智能家居中压力传感器的数据实时采集与存储.docx

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智能家居中压力传感器的数据实时采集与存储

密级

公开

学号

1.毕业设计（论文）题目

智能家居中压力传感器的数据实时采集与存储

2.任务起止日期：

2012年2月20日至2012年6月8日

3.毕业设计（论文）的主要内容与要求

智能家居（smarthome）是以住宅为基础平台，综合建筑装潢、网络通信、信息家电、设备自动化等技术，将系统、结构、服务、管理集成为一体的高效、安全、便捷、环保的居住环境。

由于其成本、技术、安全等问题无法成为家居消费的主体。

采用ZigBee无线技术组网的智能家居系统有短距离、低成本、低速率、低时延、低功耗等优点，装修时工程量小、成本低，并能有效地控制家具设备，满足人们拥有智能化家居的生活。

通过串口助手程序与压力传感器的连接，实现实时采集数据并存储。

因此本课题有着良好的应用前景、对实现智能家居有着重要的现实意义。

本题目主要是对智能家居中的压力模块进行开发，重点是通过串口对压力传感器进行实时的数据采集，主要包括：

通过压力传感器测量压力值，数据采集是将其压力值通过串口助手实时显示在屏幕上，根据压力值的范围进行相应的数据反馈，用户可根据自身需要对采集的数据进行存储等功能。

其作用是通过模拟监测家庭中的天燃气管道的压力情况，用实时数据的反馈来确保家庭日常生活的安全性。

首先，收集国内外关于智能家居，ZigBee技术，CC2430芯片等相关资料，通过学习了解其有关的文档及相关技术。

其次，安装软件IAREmbeddedWorkbench、MicrosoftVisualStudio2008，配置相关的环境，并学习软件的使用。

熟悉硬件的整体结构，即课题的硬件核心是智能三项传感器节点模块和CC2430多功能仿真器；编程开发串口助手程序。

然后，应用串口助手调试得出结论并完成扩展功能，最终实现该压力传感器的数据实时采集与存储的所有功能要求。

工作内容：

◆搭建开发环境IAREmbeddedWorkbench、MicrosoftVisualStudio2008，并熟悉软件的使用。

◆压力传感器数据实时采集与存储的需求分析、总体方案制定、详细设计和功能规划、编程实现、调试等。

◆综合运用知识、搜集和运用资料、方案分析与设计、功能规划、外语阅读及翻译、编程及软件测试等方面的能力将会得到培养和训练。

提高学生专业知识综合应用能力和实践能力。

设计要求:

要认真完成系统设计各环节，提高理论知识应用于实践的能力、分析问题、解决实际问题的能力。

设计要求：

◆应该在进度计划所规定的时限内完成相应的工作内容。

◆笔译约2万英文字符的外文文献（约合5000汉字译文），文献内容应与毕业论文课题相关。

◆毕业设计（论文）的框架及字数、格式、撰写要求要严格按照《北京石油化工学院2012届毕业设计（论文）工作相关管理规定》进行。

应提交的成果：

◆开题报告（含电子文档）一份。

◆外文资料原文与中文译文（含电子文档）各一份。

◆设计出的应用软件（光盘或软盘）一套。

◆毕业论文（含电子文档）一份。

◆其他资料一套（含题目审批单、任务书等）一份。

◆学生毕业设计日志一份。

4.主要参考文献

[1]李世荣，智能家居控制系统的设计与实现研究[D]，同济大学，2008.

[2]昌治安编著，ZigBee网络原理与应用开发[M]，北京航空航天大学出版社，2008.

[3]瞿雷，刘盛德，胡咸斌编著，ZigBee技术及应用[M]，北京航空航天大学出版社，2007.9

[4]北京奥尔斯电子科技有限公司，压力传感节点-设计说明v1.04-091217-r.doc.

[5]曾超群.VisualC#窗体之间数据传递浅析[J].科技资讯.2009（13）

[6]赵军,袁中凡,杨春生.利用VisvalC++下MSComm开发的串口通信软件[J].中国测试技术.2006（06）

[7]ZigBeeAlliance.ZigBeeSpecificationVersion1.1[S].2005.

