【正文】 .............................................. 24 參考文獻 ....................................................................................................................................... 25 致謝 ............................................................................................................................................... 27 附錄 ............................................................................................................................................... 28 1 前 言 本設計所運用的是基于 LPC11C14 內核的 ARM Cortex— M0 處理器， 它是一個低功耗，低成本，最高工作頻率 50MHz（實際工作頻率 48MHz）， 32 位的 3 級流水線 RISC 處理器，Cortex— M0 屬于 ARMv6M 架構，包括 1 顆專為嵌入式應用而設計的 ARM 核、可選的喚醒中斷控制器 WIC、緊耦 合的可嵌套中斷微控制器 NVIC，對外提供了基于 AMBA 結構的 AHBlite總線和基于 CoreSight 技術的 SWD 或 JTAG 調試接口。通過這種方式，我們就可以同時對多個不同的環(huán)境進行檢測了，初步實現了智能化。微處理器 M0 的外圍硬件設備能完成數據采集重任，包括溫度，濕度，光照， RIAD 刷卡記錄等，并且通過 Zigbee 無線模塊發(fā)送獲取的實時環(huán)境數據到 A8 服務器。市場上的競爭很激勵，想 要立于不敗之地就得讓我們的產品簡單易用，價格低，性能可靠?；?Zigbee的無線通信技術發(fā)揮其重要的作用，對于少量數據傳輸來該技術效率是很高的。特此鄭重聲明。 本科畢業(yè)論文（設計） 題 目 基于 Cortex— M0 的數據采集系統(tǒng) 學 生 指導教師 年 級 專 業(yè) 電子信息工程 二級學院 信息工程學院 信息工程學院 2021年 5 月 鄭重聲明 本人的畢業(yè)論文（設計）是在指導教師 的指導下獨立撰寫完成的。如有剽竊、抄襲、造假等違反學術道德、學術規(guī)范和侵權的行為，本人愿意承擔由此產生的各種后果，直至法律責任，并愿意通過網絡接受公眾的監(jiān)督。 畢業(yè)論文（設計 ）作者（簽名）： 年 月 日 I 基于 CortexM0 的信息采集系統(tǒng) 摘 要 隨著現在科學技術的迅速發(fā)展，無線數據傳輸技術在我們的生活中占據越來越重要的地位，不管是農業(yè)，工業(yè)，還是其他行業(yè)，特別是在環(huán)境監(jiān)測中最為明顯。我們需要一個完整的系統(tǒng)來滿足人們的需求，而不是一個單獨的模塊。 本課題主控制處理器選擇了 FS_11C14(以下簡稱 M0 終端 )。與此同時，單個采集節(jié)點還 通過 Zigbee 技術建立信息采集網，采集節(jié)點之間還可以進行數據的查看，接收和發(fā)送。 關鍵詞： FS_11C14 Cortex— M0 Zigbee 數據保存 無線發(fā)送 II Data Collection Systems Research Based On Cortex— M0 Yang Zhengui Directed by Engineer Yang Shengli ABSTRACT With the current rapid development of science and technology, wireless data transmission technology occupy an increasingly important position in our lives, whether it is agriculture, industry, or other industries, particularly in the environmental monitoring is the most obvious. Wireless munications technology that based on the Zigbee to play an important role, The efficiency of technical is very high for a small amount of data transmission. We need a plete system to meet people39。