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1、本科学生毕业设计基于C/OS的物联网终端的设计 院系名称： 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 职 称： 讲 师 黑 龙 江 工 程 学 院二一二年六月The Graduation Design for Bachelors DegreeBased on C/OS NetworkingTerminal Design Candidate：Speccialty：Measurement & Control Technology and InstrumentationClass：08-02Supervisor：Lecturer Zhang LingzhiHeilongjiang Institute of
2、 Technology2012-06Harbin摘 要物联网是指在全球统一的编码系统基础之上,利用互联网技术和射频识别(RFD)技术、无线数据通信技术、计算机技术等基础上形成的广义的技术体系，以此构造的覆盖世界上万事万物的实物互联网。物联网概念一经提出就受到世界各国以及整个IT行业的一致认可和好评，所以，物联网核心的终端更是有广阔的前景，尤其是基于ARM处理器并采用C/OS-操作系统的终端系统。立足于物联网需求，特别考虑到实时性能和成本因素，本课题设计了一套工业应用的针对信息采集的物联网终端系统。本课题主要由一种由传感器和嵌入式系统组成主机，将采集数据发送到Internet上的物联网技术应用。
3、系统采用ARM微处理器作为核心处理单元，将接收到的温湿度传感器发送的即时温湿度数据信息，通过DA9000模块发送到以太网公共网络。采用socket编程技术建立服务器，接收嵌入式主机发送的数据信息，将数据上传到Internet，在通过Internet向物联网终端发出操作命令。关键词：物联网终端；嵌入式；互联网；客户端；C/OS-AbstractThe internet of things is the world unified coding system which based on the use of the Internet technology，and the radio freque
4、ncy identification(RFD)technology is wireless data communication technology。Computer technology and so on are formed on the basis of general technology system which constructed by covering the world of all things real internet。Networking concept was put forward by the countries in the world and the
5、whole IT industry the unanimous recognition and praise so，networking core terminal there is more broad prospects，especially based on the ARM processor and the use of C/OS-operating system of the terminal system。Based on the demand of Internet of things，especially considering the real-time performanc
6、e and cost factors，this thesis designs is a set of industrial applications for information acquisition network terminal system。This topic is mainly composed of a sensor and embedded system composed by the host，that will collect the data and sent these data to the internet on the Internet of things t
