集成电路储存环境精选(九篇)

第1篇：集成电路储存环境范文

关键词：PLC 稀硝酸尾气 检测系统

中图分类号：P578文献标识码： A

PLC概述

PLC可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

PLC基本构成为：

一、电源

可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。

二、中央处理单元(CPU)

中央处理单元 (CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。

三、存储器

存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。存放系统软件的存储器称为系统程序存储器;存放应用软件的存储器称为用户程序存储器；存放工作数据的存储器称为数据存储器

四、输入输出接口电路

1．现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道。

2．现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。

3.I/O单元有良好的电隔离和滤波作用。接到PLC输入接口的输入器件是各种开关、按钮、传感器等。PLC的各输出控制器件往往是电磁阀、接触器、继电器。

五、编程模块

编程器是PLC的最重要设备。利用编程器将用户程序送入PLC的存储器，还可以用编程器检查程序，修改程序，监视PLC的工作状态。

PLC在稀硝酸尾气检测系统中的应用

稀硝酸尾气检测系统主要由在线环境监测仪器和计算机数据采集处理软件两部分组成，实现对锅炉烟气里的氮化物、烟尘等污染物进行连续监测，并实现环境污染物数据报表处理和数据传输，彻底改变了过去环境监测由人工现场数据采集、手工汇总报表的落后方法，达到环境监测、控制污染排放，最终保护环境的目的。可实时显示整套烟气监测系统的各项污染物参数的数值和整套系统的运行状况，直观看出烟气的排放污染物浓度，并且根据有关标准和方法，对数据进行筛选和统计，按照环保报表的格式自动生成日报表、月报表及年报表。

主控站采用的PC机，通过PPI电缆与数据采集装置连接，数据采集装置即采用的PLC，PLC采集过来的环境监测数据进入主控站PC机，通过主控站上的监控软件进行数据处理，生成能够实时监测的自动化监测仪表或前段传感器所测量的粉尘浓度(mg/m3)、烟气流速(m/s)、氮化物浓度（mg/m3）、烟气温度（℃）

等数据，并将长期保存。这些数据计算成小时均值自动存入数据库，自动进行数据统计，生成报表。通过主控站软件可以进行历史、实时曲线查询、历史/实时数据查询，并能统计/打印报表。主控机具有与上级管理系统通讯的通讯接口和打印机接口。

系统组成：如图1-1

测量原理：NRIR不分光红外法，即以非分散性IR辐射的吸收为基础，测量相关波段红外线的衰减幅度即可测量相应气体的浓度。

烟气经过采样探头(SP)和电加热采样管现有取样泵抽取至分析仪表柜，探头过滤器完成对样气过滤，保护过滤器起监视作用。然后通过压缩机冷凝器来对样气进行快速冷凝，达到分析器的进样要求，当制冷器冷凝温度不在设定范围内，将输出报警节点，这是PLC会控制取样泵关断，以避免湿样气体进入分析仪，从而对分析仪单元部件造成污染。

PLC控制自动运行时，完成相应的流路切换，泵运行吹扫的功能，只有当系统正常运行时，DAS（数据采集）系统接受的测量数据为有效数据，若出现故障，PLC将跟踪连锁，并将相应的状态输入DAS系统。

图1-1

PLC的特点

可靠性高，抗干扰能力强

PLC的输人、输出接口电路一般采用光电离合器来传递信号，这种光电隔离措施，使外部电路与内部电路之间避免了电的联系，可有效地抑制外部干扰源对PLC的影响，同时防止外部高电压窜人，减少故障和误动作。在PLC的电源电路和输入、输出电路中设置了多种滤波电路，用以对高频干扰信号进行有效抑制。对PLC的内部电源还采取了屏蔽、稳压、保护等措施，以减少外界干扰，保证供电质量。

易操作性

对PLC的操作包括程序输入和程序更改的操作。程序的输入直接可接显示，更改程序的操作也可以直接根据所需要的地址编号或接点号进行搜索或程序的操作修改。

维修工作量少，维修方便

PLC的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程器提供的住处迅速的查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故障。

通过实践证明，PLC在稀硝酸尾气检测系统中的应用，具有良好的稳定性，并具备良好的防尘、防震动、抗干扰等性能。

参考文献：《可编程控制器原理及应用》 中国电力出版社

作者简介：沈虹，河北省沧州大化股份公司，电仪专业工程师

第2篇：集成电路储存环境范文

关键词：机载；数字音响处理；系统功能；电路设计

中图分类号：TN912.2 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 04-0005-03

一、简介

随着科学技术的飞速发展，信息技术对经济和社会发展产生了巨大而深刻的影响，通信或信息交换已经成为信息化社会最主要的特征。在通常在机载语言系统中，采用头盔式耳机话筒组进行语音通信，其声信息频率范围宽（150 Hz～6 800 Hz）。

数字信号处理理论与电子技术的发展，大大地提高了声学语音信号处理理论的实用化进程。如何针对飞机舱内环境，将声学语音信号处理技术应用到机载话音通信系统中，设计满足机载应用需求的数字话音综合处理系统，是当前机载语音通信的一个重要课题。如今，超大规模集成电路技术和计算机技术的飞速发展，为数字话音综合处理系统应用于机载环境下提供了可能。

机载数字音响处理平台的设计目标：提供一个数字音频信号处理硬件平台，完成机载环境中的音频通道控制、语音处理、音频告警产生、语音编解码等功能。数字音响处理平台是机载系统的一个重要组成部分，它的主要功能是向飞行员提供机内和机外通话的硬件平台，使得飞行员能在机载的环境下清晰地进行话音交流。传统的音响处理平台是将这些需要处理的模拟信号通过模拟开关、运放、继电器等器件的对语音信号进行滤波、放大、通路选择与加权等处理。这种处理手段的缺点在于电路复杂繁多，每条线路只传输一个信号，功能较为单一难以改变，并且容易产生噪声。

随着系统的进一步发展，对机载音响处理平台系统的可靠性，抗噪能力，语音通路的选择控制以及加权的灵活性等提出了更高的要求。同时，随着高速数字实时信号处理技术的不断进步，数字信号处理较以往的模拟信号处理所具有的灵活、精确、抗干扰强、速度快等突出优点已为大家认识，因此在机载音响处理平台中引入数字处理平台的新技术已经成为必然。

二、国内外现状和发展趋势

为了加快信息通信产业的发展步伐，世界各国都非常重视关键技术研究，各国音频技术的发展趋势是数字化、集成化和网络化。

（一）目前国外该领域正在发展的主要技术有

1.寻求压缩码率更高、算法更先进的音频数字信号压缩编码、解码技术，传输效率更高、传输质量更优的数字信号调制解调技术；

2.加快已成熟的数字音频技术产品的商品化，实现模拟音频技术向数字音频技术的过渡；

3.研制存储容量更大的蓝光技术，积极推进新一代高密度、多波长的音频数字激光技术产品；

4.积极推进已成熟的音频技术在其他领域的应用，目前已实现商品化的数字音、视频产品有数字照相机、彩屏手机、数字录像机、数字摄像机、家庭影院系统、互联网系统、MP3播放机等；

