2246论文 - 图文(2)

DSM501进行粉尘浓度采集；无线数据传输使用GSM建立无线通信。远方还有一个CC2430单片机控制接收模块接收GSM信道传来的粉尘浓度信息，然后送给计算机进行数据分析。

研究内容：

（1）、掌握GSM特性和基本原理。

（2）、研究GSM 传输协议，了解其协议工作原理。

（3）、调节主控制模块和与GSM模块连接，实现控制和选择功能 （4）、调节功率采集模块与GSM模块连接，实现发送与接收功能。 （5）、应用GSM协议进行数据通信。

（6）、了解单片机CC2430各引脚的功能，及其工作原理。

（7）、了解粉尘传感器DSM501和温湿度传感器SHT11工作原理，及工作环境。 （8）、解决对控制信号检测的硬件设计，将控制信号加载到通信协议中进行发送。

第2章 系统整体设计

2.1系统的主要模块

系统主要有CC2430单片机、DSM501粉尘传感器、SHT11温湿度传感器、TC35i无线GSM通信模块构成，其系统机构如图1所示。

图1

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系统控制过程如下：粉尘传感器和温湿度传感器采集外界环境数值，通过A/D转换将此模拟信号转换成为数字信号传入单片机中，对单片机进行编程。本系统采用西门子公司提供的TC35短信模块进行短信的编辑和发送，通过GSM信道传送到接收站的GSM模块中，单片机读走模块中的数据通过MAX232串口将数据传给PC机，计算机系统对采集到的环境数据进行分析就可以得到环境中PM2.5的浓度和空气质量。

2.2 CC2430原理及引脚介绍

CC2430是一颗真正的系统芯片(SoC)CMOS解决方案。这种解决方案能够提高性能并满足以ZigBee为基础的2.4GHz ISM波段应用，及对低成本，低功耗的要求。它结合一个高性能2.4GHz DSSS(直接序列扩频)射频收发器核心和一颗工业级小巧高效的8051控制器。 CC2430的设计结合了8Kbyte的RAM及强大的外围模块，并且有3种不同的版本，他们是根据不同的闪存空间32，64和128kByte来优化复杂度与成本的组合。

2.2.1CC2430主要特点

CC2430 芯片延用了以往CC2420 芯片的架构，在单个芯片上整合了ZigBee 射频(RF)前端、内存和微控制器。它使用1 个8 位MCU（8051），具有128 KB 可编程闪存和8 KB的RAM，还包含模拟数字转换器 (ADC)、几个定时器（Timer）、AES128 协同处理器、看门狗定时器（Watchdog timer）、32 kHz 晶振的休眠模式定时器、上电复位电路(Power OnReset)、掉电检测电路(Brown out detection)，以及21 个可编程I/O 引脚。CC2430 芯片采用0.18 μm CMOS 工艺生产；在接收和发射模式下，电流损耗分别低于27 mA 或25 mA。CC2430 的休眠模式和转换到主动模式的超短时间的特性，特别适合那些要求电池寿命非常长的应用。

◆ 高性能和低功耗的8051 微控制器核。

◆ 集成符合IEEE802.15.4 标准的2.4 GHz 的 RF 无线电收发机。

◆ 在休眠模式时仅0.9 μA 的流耗，外部的中断或RTC 能唤醒系统;在待机模式时少于0.6 μA 的流耗，外部的中断能唤醒系统。 ◆ 硬件支持CSMA/CA 功能。 ◆ 较宽的电压范围（2.0～3.6 V）。

◆ 数字化的RSSI/LQI 支持和强大的DMA 功能。 ◆ 具有电池监测和温度感测功能。

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◆ 集成了14 位模数转换的ADC。 ◆ 集成 AES 安全协处理器。

◆ 带有 2 个强大的支持几组协议的USART，以及1 个符合IEEE 802.15.4 规范的MAC计时器，1 个常规的16 位计时器和2 个8 位计时器。 ◆ 强大和灵活的开发工具。

2.2.2端口线

CC2430 有21 个可编程的I/O 口引脚，P0、P1 口是完全的8 位口，P2 口只有5 个可使用的位。通过软件设定一组SFR 寄存器的位和字节，可使这些引脚作为通常的I/O 口或作为连接ADC、计时器或USART 部件的外围设备I/O 口使用。 I/O 口有下面的关键特性：

