外导体截面半径为2mm, 如图2所示。

2.2 馈线参数变化对播出设备的影响

高频馈电系统中的阻抗匹配十分重要。阻抗失配时, 会在馈线上产生反射波, 使得输送到负载的功率降低, 造成能源的浪费, 同时在传输大功率时还容易导致器件的击穿。

如果已经设置好的馈线参数由于某种原因发生了改变, 必然会导致负载与信号源不再匹配, 即天线和发射机发生了阻抗失配, 失配时, 由于发射机的功率放大器不是工作在最佳状态, 天线将不能从发射机吸取最大功率, 降低了功率放大器的效率。由于传输线与天线间阻抗不匹配, 天线不能吸收发射机输出的全部功率, 并以反射波形式将一部分功率反送回发射机, 天线将只能获得入射波和反射波的功率差。阻抗失配时, 馈线上的反射波与入射波叠加后形成驻波, 即沿馈线各点的电压和电流的振幅不同, 以1/2波长为周期进行变化, 使得传输线上的损耗加大。根据驻波比公式, 失配愈严重, 馈线上最大电压 (电流) 与最小电压 (电流) 之比越大, 由此引起的介质损耗、漏电损耗、馈线发射等现象越严重。当最大电压点处于调幅正峰时, 在这点上就容易出现馈线打火, 甚至由此造成停播。

2.3 导致馈线参数发生变化的原因及应对措施

中波馈线在野外露天架设, 受环境因素影响很大, 尤其是在东北寒冷的山区表现得更加明显, 一旦出现故障, 短时间内很难修复, 极易造成长时间的停播事故。所以有必要对故障成因进行深入分析, 提前做好完善的应对措施。

2.3.1 雷电危害及应对措施

馈线中窜入含有巨大能量的雷电, 不但会危及前端的发射机部件, 还可能会造成馈线打火, 甚至烧断馈线, 造成停播。结合吉林省桦甸市所处的地理位置和多年来的气象记录得知, 天馈线场区发生雷电的次数很少, 所以只需做好基础的防雷措施即可。如架设避雷线, 加强对接地装置的检查、维护, 及时处理线路中的不良接地, 定期测量馈线的接地电阻等。根据《中华人民共和国广播电影电视行业标准》GY/T178-2001规定的标准, 中波馈线屏蔽线的接地电阻不得超过4Ω。

2.3.2 飞鸟危害及应对措施

架设在野外的馈线及馈杆, 容易招致鸟类在其上筑巢或栖息, 鸟类带来的树枝或杂物及鸟粪在馈线或绝缘子上堆积起来, 容易造成馈线打火或短路。此种情况可以通过线路巡视、人工处理进行解决, 还可以通过设置防鸟害措施来解决, 比如放置小风车、小彩旗、反光镜片等能转动或是能发出各种声响、亮光的物品来使飞鸟受到惊吓而飞离馈杆, 但应注意放置位置及绝缘问题。

2.3.3 绝缘子断裂事故及应对措施

馈线上的绝缘子发生断裂的主要原因是质量问题和馈线拉力问题。绝缘子在制造过程中瓷体焙烧不良, 水泥胶合剂干缩较大, 导致瓷件产生空隙吸潮或者瓷体成型压力不均、冷却不良而产生内应力, 以及因瓷体、水泥、金具的热膨胀系数差异产生内应力, 使瓷体产生裂纹或者制作工艺存在缺陷, 存放、运输、安装、运行过程中的老化等等, 都可能造成劣质绝缘子的产生。如果这样的劣质绝缘子被安放到馈线上, 一旦馈线拉力变大, 超过绝缘子的承受范围, 必然会导致其损坏和断裂。从而使得内圈信号线和外圈屏蔽线之间的距离发生改变, 易引起线间打火、驻波比变大等事故, 若馈线拉力大到连质量合格的绝缘子都被拉断时, 甚至会造成信号线与屏蔽线间短路, 使得发射机无法开机, 而造成停播事故。

