單片機(jī)原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)第15章--基于以太網(wǎng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)課件

1、第15章 基于以太網(wǎng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)單片機(jī)原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)本章主要內(nèi)容1215.1 項(xiàng)目背景與研究現(xiàn)狀315.3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)15.2 系統(tǒng)方案論證與總體功能 415.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)15.1 項(xiàng)目背景與研究現(xiàn)狀15.2 系統(tǒng)方案論證與總體功能 15.3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)15.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本章主要內(nèi)容15.1.1 項(xiàng)目背景隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的大型工業(yè)生產(chǎn)建立了工業(yè)監(jiān)控以太網(wǎng)。從而形成了統(tǒng)一的傳輸平臺(tái)，為很多生產(chǎn)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咚俟罚菍?duì)原有系統(tǒng)很好的改造?，F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的出現(xiàn)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)面向設(shè)備的自動(dòng)化系統(tǒng)起到了巨大的推動(dòng)作用，但現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)這類(lèi)專(zhuān)用實(shí)時(shí)通信網(wǎng)絡(luò)具有成本高，速度低和支持應(yīng)

2、用有限等缺陷，再加上總線(xiàn)通信協(xié)議的多樣性，使得不同總線(xiàn)產(chǎn)品不能互相互連，互用和互操作等，因而現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步發(fā)展受到了極大的限制。隨著以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，特別是高速以太網(wǎng)的出現(xiàn)使得以太網(wǎng)能夠克服自己本身的缺陷，進(jìn)入工業(yè)領(lǐng)域成為工業(yè)以太網(wǎng)，因而使得人們可以用以太網(wǎng)設(shè)備去代替昂貴的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。 從實(shí)際來(lái)看，設(shè)計(jì)基于以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以很好地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸。在此基礎(chǔ)上，也可以將其作為其于以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)測(cè)試平臺(tái)開(kāi)發(fā)過(guò)程中的調(diào)試工具，從而加速把以太網(wǎng)集成到測(cè)試、采集和工業(yè)I/O儀器中的開(kāi)發(fā)進(jìn)程。從工業(yè)應(yīng)用來(lái)看，以太網(wǎng)的應(yīng)用可以大大提高勞動(dòng)效率，能夠讓儀表在一些危險(xiǎn)的環(huán)境下取代人力工作，并且得到

3、的數(shù)據(jù)與結(jié)果比人工現(xiàn)場(chǎng)的結(jié)果更加科學(xué)，精確。所以設(shè)計(jì)一個(gè)基于以太網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是非常有實(shí)際意義的。15.1.2 研究現(xiàn)狀 在數(shù)據(jù)采集方面， 當(dāng)前越來(lái)越多的通信系統(tǒng)工作在很寬的頻帶上，對(duì)于保密和抗干擾有很高要求的某些無(wú)線(xiàn)通信更是如此，隨著信號(hào)處理器件的處理速度越來(lái)越快，數(shù)據(jù)采樣的速率也變得越來(lái)越高，在某些電子信息領(lǐng)域，要求處理的頻帶要盡可能的寬、動(dòng)態(tài)范圍要盡可能的大，以便得到更寬的頻率搜索范圍，獲取更多的信息量。因此，通信系統(tǒng)對(duì)信號(hào)處理前端的A/D采樣電路提出了更高的要求，即希望A/D轉(zhuǎn)換速度快而采樣精度高，以便滿(mǎn)足系統(tǒng)處理的要求。 隨著以太網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展及它的80%的市場(chǎng)占有率和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的明

4、顯缺陷，促使工控領(lǐng)域的各大廠(chǎng)商紛紛研發(fā)出適合自己工控產(chǎn)品且兼容性強(qiáng)的工業(yè)以太網(wǎng)。目前，國(guó)內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的是德國(guó)西門(mén)子公司研發(fā)的SIMATIC NET工業(yè)以太網(wǎng)。SIMATIC NET工業(yè)以太網(wǎng)主要體系結(jié)構(gòu)是由網(wǎng)絡(luò)硬件、網(wǎng)絡(luò)部件、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、通行處理器和SIMATIC NET軟件等部分組成。工業(yè)以太網(wǎng)以其特有的低成本、高實(shí)效、高擴(kuò)展性和高智能的魅力，吸引著越來(lái)越多的制造業(yè)的廠(chǎng)商。方案一：本組初定方案為使用溫濕度傳感器DHT11與煙霧傳感器MQ-2進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)。當(dāng)溫濕度值或煙霧濃度超過(guò)程序中所設(shè)定的閾值時(shí)，蜂鳴器將進(jìn)行報(bào)警。OLED將實(shí)時(shí)顯示傳感器傳回的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)經(jīng)單片機(jī)處理后將由W5100模塊傳至