具有全新的硬件除錯單元，很強的的抗干擾能力。整個系統(tǒng)能全天 24 小時對環(huán)境數據進行實時采集，進行簡單的數據處理， M0 終端負責主要的環(huán)境數據監(jiān)測，包括溫度，濕度，光照， RIAD 刷卡記錄， Zigbee 接收發(fā)送數據。 在開發(fā)的過程中采用開測試的方法對設計中的各個功能模塊進行設計， 主要包括： （ 1）鏡像燒寫 ：實現 FS_11C14 平臺開發(fā)燒寫鏡像； （ 2） Zigbee 技術實驗： Zigbee 模塊數據的獲得與處理； （ 3） RFID FS_RF522 實驗：射頻識別刷卡獲取物品的信息； （ 4）溫濕度傳感器實驗： 溫濕度傳感器 DHT11 數據獲取； （ 5）光線傳感器實驗：光照傳感器 ISL29003 數據獲取； （ 6） GUI 圖形界面應用程序實驗：實現本系統(tǒng)中所設計的各個功能。 2 1 背景介紹 選題背景 隨著現在科 學技術的迅速發(fā)展，人類的生活，工作與環(huán)境密不可分，因此隨時掌握環(huán)境信息非常重要，特別是在工業(yè)，農業(yè)方面，多數工業(yè)生產都需要在特定環(huán)境下才能進行，農作物對光照，其所生長環(huán)境的溫濕度的需求等，所以環(huán)境檢測是必不可少的重要環(huán)節(jié)。特別是在環(huán)境監(jiān)測中最為明顯；基于 Zigbee 的無線通信技術發(fā)揮其重要的作用，對于少量數據傳輸來該技術效率是很高的。市場上的 競爭很激勵，想要立于不敗之地就得讓我們的產品簡單易用，價格低，性能可靠，這樣的產品才有競爭力。 在該課題中， CortexM0 開發(fā)板作為主控制器對無線環(huán)境數據監(jiān)測系統(tǒng)的數據進行采集、發(fā)送、顯示和接收，并且實時將數據顯示在液晶屏上。 研究的 目的及其意義 無線線路傳感器網絡是新一代的獨立分布傳感器網絡，由節(jié)點和網關構成。獨立節(jié)點之間經由無線網絡進行通信。管理者可以從網關獲取數據，查看歷史數據記錄和數據分析。 隨著物聯網技術的發(fā)展與成熟，其在倉儲與物流中的應用將成為現實。基于 CortexM0 開發(fā)板、Zigbee 無線收發(fā)模塊、多種傳感器和 OLED 顯示等模塊按邏輯功能結合在一起，可以實時監(jiān)測環(huán)境中溫度、 濕度和光照的變化并實時顯示出來。通過終3 端將指令傳遞給管理員，并接受管理員傳回的信息。 2 設計要求 通過設計和實現環(huán)境數據采集系統(tǒng)，能夠全天 24 小時對環(huán)境參量實施監(jiān)測，本無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)具有傳感器系統(tǒng)智能化、無線化、數字化的優(yōu)點，能夠對實際環(huán)境參數進行準確的測量且能可靠傳輸，并且達到了預期效果。用戶可直接在監(jiān)控室查詢數據歷史記錄，也可向各個監(jiān)控點發(fā)送查詢命令，查詢當前數據信息。 基本參數 CortexM0 終端 （ 1）處理器 LPC11C14，主頻最高 50MHz，外接 12MHz 晶體，實際工作 48MHz； （ 2） 1 個 MCU 片上 UART 接口，通過板上 USB 轉換后可與 PC 或其它裝置； （ 3） 2 個擴展 UART 接口； （ 4） 1 個 CAN 總線接口； （ 5） 1 個 RS485/RS422 可選雙功能接口； （ 6） 2 路 ADC 輸入； （ 7） 1 個 128x64 點陣 OLED 雙色（黃和藍）顯示屏； 4 （ 8） 1 個八段 LED 數碼管； 2 個 LED 燈； （ 9）傳感器： 1 個溫濕度傳感器； 1 個三軸加速度傳感器； 1 個光敏傳感器； 1 個蜂鳴器； （ 10） 1 個可控電風扇； （ 11） 1 個 RFID 模塊； （ 12）按鍵： 1 個復位鍵（ Reset）； 1 個可控制四個方向和確定功能的五向搖桿鍵； 1 個功能鍵（ Esc）。 