7、echnology。System using ARM microprocessor as the core processing unit，receives a temperature and humidity sensor transmits real-time temperature and humidity data information，through the DA9000 module to send the public network to thernet。Using socket programming techniques to build a server，receivi
8、ng an embedded host transmits the data information，upload data to the Internet，through the internet to the internet terminal sends the operation commands。 Keywords：Internet terminal；Embedde；Internet；Client；C/OS-目 录摘要IAbstractII第1章 引言11.1课题研究的起源11.2课题研究的目的及意义11.3物联网终端的国内外发展概况21.3.1国内现状21.3.2国外现状31.4课
9、题研究的主要内容3第2章 系统设计的整体方案42.1核心技术的选择42.2系统元器件的选型52.2.1单片机选型52.2.2定位系统的选择62.2.3显示器的选择72.3课题研究整体方案的确定72.4本章小结8第3章 基于C/OS的物联网终端的硬件设计93.1MCU模块93.1.1MCU模块系统电路93.2传感器模块103.2.1温度传感器DS18B20103.2.2湿度传感器113.3RFID读写模块133.3.1射频识别原理133.3.2RFID读写模块CC2500133.4简单显示电路的设计153.4.1LCD12864芯片153.4.2LCD12864接口电路163.5RFID定位模块
10、163.6以太网模块173.6.1以太网芯片173.6.2DM9000AE芯片173.7RJ45接口电路193.8本章小结19第4章 基于C/OS的物联网终端的程序设计204.1C语言的开发环境204.1.2uVision3 集成开发环境204.2主函数程序的流程图及说明204.3子函数进程214.3.1湿度检测进程214.3.2温度检测进程224.3.3显示进程234.3.4定位进程234.5客户端的实现244.6本章小结25结束语26参考文献28致谢30附录31第1章 引 言1.1课题来源21世纪是一个以网络计算机为核心的信息时代。数字化、网络化与信息化、经济全球化是21世纪的时代特征。随
11、着信息技术的飞速发展，经济全球化不断加快。通过计算机技术、数据通讯和互联网技术实现现代化物流和电子商务已是大势所趋。而现代物流和电子商务的实施离不开信息化的支持，信息化是现代物流及电子商务发展的基础。在物流信息交换、供应链管理等方面，由于信息传递的不及时、信息失真、信息交换错误所造成的损失每年高达数千亿美元。以全球零售业巨头沃尔玛为例，每年由于信息传递问题所造成的缺货率大约是8%左右，如果可以减少1%的缺货率，仅此一项每年就可以给沃尔玛增加10亿美元的收入。另外，在社会信息化过程中，信息资源剧增，各类信息内容呈爆炸式增长。庞大的信息资源和昂贵的信息成本，使得人们无法独立生产所需要的数据，而必须
12、通过共享来 获取资源和必要的信息。那么如何实现实时地信息交流呢？1999年由美国麻省理工学院Auto ID中心提出的EP（Electronic product code，产品电子代码）给人们提供了新的启迪。人们将每一件物品赋予一个唯一的编号，EPC标签是这一编号的载体，当EPC标签贴在物品上或内嵌在物品中的时候，即将该物品与EPC标签中的唯一编号（标准说法是“产品电子代码”或“EPC代码”）建立起了一对一的对应关系。基于互联网和射频技术的EPC系统，即实物物联网（简称物联网）是在计算机互联网的基础上，利用RFID(Radio Frequency Identification，射频识别)、天线数