应对上述问题的措施是:选用质量合格的绝缘子;减少绝缘子在运输、存放、安装过程中的外力损伤, 做好安装前的质检工作;加强线路巡检, 定期清洁绝缘子, 及时更换有问题的绝缘子;及时对馈线拉力进行科学的、可靠的监测, 并及时进行调整。

2.3.4 风力损害及应对措施

我台三面环山, 馈线线路正处在山口位置, 所以经常受到大风的影响。尤其是在春季和冬季, 风力很大, 对馈线的影响不可忽视。同时风也是一种无形的, 变化不定的影响因素。长时间的风力吹拂, 会在馈线上形成风压, 产生水平方向上的荷载, 从而使馈线的应力增大, 馈杆产生附加弯矩, 会引起断线、倒杆等事故。风力的不断吹拂, 还会引起馈线振动, 易造成线材疲劳, 尤其是当风力突然急剧变大, 馈线拉力也处在临界值时, 也会产生馈线崩断的可能。

应对风力损害的措施是:对风力进行实时监测, 同时结合馈线拉力的变化, 根据具体情况及时对馈线的松紧度进行调整。

2.3.5 温度变化危害及应对措施

众所周知, 当金属物体温度升高时, 分子的动能增加, 分子的平均自由行程增加, 即所谓的热胀现象;当温度降低时, 分子的动能减小, 分子的平均自由行程减少, 即所谓的冷缩现象。因此, 温度越高, 馈线就伸得越长, 拉力变小, 弛度变大;温度越低, 馈线就缩得越短, 拉力变大, 弛度变小。如果不及时、准确地对馈线的拉力做出相应的调整, 不但会使馈线的特性阻抗发生改变, 引起系统失配, 还会引起馈线打火、放电 (弛度太大时) , 导致馈线被拉断 (拉力太大时) 。

还有一种不可忽视的气象现象是, 当气温在冰点附近徘徊变化时, 若发生降雪, 雪落在馈线上, 则会融化并马上变成冰, 并且会如此反复地积累成很厚的冰层覆盖在馈线上。覆冰增加了馈线的垂直荷载, 使馈线的张力增大, 同时也增大了馈线的迎风面积, 使其所受水平风荷载增加, 加大了断线的可能。覆冰的垂直荷载使馈线的弧垂增大, 可能会造成与屏蔽线间的电气距离减小而发生事故。

应对温度变化产生的危害的措施是:要对气温进行准确的、不间断的监测, 并对短时间内出现的温度骤变设置警戒阈值, 以提醒工作人员对馈线进行及时的处理和调整。

3 馈线拉力监测及报警系统的实施方案

通过上述分析知道, 引起馈线参数发生变化的主要因素都与馈线的拉力有关, 所以如果能利用软、硬件系统做好馈线拉力的实时、准确监测, 并根据监测数据及时做出调整, 就能保证馈线系统时刻运行在最佳状态, 为电台的播音工作提供安全、可靠的信号通路。下面将介绍利用拉力传感器、风速传感器、温度传感器、单片机及编程软件的组合所设计的馈线拉力的实时监测和报警系统。

3.1 拉力传感器

拉力传感器又叫电阻应变式传感器, 隶属于称重传感器系列, 是一种将物理信号转变为可测量的电信号输出的装置。它由弹性体元件和粘贴在其上的电阻应变片构成, 它通过两个拉力传递动能, 能够将弹性体上的应变转换为电阻的变化, 其结构如图3所示。

当被测物理量作用在弹性元件上时, 弹性元件的变形引起应变片的阻值变化, 通过检测电路将其转变成电压或电流输出, 输出电压或电流的变化反映了被测物理量的变化。

拉力传感器根据被测对象的不同, 分为柱式、S型、轮辐式、环式、蝶式、箱型等, 本系统所采用的是S型拉力传感器, 由其来测量馈线的拉力数值。为了保证安全运行, 制造厂规定馈线所用瓷棒出厂试验拉力为两吨, 为了留够冗余量, 本系统采用了最大量程为3吨的S型拉力传感器作为测量器具。

