基于單片機(jī)與傳感器模組實(shí)現(xiàn)便攜式環(huán)境測量儀的設(shè)計(jì)

1 引言

隨著人們生活水平的提高， 各電子產(chǎn)品有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展， 電子測量儀也逐漸豐富起來， 在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。例如， 在醫(yī)學(xué)方面， 有血糖測量儀， 血壓測量儀； 在物理學(xué)方面， 有電感測量儀，頻率測量儀， 紅外測量儀等； 在環(huán)境方面， 有空氣測量儀， 噪聲測量儀等一系列電子測量儀器。而原來的模擬產(chǎn)品也逐步向數(shù)字化、綜合化轉(zhuǎn)化， 并且不斷走向人性化。雖然目前環(huán)境測量儀品種很多， 但大多只可液晶顯示， 并無語音播報(bào)功能。本論文介紹了一種實(shí)用的便攜式環(huán)境參數(shù)測量儀的設(shè)計(jì)， 該測量儀要求充分發(fā)揮人性化的特質(zhì)， 實(shí)現(xiàn)光線和溫度的播報(bào)，并給出相應(yīng)的溫馨提示。為完成該環(huán)境測量儀的設(shè)計(jì)要求， 本設(shè)計(jì)選擇了具有語音播報(bào)功能的以凌陽公司SPCE061A 芯片為核心的精簡61 板， 由它來配合傳感器模組， 利用程序來實(shí)現(xiàn)測量與播報(bào)功能。

2 設(shè)計(jì)思路

本論文介紹了一種實(shí)用的便攜式環(huán)境參數(shù)測量儀的設(shè)計(jì)， 該測量儀實(shí)現(xiàn)了對溫度和光照亮度的測量。本系統(tǒng)利用61 板作為控制板， 配合傳感器模組對周圍環(huán)境溫度和光線進(jìn)行測量并對測量值進(jìn)行語音播報(bào)。硬件電路由數(shù)據(jù)采集模塊、SPCE061A、數(shù)據(jù)存儲模塊、鍵盤輸入模塊等組成。單片機(jī)軟件程序主要是完成測量、運(yùn)算、語音播報(bào)等功能， 采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 利用C 語言和匯編語言編程實(shí)現(xiàn)。

該環(huán)境測試儀通過傳感器模組中光敏電阻和熱敏電阻的電壓值來測量環(huán)境的溫度和光線狀況， 這些電壓值是通過SPCE061A 的ADC 模塊進(jìn)行采集的； 61 板上的按鍵Key3 主要是用來啟動(dòng)光線和溫度的測量， 測量的結(jié)果都通過61 板自帶的揚(yáng)聲器播放出來。圖1 為環(huán)境測量儀的設(shè)計(jì)框圖。

圖1 環(huán)境測量儀設(shè)計(jì)框圖

在框圖中， 各部分的作用及所采用的器件為：

（1） 61 板： 本設(shè)計(jì)控制部分使用的61 板是SPCE061A EMU BOARD 的簡稱， 是以凌陽16 位單片機(jī)SPCE061A 為核心的精簡開發(fā)- 仿真- 實(shí)驗(yàn)板。它體積小巧， 結(jié)構(gòu)較為簡單， 以SPCE061A 芯片為核心， 帶有麥克和揚(yáng)聲器， 具有豐富的語音播放功能。

61 板上的幾個(gè)接口的作用為：

①輸入/ 輸出（ I/O） 接口： 61 板將SPCE061A 的32 個(gè)I/O 口全部引出：

IOA0 ~IOA15, IOB0 ~IOB15.對應(yīng)的SPCE061A 引腳為： A 口， 41~48、53、54~60; B 口， 5~1、81~76、68~64.而且該I/O口是可編程的， 即可以設(shè)置為輸入或輸出。

②音頻輸入/ 輸出（ I/O） 接口： 61 板上， X1 是語音的MIC 輸入端， 自帶自動(dòng)增益（ AGC） 控制， J3 是語音輸出接口， 一個(gè)2pin 的插針外接喇叭， 由DAC 輸出引腳21 或22 經(jīng)語音集成放大器SPY0030A 放大， 然后輸出， 它可以工作在2.4~6.0V 范圍內(nèi)， 最大輸出功率可達(dá)700mW[1].