13、据通迅等技术，构造了一个实现全球物品信息实时共享的“Internet of things”。它将成为继条码技术之后，再次变革商品零售结算、物流配送及产品跟踪管理模式的一项新技术。EPC标签从本质上来说是一个电子标签。通过射频识别系统的电子标签读写器可以实现对EPC标签信息的读取。读写器获取的EPC标签信息，并把标签信息送入互联网EPC体系中PML(Physical Mark_Up Language，实体标记语言)服务器后，就实现了对物品信息的采用和追踪。然后利用EPC体系中的网络中间件等，可实现对所采集的EPC标签信息的利用。1.2课题研究的目的及意义自上个世纪90年代物联网的概念出现以来，越
14、来越多的人们对其产生兴趣，物联网是在计算机互联网的基础上，利用RFID、无线数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的“Internet of Things”。在这个网络中，物品(商品)能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。其实质是利用射频自动识别(RFID)、传感器网络、无线通讯等智能化采集技术，通过计算机互联网实现物品(商品)的自动识别和信息的互联与共享。物联网的普及一方面可以提高经济效益，大大节约成本；另一方面可以为全球经济的复苏提供技术动力。然而要真正建立一个有效的物联网，其规模性是一不可或缺的重要因素。如果重新构建新的网络，将会耗费巨大的人力财力。我国的无线通信网络和宽带覆盖率较高
15、，如果能够将物联网通过无线通信网络与互联网相连接，不仅可以很好的使用互联网，省去构造新网络的耗资，而且很好的利用了互联网的规模性，加速了物联网大规模的形成。目前，世界各国的未来信息化发展战略均从不同角度向物联网演进,这是继计算机、互联网与移动通信网之后的第三次信息产业的浪潮。在中国，物联网技术已从实验室阶段走向实际应用，预计三至五年后，物联网技术将渗透到各行各业中将会发展为上万亿规模的高科技市场。物联网是由传感设备、终端(固定和移动)、信息处理中心和用户组成的，而目物联网终端在各个行业移动信息化的应用就是未来物联网终端应用的前奏，这些行业包括军事、铁路、电网、石油、石化、金融、公安、监察、海关
16、、质检、环保、交通、林业、物流、医院、冶金、工业制造等诸多领域。因此，研究一种专门用于工业的物联网终端是具有实际意义的。基于C/OS的物联网终端的设计是通过传感器、全球定位系统、射频识别设备等实时采集任何需要监控、连接互动的物体或过程，采集其声、光、热、位置等各种需要的信息，与互联网结合形成一个巨大的网络，实现物与物、物与人，所有物品与网络的连接，方便识别、管理、监控和定位。这种设计对于工业检测、环境监测、智能交通、智能消防、政府工作等都有重要意义。1.3物联网终端的国内外发展概况1.3.1国内现状早在1999年，中科院就启动了传感网研究，分别在无线智能传感器网、微型传感器、传感器终端机、移动
17、基站等方面取得重大进展。我国的技术研发水平目前处于世界前列，并拥有多项专利。据工信部透露，到目前为止，我国传感网标准体系已形成初步框架，向国际标准化组织提交的多项标准提案已被采纳。在这个全新产业未来发展中，我国和国际上的其他国家相比具有同发优势，在传感领域目前走在世界前列，与德国、美国、英国等一起，成为国际标准制定的主导国之一。尽管如此，今后仍需加大对物联网研发和应用的支持力度，要极力避免当初计算机和互联网产业大规模发展时，因为没有掌握核心技术而不得不付出的巨大代价。1.3.2国外现状物联网在国外被视为“危机时代的救世主”，在当前的经济危机尚未完全消退的时期，许多发达国家将发展物联网视为新的经
18、济增长点。物联网的概念虽然仅是最近几年才趋向成熟，但物联网相关产业在当前的技术、经济环境的助推下，在短短的几年内已成星火燎原之势。目前，国外对物联网的研发、应用主要集中在美、欧、日、韩等少数国家，其最初的研发方向主要是条形码、RFID等技术在商业零售、物流领域应用，而随着RFID、传感器技术、近程通信以及计算技术等的发展，近年来其研发、应用开始拓展到环境监测、生物医疗、智能基础设施等领域，如：总部位于比利时的欧洲合作研发机构校际微电子中心（IMEC）利用GPS、RFID技术已经开发出远程环境监测、先进工业监测等系统，近来该机构还利用在微电子及生物医药电子领域的领先技术，积极研发具有可遥控、体积