[8]ZigBeeAlliance.VersionfortheHome[R].November,2006.

[9]TexasInstruments.CC2430_DataSheet..

[10]吴昊天，张燕林.基于MSComm控件的PC与AVR串口通信实现[J].计算机与数字工程，2010,38（4）:

82-85.

[11]南忠良,孙国新.基于ZigBee技术的智能家居系统设计[J].电子设计工程,2010,18（7）:

117-119.

[12]崔晶晶.基于嵌入式技术智能家庭网络系统的研究与设计[D].湖南大学，2007.

[13]马永强，李静强，冯立营.基于ZigBee技术的射频芯片CC2430.单片机及嵌人式系统应用,2007

（1）.

[14]李继武，彭德林，等.C#语言程序设计[M].中国水利水电出版社.

[15]李丹妮,刘金辉,姜应战.基于VisualC++的数据采集与处理软件设计与实现[J].微计算机信息.2007（22）

[16]夏敏捷，等.VisualC#.NET开发技术原理与实践教程[M].电子工业出版社.

[17]余银娟,李翊.VisualC#多线程程序参数传递的实现[J].科技资讯.2008（04）

5.进度计划及指导安排

日期

工作内容

具体要求

2月20日—3月11日

（1周－3周）

调研、外文翻译、撰写开题报告

通过调研、咨询、图书馆、网上等多种方法和渠道，了解题目所涉及的内容，收集资料、文献，并进行归纳、整理研究，进行外文翻译，并撰写开题报告。

3月12日—3月18日

（4周）

提交报告

修改并整理开题报告，上交外文翻译（2万英文字符）及开题报告。

3月19日—4月1日

（5周－6周）

需求分析、

方案设计

进行需求分析并制定总体方案，完成软、硬件环境配置。

4月2日—4月15日

（7周－8周）

熟悉软件使用、了解相关知识

熟悉IAR、VS2008等软件的基本用法及相关知识。

搭建硬件平台，进一步了解软件并进行基础实验的操作流程。

4月16日—4月29日

（9周－10周）

详细方案设计

基本完成总体设计，进行功能模块设计。

进行串口助手的开发，按照总体方案设计进行实施。

4月30日—5月13日

（11周－12周）

编程、调试

根据程序设计的进度，调整毕设的内容、方法和策略。

提出改进、完善的方法，调试程序。

5月14日—5月20日

（13周）

测试、完善

进行测试，记录结果，并做出相应修改。

进一步完善程序。

5月21日—5月27日

（14周）

撰写论文

按照《北京石油化工学院2011届毕业设计（论文）工作相关管理规定》撰写论文

5月28日－6月3日

（15周）

检查代码

熟悉代码，代码检查。

6月4日－6月10日

（16周）

提交论文

提交论文，检查各项工作完成情况，文档完整性等。

6月11日－6月17日

（17周）

答辩

准备PPT，进行答辩。

任务书审定日期年月日系（教研室）主任（签字）

任务书批准日期年月日教学院（系、部）院长（签字）

任务书下达日期年月日指导教师（签字）

计划完成任务日期年月日学生（签字）

摘要

智能家居是以住宅为基础平台，综合建筑装潢、网络通信、信息家电、设备自动化等技术，将系统、结构、服务、管理集成为一体的高效、安全、便捷、环保的居住环境。

智能家居中压力传感器的数据实时采集与存储是压力传感器通过USB与PC机相连，通过串口助手程序准确、方便、快捷、高效、清晰地把测量压力触点产生的压力值进行实时采集和存储，并显示在屏幕上。

本文首先概述了智能家居的意义及其应用前景，重点以CC2430作为传感器节点核心处理器、I/O与AD转换、PC通讯接口的硬件设计与串口助手程序的软件设计相结合。

采用MicrosoftVisualStudio2008、IAREmbeddedWorkbench开发工具进行系统编码。

主要是在压力传感器上通过CC2430多功能仿真器进行嵌入式的编译与移植，再通过VS2008进行软件的编译环境设置、工程的建立，用C#窗体设计串口助手程序。

本文主要介绍以这种方式来模拟监测家庭中天燃气管道的压力情况，通过实时数据的反馈来确保家庭日常生活的安全性。

关键词：

压力传感器，CC2430，C#，串口助手，数据采集

Abstract

TheSmartHome,alsoknownasthesmartthehome,itisgenerallybasedontheresidentialbaseplatform,buildingdecoration,networkcommunications,informationappliances,equipment,automationtechnologies,systems,structures,services,managementintegrationasoneoftheefficient,safeandconvenientenvironmentally-friendlylivingenvironment.