5.积极开发存储容量更大的存储媒体，例如高集成度的CMOS半导体存储器、固体存储器、蓝光技术的高密度光盘等；

6.积极开发集成度更高的超大规模集成电路，在同一芯片上集成更多的功能电路，实现系统集成；这样可以简化电路，降低成本，提高数字音频产品的稳定性和可靠性；

7.积极研究、发展新型电声器件和数字音频技术，包括微传声器、基于传声器阵列的语言增强和说话定位技术、多声道回声低效技术等。

（二）我国音频的发展现状主要表现在以下几个方面

1.我国音频行业基本掌握了产品的设计技术和生产制造技术，能自行设计、制造出具有先进水平的音频产品，成为名副其实的生产大国、制造大国，出口大国，产品价廉物美，在中、低档产品上具有国际竞争能力；

2.音频产品的飞速发展，使我国音频产品的普及率达到中等发达国家水平；

3.彻底结束了音频产品依赖进口的局面；国内市场上国产品牌占有绝对优势，并逐渐向高档产品和高技术领域拓展市场；

4.高起点的音频技术引进，特别是关键技术、器件、整件生产技术的引进，提高了电子信息产业的技术水平和质量水平；

5.音频技术领域的飞速发展，带动了相关产业的发展。

（三）与国外先进国家相比，我国在音频技术领域仍有不少差距，主要表现在以下几个方面

1.健全的科技创新体制尚未成熟，在音频领域的专利技术很少，关键技术均掌握在国外大公司手中；

2.音频产品的关键器件仍要依靠进口，特别是专用超大规模集成电路我国仍不能自主开发、生产，音频产品中的专用集成电路95%以上需要进口，因此我国音频产品行业很难实现跨越式发展，很难在总体技术超越发达国家。

我国虽然是世界音频产品的生产大国、制造基地，但不是音频产品的技术强国，为了保证我国音频行业的健康、稳定、快速发展，必须健全科技创新体制，切实加强基础研究和高技术研究，提高自主开发新产品的能力，提高产品的技术含量，提倡严谨的学风和科学务实的态度，通过技术预测，力争在一些关键技术领域取得突破，掌握核心技术，并拥有一批技术含量高的自主知识产权。

三、系统实现方案

根据机载数字音响处理需求，为了有效完成设计要求，机载数字音响处理系统一般包括以下功能：输入信号匹配功能、数模转换处理功能、数字信号处理功能和模拟信号输出匹配与切换功能。

（一）输入信号匹配功能实现

该类信号额定幅度为0.25V～10V，输入阻抗为150Ω或600Ω。该类信号进行幅度匹配后再进行A/D采样，A/D采样的器件是3.3V供电，单端输入采样，因此需要将该类信号幅度匹配在0V～3.3V之间，差分信号转换为单端信号。幅度匹配和转换由集成器件及其周围电阻网路完成，电阻网路实现滤波隔直和幅度匹配功能，集成器件实现将差分信号转换为单端信号，选用的集成器件具有如下特点：

1.实现单端与双端转换；

2.低失真率：0.0005% （频率为1kHz）；

3.固定增益：0dB（1V/V）；

（二）数模转换处理功能实现

数模转换处理功能实现的核心在于选用一款合适的A/D转换器件，将匹配后的模拟信号数字化以及将数字信号模拟化。模拟信号的A/D转换由TLV320AIC23B完成，TLV320AIC23B是一款高性能的音频编/解码器，具有如下特点：

1.内部集成一路A/D转化和一路D/A转换；

2.A/D转换的信噪比可以达到90dB，D/A转换的信噪比可以达到100 dB；

3.串行数据传输；

4.支持16/20/24/32位数据长度；

5.支持8kHz～96kHz采样率。

A/D转换为周期性过程，其周期过程由芯片产生中断进行控制，实现DSP对模拟电路的控制。

（三）数字信号处理功能实现

DSP芯片、SDRAM存储器、FLASH存储器以及部分FPGA资源实现的控制逻辑实现最小DSP运行系统，它是话音信号的匹配、放大、分路、选通、混合、调节音量、加权以及话音增强降噪算法等软件功能的硬件基础。

模块设计选用的DSP芯片ADSP 21161是AD公司SHARC系列浮点处理器的最新产品，具有如下特点：

ADSP21161是一款高性能的32位浮点DSP处理器，它具有高主频（100MHz、600MFLOPs）和SIMD（单指令多数据流）的内部结构，具有两套独立的运算核，两套独立的地址产生器，每套运算核有独立的乘法器、累加器、移位寄存器以及寄存器组；

ADSP21161内部集成两个8位LINK口，两片DSP之间LINK口通讯可以达到200Mbytes/s传输输率。两片DSP LINK口直接连接，可以实现DSP之间的点对点通信，完成多处理器的松耦合架构。松耦合架构可以灵活的实现双DSP协作处理同一链路数据或者双DSP处理各自独立的链路数据；

ADSP21161提供14条DMA通道，数据传输由DMA控制器控制，并自动完成不同字宽数据格式间数据的打包和展开。DMA数据传输过程中无需运算控制单元干预，从而提高程序执行效率，保证模块内数据处理的实时性；

ADSP21161内部集成1MBit的片内双端口SRAM，SRAM存储器支持三条总线PM总线、DM总线、I/O总线访问，在同一周期内，处理器核对SRAM的访问与I/O处理器对SRAM的访问是独立透明的。在模块内双处理器松耦合系统中，DSP芯片通过外部LINK口可以直接访问另一片DSP芯片内部SRAM；

片内集成SDRAM控制器，支持100MHz、64M外部SDRAM；

外部接口工作频率在处理器核工作频率、1/2处理器核工作频率可选；

提供标准IEEE1149.1 JTAG仿真口。

ADSP21161的浮点处理能力，IO能力在目前市面上的产品中都处于前列，表1中列出了ADSP21161与TI公司的浮点DSP TMS320C6711，TMS320C6712的性能参数。（如表1）。

通过表1中的比较可以看出，ADSP21161的浮点处理能力，外部I/O速度不弱于TI公司的两款同类型的浮点DSP。在模块的设计中选用ADSP主要考虑到以下几点：

1.ADSP21161是目前市面上比较出色的DSP，其数据处理能力以及外部I/O速度能够满足多功能音响告警模块设计需求；

2.多功能音响告警模块设计和J10G多功能音响告警模块选用同型号DSP，技术相互支持，硬件设计标准化。

FLASH存储器选用AMD公司AM29LV033C FLASH存储器，存储容量为32Mbit。FLASH存储器用来固化DSP模块执行程序以及需要掉电保持的数据信息。模块上电后，存储在FLASH中的程序代码通过引导程序控制搬移至芯片内部RAM中执行，程序运行以后FLASH存储器可以作为数据存储器被访问。

SDRAM存储器选用MICRO公司的MT48LC2M32存储器，具有64Mbit的存储容量，外部数据总线为32位。MT48LC2M32最高支持200MHz同步访问速度，在模块处理大量突发数据时，能够节约模块访问存储器的时间开销，充分发挥DSP芯片的高速处理能力。