19、小、成本低等功能的微电子人体传感器，自动驾驶系统等技术；思科已经开发出“智能互联建筑”解决方案，为位于硅谷的美国网域存储技术有限公司节约了15%的能耗；IBM提出了“智慧地球”的概念，并已经开发出了涵盖智能电力、智能医疗、智能交通、智能银行、智能城市等多项物联网应用方案；美国政府目前正在推动与墨西哥边境“虚拟边境”建设，该项目依靠传感器网路技术，据报道仅其设备采购额就高达数百亿美元。欧洲智能系统集成技术平台（EPOSS）在Internet of Things in 2020报告中分析预测，未来物联网的发展将经历四个阶段，2010年之前RFID被广泛应用于物流、零售和制药领域，2010-2015
20、年物体联，2015-2020年物体进入半智能化，2020年之后物体进入全智能化。就目前而言，许多物联网相关技术仍在开发测试阶段，离不同系统之间融合、物与物之间的普遍链接的远期目标还存在一定差距。1.4课题研究的主要内容1.深入研究物联网终端技术，掌握终端设计的原理，明确系统设计的目的以及意义，主要研究内容；2.通过核心技术网络终端技术的比较，系统结构包括数据采集、定位、射频识别、简单显示的确定，元器件的选型，最终确定总体方案；3对各个模块的芯片充分的掌握，并且学会应用各个芯片进行系统设计，最终绘制出原理图；4.系统的程序设计，要熟悉C语言集成开发环境，学会C/OS移植，并为本系统的程序设计编写
21、出可行的程序；5.对整个系统设计进行总结，归纳出存在的问题，和达到的技术指标；6.撰写毕业设计的说明文档。第2章 系统设计的整体方案2.1核心技术的选择方案一 以太网以太网，属网络低层协议，通常在OSI模型的物理层和数据链路层操作。它是总线型协议中最常见的，数据速率为10Mbps（兆比特/秒）的同轴电缆系统。该系统相对比较便宜且容易安装，直接利用每个工作站网卡上的BNC-T型连接器，就可以将电缆从一个工作站连接到另一个工作站，完成网络传输控制任务。以太网是一种产生较早，使用相当广泛的局域网。以太网最初是由Xerox公司研制而成的，并且在1980年由DEC公司和Xerox公司共同使之规范成形。后
22、来它被作为802.3标准为电气与电子工程师协会（IEEE）所采纳。最开始以太网只有10Mbps的吞吐量，它所使用的是CSMACD（带有冲突检测的载波侦听多路访问）的访问控制方法，通常把这种最早期的10Mbps以太网称之为标准以太网。以太网主要有两种传输介质，那就是双绞线和同轴电缆。所有的以太网都遵循IEEE 802.3标准，下面列出是以太网和IEEE 802.3之间的区别以及不同IEEE 802.3物理层协议之间的区别，在这些标准中前面的数字表示传输速度，单位是“Mbps”，最后的一个数字表示单段网线长度（基准单位是100m），Base表示“基带”的意思，Broad代表“带宽”。它不是一种具体
23、的网络，是一种技术规范。以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。该标准定义了在局域网（LAN）中采用的电缆类型和信号处理方法。以太网在互联设备之间以10100Mbps的速率传送信息包，双绞线电缆10BaseT以太网由于其低成本、高可靠性以及10Mbps的速率而成为应用最为广泛的以太网技术。直扩的无线以太网可达11Mbps，许多制造供应商提供的产品都能采用通用的软件协议进行通信，开放性最好。该类终端一般应用在数据量传输较大、以太网条件较好的场合，现场很容易布线并具有连接互联网的条件。一般应用在工厂的固定设备检测、智能楼宇、智能家居等环境中。方案二 WIFIWi-Fi是一种可以将个人电脑
24、、手持设备（如PDA、手机）等终端以无线方式互相连接的技术。Wi-Fi是一个无线网路通信技术的品牌，由Wi-Fi联盟(Wi-Fi Alnce)所持有。目的是改善基于IEEE 802.11标准的无线网路产品之间的互通性。Wi-Fi是一种帮助用户访问电子邮件、Web和流式媒体的互联网技术。它为用户提供了无线的宽带互联网访问。同时，它也是在家里、办公室或在旅途中上网的快速、便捷的途径。能够访问Wi-Fi网络的地方被称为热点。Wi-Fi或802.11G在2.4Ghz频段工作，所支持的速度最高达54Mbps（802.11N工作在2.4Ghz或者5.0Ghz，最高速度600Mbps)。另外还有两种802.
