【正文】 FPGA的I/O口。并且DS18B20具有溫度告警功能，用戶可設(shè)置高溫、低溫報警，溫度掉電不丟失。℃；(5) 可設(shè)定非易失的報警上下限值，一旦測量溫度超過此設(shè)定值,即可給出報警標(biāo)志；(6) 每片DS18B20上有唯一的64bit 識別碼，可輕松組建分布式溫度測量測量網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)答脈沖使主機(jī)知道，總線上有從機(jī)設(shè)備，且準(zhǔn)備就緒。共有5 種ROM 命令, 他們分別是：讀ROM，搜索ROM，匹配ROM，跳過ROM，報警搜索。這些命令允許主機(jī)寫入或讀出DS18B20暫存器、啟動溫度轉(zhuǎn)換以及判斷從機(jī)的供電方式。DS18B20共有6種信號類型：復(fù)位脈沖、應(yīng)答脈沖、寫0、寫讀0 和讀1。主機(jī)輸出低電平，保持低電平時間至少480μs，以產(chǎn)生復(fù)位脈沖。所有寫時隙至少需要60μs，且在2次獨立的寫時隙之間至少需要1μs的恢復(fù)時間，兩種寫時隙均起始于主機(jī)拉低總線。所有讀時隙至少需要60μs，且在2 次獨立的讀時隙之間至少需要1μs的恢復(fù)時間。 濕度傳感器的選型傳統(tǒng)的濕度檢測由濕度檢測電路、濕度信號放大電路和高精度穩(wěn)壓電源電路組成。這樣組建的電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性都比較低，而且必須要經(jīng)過調(diào)試才能使用。系統(tǒng)設(shè)計的測濕范圍是20～90％RH,精度為177。從使用的方便和精度上考慮，系統(tǒng)使用數(shù)字式的溫濕度傳感器DHT11來完成濕度的測量的同時完成對溫度的測量。每個DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進(jìn)行校準(zhǔn)。1. DHT11的特性DHT11的特性：(1)相對濕度和溫度測量；(2)全部校準(zhǔn)，數(shù)字輸出；(3)卓越的長期穩(wěn)定性；(4)無需額外部件；(5)超長的信號傳輸距離；(6)超低能耗；(7)4引腳安裝；(8)完全互換。數(shù)據(jù)傳送正確時校驗和數(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。 DHT11的傳感器的通訊過程總線空閑狀態(tài)為高電平，主機(jī)把總線拉低等待DHT11響應(yīng)，主機(jī)把總線拉低必須大于18毫秒，保證DHT11能檢測到起始信號。則DHT11沒有響應(yīng)，請檢查線路是否連接正常。 數(shù)字1信號表示方法 光照傳感器的選型測量光照的傳感器有光敏電阻受溫度影響較大，響應(yīng)速度不快，在ms到s之間，延遲時間受入射光的光照度影響。光的變化引起光電二極管電流變化，這就可以把光信號轉(zhuǎn)換成電信號，成為光電傳感器件。單端I/O支持最高頻率為250MHz。本系統(tǒng)采用了外部電源供電，這樣從一定程度上減少了程序的復(fù)雜度，增加了測量的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。如果測溫距離較近，為便于軟件編程，可將多個DS18B20分別與FPGA的I/O引腳相連，每個測溫點單獨測量。 FPGA和DHT11的連接示意圖DHT11的供電電壓為3～。本電路是由穩(wěn)壓管，光敏二極管和電橋組成。 光照度測量電路 系統(tǒng)時鐘芯片實時時鐘芯片與FPGA的接口根據(jù)其數(shù)據(jù)傳送方式可分為兩種：一種是以并行方式連接，如MC14681DS1288MSM5832等，并行接口方式數(shù)據(jù)傳送速度較快，但接口擴(kuò)展電路較復(fù)雜，需要考慮接口擴(kuò)展時的驅(qū)動能力，而且并行接口芯片本身需占用較大的印制板空間，連線多。每一個實時采集系統(tǒng)都要有系統(tǒng)時鐘，本系統(tǒng)作為一個在病房應(yīng)用的系統(tǒng)也應(yīng)該提供系統(tǒng)時間。 時鐘芯片DS1302簡介DS1302是DALLAS公司推出的涓流充電時鐘芯片內(nèi)含有一個實時時鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM。DS1302是由DS1202改進(jìn)而來增加了以下的特性：雙電源管腳，用于主電源和備份電源供應(yīng)；Vcc1為可編程涓流充電電源；附加七個字節(jié)存儲器。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運(yùn)行。XX2為振蕩源?？刂谱止?jié)的最高有效位(位7)必須是邏輯1；位6表示要讀寫的數(shù)據(jù)類型，為0表示存取日歷時鐘數(shù)據(jù)，為1表示存取RAM數(shù)據(jù)；位5至位1指示要操作單元的地址；最低有效位(位0)表示命令類型，為0表示要進(jìn)行寫操作，為1表示要進(jìn)行讀操作。