（四）模拟信号输出匹配与切换功能

该类信号输出功率大，功率放大由OPA547及其周围电阻网路完成，OPA547具有如下特点：

1.支持单端供电/双端供电，支持单端供电电压（+8V～+60V）；

2.大电流输出（最大500mA），满足模块设计各负载的功率输出要求；

3.OPA547过热或者过载时能够内部进行保护；

4.OPA547是一个大功率输出功率放大器，在合理的供电电压下，能够满足模块设计要求的耳机功率输出要求；

在输出前采用继电器芯片进行切换，该类信号电流大，可靠性要求高，开关的缺省状态为断开输出，在收到模块开启命令后再接通输。

四、小结

机载数字音响处理平台是为了满足机载系统机通要求而研究的数字音响处理平台，应用于机通系统的处理平台处理板功能包括：

1.满足多路语音信号的输入/输出控制及处理；

2.满足多路语音信号的高复杂度、并行信号处理；

3.在硬件设计时尽量采用数控电阻和数控运放，为动态修改处理参数提供便利。

在满足功能要求的前提下尽量简化电路设计，提高电路可靠性根据不同芯片的特性，有效划分功能模块，保证最高效率，最底成本、最可靠的完成电路功能；EDA设计中充分考虑到高速数字电路与模拟电路混合布线的实际情况，确保数字信号的信号完整性和模拟信号的高可靠性。

机载数字音响处理平台的实现为进一步的设计提供基础，比如在一些背景噪音大的环境中使用时，为了更好的达到滤波抗噪的效果，需要加入一些算法处理。数字音响处理平台是引入语音识别、语音合成等功能的基础，也为将来实现立体声告警等功能提供了硬件平台。

第3篇：集成电路储存环境范文

在现代工农业生产、军事装备存储、气象监测以及环保等诸多领域，经常需要测量环境的温湿度，而且测量值的准确度和实时性都非常重要，因此温湿度传感器的应用越来越广泛［1］。传统的温湿度监控系统采用模拟信号，不仅电路结构复杂，测量准确度差，而且数据处理实时性较低。随着传感器技术的发展，集成度高、可靠性高的温湿度传感器问世［2］，使得智能温湿度监控系统层出不穷。本文设计了一种以数字温湿度传感器SHT15为核心的智能温湿度数据采集系统，通过测试，系统具有良好的准确度和实时性，在温湿度测量领域有一定的应用价值。

1系统方案

STCLE5A32S2单片机因其具有低功耗、转换高速、传输可靠等特点，已广泛应用于嵌入式测控的诸多领域［3］。本系统采用STC公司开发的功耗低、体积小的STCLE5A32S2单片机作为控制核心，以智传感器SHT15作为测量元件，构成温湿度数据采集系统；同时可把采集到的数据通过RS－232传到上位机进行监测和进一步处理，并且通过外扩EEPROM对采集的数据进行存储，数据采集系统设计方案如图1所示。

2硬件设计

2．1传感器检测电路

SHT15芯片是一款基于COMS技术的、集多个传感器于一体的单片全校准智能传感器，具有极高的可靠性、长期稳定性和抗干扰能力。整个芯片不仅包含与14位A／D转换器相连的温湿度传感器，而且还有一个2线串行接口电路，能输出经过校准的相对湿度和温度的串行数据［4］。所以，采用SHT15芯片作为测量元件，系统不再需要外接多路转换开关、A／D转换器及信号调理等电路，而且通过I2C总线串口与外界连接减少了接口电路开发时间、降低了硬件成本。内部结构和电路连接如图2所示。

2．2模块电路

单片机模块包括时钟电路、存储电路、串口电路和显示电路等，如图3所示。其中，单片机STCLE5A32S2的P0口是一个漏极开路型准双向I／O口，P1、P2、P3口是带内部上拉电阻的8位双向I／O口。在EEPROM编程和程序验证时，P1、P2分别接收低8位地址和高8位地址。

2．3串口电路设计

串口电路是为程序烧写和与上位机串口通信而设计的，如图4所示。本文中采用由德州仪器公司（TI）推出的一款兼容RS232标准的芯片。由于电脑串口RS232电平是－10v～＋10v，而一般的单片机应用系统的信号电压是TTL电平0～＋5v，max232就是用来进行电平转换的，该器件包含2驱动器、2接收器和一个电压发生器电路提供TIA／EIA－232－F电平。图中的TXD、RXD分别是单片机的串口的发送端与接收端，与232的T1IN、R1OUT相连。

3主程序流程设计

系统采用层次化、模块化结构设计，由主程序和具有特定功能模块的子程序组成，主要包括温湿度采集及转换处理子程序、显示子程序、数据存储子程序、串口发送子程序等［5］。系统软件流程如图5所示。

4系统调试与实验结果

整个温湿采集系统工作在3．3V电压下，系统可以定时进入休眠状态以实现低功耗，实物连接如图6。单片机将数据采集端采集到数据处理之后，一方面将数据送往OLED进行液晶显示，另一方面将数据通过I2C总线送往EEPROM进行存储并且经过RS232串口送往上位机进行数据监测，图7（a）所示为OLED显示值，图7（b）为上位机接收值。经过反复严格的高低温试验测试，系统低温测试值能做到－40℃，高温做到80℃，整个系统在高低温环境下工作正常。调试结果如7（a）所示，液晶显示当前应用场景下的温度值为17．7℃，湿度为19．4％RH，串口接收区中接受到的数据为16进制数，经过转换后B1（16）＝177（10）经数据处理后为17．7；C2（16）＝194（10），经过处理后为19．4。经调试该智能温湿度采集系统可以准确实时的检测当前环境的温湿度，而且可以准确无误的实现采集数据的上传保存。

5结束语

第4篇：集成电路储存环境范文

我们只需举一个示例，如食品仓库等大型建筑会有数十个监视温度和湿度的无线恒温器，这些恒温器将温湿度信息报告给中央系统，中央系统调节空气流动和制冷，以保持环境条件一致并尽可能地避免食物腐败。这些传感器可以被放置在不太寻常的位置上一货架下方、垃圾箱底部、甚至是食物上以便用户更加准确地了解环境条件变化。如这个示例中所展示的，WSN将在这些领域里找到广泛的应用机会，如工业控制和加热、通风和空调（HVAC）系统，而此类系统的实现一直依赖于传感器。随着感测节点种类的增加，WSN也将实现全新的应用，诸如监视健康状况的体域网，有助于农作物耕作的农业网络，以及有助于减少污染、地震报警或防止森里火灾扩散的环境网络。

智能电网：一个针对分布式智能的领先应用

分布式感测最重要的应用之一就是在电力行业中的应用。这一行业正在不断地寻找在整个电网内部测量和显示电力流动的全新方法，以实现高效、可靠的服务。可以预见的是，通过改进基础设施养护和对能耗模式进行更深入的理解，电力行业会朝着智能电力网络的方向不断发展（经常被称为“智能电网”），这不但可以提升电力传输质量，而且有助于将成本保持在可控范围内。

事实上每一个发电和输电阶段都能从此类远程传感器中受益，其中包括从电力公司到高功率传输和变电站，从街道输电线路和变压器到住所内的接入点、工厂和办公楼（见图1）。这些场所内的传感器能够检测用户使用习惯并报告给中央系统，从而使智能电网对自身进行微调来满足这些需求，同时又能避免可能导致电力中断和减少设备使用寿命的过载情况的发生。电网智能对于太阳能阵列、风力发电场和地热发电厂等分布式电源的集成也是必不可少的。

曾经为非智能设备提供通信功能的技术进步催生了“智能住宅”和“智能工厂”，以及无所不包的“物联网”。不论还是主要应用领域，这些形式的分布式智能将带来全新类型的应用，为人们带来更大的便利，并提高生产力。