25、11空间的协议，包括(a)和(b)。它们也是公开使用的，但802.11G/N在世界上最为常用。 Wi-Fi热点是通过在互联网连接上安装访问点来创建的。这个访问点将无线信号通过短程进行传输，一般覆盖300英尺。当一台支持Wi-Fi的设备（例如Pocket PC）遇到一个热点时，这个设备可以用无线方式连接到那个网络。大部分热点都位于供大众访问的地方，例如机场、咖啡店、旅馆、书店以及校园等等。许多家庭和办公室也拥有Wi-Fi网络。虽然有些热点是免费的，但是大部分稳定的公共Wi-Fi网络是由私人互联网服务提供商(ISP)提供的，因此会在用户连接到互联网时收取一定费用。该类终端一般应用在数据量传输较大、
26、以太网条件较好，但终端部分布线不容易或不能布线的场合，在终端周围架设WIFI路由或WIFI网关等设备实现。一般应用在无线城市、智能交通等需要大数据无线传输的场合或其他应用中终端周围不适合布线但需要高数据量传输的场合。通过方案比较，可以知道以太网的应用需要大量布线，但是网络稳定性好，更适合工业应用；WIFI需要无线路由，不需要大量布线，但是通讯范围有限制；依据本系统的设计要求，是设计一种应用在工业上的物联网终端，进行环境的监控；所以选用以太网作为核心技术。2.2系统元器件的选型2.2.1单片机选型方案一 AT89C51采用AT89C51芯片作为硬件核心，采用Flash ROM，内部具有4KB R
27、OM存储空间，而且与MCS-51系列单片机完全兼容。但是运用于电路设计中时由于不具备ISP在线编程技术，当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，对芯片的多次拔插会对芯片造成一定的损坏。而且，内部没有集成A/D转换模块。方案二STM32F103C8T6采用STM32F103C8T6芯片作为硬件核心，该单片机有足够大小的Flash和RAM，丰富的外设接口。需要足够的串口、ADC、DAC、GPIO等资源，满足外围设备控制的需要；方便扩展网络功能，且具有在线编程可擦除技术，在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，不需要对芯片多次拔插，避
28、免对芯片造成损坏。通过多方比较最终选择ST公司的STM32F103C8T6作为本系统的核心处理。2.2.2 定位系统的选择 方案一 RFID定位RFID系统由RFID标签和RFID阅读器以及他们之间的通信组成。每个RFID标签具有唯一的标识符，即唯一的ID，他连接到某个对象上。用户用他的RFID阅读器读取RFID标签的唯一ID，使用户能够识别与RFID标签所连接的对象。因此，RFID标签系统在各个领域都有应用。例如，实物分配领域，一次性在一个纸箱或购物篮中识别多个目标的技术引起的关注。RFID标签的唯一ID可以涉及到一些有用的信息。其中一个重要的信息是携带RFID标签的对象的位置信息。从RFI
29、D标签的唯一ID和位置信息，用户可以知道携带RFID标签的对象的位置。将射频识别技术用于室内定位领域是目前RFID研究的一个热点。RFID系统的两大重要组成部分是读写器和标签。读写器包括天线、收发器、基本控制单元、逻辑接口等，可以方便地与标签和后台应用程序进行数据传输和交换。标签包括芯片和天线两个部分。标签芯片是即ID系统的数据载体，可以存储商品或者物体的基本信息。当附着有标签的物体进入读写器天线的工作场区范围内，读写器和标签通过电场或者磁场藕合的方式实现两者之间的数据交互。方案二 GPS定位GPS（Global Positioning System）即全球定位系统，是由美国建立的一个卫星导航
30、定位系统，利用该系统，用户可以在全球范围内实现全天候、连续、实时的三维导航定位和测速；另外，利用该系统，用户还能够进行高精度的时间传递和高精度的精密定位。例举 “星眼”GPS定位终端，携诚科技。现实生活中，GPS定位主要用于用于对移动的人、宠物、车及设备进行远程实时定位监控的一门技术。GPS定位（以上海市连图信息科技GPS车载终端设备为例）是结合了GPS技术、无线通信技术(GSM/GPRS/CDMA)、图像处理技术及GIS技术的定位技术，主要可实现很多功能。GPS是大家所熟知想到的一个定位系统，他基于卫星通信，在室外空旷环境下可提供精度在10米之内的导航，但是当目标移至室内，卫星信号受到建筑物