如果在傳送過程中置RST為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，并且I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。同樣，在緊跟8位的控制指令字后的下一個SCLK脈沖的下降沿讀出DS1302的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時從低位0位至高位7。DS1302還有控制寄存器、充電寄存器、時鐘突發(fā)寄存器及與RAM 相關(guān)的寄存器等。Vcc2接可充電電池或超大容量電容器，啟動DS1302的涓流充電器功能，根據(jù)充電電流的大小選擇充電二極管為一只或兩只，選擇限流電阻為2K、4K或8K，根據(jù)充放電時間選擇電容器容量或電池容量。傳統(tǒng)的請求信息的設(shè)計，一般是使用按鍵，但從病人的身體狀況考慮，按鍵有時不是很方便。非接觸式的設(shè)計使的操行性上更加人性化。三極管的基極為高電平，三極管導(dǎo)通，LED指示燈亮。紅外接收管接收到紅外線后，74LS04的5號引腳的輸入為低電平，74LS04的8號引腳輸出低電平，LED指示燈發(fā)光，CON1輸出低電平。IS61LV25616AL屬于SRAM型，即靜態(tài)RAM，其數(shù)據(jù)存取速度卻非常之快，高達(dá)7ns。本系統(tǒng)的人機(jī)交互除了按鍵外，還有顯示。(2)顯示開/關(guān)：00001DCB，D=1，開顯示；D=0關(guān)顯示。N=0，當(dāng)讀或?qū)懸粋€字符后地址指針減一，且光標(biāo)減一。數(shù)據(jù)指針設(shè)置：80H+地址碼(0～27H，40～67H)，設(shè)置數(shù)據(jù)指針。而RS422/RS485為一點對多點的通訊方式。RS232口是PC機(jī)上通用的串口，適用范圍廣泛。其最大的傳輸距離能夠超過1Km，能最大支持的傳輸速率達(dá)到了10Mbps 。校驗位是對要傳輸?shù)?個數(shù)據(jù)位的校驗值，校驗方式可以設(shè)定，一般為奇校驗或者偶校驗?！　≡赥xD和RxD上：邏輯1(MARK)=3V～15V。 以上規(guī)定說明了RS323C標(biāo)準(zhǔn)對邏輯電平的定義。因此，為了能夠同計算機(jī)接口或終端的TTL器件連接，必須在EIARS232C與TTL電路之間進(jìn)行電平和邏輯關(guān)系的變換。 本章詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計方案，通過傳感器的優(yōu)缺點對比、系統(tǒng)的要求，選用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20測量溫度、數(shù)字式溫濕度傳感器DHT11測量溫濕度、光敏二極管測量光照度。系統(tǒng)對數(shù)字傳感器采用了即插式檢測，當(dāng)檢測到數(shù)字傳感器時，LCD上顯示傳感器的類型和測量數(shù)據(jù)，比如DHT11插入I/O口，系統(tǒng)檢測到傳感器存在，就開始啟動傳感器進(jìn)行測量。上位機(jī)實時的顯示各個監(jiān)測區(qū)的環(huán)境參數(shù)。DS18B20共有6種信號類型：復(fù)位脈沖、應(yīng)答脈沖、寫0、寫讀0和讀1。FPGA讀寫DS18B20的過程主要是初始化、跳過ROM、啟動溫度轉(zhuǎn)換、等待1S、初始化、跳過ROM、讀取暫存器結(jié)果。FPGA傳感器上電后，要等待1S以越過不穩(wěn)定狀態(tài)。DHT11再送出40bit的數(shù)據(jù)，F(xiàn)PGA接收到40位數(shù)據(jù)后，進(jìn)行數(shù)據(jù)的校驗，校驗正確將數(shù)據(jù)送出，不正確數(shù)據(jù)丟棄。ADC支持8位、10位、12位操作模式，并且可以通過一個32：1的多路選擇器實現(xiàn)32個采樣通道輸入。根據(jù)Analog的數(shù)據(jù)輸出有效、以及當(dāng)前通道標(biāo)志來進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。關(guān)于時間的寄存器共有7個，分別為秒、分、時、日、月、周、年寄存器。LCD顯示的內(nèi)容有溫度數(shù)據(jù)、濕度數(shù)據(jù)、光照數(shù)據(jù)、時間數(shù)據(jù)等。有請求信息，F(xiàn)PGA根據(jù)I/O端口產(chǎn)生相應(yīng)的信息，將LED服務(wù)指示燈點亮，將請求信息發(fā)送到信息傳輸模塊。為了上位機(jī)能夠正確的接收數(shù)據(jù)，加上了開始標(biāo)識符，然后是溫度數(shù)據(jù)、濕度數(shù)據(jù)、光照數(shù)據(jù)、溫度上限、溫度下限、濕度上限、濕度下限、光照上限、光照下限、服務(wù)信息。房間3和房間4的數(shù)據(jù)只有溫度數(shù)據(jù)。