无线节点将只负责智能电网内的某些分布式智能，这是因为很多传感器使用有线数据网络或电力线充当物理网络介质。在某一个重要层面，电力公司在将无线技术应用到测量值通信方面已经处于领先地位。近几年，电力部门已经开始采用可实现无线读取的数字仪表替代传统的仪表。无论如何，无线电力仪表电表节省了抄表工每月查看仪表的成本：现在抄表工可以不用停留，在很短的时间内就能获得仪表读数，并且通常情况下无需进入场所内部。高精密的仪表经常在更加广阔的范围内进行通信，因为它们收集和发送的数据能够帮助公共事业部门预计需求模式并更加有效地提供服务。

TI在开发无线仪表的集成电路技术方面发挥了关键作用，而TI客户是这些设备的重要供应商。作为低功率模拟和混合信号行业的领导者，TI在设计、制造IC产品方面有很长的历史，而这些IC产品可被用在如便携式产品，工业和汽车控制系统等功率敏感应用中。今天，曾经用于开发无线电力仪表的同一项技术被运用在最新一代元件中。这些元件功耗更低，这也使得它们非常适合为无线网络生成感测节点。WSN使用这些解决方案，的把智能化引入住宅、办公室、工厂、农场、娱乐场所和自然环境中 我们希望搜集数据来帮助我们了解和控制环境条件的任何地方。

设计远程无线传感器的人员必须在大量的系统需求中实现恰当的权衡，其中包括尺寸、成本和元件的供电，设计支持工具和软件库。还要注意的是，远程传感器节点一个不可不考虑的因素就是超低功耗（ULP）元件的供货情况。在没有ULP微控制器，存储器、传感器、收发器和其他系统功能的情况下，远程无线传感器是无法实现低成本的。从光源、振动或发热中搜集和储存环境能量的技术对于这些器件以及它们所组成的WSN的成功也是十分关键的（见图2）。

任何测量系统的核心都是执行计算并控制系统的微控制器单元（MCU）。无线传感器节点需要ULP微控制器长期处于睡眠状态（通常是99%以上的时间内），以节省电能。其激活周期包括快速唤醒、高效执行测量、通信和控制功能，然后返回到睡眠状态。由于传感器可能被大量应用，MCU必须包含足够的外设功能以实现灵活性，同时在外设不使用时将其关闭，已达到节电的目的。同理，MCU软件必须尽可能地减少运算量，并利用器件内所固有的所有省电功能。

与微控制器类似，无线传感器节点的所有系统组件要求在执行任务时只消耗极少量的电能存储器必须有足够多的空间来保存程序和数据，并且速度足够快，以便在MCU被唤醒时支持较短的活动周期。同时存储器必须支持高功效读取和写入，并在睡眠周期内在保持存储数据的同时实现最小功率耗散。数据转换器必须快到能够支持系统输入和输出，但是耗电量一定不能大干执行这个任务所必须的电量。ULP发射器必须快速激活和关闭，在唤醒周期内发送和接收大量的突发数据，可在足够广的范围内进行发射操作以满足网络需要，并且还要能够灵活支持不同的传输格式。根据网络的不同需求，节点也许需要接收数据，这样就需要在节约电能方面有一些稍微不同的考虑。

电源子系统的设计在无线传感器节点中十分重要。在能源方面，不论是太阳能板，热能或压电换能器，或者其他器件，必须得到电路的支持。这些电路的设计目标是，无论周围环境条件如何变化，始终最大限度地采集能量。并无论是存储在可充电电池还是超级电容器，或者同时存储在两者内部的能量都需要进行仔细管理以优化电源，这样就能在需要时随时为设备供电。感测热量、电流、化学物质或其他环境条件的元件必须具有足够的灵敏度，才能获得精确的读数，同时避免，耗电量过大。如果选择的这些组件恰好均衡了功能性与低功耗，传感器节点应该能够在数年间自主运行。

基于为多种应用设计IC产品积累的专业知识，TI能够提供满足无线传感器节点电源需求的解决方案。很多此类解决方案是无线电力仪表的延伸产品，说明这项技术已经在实际应用领域被广泛应用。TI的ULP产品将两者结合在一起，提供具有深度支持的完整系统，从而使设计人员能够为多种WSN应用创建无线传感器节点。

金刚狼（Wolverine） MSP430 MCU

TI无线感测解决方案的核心是“Wolverine”MSP430微控制器。由于借助了专门设计用于ULP的架构，相对于之前的器件，Wolverine MCU的总体功耗减少了50%。此类MCU基于130nm超低泄露工艺技术，减少了激活和静态功率，同时针对器件的整个设计库被重新设计，以充分利用这些节点特性。设计库中的高功效元件包括模拟组件以及数字组件，这样MCU集成了如12位高精度模数转换器（ADC）的外设，此类外设可以在流耗只有75μA时，每秒钟采样200000次在运行流耗仅有100nA时，具有日历和闹铃功能的实时时钟（RTC）。

Wolverine的电源管理技术包括对7种工作模式的支持，高级电源选通，以及高度响应自适应稳压器。按照应用的特定要求，MCU被分为多个电源域，以实现器件内每个部件的动态管理。MSP430架构长期具有的这个特性比以前更加精细，扩展到更大功能块内的单个模块。为了使系统每次从待机切换到激活模式时最大限度地减少功率损耗，此器件使用其电源选通控制器将请求时钟的模块保持在激活状态，同时将空闲模块放置在保持模式。此外，通过自动适应负载的变化，例如在高频模块加电时，智能电源管理免除了对外部缓冲电容器的需要。所有这些节点特性无须开发人员干预，以无缝方式自动实现电源管理。

快速、低功耗FRAM

Wolverine MSP430架构在铁电随机存储器（FRAM）集成方面也有重要意义。FRAM在结构方面与DRAM类似，不同的是数据以晶态而非电荷状态存储。因此，FRAM具有与DRAM相似的读取/写入方式和周期时间，并且相对小巧。然而，与DRAM不同的是，FRAM是非易失性的，并且能够在系统断电时，继续保存数据。相对于经常用于程序的非易失性闪存存储器，FRAM速度更快，能耗更低，并且写入的次数更多。因此，具有集成FRAM的MCU代表了ULP系统（如无线传感器节点）在节电方面重要技术的进步。

闪存存储器的一个问题是写入需要相对较高的电压电平（10～15V），必须使用电荷泵并且每次操作需要消耗大量电能。此外，闪存存储器必须在每次写入前被擦除，这增加了写入操作复杂度，容易中断系统运行。通常情况下，在系统其余部分等待时会浪费时间和电能。最后，闪存存储器具有大约10000次的写入操作限制，这对于那些每隔一秒钟到几秒钟就要对数据更新数次，并且需要长年累月不断进行此类操作的系统来说是不够的。虽然闪存经常用于程序存储，但这些因素使其不能用于数据存储，因此就必须使用易失性SRAM。系统断电时，必须将数据从SRAM写入闪存来实现非易失性存储，而在加电时，从闪存读取相应数据到SRAM。