3.2 系统硬件电路设计

系统硬件电路设计原理图如图4所示。系统由温度传感器、拉力传感器、风速传感器、运算放大器、滤波器、采样/保持器、模拟多路开关、A/D转换器、单片机AT89C51、恒压电源、晶振电路、复位电路、PC机编程软件、报警装置等部分组成。

硬件电路工作原理如下:系统加电后, 首先由单片机内部的CPU完成对系统中可编程器件的初始化及通道数的预置, 系统所需的时序由单片机内部的8253定时/计数器提供。当拉力传感器、温度传感器、风速传感器完成非电量到电量的转换后, 放大器将传感器输出的微弱电信号进行放大, 再送入滤波器滤除杂散信号, 然后通过采样/保持电路进行处理后, 送入模拟多路选择开关电路, 轮流把采集到的三种电信号送到单片机的高速A/D转换器AD579中, 完成模拟量到数字量的转换。这个过程采用的是同时采样, 分时转换的方式。在内部地址寄存器DMAC8237的控制下, 将采集到的数据高速传送、存储在数据寄存器中, 然后通过RS232接口传入PC机, 由编程软件对采集到的数据进行分析和处理。当某项采样值超过预设阈值时, 与PC机相连的报警装置就会发出声、光报警, 提醒技术人员对馈线进行必要的巡视和调整。

3.3 系统软件设计方案

3.3.1 单片机程序设计

单片机程序由主程序和中断子程序组成。主程序负责对来自上位机PC的命令进行解析和读取拉力值、温度值、风速值等数据, 并执行存储、输出等控制;中断服务程序只负责单片机和上位机之间的数据发送与接收。

3.3.2 上位机PC的程序设计

由单片机实时采集到的温度、风速、拉力等数据, 通过RS232接口传输到上位机PC, 利用Visual Basic中的通信控件Mscomm属性设置和事件响应, 实现与单片机间的串行通信。

在上位机的软件中能够实现以下功能:实时的拉力、温度、风速监测, 报警系统的设置和管理, 采样数据的统计分析, 历史数据查询, 馈线检修记录, 操作人员管理, 软件系统设置等。如图5所示。

3.3.3 软件主要功能介绍

实时拉力监测:我台A01和A02两部DX-600发射机的馈线路, 依据双门馈杆的分布被自然地分成了多段, 每段馈线上放置4个拉力传感器。系统对所有馈线段拉力传感器的拉力值每隔1s采样一次, 并与系统预置的拉力阈值进行比较, 给出状态显示。当拉力值越限时, 软件界面显示文字提示, 警灯图标连续闪烁, 音箱发出声音报警。图6为“馈线拉力总状态”界面, 该界面显示出了两部DX-600中波发射机所有馈线段拉力的状态示意图, 并标注了其距离电台台区的距离, 步行及乘车到达故障点所需的时间等信息。

实时温度监测:在户外安放两个温度传感器, 对室外馈线路的温度值进行取样, 上位机软件每秒读取一次取样值, 每10分钟存储一次。在实时温度监测页面显示了两个温度传感器24小时内每隔30分钟温度取样数据形成的温度曲线, 同时, 该页面还显示了报警的温度阈值。

实时风速监测:与温度监测的方案相同, 该页面也显示了两个风速传感器取样数据形成的温度曲线, 同时, 该页面还显示了报警的温度阈值。

报警设置管理:该页面显示了故障情况下的报警项目及报警数据;可以对拉力、温度、风速的报警阈值进行统一设置;可以手动关闭本次报警的声、光提示;可以选择进入“检修状态”, 设置一定时间内停用报警功能;报警提示音的设置等。

数据统计分析:对存储在数据库中的拉力、温度、风速等数据进行加权处理后, 分别形成曲线图、柱状图、饼图等以显示监测项目的发展趋势。趋势图可以按照每月、每季度、每年为时间段来形成。对发展趋势差异较大的时间段做好分析报告, 存储在数据库中以备日后查询、比较之用。