◆ 可设置为通常的I/O 口，也可设置为外围I/O 口使用 ◆ 在输入时有上拉和下拉能力。

◆ 全部 21 个数字I/O 口引脚都具有响应外部的中断能力。如果需要外部设备，可对I/O口引脚产生中断，同时外部的中断事件也能被用来唤醒休眠模式。

1～6 脚（P1_2～ P1_7）： 具有 4 mA 输出驱动能力。 8，9 脚（P1_0，P1_1）： 具有 20 mA 的驱动能力。 11～18 脚（P0_0 ～P0_7）： 具有 4 mA 输出驱动能力。

43，44，45，46，48 脚（P2_4，P2_3，P2_2，P2_1，P2_0）：具有4 mA 输出驱动能力。

2.3 DSM501粉尘传感器

DSM501粉尘传感器具有专利技术，PWM脉宽调制输出，采用粒子计数原理，可灵敏检测直径1微米以上的粒子，内置加热器可实现自动吸入空气，尺寸小重量轻易安装使用，主要应用在空气调节器，空气质量检测仪等设备。

下图是DSM501的电气参数

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输出波形PWM

输出脚Vout2:此脚位为普通输出脚位，灵敏度已预设，最小粒子检出能力为1um. 输出脚Vout1：此脚位为可调输出脚位，灵敏度可通过控制脚来调整，默认为

Vout2的2.5倍即最小粒子检出能力为2.5um.

控制脚：通过在此脚与GND之间加一个电阻可调整Vout1的最小粒子检出水平，调整电阻值可调整Vout1的灵敏度。 电阻值 输出脚Vout1灵敏度 NULL 100K 27K 应用说明

1、 加热器：模块内置一个加热器，热引起上升气流使外部空气流进模块内部。 2、 检测的粒子类型：此模块被设计成可以检测1μm以上粒子，如香烟、房屋灰尘、霉菌、 花粉、孢子。

3、 安装： ①必须垂直安装；

②远离人工气流如风扇，如当用于空气清新机时，风扇的前方和后方都不能安装，

默认灵敏度（2um以上） 半敏感（2um以上） 与Vout1同等敏感（1um以上） 9

可任选外壳一侧安装，但外壳上要保留通风口以保证外部气流可以流进来； ③注意安装时要避免粘性粒子如油类进入模块，当这种粒子粘在光学部件上将会 产生故障。

④当模块受潮湿将会影响它的正常功能，因此应避免受潮。

4、 透镜：透镜需要视环境状况隔一段时间进行清洁，约6个月一次。清洁时用棉签一头醮清

水轻擦，然后用另一头擦干。不可以用酒精等有机溶剂擦拭透镜。

2.4 SHT11温湿度传感器

SHT1x (包括SHT10, SHT11 和SHT15) 属于Sensirion温湿度传感器家族中的贴片封装系列。传感器将传感元件和信号处理电路集成在一块微型电路板上，输出完全标定的数字信号。传感器采用专利的CMOSens? 技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个 电容性聚合体测湿敏感元件、一个用能隙材料制成的测温元件，并在同一芯片上，与14 位的A/D 转换器以及串行接口电路实现无缝连接。因此，该产品具有品质卓越、响应迅速、抗干扰能力强、性价比高等优点。每个传感器芯片都在极为精确的湿度腔室中进行标定，校准系数以程序形式储存在OTP 内存中，用于内部的信号校准。两线制的串行接口与内部的电压调整，使外围系统集成变得快速而简单。微小的体积、极低的功耗，使SHT1x 成为各类应用的首选。

2.4.1 工作条件及电气特性

传感器在建议的工作条件下性能正常。超出建议的工作范围可能导致信号暂时性漂移（60 小时后漂移+3%RH）。当恢复到正常工作条件后，传感器会缓慢自恢复到校正状态。在非正常条件下的长时间使用，会加速产品的老化。

参数 供电电压 功耗 通讯 存储条件

休眠状态 测量状态 平均 条件 min 2.4 typ 3.3 2 3 150 max 5.5 5 单位 伏 微伏 豪伏 微伏 2线制数字接口 10-50℃（0-125℃ peak）,20-60%HR 10

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