5、電腦上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。上位機(jī)也可以給單片機(jī)發(fā)送指令，命令單片機(jī)接通繼電器，繼電器打開(kāi)后電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。方案二：本組的第二種方案為在溫濕度傳感器DHT11與煙霧傳感器MQ-2的基礎(chǔ)上添加火焰?zhèn)鞲衅鳎黾訉?duì)火險(xiǎn)的監(jiān)測(cè)功能。另外本方案增加了5個(gè)獨(dú)立按鍵，可以對(duì)報(bào)警閾值在線(xiàn)調(diào)整。每個(gè)傳感器都配有兩個(gè)獨(dú)立的指示燈，當(dāng)環(huán)境參數(shù)小于報(bào)警值時(shí)，報(bào)警燈熄滅，工作正常指示燈點(diǎn)亮，當(dāng)環(huán)境參數(shù)超過(guò)所設(shè)臨界值時(shí)，除了蜂鳴器報(bào)警，每個(gè)傳感器獨(dú)立的報(bào)警燈將點(diǎn)亮報(bào)警。15.2.1 系統(tǒng)方案論證 上位機(jī)給單片機(jī)發(fā)送指令后不再驅(qū)動(dòng)繼電器，而是直接將信號(hào)送至電機(jī)驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。方案論證：第一種方案中如果通過(guò)繼電器接通驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)

6、，電機(jī)一旦轉(zhuǎn)動(dòng)將對(duì)單片機(jī)產(chǎn)生較大的電磁干擾，OLED顯示屏無(wú)法正常顯示，嚴(yán)重的情況下單片機(jī)將復(fù)位，因此如果使用該方案，系統(tǒng)將無(wú)法正常工作。而第二種方案在第一種方案的基礎(chǔ)上增加了火焰?zhèn)鞲衅?，豐富了對(duì)環(huán)境安全的監(jiān)測(cè)功能。此外獨(dú)立按鍵的設(shè)置大大方便了用戶(hù)的使用，用戶(hù)可以根據(jù)實(shí)際情況，不需要改變程序即可改變所設(shè)報(bào)警值。當(dāng)測(cè)得的環(huán)境數(shù)據(jù)超標(biāo)時(shí)，獨(dú)立報(bào)警燈的設(shè)置使得用戶(hù)可以迅速判別出時(shí)哪一項(xiàng)環(huán)境數(shù)據(jù)超標(biāo)并迅速做出調(diào)整。結(jié)論：綜上所述，第二種方案更能滿(mǎn)足用戶(hù)使用需求，且運(yùn)行更加穩(wěn)定。因此，選用第二種方案作為該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。15.2.2 系統(tǒng)總體功能1. 基本功能 （1）溫濕度傳感器、煙霧傳感器、火焰?zhèn)鞲衅?/p>

7、將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)經(jīng)單片機(jī)處理后，通過(guò)以太網(wǎng)傳給電腦的上位機(jī)。 （2）W5100通過(guò)Socket通道配置，同時(shí)與多臺(tái)主機(jī)通信，用戶(hù)可在不同終端遠(yuǎn)程讀取環(huán)境參數(shù)。 （3）OLED顯示屏實(shí)時(shí)顯示檢測(cè)到的溫濕度值以及煙霧濃度。 （4）當(dāng)環(huán)境參數(shù)值超過(guò)所設(shè)定的閾值時(shí)，報(bào)警器報(bào)警，正常工作指示燈熄滅，報(bào)警燈開(kāi)啟。2. 拓展功能 （1）用戶(hù)可通過(guò)按鍵根據(jù)實(shí)際需求自主設(shè)計(jì)報(bào)警閾值，不需在程序中改變閾值，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的人性化設(shè)計(jì)。 （2）用可以根據(jù)傳感器傳回的環(huán)境參數(shù)，通過(guò)上位機(jī)發(fā)送指令，接通直流電機(jī)。15.3.1 系統(tǒng)硬件組成總體框圖系統(tǒng)硬件組成主要包括單片機(jī)、煙霧傳感器、溫濕度傳感器、以太網(wǎng)模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)及直流

