基于CC2530的煤礦環(huán)境監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)畢業(yè)課程設(shè)計(jì)外文文獻(xiàn)翻譯、中英文翻譯、外文翻譯,基于,cc2530,煤礦,環(huán)境監(jiān)測(cè),節(jié)點(diǎn),設(shè)計(jì),畢業(yè),課程設(shè)計(jì),外文,文獻(xiàn),翻譯,中英文 外文資料翻譯 系 （院）： 專 業(yè)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 外文出處： 2010屆國(guó)際計(jì)算機(jī)應(yīng)用與系統(tǒng)建模 大賽 ( 用外文寫(xiě) ) 2010 010) 附 件： 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)： 外文翻譯符合要求，語(yǔ)句通順，詞義較準(zhǔn)確，格式規(guī)范。 2015 年 3 月 15 日 簽名： 附錄 1： 外文資料翻譯譯文 基于 陳范 、 汪柯垌 著 摘要 ： 本文對(duì)基于煤礦環(huán)境監(jiān)測(cè)的 術(shù)和無(wú)線和低功耗的傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了介紹，本次設(shè)計(jì)采用 片實(shí)現(xiàn)。它發(fā)送數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸，雙電源供電方式。因?yàn)楣?jié)能設(shè)計(jì)，節(jié)點(diǎn)可以運(yùn)行更多時(shí)間，電池電源甚至可以運(yùn)行超過(guò)20 小時(shí)。在一個(gè)多傳感器節(jié)點(diǎn)可以采集各種環(huán) 境數(shù)據(jù)，包括環(huán)境溫度，濕度和氣體濃度，和風(fēng)機(jī)的運(yùn)行環(huán)境控制參數(shù)。系統(tǒng)的總體架構(gòu)，詳細(xì)的硬件設(shè)計(jì)和電路圖，以及系統(tǒng)的軟件過(guò)程也本文中所描述的。試驗(yàn)結(jié)果表明，節(jié)點(diǎn)性能均能滿足設(shè)計(jì)要求。 關(guān)鍵字 傳感器節(jié)點(diǎn) 煤炭工業(yè)作為重要的生產(chǎn)能源，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中起著舉足輕重的作用。然而，在我國(guó)工作環(huán)境十分惡劣，煤礦事故的不斷發(fā)生也。煤礦事故是不可預(yù)測(cè)的，它有許多因素，事故不僅造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，也對(duì)礦工的安全造成直接威脅。為了保證煤礦井下作業(yè)的安全 ，對(duì)巷道下進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)，檢測(cè)其環(huán)境參數(shù)是非常重要的。然而，傳統(tǒng)的監(jiān)控節(jié)點(diǎn)一般采用有線連接獲得與終端的通信控制系統(tǒng)，這些節(jié)點(diǎn)進(jìn)行路由是非常困難和昂貴的。相反，無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)可以在目前的網(wǎng)絡(luò)連接下進(jìn)行很容易的監(jiān)測(cè)，有很好的相容性，易形成礦井瓦斯監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，適應(yīng)各種不同的情況。為電池供電的無(wú)線節(jié)點(diǎn)的使用，它已完全擺脫有線的束縛，大大降低了在網(wǎng)絡(luò)新礦井建設(shè)項(xiàng)目周期，它可以實(shí)時(shí)安排，按需使用。節(jié)點(diǎn)采用 是一個(gè)新的短距離，低復(fù)雜度，低功耗，低數(shù)據(jù)速率，低成本的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。目前的工作礦井無(wú)線電通信發(fā)展為 兩個(gè)方向，分別是低頻和超高基于礦業(yè)高頻無(wú)線電通信。 本文中，節(jié)點(diǎn)包含溫度傳感器，濕度傳感器和氣體濃度傳感器，以根據(jù)不同的環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測(cè)。節(jié)點(diǎn)也可以通過(guò)無(wú)線接收控制命令，根據(jù)環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)控制通風(fēng)率。 A、 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 監(jiān)控節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)由四個(gè)部分組成：傳感器模塊，微處理器模塊，風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)模塊和電源模塊，系統(tǒng) 框架如圖一 所示 。 