Thepressuresensorinthesmarthomereal-timedataacquisitionandstorageisapressuresensorisconnectedviaUSBwiththePCthroughtheserialassistantapplicationisaccurate,convenient,fast,efficientandclearlymeasurepressurecontactpressurevaluedisplayedonthescreen.

ThispaperfirstsummarizesthesignificanceandProspectofintelligenthomefurnishing,focusesontheCC2430asthecoreprocessor,sensornodesI/OandADconversion,PCcommunicationinterfacehardwaredesignandsoftwaredesignofserialassistantprogramcombination.UsingMicrosoftVisualStudio2008,IAREmbeddedWorkbenchdevelopmenttoolsforcodingsystem.MainlyonthepressuresensorthroughtheCC2430multifunctionsimulatorforembeddedcompilerandtransplantation,throughVS2008softwarecompilerenvironmentsettings,engineeringconstruction,withtheformdesignC#serialassistantprogram.

Thispapermainlyintroducesinthiswaytosimulatemonitoringfamilytransitgaspipelinepressure,throughtherealtimedatafeedbacktoensurethatthedailylifeofthefamilysecurity.

Keywords:

pressuresensors,CC2430,C#,serialassistant,dataacquisition

第一章引言

1.1引言

随着通信技术的普及和发展，各种新技术的综合应用打破人们传统的生产、生活方式，给人类社会带来了巨大的变化。

人们通过便捷的通讯手段将家庭中的各种电器设备连接在一起，通过家庭网络把各种信息设备和住宅设备有机结合，并通过一定的控制策略调节彼此的工作状态，从而构成便捷、舒适、安全的信息化家居，满足人们在家中的生活、工作、娱乐、交流的需要，同时还能起到安全防护、物业管理的功能。

这就是智能家居，又称为smarthome。

智能家居，它一般是以住宅为基础平台，综合建筑装潢、网络通信、信息家电、设备自动化等技术，将系统、结构、服务、管理集成为一体的高效、安全、便捷、环保的居住环境。

采用ZigBee技术的智能家居系统有短距离、低成本、低速率、低时延、低功耗等优点，装修时工程量小、成本低，并能有效地控制家具设备，满足人们拥有智能化家居的生活。

为了更好地了解智能家居，我就其中一个模块—压力传感器进行数据采集，通过模拟测量家庭天然气管道的压力值，来达到其安全性的测试。

1.2设计思想

本系统的设计思想是压力传感器通过USB与PC机相连，通过串口助手程序实时、准确地把测量压力触点产生的压力值显示在屏幕上。

系统主要是对智能家居中的压力模块进行开发，重点是通过串口对压力传感器进行实时的数据采集，主要包括：

压力传感器测量压力值，通过串口助手进行数据收集、反馈和存储来应用到日常生活中，通过模拟监测家庭中的天燃气管道的压力情况，用实时数据的反馈来确保家庭日常生活的安全性。

本系统满足串口助手所需的基本功能，还添加了存储数据的功能。

具有简单的操作性和有效地实用性。

软件采用VS2008、IAR开发工具进行系统编码。

通过CC2430多功能仿真器进行嵌入式的编译与移植，通过VS2008进行软件的编译环境设置、工程的建立，用C#窗体设计串口助手程序。

1.3相关技术介绍

1.3.1ZigBee技术

ZigBee技术是一种新兴起的低功耗、传输距离短、数据传输速率低、复杂度低、成本低的无线网络技术，它的基础标准是IEEE802.15.4。

这是IEEE无线个人区域网PAN[1]（PersonalAreaNetwork）工作组的一项标准。

伴随着MEMS技术、传感器技术和无线通讯技术的飞速发展，无线传感器网络在军事生产、工业控制、医疗、教育、生活、科研中有了更广泛的应用。

1.3.2CC2430芯片

CC2430是第一款符合ZigBee标准的2.4GHz系统单芯片（SystemOnChip，SOC），适用于各种ZigBee或者类似ZigBee的无线网络节点，包括路由器、协调器和终端节点。

