实验六.docx
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实验六
Z—stack通信实验
一、实验目的：
1.了解压电效应；
2.掌握光照传感器的原理；
3.掌握气压传感器的原理；
4.掌握霍尔传感器的原理；
5.掌握火焰传感器的原理；
6.学习MPS500G传感器从而医用压力传感器的原理，以及在Z-STACK协议栈中的使用方法；
7.掌握IAR编译环境的使用；
8.掌握EMS-YYQY-1模块的原理和使用方法。
二、实验仪器：
实验设备
数量
备注
EMIOT-WGB-1网关板
1
网关板与PC的通信
USB线
1
连接网关板与PC
CC2530节点模块
1
无线数据的收发
电池板
1
给各模块板供电
医学压力（医用气压）传感器
1
感知外界的压力变化
系统底板
1
把各模块板组成一个系统
EMIOT-EMU-1仿真器
1
下载和调试程序
三、实验原理：
1、压电效应原理：
压电效应可分为正压电效应和逆压电效应。
正压电效应是指：
当晶体受到某固定方向外力的作用时,内部就产生电极化现象,同时在某两个表面上产生符号相反的电荷；当外力撤去后，晶体又恢复到不带电的状态；当外力作用方向改变时，电荷的极性也随之改变；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。
逆压电效应是指对晶体施加交变电场引起晶体机械变形的现象，又称电致伸缩效应。
实验中采用memstech公司的MPS500G硅压力传感器。
MPS500G是利用硅压电效应制成的未补偿、医学压力传感器。
它的传感元件由四个压力敏感压电阻的大容量微机械加工的硅芯片的隔膜面上形成。
施加压力膜片变形引起压电,施加压力的值与得到的电压值成正比。
血压计、检波器、吸尘器、洗衣机等场所有着广泛的应用。
电路原理图如下图所示：
由MPS500G感知的压力信号转换为差分的电信号，经OP07C低偏移电压运算放大器放大后，由OUT引脚与CC2530的P0.4脚通过标准的简牛接口的一个引脚相连，CC2530把P0.4的模拟信号通过内部的AD控制器转换成数字信号再进行处理。
2、光照传感器的原理：
主要器件采用光敏电阻；光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。
在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻，为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。
用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。
在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子—空穴对了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。
光照愈强，阻值愈低。
入射光消失后，由光子激发产生的电子—空穴对将复合，光敏电阻的阻值也就恢复原值。
在光敏电阻两端的金属电极加上电压，其中便有电流通过，受到波长的光线照射时，电流就会随光强的而变大，从而实现光电转换。
光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也加交流电压。
电路设计
整体电路设计简捷，方便产品二次开发。
光照传感器的原理图如图一，当外界的光照U1上时，随着外界光照的强度的变化，U1的电阻也随之发生变化，在P0.4的接点位置的电压值也随之发生变化，如当外界光照强时，U1的电阻变小，P0.4的接点位置的电压值则变大。
P0.4通过2x10PIN的标准的简牛接口连接到CC2430的P0.4引脚上，CC2430把P0.4的模拟信号通过内部的AD控制器转换成数字信号再进行处理。
产品外观图如图二。
图一原理图图二产品外观图
3、气压传感器的原理：
主控器件采用memstech公司的MPS150A硅压力传感器。
MPS150A是利用硅压电效应制成的未补偿、绝对压力传感器。
压电效应可分为正压电效应和逆压电效应。
正压电效应是指：
当晶体受到某固定方向外力的作用时,内部就产生电极化现象,同时在某两个表面上产生符号相反的电荷；当外力撤去后，晶体又恢复到不带电的状态；当外力作用方向改变时，电荷的极性也随之改变；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。
逆压电效应是指对晶体施加交变电场引起晶体机械变形的现象，又称电致伸缩效应。
电路设计
电路原理图如图一,由MPS150A的感知的压力信号转换为差分的电信号，经OP07C低偏移电压运算放大器放大后，由OUT引脚与CC2430的P0.4脚通过标准的简牛接口的一个引脚相连，CC2430把P0.4的模拟信号通过内部的AD控制器转换成数字信号再进行处理。
