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1、 电子技术综合实践报告 2014年山东科技大学学生科研立项 题目名称： 实验室监管系统 团队成员： 专业： 班级： 指导教师： 电 子 通 信 与 物 理 学 院 2015年9月 12日摘要本文设计了一种智能化的实验室管理控制系统，完整系统可由若干个节点组成，每个节点配备了温湿度、光线、烟雾、红外、传感器。本系统采用STM32处理器作为系统的控制核心，辅助以LCD来显示系统的主要信息，采用SIM900AGSM模块和LED以及蜂鸣器作为向用户进行报警的子系统模块。借助最可靠、最成熟的GSM移动网络，以最直观的短消息形式，直接将实验室的发生的紧急情况发送到手机上。本系统具有反应迅速，性能全面，易操
2、作，成本低的特点。关键词：STM32;GSM;传感器; UCOS II 目录 前言31.1课题的研究背景31.2智能化实验室管理控制系统研究的发展及现状31.3课题研究目的及意义3第一章 统的组成及工作原理41.1 系统总体框图42.2 LED警报模块42.2.1 主要功能42.3蜂鸣器警报模块42.4 光敏传感器模块52.4.1 主要功能52.5 温度湿度传感器模块52.5.1 主要功能62.5.2 DHT11 数字温湿度传感器简介62.6.3 主要函数讲解62.7 TFTLCD显示模块72.7.1 主要功能72.7.2 TFTLCD简介72.7.3 主要函数讲解82.8 红外遥控模块82.
3、8.1 主要功能82.8.2 红外遥控简介82.8.3 主要函数讲解92.9 SIM900A GSM模块92.9.1 主要功能92.9.2 SIM900A GSM模块简介92.9.3 重要函数说明102.10 嵌入UCOS II 操作系统102.10.1 UCOS II 操作系统简介10第三章 电路设计103.1 LED模块103.2 蜂鸣器模块113.3 光敏传感器模块113.4 温度湿度传感器模块113.5 TFTLCD显示模块123.9 复位电路模块153.10 CAN/USB 接口163.11 EEPROM173.12 SPI FLASH173.13 电源183.14 MCU18第四章
4、 实验、调试及测试结果与分析。204.1 正常模式204.2 警报模式204.3 结果分析20第五章 结论20第六章 参考文献21第七章 附录222 电子技术综合实践报告 前言1.1课题的研究背景随着科学技术的高速发展，实验室在大学的教学中体现的重要性越来越明显，实验室设备的多样化、学生人数的众多，使得实验室的管理异常繁琐，实验室中的各种问题难以及时的解决，有可能会造成众多的潜在问题。如何提供一种简洁高效的管理系统成为一个迫切的问题。1.2智能化实验室管理控制系统研究的发展及现状 目前市面上的实验室管理已从简单化、局部化向智能化、网络化发展，企业级的报警系统往往需要架设网络，成本较高，不适合一
5、般工薪实验室使用。国内的实验室管理系统产品已形成一个成熟、独立的体系，它是由安防主机和各种控制检测装置组成的系统，具有相对独立性、兼容性及可扩展性等特点。一般把红外热释电传感器探头安装在实验室外的窗口位置，当有非法入侵时，传感器就会触发主机报警。安装气体泄漏传感器，一旦有气体泄漏，即触发主机报警。国内外也已经有成熟的突发事件应急安全警报系统，所以我们可以利用上面的案例来发展我们的系统。1.3课题研究目的及意义实验室在高等学校的教学与研究中始终起着至关重要的作用，同时也是高等学校中资产密集的地方之一，所以保护好实验室环境显得尤为重要。为保护好实验室环境选择智能化实验室管理控制系统这一课题进行研究
6、，以提高实验室环境，保护好实验室资产及仪器。第一章 统的组成及工作原理1.1 系统总体框图烟雾传感器光照传感器CPU温度传感器温湿度传感器LCD实时信息显示异常异常异常异常警报模块，包括GSM模块，LED警报模块，蜂鸣器警报模块红外遥控器异常开关系统总体框图 2.2 LED警报模块2.2.1 主要功能该模块实现LED闪烁报警，实现异常报警。void LED_Init(void)；该函数的功能就是用来实现配置 PB5和 PE5 为推挽输出。这里需要注意的是：在配置 STM32 外设的时候，任何时候都要先使能该外设的时钟。 GPIO 是挂载在 APB2 总线上的外设， 在固件库中对挂载在 APB2
7、 总线上的外设时钟使能是通过函数 RCC_APB2PeriphClockCmd()来实现的。2.3蜂鸣器警报模块该模块实现蜂鸣器发出高频警报声报警，实现异常报警。（1）void BEEP_Init(void)；该函数的作用就是使能 PORTB 的时钟，同时配置 PB8 为推挽输出。2.4 光敏传感器模块2.4.1 主要功能用到 ADC 采集，通过 ADC 采集电压，获取光敏传感器的电阻变化，从而得出环境光线的变化。 光敏二极管也叫光电二极管。光敏二极管与半导体二极管在结构上是类似的,其管芯是一个具有光敏特征的 PN 结，具有单向导电性，因此工作时需加上反向电压。无光照时，有很小的饱和反向漏电流