芯片延用了CC2420的架构，在单个芯片上整合了内存、微控制器及ZigBee射频（RF）收发器。

在休眠模式时，集成了定时器等大量的片上资源。

1.3.3API函数

API的英文全称是ApplicationProgrammingInterface，Win32API是MicrosoftWindows32位平台的应用程序编程接口。

Windows程序设计领域处于发展的初期时，Windows程序员能使用的编程工具唯有API函数。

这些函数是Windows提供给应用程序与操作系统的接口，他们像“积木”一样，可以搭建出各种功能灵活，界面丰富的应用程序。

所以可以想象API函数是构筑整个Windows框架的基石，它的下面是Windows的操作系统核心，而它的上面则是所有的Windows应用程序。

但是，那时的Windows程序开发是比较复杂的工作，程序员必须熟记大量常用的API函数，而且还得对Windows操作系统有很深的了解。

随着软件技术的不断发展，在Windows平台上出现了许多优秀的可视化编程环境，程序员可以通过“即见即所得”的编程方式来开发具有功能强大和精美用户界面的应用程序，如VB、VC++、DELPHI等。

在这些工具中提供了各种控件和大量的类库，它们替代了API的神秘功能，事实上这些控件和类库都是构架在Win32API函数的基础之上，是封装的API函数集合。

它们把常用的API函数组合在一起成为一个控件或类库，并赋予其简单、方便的使用方法，所以大大的加速了Windows应用程序开发的过程。

1.3.4C#（CSharp）语言

C#（CSharp）是微软为.NETFramework量身订做的程序语言，微软公司在2000年6月发布的一种新的编程语言。

C#不仅拥有C/C++的强大功能、VisualBasic简易使用的特性，还是第一个组件导向（Component-oriented）的程序语言，和C++、Java一样都是对象导向（object-oriented）程序语言。

C#语法表的现力强，而且简单易学。

C#的语法使任何熟悉C、C++或Java的人都可以立即上手。

了解上述任一语言的开发人员通常在很短的时间里就可以开始使用C#语言高效地进行工作。

C#语法除了简化了C++的诸多复杂性，C#支持泛型的方法和类型，从而提供了更好的类型安全和性能。

C#还提供了迭代器，允许集合类的实施者定义自定义的迭代行为，以便容易被客户端代码使用。

C#作为一种面向对象的语言，支持继承、封装和多态性的概念。

所有的变量和方法，包括应用程序的入口点（Main方法），都封装在类定义中。

可能类直接从一个父类继承，但是它可以实现任意数量的接口。

在C#中，结构类似于一个轻量类，它是一种堆栈分配的类型，可以实现接口，但不支持继承。

C#的生成过程要比C和C++更简单，比Java更为灵活。

没有单独的头文件，也不要求按照特定顺序声明类型和方法。

C#源文件可以定义任意数量的类、结构、接口和事件。

1.3.5.NETFramework

.NET框架是一种采用系统虚拟机运行的编程平台，它以通用语言运行库（CommonLanguageRuntime）为基础，支持多种语言C#、VB、C++、Python等的开发。

同时，.NET也为应用程序接口API提供了新功能及开发工具。

这些革新使程序设计员可以同时进行Windows应用软件、网络应用软件及组件和服务（web服务）的开发。

.NET还提供了一个新的反射性且面向对象程序设计的编程接口。

.NET的设计足够通用化，从而使许多高级语言都得以被汇集。

.NETFramework中的所有语言都提供基类库（BCL）。

C#程序是在.NETFramework上运行的Windows一个不可或缺的组件，它包括一个称为公共语言运行时（CLR）的虚拟执行系统和一组统一的类库。

CLR是Microsoft对CommonLanguageInfrastructure（CLI）的商业实现。

CLI是一种国际标准，它是用于创建语言和库在其中无缝协同工作的开发环境和执行的基础。

第二章项目概述

2.1IAREmbeddedWorkbench

IAREmbeddedWorkbench（简称EW）是一套完整的集成开发工具集合：

包括高度优化的IARAVRC/C++编译器、AVRIAR汇编器、通用IARXLINKLinker、IARXAR库创建器和IARXLIBLibrarian、一个强大的编辑器、一个工程管理器、IARC-SPYTM调试器和一个具有世界先进水平的高级语言调试器。