历史数据查询:可以按照时间、机号、馈线段号、传感器标号、故障记录等多种选项进行数据查询。

馈线检修记录:填写馈线的检修日期、时间、参与人员、检修的馈线标号、检修过程、检修前的拉力数据、检修后的拉力数据等信息, 可进行检修记录查询。

操作人员管理:添加、删除操作人员, 操作人员权限设置, 操作人员密码设置, 可进行操作日志查询、删除等。

软件系统设置:上位机、下位机时间校准, 采样数据的导出、打印、清理, 采样数据存储目录管理, 软件的版本信息, 软件帮助FAQ等。

4 结束语

篇7：基于单片机的实时传真信息监测系统

关键词：物联网；果蔬冷链物流；温湿度；二维码；GPS

中图分类号： S126；TS207.7文献标志码： A文章编号：1002-1302（2015）11-0519-03

收稿日期：2015-01-12

基金项目：国家大学生创新试验项目（编号：201410307087）；南京农业大学人才启动基金（编号：rcqd13-15）。

作者简介：梁琨（1983—），女，博士，讲师，主要从事农产品检测与溯源研究。E-mail：Kliang@njau.edu.cn。

通信作者：沈明霞，教授，博士生导师，主要从事检测技术自动化装置研究。E-mail：Mingxia@njau.edu.cn。随着人们安全意识的增强与生活质量的提高，果蔬的品质安全逐渐受到消费者的重视。冷链物流是保障果蔬品质安全的关键，而物流运输监测是其中较为薄弱的环节[1-2]。完善我国冷链物流体系的管理和监督工作已成为当今社会急需解决的焦点问题[3]。物联网是一种涉及射频识别技术、传感器技术、互联网技术、嵌入式系统技术等的新一代信息技术，物联网技术的发展及其在冷链物流中的应用使整个冷链过程更加信息化、透明化，从而提升食品品质，保证食品安全[4-7]。

本研究提出一种将物联网应用于冷链物流的设计方案，通过GPS模块、温湿度采集模块、食品条码信息采集模块采集冷链运输过程中果蔬的食品身份信息、环境参数信息、地理信息，并通过无线发送装置传输给上位机显示。物联网与冷链物流的结合，可实现对农产品在冷链运输过程中环境参数的监测，提高果蔬在冷链物流中的安全品质。

1系统总体设计

本系统以微处理器STM32为核心，实时监测冷链运输过程中的环境参数和地理位置信息。通过温湿度传感器采集冷藏车的温度、湿度，通过GPS采集运输车的位置信息，通过扫码器扫描食品包装二维码信息，并通过无线传输装置（无线模块UTC-1212SE）将以上信息发送给上位机，实现对食品冷链运输的实时监测（图1）。

1.1硬件组成与设计

硬件部分主要由温湿度、GPS、条码采集三大模块组成。温湿度模块用于实时采集冷链物流过程中的温度、湿度信息，GPS模块用于获取冷藏车在运输过程中的地理位置信息，条码采集模块用于收集食品的身份信息。本研究选取STM32F103ZET6型微处理器，该处理器是基于ARM Cortex-M3内核的32位嵌入式微处理器，主频为72 MHZ，具

有5个USART串口，其最小系统电路包括电源电路、复位电路、时钟电路等[8]。该处理器具有功能强、结构简单、成本低等优势[9]，其特性满足冷链物流实时监测的需要。STM32型微处理器通过无线装置将温湿度、GPS、条码扫描3个模块采集的数据传输并显示于上位机，完成整个冷链物流运输过程中的信息自动实时采集（图2）。

1.1.1温湿度采集模块设计在果蔬冷链运输过程中，温湿度决定果蔬的品质，温湿度过高或过低均会导致果蔬的口感、味道等变差，从而使果蔬品质降低甚至变质[10]，因此温湿度检测极其重要。本系统的温湿度采集模块用于实时监测冷藏车车厢内的温湿度信息。鉴于果蔬冷链运输过程中的复杂环境，本模块要求温湿度传感器的测量精度高、抗干扰能力强、工作性能稳定、结构简单、功耗较小。