8、，即暗电流，此时光敏二极管截止。当受到光照时,饱和反向漏电流大大增加，形成光电流,它随入射光强度的变化而变化。当光线照射 PN 结时，可以使 PN 结中产生电子一空穴对，使少数载流子的密度增加。这些载流子在反向电压下漂移，使反向电流增加。因此可以利用光照强弱来改变电路中的电流。利用这个电流变化，我们串接一个电阻，就可以转换成电压的变化，从而通过 ADC 读取电压值，判断外部光线的强弱。 主要代码讲解（1）Lsens_Init();用于初始化光敏传感器，其实就是初始化 PF8 为模拟输入，然后通过 Adc3_Init 函数初始化 ADC3。（2）Lsens_Get_Val();用于获取当前光照强
9、度，该函数通过 Get_Adc3 得到 ADC3_CH6 转换的电压值，经过简单量化后，处理成 0100 的光强值。0 对应最暗，100 对应最亮。 2.5 温度湿度传感器模块2.5.1 主要功能 使用 STM32来读取 DHT11 数字温湿度传感器，从而得到环境温度和湿度等信息。2.5.2 DHT11 数字温湿度传感器简介DHT11 是一款湿温度一体化的数字传感器。该传感器包括一个电阻式测湿元件和一个 NTC测温元件，并与一个高性能 8 位单片机相连接。通过单片机等微处理器简单的电路连接就能够实时的采集本地湿度和温度。 DHT11 与单片机之间能采用简单的单总线进行通信，仅仅需要一个 I/O
10、 口。传感器内部湿度和温度数据 40Bit 的数据一次性传给单片机，数据采用校验和方式进行校验，有效的保证数据传输的准确性。DHT11 功耗很低，5V 电源电压下，工作平均最大电流 0.5mA。DHT11 的技术参数如下：l 工作电压范围：3.3V -5.5Vl 工作电流 ：平均 0.5mAl 输出：单总线数字信号l 测量范围：湿度 2090RH，温度 050l 精度 ：湿度5%，温度2l 分辨率 ：湿度 1%，温度 1 2.6.3 主要函数讲解（1）DHT11_Rst(void)；复位 DHT11。（2）DHT11_Check(void)；等待 DHT11 的回应。（3）DHT11_Read
11、_Bit(void)；DHT11 读取一个位。（4）DHT11_Read_Byte(void)；读取一个字节。（5）DHT11_Read_Data(u8 *temp,u8 *humi)；从 DHT11 读取一次数据。（6）DHT11_Init(void)；初始化 DHT11 的 IO 口 DQ 同时检测 DHT11 的存在。2.7 TFTLCD显示模块2.7.1 主要功能利用TFTLCD进行实时信息的显示。2.7.2 TFTLCD简介TFT -LCD 即薄膜晶体管液晶显示器。其英文全称为：Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display。TFT -LCD
12、与无源 TN-LCD、STN-LCD 的简单矩阵不同，它在液晶显示屏的每一个象素上都设置有一个薄膜晶体管（TFT），可有效地克服非选通时的串扰，使显示液晶屏的静态特性与扫描线数无关，因此大大提高了图像质量。TFT -LCD 也被叫做真彩液晶显示器。一般 TFTLCD 模块的使用流程如下图所示。TFTLCD 模块的使用流程2.7.3 主要函数讲解（1）FSMC_NORSRAMInit()；初始化FSMC。（2）FSMC_NORSRAMCmd(uint32_t FSMC_Bank, FunctionalState NewState); FSMC使能函数。（3）LCD_WR_REG(u16 regv
13、al)；写寄存器函数。（4）LCD_WR_DATA(u16 data)；写 LCD 数据。（5）LCD_RD_DATA(void)；读 LCD 数据。（6）LCD_WriteReg(u16 LCD_Reg, u16 LCD_RegValue)；写寄存器（7）LCD_ReadReg(u16 LCD_Reg)；读寄存器。（8）LCD_WriteRAM_Prepare(void)；开始写 GRAM（9）LCD_WriteRAM(u16 RGB_Code)；/LCD 写 GRAM，RGB_Code:颜色值2.8 红外遥控模块2.8.1 主要功能利用红外遥控实现对LCD屏幕的开关，在不用时可以暂时将LCD屏幕关闭，以实现节能，降低功耗。2.8.2 红外遥控简介红外遥控是一种无线、非接触控制技术，具有抗干扰能力强，信息传输可靠，功耗低，成本低，易实现等显著优点，被诸多电子设备特别是电器广泛采用，并越来越多的应用到计算机系统中。由于红外线遥控不具有像无线电遥控那样穿过障碍物去控制被控对象的能力，所以，在设计红外线遥控器时，不必要像无线电遥控器那样，每套(发射器和接收器)要有不同的遥控频率或编码(否则，就会隔墙控制或干扰)，所以同类产品的红外线遥控器，可以有相同的遥控频率或编码，而不会出现
