王建勇+王小平+楊塤

摘 要：本文設(shè)計(jì)的環(huán)境監(jiān)測(cè)儀是基于HOLTEK MCU作為中央微處理器，實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度、濕度、光強(qiáng)監(jiān)測(cè)、有毒氣體等環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測(cè)，著重闡述了主控模塊的功能，串口模塊、顯示模塊、無(wú)線發(fā)射模塊的設(shè)計(jì)以及電源部分設(shè)計(jì)思想。該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了主控模塊的基本功能要求，能夠較好地完成各項(xiàng)參數(shù)的測(cè)試指標(biāo)。

關(guān)鍵詞：環(huán)境監(jiān)測(cè)儀；HOLTEK MCU；測(cè)試指標(biāo)

中圖分類號(hào)：TP919.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2014）02-0030-02

0 引 言

21世紀(jì)是科技信息的時(shí)代，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起與應(yīng)用對(duì)各行各業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了新的機(jī)遇。在社會(huì)的發(fā)展過(guò)程中，由于環(huán)境的污染和破壞，自然災(zāi)害不斷發(fā)生，為了保證人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，開(kāi)發(fā)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀的意義顯得越來(lái)越重要?；诖?，本文主要對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

1 監(jiān)測(cè)儀的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本環(huán)境監(jiān)測(cè)儀主要以實(shí)現(xiàn)溫度、濕度、光強(qiáng)、有毒氣體等環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測(cè)，同時(shí)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(jī)，通過(guò)無(wú)線傳輸平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

以傳感器為主要的檢測(cè)部件，按照設(shè)計(jì)的程序進(jìn)行檢測(cè)以達(dá)到控制、分析、計(jì)數(shù)和數(shù)據(jù)顯示等功能。借助微處理器和計(jì)算機(jī)之間的串行通信完成人機(jī)交換控制。

環(huán)境監(jiān)測(cè)儀主要由數(shù)據(jù)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(tǒng)主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)圖

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(gòu)成最小系統(tǒng)，最終完成一些環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測(cè)功能。

GSM模塊主要作為主控模塊的報(bào)警通道，同時(shí)也是用戶遠(yuǎn)程控制的通道，負(fù)責(zé)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(shù)據(jù)，主要用于測(cè)試系統(tǒng)和安裝系統(tǒng)以及演示時(shí)使用。

傳感器模塊負(fù)責(zé)環(huán)境數(shù)據(jù)采集并傳到控制器進(jìn)行處理。

2 主控模塊功能介紹

HT46RU232是8位高性能精簡(jiǎn)指令集微處理器，專門為需要A/D轉(zhuǎn)換產(chǎn)品而設(shè)計(jì)，如傳感器信號(hào)輸入、低功耗、I/O使用靈活、可編程分頻器、計(jì)數(shù)器、振蕩類型選擇、多通道A/D轉(zhuǎn)換、脈寬調(diào)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(yīng)用于傳感器的A/D轉(zhuǎn)換、馬達(dá)控制、工業(yè)控制、消費(fèi)類產(chǎn)品、子系統(tǒng)控制器等。HT46RU232的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 HT46RU232內(nèi)部結(jié)構(gòu)

HT46RU232的主要特性如下：

工作電壓：FSYS=4 MHz：2.2～5.5 V， FSYS=8 MHz：3～5.5V ；最多可有40個(gè)雙向輸入/輸出口；1個(gè)與輸入/輸出口共用引腳的外部中斷輸入 ；1個(gè)8位和2個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，具有溢出中斷；內(nèi)置晶體和RC 振蕩電路；看門狗定時(shí)器；4 096×16 b程序存儲(chǔ)器 ROM ；192×8 b數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(tǒng)頻率為8 MHz時(shí)，指令周期為0.5 ?s；8層硬件堆棧；8通道12位分辨率的A/D轉(zhuǎn)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(nèi)容字長(zhǎng)16 b；63條指令；指令執(zhí)行時(shí)間為1或2 個(gè)指令周期；低電壓復(fù)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(shè)計(jì)