本研究选用SHT10型温湿度传感器，包括1个电容式聚合体测湿元件、1个能隙式测温元件，并与1个14位A/D转换器、串行接口电路在同一芯片上无缝连接。SHT10型温湿度传感器的两线制串行接口可与微处理器的串口相连并进行串口通信。SHT10型温湿度传感器具有长期稳定、体积小、功耗低、信号质量优等优点，且其测量范围广、精度高，完全满足对果蔬冷链运输过程中车厢内环境的监测要求。

温湿度采集模块的工作流程见图3。首先，微处理器发送1组“启动传输”时序来完成数据传输的初始化，启动时序为：当SCK时钟为高电平时，DATA翻转为低电平，紧接着SCK变为低电平，随后在SCK时钟高电平时，DATA翻转为高电平。启动完成后，微处理器向SHT10型温湿度传感器发送包含3个地址位（目前只支持“000”）、5个命令位的指令，并等待其测量结束。当SHT10型温湿度传感器测量完成后，通过下拉DATA至低电平表示测量结束。最后，控制器触发SCK时钟读取温湿度数据。

1.1.2GPS模块设计目前，我国冷链物流的流程信息不透明，冷链食品的信息网络和技术均处于初级阶段，难以保证食品质量，使冷链物流成本大幅提升[11]。GPS定位系统具有高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、使用广泛等特点，可对冷藏车进行全天候、全面的监控[12]；因此，GPS技术的引用极有利于物流行业的发展。本系统选用型号为WF-NEO-6M的GPS。WF-NEO-6M型GPS是具有高性能、低功耗的GPS定位模块，采用u-blox公司的NEO-6M模组方案，可通过串口、USB接口将GPS定位信息输出至单片机系统和电脑。WF-NEO-6M型GPS工作时的波特率为9 600 B/s。本研究中采用NMEA0183协议的GPS定位数据信息，被WF-NEO-6M型GPS通过串口传输至STM32型微处理器。本研究使用NMEA0813协议定义语句中的$GPGGA，格式为：$GPGGA，<1>，<2>，<3>，<4>，<5>，<6>，<7>，<8>，<9>，<10>，<11>，<12>，<13>，<14>*<15>。其中，<1>、<2>、<3>、<4>、<5>是所需信息，分别代表UTC时间、纬度、纬度半球、经度、经度半球。STM32型微处理器接收到GPS数据后，将所需信息提取解析并通过串口发送至上位机（图4）。

nlc202309010054

1.1.3条码信息采集模块设计二维码技术是一种用于信息储存、传输、识别的全新技术。二维码技术的应用可极大提高信息的采集、处理速度，提升工作效率[13]。在发达国家，二维码技术被广泛运用于军事、物流等领域。我国应用二维码技术的领域较少，物流条码覆盖率较低，许多物流公司尚未应用条码技术[14]，须加强二维码技术在我国物流领域的推广。

本研究选用型号为H21的二维影像式扫描器。H21型扫码器主要由激光源、光学扫描、光学接收、光电转换、信号放大、整形、量化、译码等部分组成。H21型扫码器的全向扫描模式可解读所有标准一维条码以及PDF417、QR Code、Data Matrix、Aztec Code等二维条码，其扫描角度为水平50°、垂直20°。H21型扫码器有USB、RS-232等接口模式，本研究选择扫码器的串口模式与STM32型微处理器相连。扫码器将扫描得到的条码信息传送至串口的数据寄存器，微处理器检测到数据寄存器有数据后，将数据读取至内存中，然后将条码信息通过串口传送至上位机。

1.2软件设计

本研究中，上位机信息采集显示软件在Windows 8操作系统下、Visual Studio 2012编程环境中，使用C# 语言调用 SerialPort 类实现串口通信功能（图5），此类提供同步I/O、事件驱动I/O、对管脚和中断状态的访问、对串行驱动程序属性的访问，为应用程序提供通过串口收发数据的简便方法，具有功能强大、通信快速、实时性好等特点[15]。

最终编写的上位机见图6，能够实时采集并显示果蔬冷链物流过程中的温湿度信息、果蔬条码信息、运输车的经纬度和地理位置信息。

2结果与分析

温度参数检测精度在监测系统中最重要，本研究对其进行测试。试验在不同温度的环境下进行监测，将监测结果与AZ7752型温湿度采集器采集的20组数据进行对比（图7）。结果表明，系统精度满足果蔬冷链物流中温湿度监测精度的要求，数据传输稳定。