傳感器模塊包括溫度 /濕度傳感器和氣體濃度傳感器，可以收集環(huán)境溫度，濕度和氣體濃度；微處理器模塊是最小的芯片基于 統(tǒng)組成，它負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)處理其他模塊的操作，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的加工配送，風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)模塊，用于控制上下風(fēng)扇，可以調(diào)節(jié)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，功率模塊是對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)模塊的需求提供不同電壓。 圖 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 B、 傳感器工作原理 溫度和濕度的測(cè)量使用 中包括一個(gè)校準(zhǔn)的數(shù)字輸出的多傳感器模塊。該裝置包括一個(gè)電容式高分子傳感元件和相對(duì)濕度和帶隙溫度傳感器。轉(zhuǎn)換器和串行接口電路在同一芯片。傳感器測(cè)量氣體濃度使用催化氣體傳感器。催化元件 是通過(guò)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，無(wú)焰的形成燃燒工作。催化裝置的工作與對(duì)催化燃燒的影響原理。形成了從檢測(cè)元件和補(bǔ)償元件的匹配兩橋，可燃?xì)怏w檢測(cè)裝置中增加的電阻，電橋的輸出電壓。電壓變量的增加成正比氣體濃度增加，補(bǔ)償從參考溫度的作用成分的濕度。 按照系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分析，整個(gè)節(jié)點(diǎn)的硬件電路也分為四個(gè)部分，分別為 度和濕度傳感器，氣體傳感器電路，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和電源電路。他們?cè)敿?xì)描述如下： A、 最小系統(tǒng)包括 無(wú)線發(fā)射和接收天線和電路，可用于通信 的串口與 有 256以應(yīng)付各種復(fù)雜的程序。它使強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)具有非常低的總建材料費(fèi)賬單。 051單片機(jī)，在系統(tǒng)內(nèi)有可編程閃存， 8許多其他的強(qiáng)大的功能。具有多種操作模式的 它非常適合在低功耗系統(tǒng)。它具有短的過(guò)渡時(shí)間之間操作模式，從而進(jìn)一步保證了低能耗。 該系統(tǒng)采用 32為 051內(nèi)核，指令執(zhí)行速度比標(biāo)準(zhǔn) 8051快，執(zhí)行一個(gè)指令周期只使用一個(gè)核心單時(shí)鐘周期。 有優(yōu)良的接收靈敏度和抗干擾，可編程輸出功率達(dá) 此只需要很少的外部元件。只有網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)需要一個(gè)單晶體。方便通信節(jié)點(diǎn)之間的計(jì)算機(jī)的串行端口，有一個(gè)特別設(shè)計(jì)的改變。 個(gè) 核心模型。該設(shè)備兼容 部元件只需要一個(gè) 12振和電容器可以工作。 別連 接 口， 連接 和 后就可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。 B、 傳感器電路 傳感器電路包括溫度和濕度傳感器和氣體傳感器電路。由于溫度和濕度傳感器 時(shí)鐘線（ 信號(hào)線（ 易導(dǎo)致信號(hào)交叉談話和通信丟失。這也許可以解決布線 或 或使用屏蔽電纜。此外，減緩 率電源引腳（ 須與一個(gè) 100去耦電容器。為了避免信號(hào)沖突微控制器只能 驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)低。外部上拉電阻 需要將信號(hào)高。傳感器不能通過(guò) 12C 協(xié)議解決，它有它自己的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，它只能連接 0端口， 和 端口用于在這個(gè)電路中連接傳感器的時(shí)鐘和串行數(shù)據(jù)端口。溫度和濕度傳感器電路如圖 2所示 。 圖 2 溫度和濕度傳感器電路 氣敏 傳感器 四個(gè)引腳，引腳 1 和引腳 4 分別連接到電源和接地，在引腳 1和引腳 4之間有一個(gè)可變電阻，然后連接引腳 2和引腳 3。這形成了一個(gè)循環(huán)回路。引腳 2和引腳 3是橋的輸出正側(cè)。滑動(dòng) 可變電阻橋的輸出側(cè)是負(fù)極的一面。一旦考慮到橋的功率，輸出電壓的變化隨著氣體濃度的變化。但是輸出是比較小，為毫伏級(jí)，所以去接一個(gè)放大器訪問(wèn) 口。在這里，我們使用 是一個(gè)單電源 ， 供應(yīng)低成本的放大器和使用非常簡(jiǎn)單。