8、電機(jī)系統(tǒng)等組成，其硬件組成框圖如圖15-1所示。圖15-1 系統(tǒng)硬件框圖15.3.2 STC15F2K60S2單片機(jī)簡(jiǎn)介1. STC15F2K60S2系列單片機(jī)功能STC15F2K60S2系列單片機(jī)是STC生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期（1T）的單片機(jī)，是高速/高可靠/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，采用第八代加密技術(shù)，加密性超強(qiáng)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍。內(nèi)部記成高精度R/C時(shí)鐘，1溫飄，常溫下溫飄5，5MHz35MHz寬范圍可設(shè)置，可徹底聲調(diào)外部昂貴的晶振和外部復(fù)位電路（內(nèi)部已記成高可靠復(fù)位電路，8級(jí)可選復(fù)位門(mén)檻電壓）。3路CCP/PWM/PCA，8路高速10位A

9、/D轉(zhuǎn)換（30萬(wàn)次/秒），內(nèi)置2K字節(jié)大容量SRAM，2組高速異步串行通信端口（UART1/UART2，可在5組管腳之間進(jìn)行切換，分時(shí)復(fù)用可作5組串口使用），1組高速同步串行通信端口SPI，針對(duì)串行口通信/電機(jī)控制/強(qiáng)干擾場(chǎng)合。 現(xiàn)STC15系列單片機(jī)采用STC-Y5超高速CPU內(nèi)核，在相同的時(shí)鐘頻率下，速度又比STC早期的1T系列單片機(jī)（如STC12系列/STC11系列/STC10系列）的速度快20。 STC15F2K60S2實(shí)物圖如圖15-2所示：圖15-2 STC15F2K60S2單片機(jī)實(shí)物圖 2. STC15F2K60S2單片機(jī)特點(diǎn) STC15F2K60S2系列單片機(jī)具有以下特點(diǎn)： （

10、1）增強(qiáng)型8051CPU，1T，單時(shí)鐘/機(jī)器周期，速度比普通8051快8-12倍。 （2）工作電壓：5.5V-3.8V。 （3）8K/16K/24K/32K/40K/48K/56K/60K/61K字節(jié)片內(nèi)Flash程序存儲(chǔ)器，擦寫(xiě)次數(shù)10萬(wàn)次以上。 （4）片內(nèi)大容量2048字節(jié)的SRAM。 （5）大容量片內(nèi)EEPROM，擦寫(xiě)次數(shù)10萬(wàn)次以上。 （6）ISP/IAP，在系統(tǒng)可編程/在應(yīng)用可編程，無(wú)需編程器，無(wú)需仿真器。 （7）共8通道10位高速ADC，速度可達(dá)30萬(wàn)次/秒，3路PWM還可當(dāng)3路D/A使用。STC15F2K60S2原理連接圖如圖15-3所示。圖15-3 STC15F2K60S2原理

11、圖 1. W5100簡(jiǎn)介 W5100 是一款多功能的單片網(wǎng)絡(luò)接口芯片，內(nèi)部集成有 10/100Mbps以太網(wǎng)控制器，主要應(yīng)用于高集成、高穩(wěn)定、高性能和低成本的嵌入式系統(tǒng)中。使用 W5100 可以實(shí)現(xiàn)沒(méi)有操作系統(tǒng)的 Internet 連接。W5100與IEEE802.310BASE-T和802.3u100BASE-TX兼容。W5100 內(nèi)部還集成有 16KB存儲(chǔ)器用于數(shù)據(jù)傳輸。使用W5100不需要考慮以太網(wǎng)的控制，只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的端口編程。15.3.3 以太網(wǎng)模塊W5100W5100實(shí)物圖如圖15-4所示：圖15-4 W5100模塊實(shí)物圖 2. W5100與單片機(jī)通信方式 W5100模塊與單片機(jī)