將下位機(jī)的程序按功能分割成一些小模塊，這些模塊有溫度模塊、濕度模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、DS1302的時鐘模塊、請求信息模塊、按鍵控制模塊、顯示模塊、通信模塊。在上位機(jī)上，數(shù)據(jù)要實時的圖形化顯示、自動存儲，并且通過網(wǎng)絡(luò)連接可以訪問測量數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)可供查詢。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過程都更加形象化。該技術(shù)把儀器分為計算機(jī)、儀器硬件和應(yīng)用軟件三部分。因此以數(shù)據(jù)庫為中心，以數(shù)據(jù)管理為重點，構(gòu)建的基于數(shù)據(jù)庫管理數(shù)據(jù)的虛擬儀器系統(tǒng)是現(xiàn)代的測試測量系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。(1)利用公司的附加工具包進(jìn)行數(shù)據(jù)庫訪問。(3)利用LabVIEW的ActiveX功能，調(diào)用Microsoft ADO控件，利用SQL語言實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫訪問。連接數(shù)據(jù)庫有兩種方法：一種是利用DSN連接數(shù)據(jù)庫，另外一種是利用UDL連接數(shù)據(jù)庫。開放式數(shù)據(jù)庫連接(ODBC)技術(shù)為訪問不同種類的SQL 數(shù)據(jù)庫提供了通用接口。然后，會添加數(shù)據(jù)庫驅(qū)動程序以將應(yīng)用程序鏈接到用戶選擇的DBMS。 LabVIEW 數(shù)據(jù)庫工具包基于ODBC技術(shù) 利用UDL連接數(shù)。這樣，只要應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)源名提供給ODBC，ODBC就能建立起與相應(yīng)數(shù)據(jù)庫的連接。此接口提供了最大的互操作性：一個應(yīng)用程序可以通過一組公用代碼訪問不同的 SQL 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)。這些API利用SQL來完成其大部分任務(wù)。 訪問數(shù)據(jù)庫的方法不只三種，數(shù)據(jù)庫主要有關(guān)系型和非關(guān)系型。利用這種方式進(jìn)行數(shù)據(jù)庫訪問不需要用戶對控件以及語言有較深的了解。當(dāng)前，數(shù)據(jù)庫技術(shù)已成為現(xiàn)代計算機(jī)信息系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的核心技術(shù)，數(shù)據(jù)庫已成為計算機(jī)信息系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)的組成核心。 數(shù)據(jù)庫測試系統(tǒng)簡介現(xiàn)代的測試測量系統(tǒng)大多需要對被測目標(biāo)進(jìn)行全方位檢測，多傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)應(yīng)用，從而有利于獲取對目標(biāo)系統(tǒng)的全面認(rèn)識，這同時也會使產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量急劇增長。LabVIEW圖形化數(shù)據(jù)流編程語言和程序框圖式編程方法，能夠很自然地表示數(shù)據(jù)的流程，并直觀地將用戶界面控件映射到數(shù)據(jù)上，因此可以簡單地瀏覽、修改或控制輸入信號。LabVIEW集成了與滿足GPIB、VXI、RS232和RS485協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。所以程序的設(shè)計要盡量采用模塊化設(shè)計的方法。設(shè)計使用的方法是自上向下，逐步分解，分而治之。在系統(tǒng)的設(shè)計中，設(shè)計了4個房間。FPGA將溫濕度傳感器測量的信號，以及光照傳感器測量的信號，通過RS232將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。當(dāng)人體進(jìn)入紅外發(fā)射和接收之間的通道，就阻擋了紅外線的發(fā)射，紅外接收部分的輸出電平將會發(fā)生變化，人體的某個部分移出紅外發(fā)射和接收部分，紅外接收部分的輸出電平將恢復(fù)為原來的電平。設(shè)置結(jié)束后，檢測顯示模式鍵是否按下，若按下更改顯示模式。A/。需要配置的模塊有時鐘模塊、Flash模塊、Analog模塊。DHT11不會主動進(jìn)行溫濕度采集，采集數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換到低速模式。