當(dāng) +接適當(dāng)?shù)碾娮?，所需的放大倍?shù)就可以獲得。增益公式如下： 00放大的信號(hào)由 以直接進(jìn)入 口。氣體傳感器電路如圖 3所示。 圖 3 氣敏傳感器的電路 C、風(fēng)扇 驅(qū)動(dòng)電路 考慮到風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的實(shí)時(shí)通風(fēng)應(yīng)根據(jù)環(huán)境因素的變化，因此單片機(jī)需要輸出據(jù)占空比的變化來(lái)控制電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流，因?yàn)椴⒉皇敲總€(gè)節(jié)點(diǎn)需要的風(fēng)機(jī)控制電路，而且 不能產(chǎn)生實(shí)時(shí) 此， 于控制另一個(gè)單片機(jī)輸出 選擇20引腳的單片機(jī) 驅(qū)動(dòng)電路，它采用了典型的 H 型全橋電路，該驅(qū)動(dòng)電路可以很容易地達(dá)到四象限直流電機(jī)運(yùn)行，相應(yīng)的正變化，積極的變化，制動(dòng)及反向制動(dòng)。對(duì)功率橋電路的 橋電路， 么這又有兩種可能選擇：一是上、下橋分別用兩個(gè) 溝道功率 他都是上下橋的使用N 溝道功率 設(shè)計(jì)采用后者；它性能良好，可靠性高，具有較大的二極管驅(qū)動(dòng)電流在電路續(xù)流。二極管，并聯(lián)一個(gè)小電容是并聯(lián)在輸出，用于降低電機(jī)產(chǎn)生的尖峰電壓。 D、電源電路 作為一個(gè)無(wú)線節(jié)點(diǎn)，它一般采用電池供電。然而，在特殊情況下也可通過(guò)電纜供電。也可以電纜線路和電池同事供電。當(dāng)電纜斷開(kāi)，用電池供電的。電纜提供電壓 24V。一方面， 另一方面，分別采用開(kāi)關(guān)電源，電壓降為用于 濕度傳感器的 及氣敏傳感器和放大器電路的 3V。如果采用電纜，其電源直接給電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。 節(jié)點(diǎn)的軟件系統(tǒng)使用的平臺(tái)通過(guò) 議棧提供。議棧是一個(gè)結(jié)構(gòu)化的框架。 境數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)傳輸，和風(fēng)扇控制應(yīng)用程序在 程；硬件驅(qū)動(dòng)程序編程在 程，處理任務(wù)調(diào)度的所有任務(wù)的組織成一個(gè)隊(duì)列和呼叫任務(wù)周期。 關(guān)的操作功能有添加任務(wù)列表，獲得下一個(gè)活動(dòng)任務(wù)，通過(guò) 到下一個(gè)任務(wù)。當(dāng)沒(méi)有需要執(zhí)行的任務(wù)，系統(tǒng)將進(jìn)入一段時(shí)間的睡眠時(shí)間，然后關(guān)閉中斷和進(jìn)入省電模式，當(dāng)睡眠時(shí)間結(jié)束開(kāi)始任務(wù)了。系統(tǒng)流程圖如圖 4所示。 始 硬件初始化 操作系統(tǒng)初始化 是否加入網(wǎng)絡(luò) 圖 4 系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)流程圖 A、溫度及濕度的測(cè)量 因?yàn)闇囟群蜐穸葌鞲衅?與 議尋址的依據(jù)，因此單片機(jī)的端口10 必須與協(xié)議的工作根據(jù)傳感器。在程序中，我們定義了 外 10個(gè)接口作為 為數(shù)據(jù)是雙向的，所以它需要改變?cè)诿恳粋€(gè)時(shí)間的方向修改寄存器 間的同步通信。由于接口包括完全靜態(tài)邏輯，并沒(méi)有最低 頻率。但 統(tǒng)時(shí)鐘頻 率很高，為了避免傳輸錯(cuò)誤，不得讓率高于 1送命令到傳感器，數(shù)據(jù)是有效的串行時(shí)鐘的上升沿（ 須保持穩(wěn)定而 于安全通信數(shù)據(jù)有效期應(yīng)延長(zhǎng) O 有任務(wù)要執(zhí)行嗎？ 延時(shí)一段時(shí)間 風(fēng)扇控制 采集數(shù)據(jù)并發(fā)送 傳感器讀取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)時(shí)間有效期直到下一個(gè) 數(shù)據(jù)采集程序包括啟動(dòng)傳感器，發(fā)送命令，接收數(shù)據(jù)和計(jì)算數(shù)據(jù)。第一步是選擇傳感器的供電電源電壓 傳感器需要 11 毫秒才能入睡后狀態(tài)。此時(shí)禁止一切沒(méi)有命令，以啟動(dòng)傳輸，傳輸開(kāi)始。它包括一個(gè)降低數(shù)據(jù)線當(dāng) 高時(shí)，接著是 降， 升， 變?yōu)楦?。隨后命令由三位地址和五個(gè)命令位構(gòu)成。 示正確接收的命令拉低數(shù)據(jù)引腳（ ）的下降沿后的第八個(gè) 據(jù)線被釋放（去高）的第九個(gè) 接收原始溫度和濕度數(shù)據(jù)，它不是作為一個(gè)真實(shí)的環(huán)境數(shù)據(jù)，你需要將當(dāng)前對(duì)于數(shù)據(jù)得到準(zhǔn)確的測(cè)量值。