12、有三種通信方式，分別為直接總線(xiàn)接口、間接總線(xiàn)接口、SPI總線(xiàn)接口。直接總線(xiàn)接口采用15位地址線(xiàn)，8位數(shù)據(jù)線(xiàn)，還有CS、RD、WR、INT等信號(hào)線(xiàn)。間接總線(xiàn)接口采用2位地址線(xiàn)，8位數(shù)據(jù)線(xiàn)，另加CS、RD、WR、INT等信號(hào)線(xiàn)。以上兩種接線(xiàn)方式較為復(fù)雜，且占用的單片機(jī)引腳數(shù)較多，不利于其他功能的擴(kuò)展，因此選用SPI總線(xiàn)接口方式與單片機(jī)通信。 串行接口模式只需要4個(gè)引腳進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。這4個(gè)引腳的定義分別為：SCLK、/SS、MOSI、MISO。W5100的SPI_EN引腳選擇SPI操作。W5100模塊與單片機(jī)的連接如圖15-5所示：圖15-5 W5100模塊與單片機(jī)連接圖3. W5100內(nèi)部特性 （

13、1）與MCU多種接口選擇：直接并行總線(xiàn)接口、間接并行總線(xiàn)接口和SPI總線(xiàn)接口； （2）可選擇YL18-2050S、 YT37-1107S、YL2J011D、YL2J201A網(wǎng)絡(luò)變壓器。 （3）支持ADSL連接 (支持PPPOE協(xié)議，帶PAP/CHAP驗(yàn)證)。 （4）支持4個(gè)獨(dú)立的端口（sockets）同時(shí)連接。 （5）內(nèi)部16K字節(jié)存儲(chǔ)器作TX/RX緩存。 （6）內(nèi)嵌10BaseT/100BaseTX以太網(wǎng)物理層，支持自動(dòng)應(yīng)答（全雙工/半雙工模式）。 （7）3.3V工作電壓，I/O口可承受5V電壓。W5100原理圖如圖15-6所示：圖15-6 W5100原理連接圖15.3.4 火焰?zhèn)鞲衅麟娐吩O(shè)

14、計(jì)1. 火焰?zhèn)鞲衅鹘榻B火焰?zhèn)鞲衅魇菣C(jī)器人專(zhuān)門(mén)用來(lái)搜尋火源的傳感器，當(dāng)然火焰?zhèn)鞲衅饕部梢杂脕?lái)檢測(cè)光線(xiàn)的亮度，只是本傳感器對(duì)火焰特別靈敏。火焰?zhèn)鞲衅骼眉t外線(xiàn)對(duì)對(duì)火焰非常敏感的特點(diǎn)，使用特制的紅外線(xiàn)接受管來(lái)檢測(cè)火焰，然后把火焰的亮度轉(zhuǎn)化為高低變化的電平信號(hào)，輸入到中央處理器中，中央處理器根據(jù)信號(hào)的變化做出相應(yīng)的程序處理。火焰?zhèn)鞲衅鲗?shí)物如圖15-7所示：圖15-7 火焰?zhèn)鞲衅鲗?shí)物圖2. 火焰?zhèn)鞲衅鞴ぷ髟砘鹧鎮(zhèn)鞲衅饔筛鞣N燃燒生成物、中間物、高溫氣體、碳?xì)湮镔|(zhì)以及無(wú)機(jī)物質(zhì)為主體的高溫固體微粒構(gòu)成的?；鹧娴臒彷椛渚哂须x散光譜的氣體輻射和連續(xù)光譜的固體輻射。不同燃燒物的火焰輻射強(qiáng)度、波長(zhǎng)分布有所差異，但總

15、體來(lái)說(shuō)，其對(duì)應(yīng)火焰溫度的近紅外波長(zhǎng)域及紫外光域具有很大的輻射強(qiáng)度，根據(jù)這種特性可制成火焰?zhèn)鞲衅鳌?3. 火焰?zhèn)鞲衅魇褂谜f(shuō)明（1）火焰?zhèn)鞲衅鲗?duì)火焰最敏感，對(duì)普通光也是有反應(yīng)的，一般用做火焰報(bào)警等。（2）傳感器與火焰要保持一定距離，以免高溫?fù)p壞傳感器，對(duì)打火機(jī)測(cè)試火焰距離為80cm，對(duì)火焰越大，測(cè)試距離越遠(yuǎn)。（3）小板模擬量輸出方式和AD轉(zhuǎn)換處理，可以獲得更高的精度。火焰?zhèn)鞲衅髟韴D如圖15-8所示：圖15-8 火焰?zhèn)鞲衅髟韴D 1. MQ-2工作原理 MQ-2型煙霧傳感器屬于二氧化錫半導(dǎo)體氣敏材料，屬于表面離子式N型半導(dǎo)體。當(dāng)處于200300C溫度時(shí)，二氧化錫吸附空氣中的氧，形成氧的負(fù)離子吸附，