31、的影响而大大衰减，定位精度也随之降低。通过以上分析和比较，可以知道射频识别(RFID)技术利用射频方式进行非接触式双向通信交换数据以达到识别定位的目的，这种技术成本低、传输范围大，同时有非接触和非视距的优点，很适合室内定位技术。而本系统需要的是一种可以应用在室内并且精度高的定位系统，所以RFID定位系统是本系统设计的最好选择，可以达到本系统要求。2.2.3显示器的选择方案一 VFD显示器VFD显示器具有高清晰度、高亮度、宽视角、反应速度快和从红色到蓝色多种色彩等特点，显示效果好。当使用CIG（集成芯片玻璃）技术时，可集成VFD驱动电路；具有可靠且使用寿命长等特点。但它需要5.5-6.3V的灯丝
32、电压，150-450mA的灯丝电流，12-36V的阳极加速电压，15-36V的栅极电压。不考虑阳极和栅极电流，单灯丝功耗就达825mW，功耗相对来说较大，不适合在移动设备上使用。另外，它需要多组电压不同的供电电压，使用不方便。方案二 LED显示器LED显示器是由LED发光二极管发展过来的一种显示器件。它是LED发光二极管的改型。一般分为LED数码管显示器和LED点阵显示器。LED数码管显示器具有高亮度、宽视角、反应速度快、可靠性高、使用寿命长等特点。但LED数码管只能显示数字和极少数几个英文字符，显示单调。而LED点阵显示器虽然能显示各种信息，但它的体积较大，在市场上能买到的最小的88点阵都有
33、3cm3cm，适合于广告牌等需要大面积显示的地方，不适合移动设备。况且动态扫描有可能同时被点亮，如果点亮段数更多，电流会更大。方案三 点阵型LCD液晶显示器LCD不但体积小，厚度薄（目前14.1英寸的整机厚度可做到只有5厘米），重量轻、耗能少（1到10微瓦/平方厘米）、工作电压低（1.5到6V）且无辐射，无闪烁并能直接与CMOS集成电路匹配，最重要的是他可以显示图片和汉字。基于以上综合比较，本系统设计采用LCD显示。2.3课题研究整体方案的确定本课题的整体方案结构如图2.1所示。系统由以基于嵌入式为主机的数据采集发送终端、射频通信模块、客户端、互联网4部分组成。其中，数据采集发送终端是由湿度传
34、感器、温度传感器、RFID定位模块、RFID读写模块、MCU构成，湿度传感器、温度传感器将采集到的湿度和温度信息，RFID读写模块将读到的外界信息，定位模块定位到的外界信息都传给MCU，MCU起的作用是对这些外接电路传来的信息进行分析、处理。整个系统的工作原理是：基于嵌入式为主机的数据采集发送终端将采集到的外界信息发送给MCU，经过MCU的处理，再通过射频通信模块、客户端，实现互联网对外界物体的检测，定位与控制。图2.1 系统总体方案框图2.4 本章小结通过以上方案的对比论证以及系统的性能要求，我们最终确定了系统的整体方案。并且选择出了可以实现系统性能的核心技术、系统结构以及元器件，为系统的硬
35、件设计和软件设计奠定了基础。第3章 基于C/OS的物联网终端的硬件设计3.1MCU模块本系统设计采用了美国ARM公司的32位单片机；他使用ARM最新的、先进架构的Cortex-M3内核，以优异的实时性能、杰出的功耗控制、出众及创新的外而受到市场的青睐。3.1.1MCU模块系统电路STM32系列处理器目前分为3个系列，STM32F101是标准型系列，工作在36MHz;STM32F103是增强型系列，工作在72MHz，带有更多片内RAM和更丰富的外设；STM32F105和STM32F107是最新一代的互联性产品，增加了全速USB接口以及硬件支持IEEE1558精确时间协议的以太网接口。标准型系列是
36、STM32处理器的入门产品，其价格仅相当于16位MCU，却拥有32位MCU的性能，其外设的配置能提供优秀的控制和联接能力。增强型系列产品则将32位MCU的性能和功效引向一个新的级别。内核工作在72MHz，能实现高端的预算，而其外设的配置可以带来记号的控制和联接能力。对于使用同一平台进行多个项目的开发而言，STM32是一种非常好的选择。因为在STM32全系列产品中，既有适合仅需要少量的存储空间和引脚的，也有满足需要更多的存储空间和引脚的；既有适于高性能应用的，又有满足低功耗要求的；既有适合低成本简单应用的，也有满足高端复杂应用的。STM32F103系列的微处理器是32位的RISC处理器，采用高性