3总结

针对目前冷链运输环节追溯信息不透明的问题，设计了一套基于物联网的果蔬温湿度实时监测系统。本试验模拟了果蔬的冷链运输环境，并对冷链运输过程中果蔬所处环境的温湿度信息、车辆位置信息进行监测，证实了试验的可行性。物联网技术对果蔬冷链物流的信息化起重要作用，其在冷链物流中的应用已成为一种趋势，对提高食品品质、保证食品安全具有重要意义。

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篇8：基于单片机的实时传真信息监测系统

目前市面上LED显示屏种类繁多,大多数显示内容固定,更新信息时有的使用GSM和WIFI等方式实现有的利用PC通过RS232或者GPRS将数据传送给LED显示系统,不仅繁琐而且成本高。另外因显示时多为汉字,汉字显示时基本上都是通过单片机调用外部字库存储器中的数据实现显示,解决信息实时更新问题又会受到存储器本身容量限制,影响显示效果,还存在字库制作复杂,成本较高,通讯费用昂贵等问题[1,2]。针对以上问题,本文采用NRF24L01无线通讯模块来实现实时信息传送,并通过读取汉字字库芯片GT21L16S2W中汉字和字符的点阵信息实现汉字显示。

2 系统硬件设计

硬件系统由远程控制和显示受控两大部分组成。

2.1 显示受控系统

显示受控系统由STC89S52RD+单片机、汉字字库芯片GT21L16S2W、用于接收数据的无线通讯模块以及LED显示屏和相应的驱动电路组成。系统框图如图1所示。

2.1.1 显示驱动

系统采用动态扫描方式,各组发光灯依次点亮,只要扫描频率高于临界闪烁频率,给人的感觉就是一个静态的效果[3,4]。显示屏的主要部分是点阵模块以及行和列的驱动电路。文中LED采用5*8共40块8*8点阵模块,共2560个点阵,一个汉字为256点阵。每行都有一个行驱动器,由单片机控制74HC138提供行选通信号,从第一行开始依次对各行进行扫描。根据各汉字的点阵信息,确定相应的列驱动器74HC595是否将该列与此行接通,如果接通,则该行该列的LED点亮,用这种方式把所有行扫描一次后,再从第一行开始,进行下一个周期的扫描。以每行的8块点阵模块为一组,共5组,且这5组的74HC138片选信号由另外一个74HC138控制,这样可省去显示屏的级联,而且控制方便。列显示驱动电路由74HC595组成。电路图如图2所示。

74HC595输入端是8位串行移位寄存器,输出端是8位并行缓存器具有锁存功能,可以实现在同一脉冲下,列的数据同时进行输入和输出。列数据准备好后,启动OE信号使所有数据同时输出并锁存,设计所占用I/O口少。显示数据从单片机到驱动芯片是以串行方式传输,使得传输控制电路简单。行扫描驱动相当于对发光管脉冲供电,每行由一个P N P三极管用共射接法来驱动,74HC138输出端连接三极管的基极,为该行提供大的驱动电流。

每一行LED管子亮、灭取决于74HC595中所锁存的信号。在第一行LED管子点亮的同时,在74HC595中移入第二行需要显示的数据,随后将其锁存,并同时由行扫描控制电路将第一行扫描管关闭而接通第二行,使第二行L E D管子点亮,以此类推,最后一行扫描过后再回到第一行,只要扫描速度足够高,就可形成完整的图像。

单片机将要显示的数据,转换成相对应的LED屏显示驱动信号,再加入相应的动态显示效果控制程序(画面左移、上移、开幕、覆盖、闪烁和直显等)后,通过SPI口分别输出给行、列驱动电路。

