引言

21世紀是科技信息的時代，物聯網技術的興起與應用對 各行各業(yè)的發(fā)展帶來了新的機遇。在社會的發(fā)展過程中，由 于環(huán)境的污染和破壞，自然災害不斷發(fā)生，為了保證人們的生 命財產安全,開發(fā)環(huán)境監(jiān)測儀的意義顯得越來越重要?；诖? 本文主要對環(huán)境監(jiān)測儀進行設計與實現。

1監(jiān)測儀的系統結構

本環(huán)境監(jiān)測儀主要以實現溫度、濕度、光強、有毒氣體 等環(huán)境參數的監(jiān)測，同時為了給用戶提供更大的方便，還采用 了 GSM直接面向用戶手機，通過無線傳輸平臺，實現遠程監(jiān)控。

以傳感器為主要的檢測部件，按照設計的程序進行檢測 以達到控制、分析、計數和數據顯示等功能。借助微處理器 和計算機之間的串行通信完成人機交換控制。

環(huán)境監(jiān)測儀主要由數據采集模塊、主控模塊、GSM模塊、 顯示模塊、電源部分、串口通信部分、晶體振蕩器部分等組成, 其系統主要結構如圖1所示。

圖1中,主控模塊采用HOLTEK MCU作為中央微處理器, 整合外圍模塊，構成最小系統，最終完成一些環(huán)境參數的監(jiān) 測功能。

GSM模塊主要作為主控模塊的報警通道，同時也是用戶遠程控制的通道，負責信息的接收與傳送。

液晶顯示模塊用于顯示模塊工作狀態(tài)及數據，主要用于 測試系統和安裝系統以及演示時使用。

傳感器模塊負責環(huán)境數據采集并傳到控制器進行處理。

2主控模塊功能介紹

HT46RU232是8位高性能精簡指令集微處理器，專門為 需要A/D轉換產品而設計，如傳感器信號輸入、低功耗、1/ O使用靈活、可編程分頻器、計數器、振蕩類型選擇、多通 道A/D轉換、脈寬調制功能、I2C接口、UART總線、暫停 和喚醒功能，使這款微處理器可以廣泛應用于傳感器的A/D 轉換、馬達控制、工業(yè)控制、消費類產品、子系統控制器等。 HT46RU232的內部結構如圖2所示。

圖2 HT46RU232內部結構

HT46RU232的主要特性如下：

工 作電壓：Fsys=4 MHz : 2.2 ?5.5 V, FSYS=8 MHz : 3?5.5 V ；最多可有40個雙向輸入/輸出口 ； 1個與輸入/輸 出口共用引腳的外部中斷輸入；1個8位和2個16位可編程定 時/計數器，具有溢出中斷；內置晶體和RC振蕩電路；看門 狗定時器;4 096X16 b程序存儲器ROM ； 192X8 b數據存儲 器RAM ；具有PFD功能，可用于發(fā)聲；HALT和喚醒功能 可降低功耗；在VDD=5 V,系統頻率為8 MHz時，指令周期 為0.5卜；8層硬件堆棧；8通道12位分辨率的A/D轉換器； 4通道8位的PWM輸出，與輸入/輸出口共用引腳；位操作 指令查表指令，表格內容字長16 b ； 63條指令；指令執(zhí)行時 間為1或2個指令周期;低電壓復位功能I2C總線(slave模式)； 通用異步接收 / 發(fā)送器(UART) ；28-pin SKDIP/SOP、48-pin SSOP封裝。

3硬件設計

3.1串口通信模塊設計

串口通信模塊電路采用了異步串行通信芯片MAX232, 與HT46RU232的串行接口連接，通過串口傳輸數據，速度比 較快，距離也較遠，能夠很好地滿足系統功能要求。電路連 接架構如圖3所示。

3.2顯示模塊設計

本環(huán)境監(jiān)測儀的顯示模塊選擇的是液晶顯示，在顯示屏 上可以顯示溫度、濕度、光強監(jiān)測、有毒氣體等環(huán)境參數的 監(jiān)測結果。電路連接架構如圖4所示。

3.3無線發(fā)射模塊設計

無線發(fā)射模塊采用FSK半雙工工作方式，自動過濾噪聲 具有自動避讓功能，避免同頻率同時發(fā)送而干擾，類似載波 偵聽，工作穩(wěn)定可靠。模塊的傳輸距離與調制信號頻率及幅 度、發(fā)射電壓及電池容量、發(fā)射天線、接收機的靈敏度、收發(fā) 環(huán)境等有關。發(fā)射模塊設計在主板邊緣，距離周圍器件5 mm 以上，使其分布參數不受影響。

3.4電源模塊的設計

對主控板電源的分析與統計,核心控制模塊需要電壓5 V、3.3 V、1.8 V、1.5 V，標準運行模式下系統功耗為6.61 W。電 源部分的設計采用二級分壓模式。為避免不同功能模塊間的 相互干擾，各個模塊的二級電壓采用單獨電源模塊生成。一 級電源轉換采用DC-DC模塊實現，即Emerson公司提供的 ALD10F48N-L電源模塊，該模塊的輸入電源電壓為一48 V， 輸出電源電壓為3.3 V，輸出電流為10 A，輸出功率高達33 W， 典型轉換效率高達90%，完全能夠滿足主控板功率需求。

4結語

本文介紹了基于HOLTEK MCU作為中央微處理器的環(huán) 境監(jiān)測儀的硬件設計，著重闡述了主控模塊的功能與設計方 案及電源部分設計思想。該設計實現了主控模塊的基本功能 要求，并詳細考慮各種硬件需求，使系統更加穩(wěn)定，便于升級。

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