16、使半導(dǎo)體中的電子密度減少，從而使其電阻值增加。當(dāng)與煙霧接觸時(shí)，如果晶粒間界處的勢(shì)壘受到該煙霧的調(diào)制而變化，就會(huì)引起表而電導(dǎo)率的變化。利用這一點(diǎn)就可以獲得這種煙霧存在的信息，煙霧濃度越大，電導(dǎo)率越大輸出電阻越低。15.3.5 煙霧傳感器電路設(shè)計(jì)煙霧傳感器實(shí)物如圖15-9所示：圖15-9 煙霧傳感器實(shí)物圖2. MQ-2工作特性 （1）MQ-2型傳感器對(duì)天然氣、液化石油氣等煙霧有很高的靈敏度，尤其對(duì)烷類(lèi)煙霧更為敏感并且具有良好的抗干擾性，可準(zhǔn)確排除有刺激性非可燃性煙霧的干擾信息，例如酒精和煙霧等。注意：經(jīng)過(guò)測(cè)試，對(duì)烷類(lèi)的感應(yīng)比紙張木材燃燒產(chǎn)生的煙霧好很多，輸出電壓升高很快。 （2）MQ-2型傳感器具

17、有良好的重復(fù)性和長(zhǎng)期的穩(wěn)定性。初始穩(wěn)定，響應(yīng)時(shí)間短，長(zhǎng)時(shí)間工作性能好。注意：使用前必須先加熱一段時(shí)間，否則其輸出的電阻和電壓不準(zhǔn)確。 （3）其檢測(cè)可燃?xì)怏w與煙霧的范圍是100-10000ppm。注意：ppm為體積濃度/1ppm=1立方厘米除以1立方米。 （4）電路設(shè)計(jì)電壓范圍寬，24V以下均可；加熱電壓50.2V。注意：加熱電壓必須在此范圍內(nèi)，否則容易使內(nèi)部的信號(hào)線(xiàn)熔斷。由于電壓過(guò)大，導(dǎo)致內(nèi)部的的信號(hào)線(xiàn)熔斷而傳感器報(bào)廢。3. 煙霧傳感器原理圖如圖15-10所示： DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，它應(yīng)用專(zhuān)用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，傳感器包括一

18、個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，具有極高的可靠性和卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。 溫濕度傳感器模塊實(shí)物如圖15-11所示。15.3.6 溫濕度傳感器電路設(shè)計(jì)圖15-11 DHT11實(shí)物圖技術(shù)參數(shù) 溫濕度傳感器技術(shù)參數(shù)如上表所示，使用時(shí)應(yīng)注意避免溫度值大于50，濕度值超過(guò)90%RH，以免導(dǎo)致其損壞。參數(shù)名稱(chēng)參數(shù)范圍供電電壓3.3-5V輸出單總線(xiàn)數(shù)字信號(hào)測(cè)量范圍濕度：20%-90%RH溫度：050測(cè)量精度濕度：5%RH溫度：1分辨率濕度：1%RH溫度：12. 使用方法 DATA端口用于單片機(jī)與DHT11之間的通訊和同步，采用單總線(xiàn)數(shù)據(jù)格式，一次通訊時(shí)間4ms左右,數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分，當(dāng)前小數(shù)部分用

19、于以后擴(kuò)展，現(xiàn)讀出為零。一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40bit，高位先出。DATA端口傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式為： 8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit校驗(yàn)和。 數(shù)據(jù)傳送正確時(shí)校驗(yàn)和數(shù)據(jù)等于“8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)”所得結(jié)果的末8位。 用戶(hù)MCU發(fā)送一次開(kāi)始信號(hào)后，DHT11從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式,等待主機(jī)開(kāi)始信號(hào)結(jié)束后，DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，送出40bit的數(shù)據(jù)，并觸發(fā)一次信號(hào)采集，用戶(hù)可選擇讀取部分?jǐn)?shù)據(jù)。從模式下，DHT11接收到開(kāi)始信號(hào)觸發(fā)一次溫濕度采集，如果沒(méi)有接收到主機(jī)發(fā)送