FRAM是一款真正的随机存储器，其中的每个比特可被单独地读取或写入，并且写入过程简单，一步即可完成，无须单独的擦除操作。FRAM写入只需1.5V电压，这样就不需要电荷泵，并且也不会在擦除现有数据时中断系统造成延迟。因此，FRAM写入访问比闪存快100倍，而FRAM的激活写入所需能量比闪存少250倍（见表1）。此外，对FRAM的写入实际上是无限的――大约1015个写入周期――这样，在使用存储器进行数据储存时不会有任何困难。程序和数据存储器可被统一为单个块，并且可以根据应用的需要进行分区。数据在断电期间保存在存储器中，从而免除了设计人员对于外部电荷泵的需要，同时也不再需要大型电容器为其供电。对于诸如无线传感器节点的能量采集系统，FRAM所具有的节电特性是其实现成功设计的关键。

纳米级功率能量采集

成功的无线传感器节点设计必须从环境能源中采集能量，同时电源子系统必须优化太阳能、热电、电磁和振动源中产生的微瓦至毫瓦级功率，然后将提取的能量存储器在锂离子电池和超级电容器等元件中。TI的bq25504升压充电器专门设计用于这一级别的电源管理，它特有低静态电流和高转换效率。最大功率点跟踪（MPPT）优化了提取自DC采集器的能量，如变化光照条件下的太阳能板，以及不同热条件下的热电发电机（TEG）。所产生的结果将是革命性的：在小型太阳能供电系统中，相对于线性稳压器，此类器件能够将可用采集能量增加30%，达到70%。这样高的效率使设计人员可以从太阳能板和其他换能器中采集更多能量，从而以更低成本实现更加小型化的感测节点。

ULP无线连通性

今天的无线电力仪表得益于TI在低功耗RF电路方面的专业知识，而同样的技术也应用在无线传感器节点中。例如TI的CC2500和CC2520器件，是低成本2.4GHz收发器，用于极低功耗无线应用。此电路专为2400～2483.5MHzISM（工业、科学和医疗）以及SRD（短程器件）频带而设计。RF收发器与高度可配置基带调制解调器，此调制解调器支持不同标准的调制格式。

ULP感测

就像WSN可在大范围的环境中运行一样，针对系统输入的感测元件也各有不同。对于特定应用，最新技术能够大大减少感测元件的尺寸和功耗。例如，TI的TMP006红外MEMS温度传感器将功耗和尺寸减少了90%以上，从而使厂商能够在受限区域内，诸如设备外壳内，准确测量温度。

第5篇：集成电路储存环境范文

【关键词】TMS320F2812PGFA芯片；大容量存储；数据处理

【Abstract】This paper introduces a kind of integration front end collection controller parameters for high temperature and high pressure at high speed， pressure， vibration and other environmentaltemperature measurement based on DSP， gives the hardware and software design scheme， mainly introduces the hardware design， hardware design is mainly focus on two aspects of high speed data acquisition and high capacity storage of data. The collector has the advantages of fast speed， strong processing ability， reliability and electromagnetic compatibility advantages.

【Key words】TMS320F2812PGFA； Large storage capacity； Data processing

0 引言

在某些高温高压高速实验场合中，温度、压力、振动等环境参数是是检验被测物体及运动装置的可靠性和可维修性的重要依据，为被测物体的改进提供必要的依据。而这些参数的测量通过热电偶传感器、压力传感器、振动传感器将物理量信息转换成电信号，送给一体化前端采集控制器。一体化前端采集控制器将所接收到的电信号转换为数字量后，将数据保存起来，并可以通过以太网口、RS422及USB口等通讯接口将数据上传至计算机中。计算机可以处理和分析数据，并可以将处理结果用报表、图表的方式打印出来。由于这些实验的无法重复性、复杂性这就对一体化前端采集控制器的设计提出了更高的要求，不仅具备多通道高速采集和大容量存储的功能还应具有很高的可靠性、精确性和电磁兼容性。

1 一体化前端采集控制器工作原理

一体化前端采集控制器的工作原理图如图1所示。一体化前端采集控制器将采集通道、主控部分、数据总线等集成在一起，采用嵌入式计算机技术设计，实现一体化程控，并具有RS422、USB2.0和以太网接口。

2 硬件设计方案

2.1 主控制部分

每台采集器都有一个主控制板，其作用是通过相应的端口与上位机进行数据交换，并通过控制总线对采集板进行控制与数据交换。组成框图如图2所示。

2.1.1 中央处理器

考虑到系统的高速数据采集、大容量数据存储，通道独立性等特点，数据采集和存储的控制由一个高速32位DSP（数字处理单片机）芯片实现。DSP单片机与普通单片机相比，在运行速度和数据处理能力上都有后者无法比拟的优越性，完全可以满足系统高速采集的要求。在DSP芯片的选择上，采用TI公司的TMS320F2812PGFA 32位定点处理DSP芯片，该芯片不但运行速度高（可达150MHz的主频），处理功能强大，并且具有丰富的片内设备，便于接口和模块化设计，其信价比极高。而且它特有的性能是外部存贮空间接口可达1MB、可编程等待状态、三个独立的片选端还有几十个GPIO端口可供选择。此特点用于管理其它采集板通讯双口RAM（IDT7027）提供了很大的方便。芯片内部具有8K×16的片内Flash存储器，可以大大降低系统的体积，而且其功耗也比较低（核心电压1.8V，I/O口电压3.3V）。

2.1.2 主控板CPLD

为方便通道的可扩展性，设计了一套完整的并行数据总线和协议。每块采集板上都有自己的一个控制CPU来进行采集和存储控制，并通过并行数据总线和协议由一块主控制板来与上位机进行数据交换。为增强仪器的可靠性和总线的驱动能力，所以在每块板上都增加了一套总线驱动器，考虑到板子体积大小，将总线驱动器做到了一个CPLD中，其特点就是集成度高，体积小，逻辑更改方便可以通过编程来实现。

2.2 采集通道部分

为了增加板子可靠性和独立性，我们设计中都将每块板子设计成为了相对独立的采集器。由自己控制CPU、采样AD、信号调理前端、存贮磁盘及通讯总线。其组成框图如图3所示。

2.2.1 中央处理器

根据仪器需要及与主控部分的编程操作方便，CPU控制器也是选用TI公司的TMS320F2812PGFA 32位定点处理DSP芯片，它还具有3个32位的CPU定时器，运用这三个定时器，可实现AD的定时采集，以达到采样频率：10Hz-160KHz/通道，连续可调。

2.2.2 A/D转换器

A/D转换器是将输入模拟电压信号转换为数字信号的关键部位。设计中采用了AD公司的高速16位A/D转换器AD7663AST芯片。该AD转换器具有高速度、高精度、低功耗、单一电源供电（+5V）等特点，使用其±5V量程档。可以完全满足本测量系统对于测量速度和测量精度16位的要求。

2.2.3 数据存储

数据存储也是数据采集通道中的一个关键部分，它必须满足存储容量和能够掉电保持数据的双重功能。设计中采用静态数据存储器缓存加大容量电子盘（ADC）作为存储介质实现大容量数据存储。电子盘与普通Flash存储器相比，具有速度快、容量大的优点；与普通硬盘相比，存储容量相当，电子盘的工作环境温度更宽、抗冲击振动能力强、体积小、安装形式多，更适合本测量系统。根据程序支持的存贮容量，用户通过上位机软件去选择存储盘的容量，最高可支持512M字节的存储。