37、能的ARM cortex-M3内核，为整个系统提供了低成本的平台、缩减的管脚数目、降低的系统功耗，同时提供卓越的计算性能和先进的中断系统响应。其最高工作频率可达72MHz，内置高速存储器(高达128K字节的闪存和20K字节的SRAM)，具有丰富的增强1/0端口和联接到两条APB总线的外设。所有型号的器件都包含2个12位的ADC接口、3个通用的16位定时器和一个PWM定时器。STM32F103同时还包含标准和先进的通信接口：多达2个12c和SPI、3个USART、一个USB和一个CAN。除此之外，STM32F103系列微处理器还有如下特色：（1）嵌套的向量式中断控制器(NVIC)：STM32F1
38、03xx内置嵌套的向量式中断控制器，能够处理多达43个可屏蔽中断通道(不包括16个cortex-M3的中断线)和16个优级。NVIC提供紧祸合的NVIC接口，允许中断的早期处理，能够使中断向量入口地址直接进入核心，而且能够处理晚到的较高优先级中断，达到低延迟的中断响应处理。因此，该模块能够达到以最小的中断延迟提供灵活的中断管理功能。（2）低功耗模式：STM32F103xx支持三种低功耗模式，可以在要求低功耗、短启动时间和多种唤醒事件之间达到最佳的平衡。这三种模式分别为：睡眠模式、停机模式、待机模式。（3）DMA：灵活的7路通用。MA可以管理存储器到存储器、设备到存储器和存储器到设备的数据传输；
39、OMA控制器支持环形缓冲区的管理，避免了控制器传输到达缓冲区结尾时所产生的中断。每个通道都有专门的硬件OMA请求逻辑，同时可以由软件触发每个通道；传输的长度、传输的源地址和目标地址都可以通过软件单独设置。OMA可以用于主要的外设：SPI、12C、USART、通用和高级定时器TIMx和ADC。（4）ADC(模拟/数字转换器)：STM32F1033xx内嵌2个12位的模拟/数字转换器(ADC)，足可以满足音频信号转换精度要求。此外，每个AOC有多达16个外部通道，可以实现单次或扫描转换。在扫描模式下，转换在选定的一组模拟输入上自动进行。AOC接口上额外的逻辑功能允许：同时采样和保持;交叉采样和保持
40、；单次采样。值得一提的是，AOC支持OMA操作，可以CPU对音频信号的处理速度。MCU模块电路如图3.1所示。图3.1 MCU模块电路图3.2传感器模块3.2.1温度传感器DS18B20温度传感器的种类众多，在应用与高精度、高可靠性的场合时DALLAS（达拉斯）公司生产的DS18B20温度传感器当仁不让。超小的体积，超低的硬件开消，抗干扰能力强，精度高，附加功能强，使得DS18B20更受欢迎。对于我们普通的电子爱好者来说，DS18B20的优势更是我们学习单片机技术和开发温度相关的小产品的不二选择。了解其工作原理和应用可以拓宽您对单片机开发的思路。DS18B20工作原理及应用：DS18B20的温
41、度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，从而抗干扰力更强。其一个工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理。在讲解其工作流程之前我们有必要了解18B20的内部存储器资源。18B20共有三种形态的存储器资源，它们分别是：ROM只读存储器，用于存放DS18B20ID编码，其前8位是单线系列编码（DS18B20的编码是19H），后面48位是芯片唯一的序列号，最后8位是以上56的位的CRC码（冗余校验）。数据在出产时设置不由用户更改。DS18B20共64位ROM。RAM数据暂存器，用于内部计算和数据存取，数据在掉电后丢失，DS18B20共9个字节RAM，每个字节为8位。第1、2个字节是温度转换后的
42、数据值信息，第3、4个字节是用户EEPROM（常用于温度报警值储存）的镜像。在上电复位时其值将被刷新。第5个字节则是用户第3个EEPROM的镜像。第6、7、8个字节为计数寄存器，是为了让用户得到更高的温度分辨率而设计的，同样也是内部温度转换、计算的暂存单元。第9个字节为前8个字节的CRC码。EEPROM非易失性记忆体，用于存放长期需要保存的数据，上下限温度报警值和校验数据，DS18B20共3位EEPROM，并在RAM都存在镜像，以方便用户操作。RAM及EEPROM结构图：我们在每一次读温度之前都必须进行复杂的且精准时序的处理，因为DS18B20的硬件简单结果就会导致软件的巨大开消，也是尽力减少