然后FPGA向數(shù)據(jù)線上發(fā)送初始化信號，DHT11從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式，開始一次溫度采集。數(shù)據(jù)格式：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校驗和數(shù)據(jù)傳送正確時校驗和數(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。單總線節(jié)省I/O資源、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，便于總線擴(kuò)展和維護(hù)。當(dāng)測量數(shù)據(jù)超出設(shè)定范圍時將啟動報警應(yīng)對機(jī)制。數(shù)據(jù)通信采用RS232，多路測量數(shù)據(jù)和報警設(shè)定值、服務(wù)信息組成一個數(shù)據(jù)包發(fā)送到上位機(jī)。目前較為廣泛地使用集成電路轉(zhuǎn)換器件，如MC148SN75150芯片可完成TTL電平到EIA電平的轉(zhuǎn)換，而MC148SN75154可實現(xiàn)EIA電平到TTL電平的轉(zhuǎn)換。(3～15)V之間?！　≡赗TS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制線上：信號有效(接通，ON狀態(tài)，正電壓)＝+3V～+15V。通訊的雙方就是按照這樣的幀格式來交換數(shù)據(jù)的，數(shù)據(jù)交換是通訊的基本，在此基礎(chǔ)上通訊雙方建立有一定的數(shù)據(jù)處理規(guī)程——通訊協(xié)議。不管通過上述哪種接口形式傳送數(shù)據(jù)，都是按照一個一個的數(shù)據(jù)幀來發(fā)送和接受的。其通訊距離在15m左右，通訊質(zhì)量容易受到外界干擾。RS232和RS422/RS485都是靠電壓訊號來傳輸?shù)?。其物理接口通常有RS232口以及RS422/RS485口。 S=0，當(dāng)寫一個字符，整屏顯示不移動。B=1，光標(biāo)閃爍；B=0，光標(biāo)不顯示。 LCD1602的讀寫時序LCD1602使用前必須進(jìn)行初始化，初始化設(shè)置如下。 LCD1602的引腳功能引腳名稱功能1Vss地2VDD電源3Vo對比度調(diào)整4RS寄存器選擇端5R/W讀寫控制端6Enable使能控制端7～14DO～D7數(shù)據(jù)總線15LED+背景光源16LED背景地液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器(CGROM)已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B(41H)，顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。顯示內(nèi)容通過按鍵切換。 IS61LV25616AL與FPGA的硬件連接示意圖電阻RRR3為上拉電阻，保證FPGA在上電瞬間，SRAM無意外的讀寫信號。 紅外接收電路 信息存儲本系統(tǒng)對病房的環(huán)境進(jìn)行測量，測量的數(shù)據(jù)以及設(shè)定的報警值應(yīng)該可以保存。當(dāng)紅外接收管RX沒有接收到紅外線時 ，紅外接收管的電阻特別大。紅外發(fā)光二極管的反向電阻通常為數(shù)百千歐至無窮大，其正向電阻有15～40kΩ之間。當(dāng)病人在病房需要醫(yī)生服務(wù)時，可將手放入到系統(tǒng)設(shè)計的感應(yīng)區(qū)內(nèi)，系統(tǒng)將認(rèn)為這是一次有效的請求信息，然后將信息傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，上位機(jī)收到信息后，將進(jìn)行聲音提醒。XX2之間接一只32768HZ晶體即可，注意連線盡量要短。 DS1302的日歷、時鐘寄存器及其控制字DS1302與RAM相關(guān)的寄存器分為兩類，一類是單個RAM單元，共31個，每個單元組態(tài)為一個8位的字節(jié)，其命令控制字為C0HFDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；另一類為突發(fā)方式下的RAM 寄存器，此方式下可一次性讀寫所有的RAM 的31個字節(jié)，命令控制字為FEH(寫)、FFH (讀)。數(shù)據(jù)寫入時從低位(位0)開始；同樣，從DS1302讀取數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)在緊跟控制字節(jié)后的下一個SCLK的下降沿讀出，讀出數(shù)據(jù)時也是從低位(0位)到高位(7位)，只要/RST保持高電平，額外的SCLK將導(dǎo)致數(shù)據(jù)字節(jié)的持續(xù)讀出，這個