3.1 串口通信模塊設(shè)計(jì)

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(guò)串口傳輸數(shù)據(jù)，速度比較快，距離也較遠(yuǎn)，能夠很好地滿足系統(tǒng)功能要求。電路連接架構(gòu)如圖3所示。

3.2 顯示模塊設(shè)計(jì)

本環(huán)境監(jiān)測(cè)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(qiáng)監(jiān)測(cè)、有毒氣體等環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測(cè)結(jié)果。電路連接架構(gòu)如圖4所示。

圖3 串口連接框圖 圖4 顯示屏連接圖

3.3 無(wú)線發(fā)射模塊設(shè)計(jì)

無(wú)線發(fā)射模塊采用FSK半雙工工作方式，自動(dòng)過(guò)濾噪聲具有自動(dòng)避讓功能，避免同頻率同時(shí)發(fā)送而干擾，類似載波偵聽(tīng)，工作穩(wěn)定可靠。模塊的傳輸距離與調(diào)制信號(hào)頻率及幅度、發(fā)射電壓及電池容量、發(fā)射天線、接收機(jī)的靈敏度、收發(fā)環(huán)境等有關(guān)。發(fā)射模塊設(shè)計(jì)在主板邊緣，距離周圍器件5 mm以上，使其分布參數(shù)不受影響。

3.4 電源模塊的設(shè)計(jì)

對(duì)主控板電源的分析與統(tǒng)計(jì)，核心控制模塊需要電壓5 V、3.3 V、1.8 V、1.5 V，標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行模式下系統(tǒng)功耗為6.61 W。電源部分的設(shè)計(jì)采用二級(jí)分壓模式。為避免不同功能模塊間的相互干擾，各個(gè)模塊的二級(jí)電壓采用單獨(dú)電源模塊生成。一級(jí)電源轉(zhuǎn)換采用DC-DC模塊實(shí)現(xiàn)，即Emerson公司提供的ALD10F48N-L電源模塊，該模塊的輸入電源電壓為-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(dá)33 W，典型轉(zhuǎn)換效率高達(dá)90%，完全能夠滿足主控板功率需求。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文介紹了基于HOLTEK MCU作為中央微處理器的環(huán)境監(jiān)測(cè)儀的硬件設(shè)計(jì)，著重闡述了主控模塊的功能與設(shè)計(jì)方案及電源部分設(shè)計(jì)思想。該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了主控模塊的基本功能要求，并詳細(xì)考慮各種硬件需求，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，便于升級(jí)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] HOLTEK HT46RU232 A/D+UART型八位單片機(jī)[R].盛群半導(dǎo)體有限公司.

[2] AD With LCD型單片機(jī)[R]. 盛群半導(dǎo)體有限公司.

[3] 李天山.基于單片機(jī)的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].濱州學(xué)院學(xué)報(bào)，2012（3）： 97-100.

[4] 李強(qiáng)，胡蘊(yùn)琪，王曉君. 基于AVR單片機(jī)的無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)儀設(shè)計(jì)[J]. 數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2012（8）：121-122.

[5] 戴安娜，陳碩. 基于生物傳感技術(shù)的新型環(huán)境污染物多指標(biāo)分析儀[J].科技創(chuàng)新與品牌，2012（5）： 79.

Design and implementation IOT-based environmental monitoring device

WANG Jian-yong， WANG Xiao-ping， YANG Xun

（Chongqing City Management College， Chongqing 401331， China）

Abstract： The environmental monitoring device is based on HOLTEK MCU as the central microprocessor to realize the monitoring the environmental parameters of temperature， humidity， light intensity， toxic gases. The function of the main control module， serial module， display module and the design of wireless transmitter module are elaborated along with the design ideas of power unit. The design realized the basic functions of the master module， can complete the test indicator for each parameter better.