2.2.4 双口RAM

增加双口RAM目的是为了实现系统在采集过程中的实时监控功能。当CPU在采样过程中先将AD的采样数据放在静态RAM中，然后再将数据存入电子盘。当采样率比较高的时候CPU的工作频率也就相对比较高。这时靠CPU再与上位机进行数据交换已经来不及了。在不影响采集存储的情况下只有靠主控板自己的CPU把数据从采集RAM取走传给上位机。普通单口RAM只有一个读写操作口无法实现上述功能，而双口RAM有左右两个读写操作口，这样就可以实现了边存储边显示的功能了。而且为增加总线数据传输的速度和方便性，将双口RAM的存储区划分几个不同的区域，每块采集板的所有要与主控板进行交换的数据及命令都靠取RAM中不同区域数据来实现。根据需要选用IDT公司的IDT70V28L芯片，其存储容量为64k X 16位，电源为3.3V。该芯片典型功耗为440mW，待机功耗仅660μW。

2.2.5 信号调理前端

信号调理前端作用就是把传感器的信号归一化为理想的电压信号，再由AD进行采样转换。现在大多数传感器信号输出型式有三种：电荷型、单端电压型、差分电压型。为实现仪器能对多种信号进行采集，所以在采集板上做了三种信号调理电路，通过模拟电子开关及编程的方式来实现信号的切换。

2.3 电源管理模块

为满足野外无外接电源长时间工作需求，选大容量聚合物锂电池，选定制的电池保护电路保证稳定的电流输出。大容量聚合物锂电池可根据需要扩充电量，外置的电池盒可方便拆卸和搬运，在电池盒中设置的温控电路也可保障电池在低温环境下的工作。

3 软件设计

前端采集器需要完成数据采集、数据传输、数据存储3 个基本功能，这三部分在系统软件的监控和任务调度下协同运行。软件设计的主要流程图如图4所示。

进入数据采集系统后，程序首先对系统初始化，内部计时器开始计时，启动ADC采集数据，主程序进入一个死循环；当ADC转换完毕，进入中断子程序，采集并存储数据，然后将采集的数据存储到硬盘里，以便进行数据处理与分析。

4 可靠性和电磁兼容性设计

4.1 可靠性设计

一体化前端采集控制器设计时，在满足整机主要性能指标的前提下，按照可靠性的要求进行简化设计、降额设计、热设计、三防设计、安全设计等，从简化电路构成、增加元件参数额定使用上限、加强散热效果、采取三防处理、采取绝缘处理等方面考虑，确保了一体化前端采集控制器的可靠性。

4.2 电磁兼容性设计

一体化前端采集控制器在设计中采取一系列电磁兼容及抗干扰措施：电源模块的输入、输出都具有滤波电路；同时在每块印制板的电源入口处放置大电容，在每个组件旁和每个信号的输入接口处放置小电容，从而加强了仪器抗电磁兼容干扰的能力；印刷板采取了去耦措施，电源端、输入输出端加滤波；印刷线路板布线有规则前向布线，尽量缩短布线长度；信号线与回线尽量靠近，平行走线。按电路类型对元件、逻辑组件进行分组，相对集中，相互独立的功能块周围用地线环绕；采用多层印制板，增加电源层及接地层接触面，增强抗干扰能力；对仪器所用元器件严格按照选用标准进行筛选和选用，保证其抗干扰能力；由于整机采用金属壳，具有屏蔽作用，因此会大幅度减少内部噪声辐射到机壳外部。

5 结语

本文设计的一体化前端采集控制器具备多通道、大容量、高速采集与存储的功能。由于采用了高性能的DSP芯片TMS320F2812PGFA和采用嵌入式计算机技术，加入了可靠性设计和电磁兼容性设计，适合一些高温高压高速实验场合测量的要求。

【参考文献】

[1]王念旭.DSP基础与应用系统设计[M].北京航空航天大学出版社，2001.

第6篇：集成电路储存环境范文

（杭州职业技术学院机电系，浙江 杭州 310018）

【摘　要】基于无线传感器网络的大气环境监测系统由传感器网络节点、嵌入式网关和监测中心三部分组成。其中，传感器网络节点以ATmega16单片机为控制核心构成，配置了符合环境监测标准的各种传感器，可对10种大气环境变量和气象参数连续自动监测，并采用ZigBee无线通信模块将环境数据传送到嵌入式网关。该网关以S3C2440A处理器和嵌入式Linux操作系统为平台，还配置了触摸式人机界面，不仅能采集大气环境数据，还可接入Internet，实现大气环境变量和气象参数值远传。监测中心接收嵌入式网关上传的环境监测数据，存入基于Access 2007的大气环境信息关系型数据库，并提供查询等数据管理功能。

关键词 环境监测；无线传感器网络；ZigBee；无线通信；嵌入式系统

0　引言

环境监测是为保护环境和保障人群健康，运用化学、生物学、物理学和公共卫生学等方法间断或连续地测定环境中污染物的浓度，观察、分析其变化和对环境影响的过程[1]。随着社会进步与经济快速发展，环境保护问题越来越受到人们的关注。世界各国都致力于控制和减少环境污染，研究环境可持续发展的绿色方案，我国也提出了发展低碳经济的战略目标，并对环境自动监控提出了更高的要求。

大气环境监测系统所获得的环境数据应能够准确、及时、全面地反映特定区域环境的质量现状及其变化趋势，要求覆盖面广，监测点布设灵活，从而为环境管理、污染源控制和环境规划等提供科学依据。基于无线传感器网络的大气环境监测系统可以实现特定区域环境信息的实时采集、无线传输和集中处理，是实现大气环境网络化监测的一种先进解决方案。

1　系统总体方案

基于无线传感器网络的大气环境监测网络结构如图1所示。嵌入式网关和若干传感器网络节点组成星形拓扑结构的无线传感器网络。由随机部署在感兴趣区域内的传感器网络节点实时采集大气环境信息和气象参数，经过预处理之后，以ZigBee无线通信方式发送到嵌入式网关；嵌入式网关也具有环境数据采集能力，还配置了LCD触摸屏人机界面，其主要功能是将各监测点的环境数据汇总之后，通过Internet传送给大气环境监测中心（PC），即实现无线传感器网络的Internet接入。环境监测中心对特定区域的大量环境数据和气象参数进行检查分析之后，存储到Access数据库中，以便统计处理和数据查询。

2　环境监测变量及传感器

大气环境质量监测（air quality monitoring）是指对一个地区大气中的主要污染物进行布点观测，并由此评价大气环境质量的过程[2]。国务院环境保护领导小组的《环境空气质量标准》规定了环境空气质量功能区划分、标准分级、污染物项目、取值时间及浓度限值。选择《环境空气质量标准》中规定的二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、一氧化碳（CO）、臭氧（O3）等可用传感器测量的几种大气污染物作为系统监测对象。由于大气污染与气象条件密切相关，因而在大气污染监测中应包括风向、风速、温度、相对湿度、气压等气象参数的测定[3]。此外，CO2是反映碳排放的重要指标，所以将其列为监测项目之一，故基于无线传感器网络的大气环境监测系统的监测变量共有10种。遵循低成本、高可靠性、适当精度、使用方便等原则，为大气环境监测系统配置了以下8种传感器模块：

（1）SO2传感器：选择模拟输出型二氧化硫传感器模块SMC-CDX，它采用双光束非分光红外线（NDIR）检测技术，具有抗其它气体干扰、稳定性好、自带温度补偿等特点，输出符合Modbus协议的模拟信号4～20mA，经过信号变送器产生0～5VDC的模拟信号。