它和各种仿真器、调试器紧密结合，使用户在开发和调试过程中，仅仅使用一种开发环境界面，就可以完成多种微控制的开发工作。

IARSystems的C/C++编译器可以生成高效可靠的可执行代码，并且应用程序规模越大，效果明显。

IAREmbeddedWorkbench被认为是一款稳定可靠的开发工具，它提供连续的工作流，使开发者可以专心于项目的开发，提高开发效率。

嵌入式IAREmbeddedWorkbench适用于大量8位、16位以及32位的微处理器和微控制器，使用户在开发新的项目时也能在所熟悉的开发环境中进行。

它为用户提供一个易学和具有最大量代码集成能力的开发环境，以及对大多数和特殊目标的支持。

嵌入式IAREmbeddedWorkbench有效提高用户的工作效率，通过IAR工具，用户可以大大节省工作时间。

我们成这个理念为：

“不同架构，同一个解决方案”。

2.2MicrosoftVisualStudio2008

VisualStudio是微软公司推出的开发环境，VisualStudio可以用来创建Windows平台下的Windows应用程序和网络应用程序，也可以用来创建网络服务、智能设备应用程序和Office插件。

MicrosoftVisualStudio2008于2007年11月发布，是第一款用于WindowsPresentationFoundation（WPF）的拥有可视化设计器的应用程序，它带有对齐线和事件选项卡，允许进行RAD风格的程序开发。

它还通过用于Outlook和Fluent菜单的设计器来支持开发人员在2007MicrosoftOfficeSystem中进行程序开发。

对于多专业团队，VisualStudioTeamSystem提高了可伸缩性，包括支持连续集成。

它还为Web开发人员提供了CSS格式化工具，使开发人员能够使用ASP.NETAJAX进行编码，并提供针对JavaScript的IntelliSense支持。

引入的语言集成查询（LINQ）功能允许在VisualBasic和C#中进行高级数据操作和处理。

为了提高应用程序性能，VisualStudio2008提供了代码分析工具，包括可在代码中识别低效或其他问题区域的代码度量。

集成的构建系统还具有对构建和调试的多线程支持功能。

2.3驱动程序

2.3.1CP210X驱动程序

USB编程电缆或USB接口产品是通过将电脑的USB接口模拟成传统的串行口（通常为COM3），从而使用现有的编程软件或通信软件，通过编程电缆与PLC等设备的传统接口进行通信。

功能：

（1）支持的操作系统Windows2000/XP/Vista/Win7

（2）完全兼容USB2.0规范

（3）USB总线供电、或USB总线供电与PLC的编程口同时供电

（4）波特率：

300bps～1Mbps自动适应

（5）每台PC只支持一个USB接口转换

2.3.2ChipconSRF04EB

ChipconSRF04EB为ZigBeeCC2430仿真器的驱动程序，电脑必先安装IAREmbeddedWorkbenchfor8051，因为仿真器的驱动程序在软件里面。

当仿真器与电脑相连接，电脑就会自动检测到硬件ChipconSRF04EB，选择驱动程序的路径后确认安装，就能通过仿真器将程序代码烧进压力传感器中。

第三章系统分析与概要设计

3.1可行性分析

3.1.1技术可行性

技术上的可行性分析主要是分析技术条件能否顺利完成开发工作，软、硬件能否满足开发者的需求等。

智能家居中压力传感器的数据实时采集与存储的设计，主要是在压力传感器上进行嵌入式的编译与移植、软件的编译环境设置和工程的建立，C#窗体设计串口助手程序。

其中应用的技术主要有：

嵌入式技术、CC