20、開(kāi)始信號(hào)，DHT11不會(huì)主動(dòng)進(jìn)行溫濕度采集，采集數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換到低速模式。 3. 引腳說(shuō)明 DHT11的引腳說(shuō)明如表15-2所示：引腳名稱(chēng)功能1VDD3.35V2DATA串行數(shù)據(jù)線(xiàn)3GND接電源負(fù)極DHT11總體模塊框圖和硬件連接圖如圖15-12所示：15.3.7 蜂鳴器報(bào)警電路設(shè)計(jì)當(dāng)實(shí)際溫度或濕度值超過(guò)設(shè)定值時(shí)，蜂鳴器將進(jìn)行報(bào)警提醒使用者。利用PNP管（9012）放大驅(qū)動(dòng)。基極接10K歐姆的電阻，發(fā)射極接蜂鳴器，集電極接電源。其電路圖如圖15-13所示：圖15-13 蜂鳴器報(bào)警模塊硬件連接圖OLED顯示屏是指有機(jī)電激發(fā)光二極管由于同時(shí)具備自發(fā)光，不需背光源、對(duì)比度高、厚度薄、視角廣、反應(yīng)速度快、

21、可用于撓曲性面板、使用溫度范圍廣、構(gòu)造及制程較簡(jiǎn)單等優(yōu)異之特性，被認(rèn)為是下一代的平面顯示器新興應(yīng)用技術(shù)。OLED實(shí)物如圖15-14所示：15.3.8 系統(tǒng)顯示電路設(shè)計(jì)圖15-14 蜂鳴器報(bào)警模塊硬件連接圖有機(jī)發(fā)光顯示技術(shù)由非常薄的有機(jī)材料涂層和玻璃基板構(gòu)成。當(dāng)有電荷通過(guò)時(shí)這些有機(jī)材料就會(huì)發(fā)光。OLED發(fā)光的顏色取決于有機(jī)發(fā)光層的材料，故廠(chǎng)商可由改變發(fā)光層的材料而得到所需之顏色。有源陣列有機(jī)發(fā)光顯示屏具有內(nèi)置的電子電路系統(tǒng)，因此每個(gè)像素都由一個(gè)對(duì)應(yīng)的電路獨(dú)立驅(qū)動(dòng)。OLED具備有構(gòu)造簡(jiǎn)單、自發(fā)光不需背光源、對(duì)比度高、厚度薄、視角廣、反應(yīng)速度快、可用于撓曲性面板、使用溫度范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，技術(shù)提供了瀏覽

22、照片和視頻的最佳方式而且對(duì)相機(jī)的設(shè)計(jì)造成的限制較少。1. 發(fā)光原理OLED為自發(fā)光材料，不需用到背光板，同時(shí)視角廣、畫(huà)質(zhì)均勻、反應(yīng)速度快、較易彩色化、用簡(jiǎn)單驅(qū)動(dòng)電路即可達(dá)到發(fā)光、制程簡(jiǎn)單、可制作成撓曲式面板，符合輕薄短小的原則，應(yīng)用范圍屬于中小尺寸面板。顯示方面：主動(dòng)發(fā)光、視角范圍大；響應(yīng)速度快，圖像穩(wěn)定；亮度高、色彩豐富、分辨率高。工作條件：驅(qū)動(dòng)電壓低、能耗低，可與太陽(yáng)能電池、集成電路等相匹配。適應(yīng)性廣：采用玻璃襯底可實(shí)現(xiàn)大面積平板顯示；如用柔性材料做襯底，能制成可折疊的顯示器。2. 模塊特點(diǎn)由于OLED是全固態(tài)、非真空器件，具有抗震蕩、耐低溫（-40）等特性，在軍事方面也有十分重要的應(yīng)用，

23、如用作坦克、飛機(jī)等現(xiàn)代化武器的顯示終端。OLED硬件連接圖如圖15-15所示：圖15-15 OLED硬件連接圖2. 模塊特點(diǎn)L298N是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片采用15腳封裝。使用L298N芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)，該芯片可以驅(qū)動(dòng)一臺(tái)兩相步進(jìn)電機(jī)或四相步進(jìn)電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)直流電機(jī)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)物圖如圖15-16所示：15.3.9 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)圖15-16 L289N實(shí)物圖L298N工作電壓高，最高工作電壓可達(dá)46V，輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá)3A，持續(xù)工作電流為2A；額定功率25W。內(nèi)含兩個(gè)H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、繼電器線(xiàn)