③在線調(diào)試器PROBE 和EZ_PROBE接口： J4 為PROBE 的接口， 該接口有5pin, 通過它將PROBE 與PC 機(jī)連接起來進(jìn)行調(diào)試、仿真和下載程序； J11 是EZ_PROBE 的接口， 一根下載線用作程序的下載， 一端連接PC 機(jī)的25pin 并口， 另外一端接61 板的5pin EZ_PROBE 接口。

④電源接口： J10 是電源接口， 61 板的內(nèi)核SPCE061A 電壓要求為3.3V, 而I/O端口的電壓可以選擇3.3V 也可以選擇5V.所以對應(yīng)的引腳中15、36和7 必須為3.3V,對于I/O 端口的電壓51、52、75 可以為3.3V也可以是5V, 這兩種電平的選擇通過跳線J5 來選擇。

（2） 傳感器模組： 本設(shè)計(jì)中使用的另一重要器件---傳感器模組也是凌陽公司的產(chǎn)品。它可以測量溫度， 測量光線， 檢測障礙物， 還能接收來自遙控器的信號以及模擬簡易遙控器。在本次設(shè)計(jì)中， 模組工作電壓設(shè)置為： 3V~5.5V, 工作溫度設(shè)置為0℃~60℃。

在使用傳感器模組時(shí)應(yīng)注意到以下幾點(diǎn)：

①測量溫度時(shí)， 測量到的是與熱敏電阻直接接觸物體（ 包含空氣） 的溫度， 熱敏電阻有一定的反應(yīng)時(shí)間；②測量光線時(shí)， 最好把整個(gè)光敏電阻暴露于測量環(huán)境下； 如果想用手遮住光線測量光敏電阻是否正常工作時(shí)， 最好用手掌而不要用手指， 因?yàn)槭种竷蓽y會漏一些光線；③紅外接收頭的最低工作電壓是3V;④紅外發(fā)射信號不可以長期維持高電平， 否則紅外發(fā)射管會被燒掉；⑤如果用紅外發(fā)射接收管檢測障礙物， 檢測距離會隨著電壓的減小而縮短。

3 軟件設(shè)計(jì)流程圖

本設(shè)計(jì)中軟件流程如圖2 所示。為使它能順利地完成預(yù)期的功能， 在光線測量部分， 溫度測量部分， 鍵盤掃描部分， 語音播放部分， A/D 轉(zhuǎn)換部分等都分別設(shè)計(jì)了流程圖， 經(jīng)過調(diào)試運(yùn)行后， 都成功地實(shí)現(xiàn)了各自的功能。

4 結(jié)束語

本文通過運(yùn)用羚羊單片機(jī)和傳感器模組， 成功的實(shí)現(xiàn)了環(huán)境測量儀的設(shè)計(jì)。該環(huán)境測量儀可以通過Key3 鍵的控制來進(jìn)行光線及溫度的測量并進(jìn)行語音播報(bào)， 能夠播報(bào)結(jié)果并進(jìn)行相應(yīng)的溫馨提示是此次設(shè)計(jì)的一大特點(diǎn)。該環(huán)境測量儀可以通過程序中設(shè)定的域值來判斷當(dāng)前光線的強(qiáng)弱并可測量出當(dāng)前的溫度值， 同時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的溫馨提示， 使使用者可以了解到周圍光線強(qiáng)度等級和溫度值， 并可結(jié)合溫馨提示來對光線及溫度做適當(dāng)調(diào)整， 使環(huán)境更適宜生活和工作， 這對于越來越注重生活質(zhì)量的人們來說具有很大的現(xiàn)實(shí)意義， 并且僅一個(gè)Key3 鍵便可獲得周圍環(huán)境的基本信息使環(huán)境測量儀的使用也相對方便快捷。同時(shí)也說明， 隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電子測量儀在人們的生活和工作中將得到更廣泛的應(yīng)用。