产品外观图如图二。
图一原理图图二产品外观图
4、霍尔传感器的原理：
主控器件采用SS411A开关型霍尔传感器，主要由稳压器、霍尔元件、差分放大器、斯密特触发器和输出级组成。
在外磁场的作用下，当磁感应强度超过导通阈值BOP时，霍尔电路输出管导能，输出低电压。
之后，磁感应强度再增加，仍保持导通态。
若外加磁场的磁感应强度的值降低到BRP时，输出管截止，输出高电平。
称BOP为工作点或动作点，BRP为释放点，BOP-BRP=BH称为回差。
回差的存在使开关电路的抗干扰能力增强。
SS411A开关型霍尔传感器的动作点、释放点与温度的关系如图一。
图一
电路设计
整体电路设计简捷，方便产品二次开发。
电路原理图如图二，SS411A的DATA引脚与CC2430的P0.4脚通过标准的简牛接口的一个引脚相连，同时，在DATA线上挂接一个1K的上接电阻,以增加驱动能力，CC2430把P0.4的模拟信号通过内部的AD控制器转换成数字信号再进行处理。
产品外观图如图三。
图二原理图图三产品外观图
5、火焰传感器的原理：
物质在燃烧时，会产生烟雾和放出热量，同时也会产生特定波长的可见或不可见的光辐射。
火焰探测器就是通过识别这些光辐射来达到检测的目的。
一般而言，可见光的波长范围在390~770纳米之间。
波长比可见光长，但是又低于1000微米的波长是红外线，波长比可见光短，但是又高于200纳米的是紫外线（图一）。
对于火焰燃烧过程产生的200~260纳米波长的紫外线，可采用一种固态物质作为敏感元件，如碳化硅或硝酸铝，也可使用一种充气管作为敏感元件，如盖革一弥勒管。
对于火焰中产生的2.5~3微米波长的红外线，可采用硫化铝材料的传感器，对于火焰产生的4.4~4.6微米波长的红外线可采用硒化铅材料或钽酸铝材料的传感器。
根据不同燃料燃烧发射的光谱可选择不同的传感器。
根据火焰的光特性，目前使用的火焰探测器有三种：
一种是对火焰中波长较短的紫外光辐射敏感的紫外探测器；另一种是对火焰中波长较长的红外光辐射敏感的红外探测器；第三种是同时探测火焰中波长较短的紫外线和波长较长的红外线的紫外/红外混合探测器。
图一电磁波频谱
JNHB1004是一种远红外火焰传感器，能够探测到波长在760纳米～1100纳米范围内的红外光，探测角度为60，其中红外光波长在940纳米附近时，其灵敏度达到最大。
远红外火焰探头的工作温度为-25摄氏度～85摄氏度，在使用过程中应注意火焰探头离火焰的距离不能太近，以免造成损坏。
电路设计
整体电路设计简捷，方便产品二次开发。
火焰传感器的原理图如图二，当周围有火源产生时，火焰传感器JNHB1004会探测到空气中红外线强度的变化，这时，D1上面的电阻值会变小，相应的，在P0.4的接点位置的电压值则变大。
P0.4通过2x10PIN的标准的简牛接口连接到CC2430的GPIO引脚上，CC2430把P0.4的模拟信号通过内部的AD控制器转换成数字信号再进行处理。
产品外观图如图三。
图二原理图图三产品外观图
四、实验步骤：
第一步：
打开实验项目
本实验的IAR实验项目为“SensorApp.eww”,位于（“C:
\TexasInstruments\ZStack-CC2530-2.4.0-1.3.0\Projects\zstack\Samples\EmdoorSensor\CC2530DB”），如下图所示：
第二步：
滑动鼠标左键点击“SensorApp.eww”文档，我们将在IAR开发环境下开启Sensor.app项目，如下图所示：
第三步：
下载“CollectorEB-PRO”项目配置到网关板，选择一个目标板作为本实验中的ESP设备（协调器），我们将把相应的程序项目下载到该目标板上，如下图红色笔圈住的部分所示：
第四步：
下载“EMS_YYQY_1_PRO”项目到目节点板,选择一个电池板作为作为本实验的PCT设备（终端设备），我们将把相应的项目配置“EMS_YYQY_1_PRO”下载到该目标板上，如下图所示：
第五步：
打开SmartRFFlashProgrammer烧写软件，修改网关板、电池板的“组号”和“地址”。
其中它们的“组号”必须相同；网关板的“地址”可设为0000，电池板的“地址”必须大于0000且小于ffff；如下图所示：
第六步：
信道编号。
信道编号；与网关相同。
第七步：
将上述已经烧好EMS_YYQY_1_PRO（PCT设备）程序的终端设备上电运行，此时D1闪烁，寻找网关，接着D1、D3便一直闪烁；采集到的数据如下图所示：
五、实验小结：
通过本次实验，让我对压电效应、光照传感器的原理、气压传感器的原理、霍尔传感器的原理、火焰传感器的原理有了进一步的了解，学习在Z-STACK协议栈中的使用方法；掌握IAR编译环境的使用和EMS-YYQY-1模块的原理和使用方法。
这对我以后的学习工作都有一定的帮助。
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