Keywords： environmental monitors； HOLTEK MCU； test indicator

摘 要：本文設(shè)計(jì)的環(huán)境監(jiān)測(cè)儀是基于HOLTEK MCU作為中央微處理器，實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度、濕度、光強(qiáng)監(jiān)測(cè)、有毒氣體等環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測(cè)，著重闡述了主控模塊的功能，串口模塊、顯示模塊、無(wú)線發(fā)射模塊的設(shè)計(jì)以及電源部分設(shè)計(jì)思想。該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了主控模塊的基本功能要求，能夠較好地完成各項(xiàng)參數(shù)的測(cè)試指標(biāo)。

關(guān)鍵詞：環(huán)境監(jiān)測(cè)儀；HOLTEK MCU；測(cè)試指標(biāo)

中圖分類號(hào)：TP919.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2014）02-0030-02

0 引 言

21世紀(jì)是科技信息的時(shí)代，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起與應(yīng)用對(duì)各行各業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了新的機(jī)遇。在社會(huì)的發(fā)展過(guò)程中，由于環(huán)境的污染和破壞，自然災(zāi)害不斷發(fā)生，為了保證人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，開(kāi)發(fā)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀的意義顯得越來(lái)越重要?；诖耍疚闹饕獙?duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

1 監(jiān)測(cè)儀的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本環(huán)境監(jiān)測(cè)儀主要以實(shí)現(xiàn)溫度、濕度、光強(qiáng)、有毒氣體等環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測(cè)，同時(shí)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(jī)，通過(guò)無(wú)線傳輸平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

以傳感器為主要的檢測(cè)部件，按照設(shè)計(jì)的程序進(jìn)行檢測(cè)以達(dá)到控制、分析、計(jì)數(shù)和數(shù)據(jù)顯示等功能。借助微處理器和計(jì)算機(jī)之間的串行通信完成人機(jī)交換控制。

環(huán)境監(jiān)測(cè)儀主要由數(shù)據(jù)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(tǒng)主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)圖

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(gòu)成最小系統(tǒng)，最終完成一些環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測(cè)功能。

GSM模塊主要作為主控模塊的報(bào)警通道，同時(shí)也是用戶遠(yuǎn)程控制的通道，負(fù)責(zé)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(shù)據(jù)，主要用于測(cè)試系統(tǒng)和安裝系統(tǒng)以及演示時(shí)使用。

傳感器模塊負(fù)責(zé)環(huán)境數(shù)據(jù)采集并傳到控制器進(jìn)行處理。

2 主控模塊功能介紹

HT46RU232是8位高性能精簡(jiǎn)指令集微處理器，專門為需要A/D轉(zhuǎn)換產(chǎn)品而設(shè)計(jì)，如傳感器信號(hào)輸入、低功耗、I/O使用靈活、可編程分頻器、計(jì)數(shù)器、振蕩類型選擇、多通道A/D轉(zhuǎn)換、脈寬調(diào)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(yīng)用于傳感器的A/D轉(zhuǎn)換、馬達(dá)控制、工業(yè)控制、消費(fèi)類產(chǎn)品、子系統(tǒng)控制器等。HT46RU232的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 HT46RU232內(nèi)部結(jié)構(gòu)

HT46RU232的主要特性如下：

工作電壓：FSYS=4 MHz：2.2～5.5 V， FSYS=8 MHz：3～5.5V ；最多可有40個(gè)雙向輸入/輸出口；1個(gè)與輸入/輸出口共用引腳的外部中斷輸入 ；1個(gè)8位和2個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，具有溢出中斷；內(nèi)置晶體和RC 振蕩電路；看門狗定時(shí)器；4 096×16 b程序存儲(chǔ)器 ROM ；192×8 b數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(tǒng)頻率為8 MHz時(shí)，指令周期為0.5 ?s；8層硬件堆棧；8通道12位分辨率的A/D轉(zhuǎn)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(nèi)容字長(zhǎng)16 b；63條指令；指令執(zhí)行時(shí)間為1或2 個(gè)指令周期；低電壓復(fù)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(shè)計(jì)