（2）NO2传感器：选用深圳市富安达智能科技有限公司研发的NO2/S-500-S传感器（量程：0～500ppm，分辨率：0.5ppm，工作温度范围：-20°C-45°C，工作湿度范围：15-90%），无需偏执电压，具有良好的重复再现性和长期稳定性，经信号放大电路及信号变送器输出0～5VDC的模拟信号。

（3）CO传感器：选用英国Alphasense公司的一氧化碳传感器CO-BF（量程：0-1000ppm，分辨率：0.5ppm，工作温度：-30～50℃，工作湿度：15～90％RH），经信号放大及变送后产生0～5VDC模拟信号。

（4）O3传感器：选用MQ131臭氧气体检测模块（工作电压：5VDC），它具有模拟量输出及TTL电平输出的双路信号输出，TTL低电平输出有效，可直接与单片机I/O口相连。

（5）风速风向传感器：配置的M288865包括了风速传感器和风向传感器。风速传感器（量程：0～40m/s，精度：±0.3m/s）可以产生TTL电平频率信号，风向传感器（量程：0～360o，精度：0.1%）在精密导电塑料电位器的活动端产生变化的电阻信号输出，可经过变换电路产生0～5VDC模拟输出信号。

（6）温湿度传感器：选用含有校准数字信号输出的数字温湿度传感器SHT11（温度量程：-40～123.8℃，湿度量程：0～100%RH，温度测量精度：±0.3℃，湿度测量精度：1.8%），它采用准IIC方式传输数据。

（7）气压传感器：选择德国BOSCH气压传感器系列的BMP085（量程：300～1100mbar，精度：0.03mbar，工作温度范围：-40℃～85℃），用8-Pin陶瓷无引线芯片承载（LCC）超薄封装，可以通过IIC总线直接与各种微处理器相连。

（8）CO2传感器：选择采用固体电解质电池原理的MG811型CO2气体传感器。该传感器受温湿度变化的影响较小，具有良好的稳定性、再现性，经信号放大及调理后产生0～5VDC的模拟输出信号。

3　大气环境监测网络设计

3.1　传感器网络节点设计

传感器网络节点是一个由传感单元、处理单元、无线收发单元和电源单元4个功能模块组成的微型嵌入式系统[4]，其硬件组成如图2所示。它的控制能力、数据存储能力、分析计算能力和通信能力相对嵌入式网关较弱。传感单元分为模拟和数据两部分，SO2传感器(SMC-CDX)、NO2传感器(NO2/S-500-S)、CO传感器(CO-BF)、CO2传感器(MG811)和风向传感器(M288865/DIR)的输出信号经过放大和调理之后，输出0～5V模拟信号，可接入MCU的ADC通道；O3传感器(MQ131)、风速传感器(M288865/SPEED)输出TTL电平脉冲信号，可接入MCU的计数通道。温湿度传感器(SHT11)采用准IIC方式向MCU发送数据，DATA和SCK信号可直接与MCU的I/O引脚连接；气压传感器(BMP085) 使用标准IIC总线向MCU发送数据。处理单元主要协调、控制整个传感器节点的操作，存储和处理采集数据，并与其它节点合作完成被指派的感知、监测任务，是传感器网络节点的核心，从节约成本、提高可靠性等方面考虑，选用ATmega16单片机。无线收发单元将传感器网络节点接入传感器网络，采用TI公司的系统芯片（SoC）CC2530F256，运行ZigBee2007/PRO 协议，通过USART与MCU传输数据，满足以Zigbee为基础的2.4GHz的ISM频段应用。电源单元则为传感器节点提供维持正常运行所必须的能量。

3.2　嵌入式网关设计

嵌入式网关以ARM微处理器为核心，包括传感单元、基本电路、存储单元、ZigBee通信、Internet通信和触屏显示6部分，其硬件组成如图3所示。选择SamSung公司的基于ARM920T架构的16/32位RISC处理器S3C2440A作为控制核心，协调其它所有工作单元有序运行，实现大气环境信息和气象参数的数据采集、数据预处理、数据存储、数据转发等全部功能。嵌入式网关的传感单元组成及功能与传感器节点的传感单元相同。基本电路包括电源电路、时钟电路和复位电路，为S3C2440A正常运行以及嵌入式网关中所有电路正常工作提供基本保障。存储单元扩展了SDRAM和flash两种存储器，分别为程序代码和各种数据提供存储空间。ZigBee通信模块负责与WSN内的各传感器节点通信，搜集监测区域的环境信息。触屏显示单元采用Toppoly 3.5寸LCD模块，移植了Qt界面，便于用户在现场进行传感器网络运行参数配置，查询任意时刻采集的环境数据等。Internet通信模块将汇总的环境数据传输至监测中心，并与ZigBee模块联合实现ZigBee和TCP/IP两种网络协议的转换。

4　大气环境监测系统软件

4.1　传感器网络节点软件

传感器网络节点实行被动式数据采集行为，即仅当接收到嵌入式网关下发的数据采集命令时才执行采集数据的任务，其它时间则进入休眠模式以降低电能消耗。

传感器节点应用软件的设计过程相对简单，其程序流程如图4所示。上电复位后首先初始化硬件，向嵌入式网关报告自己的ID信息，加入WSN之后就进入空闲模式。在此模式下，CPU停止运行，而SPI、USART、ADC、定时器/ 计数器、看门狗和中断系统继续工作。诸如定时器溢出与USART传输完成等内外部中断都可以唤醒MCU[5]。因此，当接收到嵌入式网关的数据采集命令后，USART接收中断会将MCU唤醒，即刻采集大气污染物数据，再通过ZigBee通信模块将其传输至嵌入式网关。

4.2　嵌入式网关软件

基于S3C2440A微处理运行Linux操作系统的嵌入式系统，其软件部分包括启动引导程序、操作系统内核、根文件系统、设备驱动程序和应用程序，前3部分是系统运行的基础部分，目前已有相对较为成熟的版本出现，只需要针对具体硬件平台进行修改、裁减即可完成移植工作，不必重新开发。

4.2.1　驱动程序

驱动程序是应用程序和实际设备之间的一个软件层[6]。分为字符设备驱动程序、块设备驱动程序和网络驱动程序。大气环境监测系统中的传感器都是简单的硬件设备，因此，全部被抽象为字符设备。字符设备驱动程序完成的主要工作是初始化硬件设备、添加和删除设备结构体，申请和释放设备号以及填充file_operations结构体。file_operations结构体用来建立设备编号与驱动程序操作的连接，实现该结构体中的read()、write()、ioctl()等函数是驱动程序设计的主题工作。

传感器设备驱动程序所实现的只是最重要的设备方法，比如SHT11和CO2的file_operations结构被初始化为如下形式：

struct file_operations shtxx_fops = {

.owner = THIS_MODULE,

.open = sht11_open,

.ioctl = sht11_ioctl,

.release = sht11_release,

};

static struct file_operations adc_fops = {

owner: THIS_MODULE,

open: adc_co2_open,

read: adc_co2_read,

ioctl: adc_co2_ioctl,

release: adc_co2_release,

};