RFID 信息采集 CY14443/SPI （ 1） 通訊速率不大于 3Mbps， MSB 在前，上升沿采樣； （ 2） 通信命令格式為：前導頭＋通訊長度＋命令字＋數據域＋校驗碼； （ 3） 前導頭： 0xAA0xBB 兩個字節(jié)，若數據域中也包含 0xAA 那么緊隨其后為數據 0，但是長度字不增加。 圖 21 M0板硬件圖 5 3 方案論證 數據采集方案 本設計主要的數據采集方案如下： （ 1） 溫濕度采集 方案 ： DHT10 數字溫濕度傳感器是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器。它具有成本低，性能穩(wěn)定，抗干擾能力強等優(yōu)點。與此同時，為了減少光電二極管在光照較弱的環(huán)境下輸出讀數的現象，該傳感器表面用金屬覆蓋。 CY14443 特別適用于 ISO14443 標準下計費系統(tǒng)或身份識別系統(tǒng)的讀卡器的應用。如 果一切正常，則蜂鳴器和風扇都處于非使能狀態(tài)，三軸加速作為輔助的信息利用。數據結構體描述如下表。 Zigbee： ZICM2410 模塊 遵循 Zigbee 國際的 標準，其特點如下： 低功耗，低速率，網絡路由功能強大，自恢復及冗余性能優(yōu)異，高可靠性等 。除此之外，每一個 Zigbee 網絡節(jié)點 (FFD)還可在自己信號覆蓋的范圍內，和多個不承擔網絡信息中轉任務的孤立的子節(jié)點 (RFD)無線連接。 數據保存方案 前端 M0 采 集的數據保存方案：采用數據庫 sqlite3。 主控制處理器的選取 主控制處理器選擇了 NXP Semiconductors 的 LPC11C14。其在 保證功能完善的情 況下所需的功耗是相當低的。 4 系統(tǒng)硬件架構 系統(tǒng)整體設計 M0 終端負責對當前環(huán)境信息 (溫度、濕度、光照等 )進行采集，初步對數據進行處理打包并通過無線通信設備 Zigbee 發(fā)送給 CortexA8(以下簡稱 A8 服務器 )， A8 服務器對數據進行處理后給 M0 終端發(fā)送指令實時響應各種操作。 數據采集終端 M0 與 A8 服務器進行數據交互采用的 Zigbee 無線通信設備， Zigbee 與M0 終端之間的銜接采用的是串行外設接口 (SPI) 總線、 UART 轉 USB（ PL2303HX 芯片）。多個 Zigbee 節(jié)點便于組成無線通信網。 主控制處理器 本設計中主控制處理器選擇了 NXP Semiconductors 的 LPC11C14基于 ARM CortexM0內核的 LPC11C14， 它是一個低功耗，低成本，最高工作頻率 50MHz（實際工作頻率 48MHz），32 位的 3 級流水線 RISC 處理器， Cortex— M0 屬于 ARMv6M 架構， 1 顆專為嵌入式應用而設計的 ARM 核、可選的喚醒中斷控制器 WIC、緊耦合的可嵌套中斷微控制器 NVIC，還有基于 AMBA 結構的 AHBlite 總 線和基于 CoreSight 技術的 SWD 或 JTAG 調試接口，增加其擴展性能。 9 圖 42 LPC11C14 引腳圖 Zigbee 模塊 ZICM2410 芯片 電路設計 本設計采用 Zigbee 進行數據無線傳輸，芯片選擇了 ZIC2410，其作為兼容 Zigbee 的核心硬件處理芯片，在完成無線通信、 Zigbee 組網，數據收發(fā)及處理，等運行中，發(fā)揮著至關重要的作用。根據應用經驗，精選最常用的片內外設，包括多個通用 I/O 引腳、定時器、 UART， SPI 等，獨有的 IIS/SPI/UART 輸入輸出接口，結合其擴展的 500kbps 或 1Mbps 的無線傳輸數率，可以滿足廣大的無線應用。 10 圖 43 ZICM2410 原理圖 CY14443 射頻 電路設計 本設計射頻識別模塊采用 CY14443A 系列射頻讀寫模塊 ，是非接觸卡類型芯片，該芯片支持 ISO14443 typeA 協(xié)議和 MIFARE 標準的加密算法，遵從 ISO14443 標準，采用 微米 CMOS EEPROM 工藝。特別適用于 ISO14443 標準下計費系統(tǒng)或身份識別系統(tǒng)的讀卡器的應用。它應用專用的