3.1 串口通信模塊設(shè)計(jì)

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(guò)串口傳輸數(shù)據(jù)，速度比較快，距離也較遠(yuǎn)，能夠很好地滿足系統(tǒng)功能要求。電路連接架構(gòu)如圖3所示。

3.2 顯示模塊設(shè)計(jì)

本環(huán)境監(jiān)測(cè)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(qiáng)監(jiān)測(cè)、有毒氣體等環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測(cè)結(jié)果。電路連接架構(gòu)如圖4所示。

圖3 串口連接框圖 圖4 顯示屏連接圖

3.3 無(wú)線發(fā)射模塊設(shè)計(jì)

無(wú)線發(fā)射模塊采用FSK半雙工工作方式，自動(dòng)過(guò)濾噪聲具有自動(dòng)避讓功能，避免同頻率同時(shí)發(fā)送而干擾，類似載波偵聽(tīng)，工作穩(wěn)定可靠。模塊的傳輸距離與調(diào)制信號(hào)頻率及幅度、發(fā)射電壓及電池容量、發(fā)射天線、接收機(jī)的靈敏度、收發(fā)環(huán)境等有關(guān)。發(fā)射模塊設(shè)計(jì)在主板邊緣，距離周圍器件5 mm以上，使其分布參數(shù)不受影響。

3.4 電源模塊的設(shè)計(jì)

對(duì)主控板電源的分析與統(tǒng)計(jì)，核心控制模塊需要電壓5 V、3.3 V、1.8 V、1.5 V，標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行模式下系統(tǒng)功耗為6.61 W。電源部分的設(shè)計(jì)采用二級(jí)分壓模式。為避免不同功能模塊間的相互干擾，各個(gè)模塊的二級(jí)電壓采用單獨(dú)電源模塊生成。一級(jí)電源轉(zhuǎn)換采用DC-DC模塊實(shí)現(xiàn)，即Emerson公司提供的ALD10F48N-L電源模塊，該模塊的輸入電源電壓為-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(dá)33 W，典型轉(zhuǎn)換效率高達(dá)90%，完全能夠滿足主控板功率需求。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文介紹了基于HOLTEK MCU作為中央微處理器的環(huán)境監(jiān)測(cè)儀的硬件設(shè)計(jì)，著重闡述了主控模塊的功能與設(shè)計(jì)方案及電源部分設(shè)計(jì)思想。該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了主控模塊的基本功能要求，并詳細(xì)考慮各種硬件需求，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，便于升級(jí)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] HOLTEK HT46RU232 A/D+UART型八位單片機(jī)[R].盛群半導(dǎo)體有限公司.

[2] AD With LCD型單片機(jī)[R]. 盛群半導(dǎo)體有限公司.

[3] 李天山.基于單片機(jī)的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].濱州學(xué)院學(xué)報(bào)，2012（3）： 97-100.

[4] 李強(qiáng)，胡蘊(yùn)琪，王曉君. 基于AVR單片機(jī)的無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)儀設(shè)計(jì)[J]. 數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2012（8）：121-122.

[5] 戴安娜，陳碩. 基于生物傳感技術(shù)的新型環(huán)境污染物多指標(biāo)分析儀[J].科技創(chuàng)新與品牌，2012（5）： 79.

Design and implementation IOT-based environmental monitoring device

WANG Jian-yong， WANG Xiao-ping， YANG Xun

（Chongqing City Management College， Chongqing 401331， China）

Abstract： The environmental monitoring device is based on HOLTEK MCU as the central microprocessor to realize the monitoring the environmental parameters of temperature， humidity， light intensity， toxic gases. The function of the main control module， serial module， display module and the design of wireless transmitter module are elaborated along with the design ideas of power unit. The design realized the basic functions of the master module， can complete the test indicator for each parameter better.