43、有形资产转化为无形资产的投入，是一种较好的节约之道。DS18B20的工作电路如图3.2所示：图3.2 测温电路3.2.2湿度传感器 HS1101性能湿敏电容是一种在高分子薄膜上形成的电容。高分子薄膜上的电极是很薄的金属微孔蒸发膜，水分子可通过两端的电极被高分子薄膜吸附或释放，随着这种水分子的吸附或释放，高分子的介电系数将发生相应的变化。由于介电系数随空气的相对湿度变化而变化，所以只要测定电容值就可得相对湿度。 HS1101是基于独特工艺设计的固态聚合物结构，在电路中等效于一个电容器，其电容随所测空气的相对湿度增大而增大。具有极好的线性输出，在相对湿度为（0-100）%RH的范围内，电容的容量由
44、163PF变化到202PF，其误差不大于2%RH；湿度量程为（1-9）%RH，工作温度范围为-40-100；湿度输出受温度影响极小（温度系数仅为0.04PF/）；常温使用无需温度补偿，无需校准；相对湿度在（33-75）%RH之间，电容与相对湿度的变化为0.34PF/%RH，相对湿度为55%RH时的典型电容值约182PF；高可靠性及长期稳定性，年漂移量0.5%RH/年；响应时间小于5s。湿敏电容是将空气中湿度的变化转换成电容的变化。要想将湿度变化转换成电信号，需要将湿敏电容置于振荡电路中，通过电路将湿度变化转换成电压或电流变化，以便测量、显示或控制。 本系统中，将HS1101置于振荡电路之中，将
45、湿度的变化转换为与之成反比的振荡频率变化，经变换的频率信号连接在STM32的P3.5口成为计数器1的外部输入脉冲，根据定时器T0设定的1秒测得的脉冲数经查表可得到相对应的湿度值。湿度采集电路如图3.3所示。图3.3 湿度检测电路3.3RFID读写模块3.3.1射频识别原理射频识别即RFID（Radio Frequency Identification）技术，又称电子标签、无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。最初在技术领域，应答器是指能够传输信息回复信息的电子模块，近些年，由于射频技术发展迅猛，应答器有了新的说
46、法和含义，又被叫做智能标签或标签。RFID电子电梯合格证的阅读器（读写器）通过天线与RFID电子标签进行无线通信，可以实现对标签识别码和内存数据的读出或写入操作。RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无需人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。3.3.2RFID读写模块CC2500本系统设计采用的芯片为TI公司的CC2500，CC2500是一种低成本真正单片的2.4GHz收发器，为低功耗无线应用而设计。电路设定为2400-2483.5MHz的ISM(工业，科学和医学)和SRD(
47、短距离设备)频率波段。RF收发器集成了一个数据传输率可达500kbps的高度可配置的调制解调器。通过开启集成在调制解调器上的前向误差校正选项，能使性能得到提升CC2500为数据包处理，数据缓冲，突发数据传输，清晰信道评估，连接质量指示和电磁波激发提供广泛的硬件支持。CC2500的主要特性：1. 体积小(QLP44mm封装，20脚)真正的单片2.4GHzRF(射频)收发器；2. 频率范围：2400-2483MHz高灵敏度(10kbps下-98dBm，1%数据包误差率)；3. 可编程控制的数据传输率，可达500kbps 较低的电流消耗(RX中15.6mA)；4. 可编程控制的输出功率，可达+1dBm；5. 优秀的接收器选择性和模块化性能；6. 极少的外部元件：芯片内频率合成器，不需要外部滤波器或RF转换；7. 可编程控制的基带调制解调器；8. 无线键盘鼠标；9. 快速频率变动合成器带来的合适的频；10.FIFO(先进先出堆栈)可通过SPI接口控制；11.在一个典型系统里，CC2550和一个微控制器及若干被动元件一起使用。CC2500采用标准的20脚接口，具体引脚功能如表3.1所