24、圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號(hào)控制；具有兩個(gè)使能控制端，在不受輸入信號(hào)影響的情況下允許或禁止器件工作；有一個(gè)邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測(cè)電阻，將變化量反饋給控制電路。1. L298N模塊特點(diǎn)該驅(qū)動(dòng)板可驅(qū)動(dòng)2路直流電機(jī)，使能端ENA、ENB為高電平有效時(shí)，控制方式及直流電機(jī)表如表15-3所示。 2. 直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)ENAIN1IN2直流電機(jī)狀態(tài)0XX停止100制動(dòng)101正轉(zhuǎn)111反轉(zhuǎn)111制動(dòng)若要對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行PWM調(diào)速，需設(shè)置IN1和IN2，確定電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，然后對(duì)使能端輸出PWM脈沖，即可實(shí)現(xiàn)調(diào)速。注意當(dāng)使能信號(hào)為0時(shí)，電機(jī)處于自由停止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)使能信號(hào)

25、為1，且IN1和IN2為00和11時(shí)，電機(jī)出于制動(dòng)狀態(tài)，阻止電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊原理圖如圖15-17所示： 2. 直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)圖15-17 L289N電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理圖15.4.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)總體流程圖系統(tǒng)軟件總體流程圖如圖15-18所示：15.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)圖15-18 軟件總體流程圖1. SPI通信配置在SPI模式，W5100使用“完整32位數(shù)據(jù)流”。完整的32位數(shù)據(jù)流包括一個(gè)字節(jié)的操作碼，2個(gè)字節(jié)的地址碼和1個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。操作碼、地址和數(shù)據(jù)字節(jié)傳輸都是高位（MSB）在前低位（LSB）在后。換句話(huà)說(shuō)，SPI數(shù)據(jù)的第一位是操作碼的高位（MSB），最后一位是數(shù)據(jù)的低位（LSB）。W5100

26、的SPI數(shù)據(jù)格式如表15-4所示。15.4.2 通信程序設(shè)計(jì)命令操作碼地址數(shù)據(jù)寫(xiě)操作0 xF01111 00001字節(jié)讀操作0 x0F0000 11111字節(jié)表15-4 SPI數(shù)據(jù)格式表SPI配置方式： （1）配置SPI主設(shè)備輸入/輸出方向 （2）將/SS置高電平 （3）設(shè)置SPI主設(shè)備的寄存器 （4）向SPI數(shù)據(jù)寄存器（SPDR）寫(xiě)入要傳輸?shù)臄?shù)據(jù) （5）將/SS置低電平 （6）等待接收完成 （7）如果所有數(shù)據(jù)都傳輸完成，將/SS置高電15.4.2 通信程序設(shè)計(jì) TCP是以連接為基礎(chǔ)的通信方式，它必須首先建立連接，然后利用連接的IP地址和端口號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。TCP有兩種連接方式：一種是服務(wù)模式

27、（被動(dòng)開(kāi)啟），即等待接收連接請(qǐng)求以建立連接；另一種是客戶(hù)端模式（主動(dòng)開(kāi)啟），即發(fā)送連接請(qǐng)求到服務(wù)器。 W5100服務(wù)端工作模式如下圖15-19所示：2. W5100與主機(jī)通信配置圖15-19 W5100工作模式圖 本系統(tǒng)的w5100工作在TCP模式的服務(wù)器模式下，該方式下的編程步驟為： （1）裝載網(wǎng)絡(luò)參數(shù)該步驟中需要編程配置網(wǎng)關(guān)參數(shù)、加載子網(wǎng)掩碼及物理地址。此外還需配置W5100模塊的本機(jī)IP地址，以及端口號(hào)。當(dāng)W5100模塊與上位機(jī)連接時(shí)需要輸入程序中配置好的IP地址及端口號(hào)。如果W5100模塊需要與多個(gè)客戶(hù)端連接，則需要配置多個(gè)端口號(hào)，端口號(hào)可由用戶(hù)任意配置。（2）硬件復(fù)位 為保證W510