Keywords： environmental monitors； HOLTEK MCU； test indicator

摘 要：本文設(shè)計(jì)的環(huán)境監(jiān)測(cè)儀是基于HOLTEK MCU作為中央微處理器，實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度、濕度、光強(qiáng)監(jiān)測(cè)、有毒氣體等環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測(cè)，著重闡述了主控模塊的功能，串口模塊、顯示模塊、無(wú)線發(fā)射模塊的設(shè)計(jì)以及電源部分設(shè)計(jì)思想。該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了主控模塊的基本功能要求，能夠較好地完成各項(xiàng)參數(shù)的測(cè)試指標(biāo)。

關(guān)鍵詞：環(huán)境監(jiān)測(cè)儀；HOLTEK MCU；測(cè)試指標(biāo)

中圖分類號(hào)：TP919.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2014）02-0030-02

0 引 言

21世紀(jì)是科技信息的時(shí)代，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起與應(yīng)用對(duì)各行各業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了新的機(jī)遇。在社會(huì)的發(fā)展過(guò)程中，由于環(huán)境的污染和破壞，自然災(zāi)害不斷發(fā)生，為了保證人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，開(kāi)發(fā)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀的意義顯得越來(lái)越重要。基于此，本文主要對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

1 監(jiān)測(cè)儀的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本環(huán)境監(jiān)測(cè)儀主要以實(shí)現(xiàn)溫度、濕度、光強(qiáng)、有毒氣體等環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測(cè)，同時(shí)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(jī)，通過(guò)無(wú)線傳輸平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

以傳感器為主要的檢測(cè)部件，按照設(shè)計(jì)的程序進(jìn)行檢測(cè)以達(dá)到控制、分析、計(jì)數(shù)和數(shù)據(jù)顯示等功能。借助微處理器和計(jì)算機(jī)之間的串行通信完成人機(jī)交換控制。

環(huán)境監(jiān)測(cè)儀主要由數(shù)據(jù)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(tǒng)主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)圖

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(gòu)成最小系統(tǒng)，最終完成一些環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測(cè)功能。

GSM模塊主要作為主控模塊的報(bào)警通道，同時(shí)也是用戶遠(yuǎn)程控制的通道，負(fù)責(zé)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(shù)據(jù)，主要用于測(cè)試系統(tǒng)和安裝系統(tǒng)以及演示時(shí)使用。

傳感器模塊負(fù)責(zé)環(huán)境數(shù)據(jù)采集并傳到控制器進(jìn)行處理。

2 主控模塊功能介紹

HT46RU232是8位高性能精簡(jiǎn)指令集微處理器，專門為需要A/D轉(zhuǎn)換產(chǎn)品而設(shè)計(jì)，如傳感器信號(hào)輸入、低功耗、I/O使用靈活、可編程分頻器、計(jì)數(shù)器、振蕩類型選擇、多通道A/D轉(zhuǎn)換、脈寬調(diào)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(yīng)用于傳感器的A/D轉(zhuǎn)換、馬達(dá)控制、工業(yè)控制、消費(fèi)類產(chǎn)品、子系統(tǒng)控制器等。HT46RU232的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 HT46RU232內(nèi)部結(jié)構(gòu)

HT46RU232的主要特性如下：

工作電壓：FSYS=4 MHz：2.2～5.5 V， FSYS=8 MHz：3～5.5V ；最多可有40個(gè)雙向輸入/輸出口；1個(gè)與輸入/輸出口共用引腳的外部中斷輸入 ；1個(gè)8位和2個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，具有溢出中斷；內(nèi)置晶體和RC 振蕩電路；看門狗定時(shí)器；4 096×16 b程序存儲(chǔ)器 ROM ；192×8 b數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(tǒng)頻率為8 MHz時(shí)，指令周期為0.5 ?s；8層硬件堆棧；8通道12位分辨率的A/D轉(zhuǎn)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(nèi)容字長(zhǎng)16 b；63條指令；指令執(zhí)行時(shí)間為1或2 個(gè)指令周期；低電壓復(fù)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(shè)計(jì)