轉(zhuǎn)換公式如下： T = x H=0、 氣體濃度測(cè)量 當(dāng)氣體傳感器暴露在新鮮空氣（氣濃度是 0）， 樣是 0，隨著氣濃度的增加，傳感器電橋的輸出電壓將遵循線性增加。在一般情況下，甲烷濃度在空氣中增加 1%，電橋輸出電壓增加 15～ 40 m V；丁烷濃度增加 1%，電橋輸出電壓增加了 30 至 50 我；氫濃度增加 1%，輸出增加 20～ 40橋輸出電壓通過(guò)放大器放大后，輸入到 可以收集氣體濃度數(shù)據(jù)。但隨著溫度的變化和濕度，傳感器輸出電壓將線性變化趨勢(shì)。因此，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償后，還原原數(shù)據(jù)收集。為了節(jié)省處理器計(jì)算資源的可能，程序采用查表法。首先，處理器的存儲(chǔ)器中保留一個(gè)存儲(chǔ)空間存儲(chǔ)補(bǔ)償 系數(shù)。根據(jù)目前溫度和濕度得到相應(yīng)的系數(shù)。最后，通過(guò)將采集的值和系數(shù)得到更準(zhǔn)確的值。 C、風(fēng)扇電機(jī)控制 作為主處理器的控制程序控制，它需要 節(jié)點(diǎn)獲得周?chē)h(huán)境數(shù)據(jù)，并確定該值是否達(dá)到一定的條件，如果滿足條件控制和命令可以通過(guò)串口發(fā)送控制風(fēng)扇。當(dāng)然，節(jié)點(diǎn)也可以通過(guò)遠(yuǎn)程控制終端，從微控制器的打開(kāi)風(fēng)扇命令。 正常情況下，周?chē)h(huán)境參數(shù)是連續(xù)變化的，所以它可以不要等到參數(shù)達(dá)到閾值打開(kāi)風(fēng)扇。該系統(tǒng)將通過(guò)計(jì)算控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速參數(shù)變化率。當(dāng)參數(shù)提高門(mén)檻，這將加速風(fēng)扇，否則如果它的安全參數(shù) 下，系統(tǒng)會(huì)使風(fēng)扇轉(zhuǎn)速下降。利用單片機(jī)的定時(shí)器產(chǎn)生 制風(fēng)扇速度與占空比不同。 結(jié) 論 通過(guò)這樣的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的部署，它可以有效預(yù)防事故的發(fā)生，促進(jìn)煤礦安全建設(shè)。該傳感器節(jié)點(diǎn)不僅要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸，同時(shí)集成了多種傳感器測(cè)量各種環(huán)境參數(shù)。此節(jié)點(diǎn)的溫度測(cè)量范圍是 40 到 氏度，分辨率為 度測(cè)量范圍從 0到 100%的相對(duì)濕度，分辨率為 H；氣體濃度測(cè)量范圍為 0到 100%應(yīng)時(shí)間小于 10秒。結(jié)合這些精確的測(cè)量，節(jié)點(diǎn)也可以發(fā)送一系列命令來(lái)控制風(fēng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和改 變我的環(huán)境。節(jié)點(diǎn)照片下圖所示。 圖 5 節(jié)點(diǎn)照片 附錄 2：外文原文 in in it by I It of 0 in a of of of of in . as an of in it a in in is to it of an a to of In to of of in to is to In be of to a of As of it of of in it be at to is a in is in a in of a to in . he of is . is is he of to on of to . . he s is a a a a to a 14to a on to is a is to of to of of of of of n of is as A. he a a be to C SB of 56It to be of a F an 051 8it is 2an 051 051. of an of a a F to up so it a To s is a to a a a of is a 12XD in s XO D- SB s be B. a so to of be by DD ND or CK be a 100nF To An is to be 2C it it CK s 10 I.2 to in . . he to is a . a as of is to of is as mV so to up an to DC we to It is a to RG RG be ). /((1) be s is . . . of be on to to in to to be it to CU to 0a be C to ]. to is in to is is it a in as a in to by D. s a it be by by at it a 4V. 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