28、0正常工作，在使用前必須對(duì)W5100模塊進(jìn)行硬件復(fù)位。用戶(hù)只需將W5100的復(fù)位引腳置“1”后再做適當(dāng)延時(shí)。2. W5100與主機(jī)通信配置（3）初始化W5100寄存器在使用W5100之前，需要先對(duì)W5100初始化。在初始化之前先對(duì)W5100軟件復(fù)位，之后將已經(jīng)配置完成的網(wǎng)關(guān)參數(shù)、子網(wǎng)掩碼、物理地址、主機(jī)IP地址及端口號(hào)分別寫(xiě)入W5100。接著需要定義W5100發(fā)送緩沖區(qū)及發(fā)送緩沖區(qū)的大小，由于W5100的各端口共用一個(gè)緩沖區(qū)，因此只需配置一次。2. W5100與主機(jī)通信配置（4）W5100 Socket 端口初始化設(shè)置W5100有4個(gè)獨(dú)立的Socket通道，每個(gè)通道均可獨(dú)立地與一個(gè)客戶(hù)端連接通

29、信，該步驟分別設(shè)置4個(gè)端口，根據(jù)端口工作模式，將端口置于TCP服務(wù)器、TCP客戶(hù)端或UDP模式。本系統(tǒng)配置了兩個(gè)Socket通道且均工作于服務(wù)端模式。從端口狀態(tài)字節(jié)Socket_State可以判斷端口的工作情況，若Socket_State為零，則說(shuō)明可以進(jìn)行端口初始化。下一步依次判斷S_Mode的值，如果為客戶(hù)端模式則設(shè)置該通道與遠(yuǎn)程客戶(hù)端連接；若為服務(wù)端模式則進(jìn)入通道監(jiān)聽(tīng)；如果為UDP模式則調(diào)用UDP模式配置函數(shù)。當(dāng)每種方式對(duì)應(yīng)的配置函數(shù)返回“true”時(shí)說(shuō)明配置成功。2. W5100與主機(jī)通信配置 本步配置中可以分別配置不同的Socket通道，方式與上述方式一致。 W5100 Socket

30、配置過(guò)程如圖15-20所示。2. W5100與主機(jī)通信配置圖15-20 W5100 Socket通道配置流程圖STC15F2K60S2單片機(jī)集成有8通道10位高速電壓輸入型模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），因此單片機(jī)不需要外接0809AD轉(zhuǎn)換芯片即可實(shí)現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換。1. 寄存器配置AD轉(zhuǎn)換需要配置的寄存器有： （1）P1口模擬輸入通道功能控制寄存器P1ASFP1ASF的8個(gè)控制位與P1口的8個(gè)口線(xiàn)是一一對(duì)應(yīng)的，即P1ASF.7P1ASF.0對(duì)應(yīng)控制P1.7P1.0。若其值為“1”，對(duì)應(yīng)P1口的口線(xiàn)為ADC的輸入通道，其值為“0”，實(shí)現(xiàn)其他I/O口功能。P1ASF的格式如表15-5所示。15.4.3 AD轉(zhuǎn)

31、換程序設(shè)計(jì) 15.4.3 AD轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)地址B7B6B5B4B3B2B1B0復(fù)位值BCHP17ASFP16ASFP15ASFP14ASFP13ASFP12ASFP11ASFP10ASF0 x00表15-5 P1ASF寄存器配置表（2）ADC控制寄存器ADC_CONTRADC控制寄存器ADC-CONTER主要用于選擇ADC轉(zhuǎn)換輸入通道、設(shè)置轉(zhuǎn)換速度以及ADC啟動(dòng)、記錄轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志等。ADC-CONTER格式如表15-6所示。 15.4.3 AD轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)表15-6 ADC_CONTR寄存器配置表地址B7B6B5B4B3B2B1B0復(fù)位值BCHADC_POWERSPEED1SPEED0ADC_FLAGADC_STARTCHS2CHS1CHS00 x00 ADC_POWER：ADC電源控制位。 ADC_POWER0，關(guān)閉ADC電源；ADC_POWER1，打開(kāi)ADC電源。 SPEED1、SPEED0：ADC轉(zhuǎn)換速度控制位。 ADC_FLAG：A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志位。A/D轉(zhuǎn)換完成后，ADC_FLAGl，要由軟件清零。不管A /D轉(zhuǎn)換完成后是由該位申請(qǐng)中斷，還是由軟件查詢(xún)?cè)摌?biāo)志位判斷