3.1 串口通信模塊設(shè)計(jì)

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(guò)串口傳輸數(shù)據(jù)，速度比較快，距離也較遠(yuǎn)，能夠很好地滿足系統(tǒng)功能要求。電路連接架構(gòu)如圖3所示。

3.2 顯示模塊設(shè)計(jì)

本環(huán)境監(jiān)測(cè)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(qiáng)監(jiān)測(cè)、有毒氣體等環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測(cè)結(jié)果。電路連接架構(gòu)如圖4所示。

圖3 串口連接框圖 圖4 顯示屏連接圖

3.3 無(wú)線發(fā)射模塊設(shè)計(jì)

無(wú)線發(fā)射模塊采用FSK半雙工工作方式，自動(dòng)過(guò)濾噪聲具有自動(dòng)避讓功能，避免同頻率同時(shí)發(fā)送而干擾，類似載波偵聽(tīng)，工作穩(wěn)定可靠。模塊的傳輸距離與調(diào)制信號(hào)頻率及幅度、發(fā)射電壓及電池容量、發(fā)射天線、接收機(jī)的靈敏度、收發(fā)環(huán)境等有關(guān)。發(fā)射模塊設(shè)計(jì)在主板邊緣，距離周圍器件5 mm以上，使其分布參數(shù)不受影響。

3.4 電源模塊的設(shè)計(jì)

對(duì)主控板電源的分析與統(tǒng)計(jì)，核心控制模塊需要電壓5 V、3.3 V、1.8 V、1.5 V，標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行模式下系統(tǒng)功耗為6.61 W。電源部分的設(shè)計(jì)采用二級(jí)分壓模式。為避免不同功能模塊間的相互干擾，各個(gè)模塊的二級(jí)電壓采用單獨(dú)電源模塊生成。一級(jí)電源轉(zhuǎn)換采用DC-DC模塊實(shí)現(xiàn)，即Emerson公司提供的ALD10F48N-L電源模塊，該模塊的輸入電源電壓為-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(dá)33 W，典型轉(zhuǎn)換效率高達(dá)90%，完全能夠滿足主控板功率需求。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文介紹了基于HOLTEK MCU作為中央微處理器的環(huán)境監(jiān)測(cè)儀的硬件設(shè)計(jì)，著重闡述了主控模塊的功能與設(shè)計(jì)方案及電源部分設(shè)計(jì)思想。該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了主控模塊的基本功能要求，并詳細(xì)考慮各種硬件需求，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，便于升級(jí)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] HOLTEK HT46RU232 A/D+UART型八位單片機(jī)[R].盛群半導(dǎo)體有限公司.

[2] AD With LCD型單片機(jī)[R]. 盛群半導(dǎo)體有限公司.

[3] 李天山.基于單片機(jī)的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].濱州學(xué)院學(xué)報(bào)，2012（3）： 97-100.

[4] 李強(qiáng)，胡蘊(yùn)琪，王曉君. 基于AVR單片機(jī)的無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)儀設(shè)計(jì)[J]. 數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2012（8）：121-122.

[5] 戴安娜，陳碩. 基于生物傳感技術(shù)的新型環(huán)境污染物多指標(biāo)分析儀[J].科技創(chuàng)新與品牌，2012（5）： 79.

Design and implementation IOT-based environmental monitoring device

WANG Jian-yong， WANG Xiao-ping， YANG Xun

（Chongqing City Management College， Chongqing 401331， China）

Abstract： The environmental monitoring device is based on HOLTEK MCU as the central microprocessor to realize the monitoring the environmental parameters of temperature， humidity， light intensity， toxic gases. The function of the main control module， serial module， display module and the design of wireless transmitter module are elaborated along with the design ideas of power unit. The design realized the basic functions of the master module， can complete the test indicator for each parameter better.

Keywords： environmental monitors； HOLTEK MCU； test indicator