2.1.2 汉字字模读取

汉字字库芯片G T 2 1 L 1 6 S 2 W的工作电压为2.7V~3.6V,在与单片机的VCC端相连时需加上电平转换芯片CM1117,将5V电压转换为3.3V电压。HOLD#引脚接上2K的电阻后接3.3V电压,CS#,SI,SO,SCLK四个引脚分别接单片机的四个IO口。使用芯片时,需要先将片选信号CS#置低,然后根据一般读取指令使用时序图,通过芯片串行数据输入引脚SI把1字节的指令数据和3字节的地址数据写入到芯片中,每一位在串行时钟上升沿被锁存。在写完1字节指令和3字节地址之后,通过串行数据输出引脚SO将字模信息连续读出,每一位在串行时钟下降沿被移出。每个15×16的汉字点阵信息由3 2字节组成,通过芯片资料给出的由某一个汉字的内码可以得到该汉字点阵信息存储的地址的算法,将连续读取的32个字节数据存放在一个数组中,只要按一定的顺序调用这个数组中的数据,就能在LED屏上正确显示相应的汉字。

2.2 无线通信

系统采用的无线通信模块是基于无线通信芯片NRF24L01的模块,采用FSK调制,每次最大能传输32字节的数据。使用前发送端和接收端需要分别设定NRF24L01芯片的工作状态,单片机通过串口配置发送端及接收端NRF24L01芯片地址、数据包的大小、发送接收速率等参数。

在远程通信系统中无线通信模块主要完成发送显示数据以及控制指令,采用中断接收方式。对于主机无线数据发送单元,主机先等待用户键入所要显示文字的内码,并一直等待确认发送键的按下,当确认键按下后,主机处理所显示内容,并把段码数据和位码数据(点阵数据)向从机发送。从机无线接收器控制,无线模块的中断控制引脚接到从机的外部总段引脚,当接收到信息时,触发外部中断,进入中断子程序,并从模块中读出数据,跳出中断后处理所接受数据,待数据全部接收完成后显示输出。

2.3 远程控制系统

远程控制部分由单片机控制系统、12864液晶、以及用于发送数据的无线通讯模块组成。系统框图如图3所示。

单片机控制模块接有一组矩阵键盘,负责从外界获取显示内容,通过无线通讯模块把数据发送给显示受控系统。为了确保这一过程的完成,在完成某一动作的同时需要在液晶上显示这一动作信息,使统更加稳定。需要提供给单片机控制模块5V直流电压,单片机是核心部分,带有复位电路,外接一组矩阵键盘,通过IO口与无线通讯模块和液晶屏相连接。

3 软件设计

在远程控制端,接有一组矩阵键盘,通过键盘给单片机输入汉字的内码,单片机通过SPI串口通讯协议对发送端的无线模块进行配置,之后发送显示数据。在显示受控端,接收端的无线模块接收到数据之后,通过SPI串口通讯协议将数据传送给接收端的单片机进行处理单片机通过读取汉字字库芯片中的点阵信息,显示时采用定时器中断方法,通过设置合适的进入中断时间常数,即可以得到高于40 Hz的LED刷新帧频,使人眼得到稳定的动态视觉效果。软件流程图如图4所示。

4 结束语

本文给出了基于NRF24L01无线通信模块来实现LED显示屏的远程控制和实时信息显示系统,并通过汉字的内码从GT21L16S2W芯片中得到15×16点阵字模信息。通过该系统可以远程实时发布信息,且可以随时录入信息并显示,可以经济高效的应用于户外实时信息的发布,并随时修改显示内容,方便信息管理,同时省去了复杂的字库制作,使整个系统成本低廉,便于维护。

摘要：本文介绍了利用NRF24L01和GT21L16S2W实现的基于单片机的无线远程实时显示系统。该系统成本低廉,信息更新方便快捷,且可以解决显示汉字难的问题。

关键词：LED点阵屏,无线通信,汉字字模

参考文献

[1]梁纯等.基于MCS-51单片机的LED点阵图文显示屏设计[J].工矿自动化,2005,(6):90～92.

[2]袁强,陆启生,李文煜.基于单片机89C51和89C2051点阵LED图文显示[J].工程地质计算机应用,2006,(4):17～19.

[3]李熹霖.谈LED大屏的刷新频率和换帧频率[J].现代显示,2004,(1):22～25.

篇9：基于单片机的实时传真信息监测系统

关键词：数据采集模块；控制模块；cc1100； TP-1.1A

中图分类号：TH11文献标识码：A文章编号：1007-3973(2010)010-102-01

1、引言

近年来，天然气泄漏事件层出不穷，给家庭和社会带来了巨大的财产损失，甚至造成人身伤害，普通天然气浓度监测装置因廉价方便而得到广泛应用。但这种天然气浓度监测系统目前还存在以下问题：(1)只能实现天然气浓度的监测，不能在出现险情时采取有效措施降低室内天然气浓度。(2)当家中室内无人时，极易造成火灾。针对以上问题，我们设计了一种新型天然气浓度监测系统。

2、系统硬件设计

2.1系统硬件组成

硬件部分主要由数据采集模块、控制模块、无线射频通信模块组成。数据采集模块由msp430f149单片机、TP-1.1A甲烷气体传感器组成。线控制模块主要由msp 430f149单片机、电磁阀执行机构、排气扇和显示界面组成，收集数据采集模块发送的数据，并对采集的数据分析，发出控制电磁阀和排气扇指令，将当前室内天然气浓度通过显示界面显示，并通过CAN总线与小区监控室相连。无线射频通信模块是基于cc1100的无线射频收发器，主要用于数据的传送。系统的总体结构如图所示。

2.2数据采集模块硬件组成

2.2.1甲烷气体传感器TP-1.1A

TP-1.1A是采用纳米级SnO₂進行合理的半导体掺杂，以微珠结构制成的非加热、低功耗、对甲烷高度灵敏的可燃气体传感器。其主要工作原理为在不同浓度的甲烷气体环境中，其传感器电阻阻值发生变化，从而可以通过测量TP-1.1A电阻两端电压的变化间接测得空气中甲烷气体浓度。

2.2.2msp430f149微处理器

MSP430f149微处理器属于MSP430 1XX系列，采用的是“冯·诺依曼”结构，ROM和RAM在同一地址空间，使用同一数据总线。它属于J6位结构的CPU，采用了精简、高透明、高效率的正交设计，包括一个16位的算术逻辑单元(ALU)、16个寄存器和一个指令控制单元。并且内部集成了定时器、比较器、FLASH、中断、USART、ADC等资源，功能非常强大。

3、系统软件设计

系统软件主要包括数据采集系统软件设计和控制系统软件设计。数据采集在这里使用定时器TO定时，每隔1毫秒实现对TP-1.1A上的电压值采集一次，在msp430f149数据存储区中开辟十个数据存储单元，将采集的电压值转换为天然气浓度值后保存。对采集的TP-1.1A上电压值采用均值滤波，减小系统误差。数据发送是通过定时器Tl定时，每隔10毫秒数据采集系统将采集到的数据发送至控制系统，控制系统通过外部中断O判断有无数据传送，这样控制系统微处理器不必一直扫描cc1100状态，从而提高了cpu效率。控制系统微处理器rasp430f149通过分析采集的甲烷浓度值，控制外围电路(电磁阀、声光报警电路、排气扇)，控制LCD显示，通过定时器定时，每隔100毫秒将接收的甲烷浓度数据通过CAN总线传递至小区总监控室。数据采集系统软件流程图如图3所示。控制系统软件流程图如图所示。

4、结语

采用上述基于msp430f149单片机开发的室内天然气浓度监测及报警系统克服了传统的天然气监测系统的不足，在出现险情时可以采取有效措施关闭天然气阀门，降低室内天然气浓度，同时通过CAN总线与总监控室相连，当用户家中，无人时也能做到实时监控。本产品市场潜力巨大，适合在大中小城市推广。

参考文献：

[1]秦龙主编MSP430单片机常用模块与综合系统实例精讲[M]，北京：电子工业出版社，2007

[2]王兆安，黄俊，电力电子技术[M]，北京：机械工业出版社，2000

[3]字符型液晶显示模块使用说明书[Z]，深圳市瑞特电子有限公司，2005