4.2.2　应用程序

嵌入式网关应用程序主要包括两个线程和一个中断服务程序，其执行流程如图5所示。上电后，首先进入main函数（主线程）初始化并设置系统参数，调用signal函数设置SIGALRM信号的信号处理程序用以完成嵌入式网关与监测中心的TCP/IP通信任务，然后设置定时器，再调用pthread_create函数创建Data_Collection线程负责数据采集任务，之后运行基于事件驱动的Qt程序，在这段代码中将程序控制权交给用户，用户通过操作界面可以设置嵌入式网关系统参数或查看实时采集的环境数据。

4.3　大气环境监测中心软件

使用Access2007创建大气环境信息数据库，利用visual c++提供的ADO（ActiveX Data Object）访问数据库，实现环境数据分析处理、越限报警和数据显示查询等功能。当键入主键值（ID）时，程序访问access数据库进行查询，并显示出该ID对应的各字段数据值；还可以时间为横轴，参数值为纵轴显示某一时间段的变化曲线。如图6所示。5　结论

系统综合测试表明，环境监测网络中的传感器网络节点可按照设计要求采集数据，并能正确接收、执行嵌入式网关下发的各种命令；嵌入式网关可实现WSN自组网功能，并支持传感器节点动态加入或离开网络，且人机界面简单易用；大气环境监测中心可显示环境信息历史数据和变化曲线，支持各种查询。传感器网络节点、嵌入式网关和监测中心的数据通信良好，可协同完成特定区域的大气环境监测网络化任务。

参考文献

［1］陈玲,赵建夫.环境监测[M].北京:化学工业出版社,2008:10-11.

［2］孙春宝.环境监测原理与技术[M].北京:机械工业出版社,2007:7.

［3］国家环保部. HJ/T 193-2005,环境空气质量自动监测技术规范[S].北京:中国环境科学出版社,2006-1-1.

［4］I. F. Akyildiz, W. Su, Y. Sankarasubramaniam, E. Cayirci. A Survey on Sensor Networks[J]. IEEE Communications Magazine. 2002:102-114.

［5］Atmel Corporation. ATmega16 Datasheet[EB/OL]./atmel.com/avr

第7篇：集成电路储存环境范文

关键词：视频监控；发展；应用

中图分类号：X924.3 文献标识码：A文章编号：

引言

随着国内外经济和社会的高速发展,视续监控技术得于普及应用。站在构建大治安格局,推动城市信息化建设,保障和促进“科学发展示范市”建设的战略高度,用发展的眼光认识视频监控系统的意义,是推进系统建设和应用不断走向深入的前提和基础。视频监控是安全防范系统的重要组成部分,它是一种防范能力较强的综合系统。视频监控以其直观、准确、及时和信息内容丰富而广泛应用于许多场合。安防视频监控趋势必然是:数字化、高清化、网络化、智能化。

1、概述

随着人类文明的进步和电子科技的快速发展，视频监控作为人类视野的延伸，被广泛应用于各行各业，成为安全防范与可视化管理的重要手段。视频监控应用环境的复杂及应用规模的扩大，使监控的传输成为业界关注的重要话题，并促进了监控传输方式由单一化向多元化迅速发展，各种传输方式以自己独特的适应性或便易性活跃在监控的舞台上。视频干扰问题是困惑监控工程商由来已久的难题，也成为监控进一步拓展的障碍，宽频共缆监控作为视频监控最新传输利器已经成为解除监控传输干扰的一枝奇葩。

2、视频监控高清化

视频监控输出图像给人最直接的感官感觉肯定是清晰度和流畅度。影响视频图像高清的瓶颈：首先在采集环节，高灵敏度的光传感器是第一关；其次在处理环节，图像处理电路的处理能力是第二关；再次在传输环节，众多的摄像终端、高清的图像质量对传输带宽提出了考验是第三关；最后在存储环节，高清的图像存储对存储器的容量的考验算是第四关。

相较于CCD，高清的CMOS图像传感器是未来发展方向：CMOS传感器更容易制造、成本也远低于CCD产品；CMOS传感器可轻松实现较高的集成度；CMOS传感器采用主动式图像采集方式，这种做法虽然导致严重的噪声，但也令CMOS传感器拥有超低功耗的优点。图像处理电路对高清的瓶颈最先被突破：决定图像处理电路的关键元器件在于处理器芯片，目前无论是TI生产的DSP还是华为海思设计的ASIC，随着微电子工艺摩尔定律高速发展，电路面积指数式缩小，其处理能力却呈指数式增强。因此，电路的处理能力是目前最不影响视频监控高清应用的障碍，相反大量的高清晰视频监控的应用反而刺激处理器成本走入下降通道。

高清无法绕过的光传输。光纤传输具有独特优势：传输距离远、传输容量大、不受电磁波干扰、工作稳定性高、保密性强、不受环境影响以及传输实时且质量好等特性，所以光纤传输是解决几十或者几百公里视频监控的最佳方式。 高清视频需要海量存储能力，机械式硬盘压力大：相对于光传感器、处理电路和光端机，硬盘存储是高清化的最大瓶颈，主要原因有：1）光传感器和处理器电路是基于CMOS的集成电路，因为CMOS工艺的高速发展、CMOS高集成性，性能提升的速度很快且性能的提升却不一定意味着成本的上升；2）光端机因为技术成熟、技术门槛低、生产企业、竞争激烈导致其对产业链的话语权不大；3）HDD硬盘是机械式的，没法取得电子类产品的摩尔定律式发展速度；而当前的SSD硬盘又处于初级阶段，先不论成本，就容量也没法适应长时间视频存储的需求。

结论：1）视频图像高清的瓶颈：①采集环节-高灵敏度光传感器；②处理环节-图像处理电路能力；③传输环节-传输带宽能力；④存储能力-存储容量。2）就对高清的瓶颈程度而言，存储器>光传感器>传输带宽>图像处理电路，相对于 CCD高清的 CMOS 图像传感器更是未来发展方向。①CMOS 更易制造、成本也远低于 CCD；②CMOS 传感器可实现高集成度；③CMOS 传感器拥有超低功耗。 3）虽然 CCD是日本人的天下，CMOS则是美国主导，但光传感器门槛逐渐降低，国内厂商已经逐渐具备该方面能力，未来产业链重心在中国。4）由于微电子技术的发展，图像处理电路对高清应用的限制最小，大量的高清晰视频监控的应用反而刺激处理器成本走下降通道。 5）光端机技术成熟、进入门槛低，未来将陷入价格竞争，树立品牌和上下游拓展是光端机厂商生存之道。6）硬盘存储是视频高清化的最大瓶颈，机械式硬盘发展速度无法超越摩尔定律。

3、基于PC应用的视频采集卡

视频采集卡的优点是配置简单、操作方便。占用PC的PCI插槽或者PCI Express插槽，程序运行在Windows或者Linux下，操作跟日常使用电脑一样简单。PC价钱越来越便宜，性能也越来越强，基于Windows和Linux操作系统，有更多的软件资源支持，使得产品开发变得更容易。这为智能监控功能的开发提供了极大的便利。视频采集卡的缺点是，如果客户要为采集卡新配置PC，那么，计算上PC的成本，视频监控单位通道成本将较之DVR/NVR高。视频采集卡分为两种，硬件压缩视频采集卡和软件压缩视频采集卡。顾名思义，硬压卡是由专门的DSP或者ASIC来实现视频数据的处理和压缩，而软压卡只实现视频数据的采集，处理和压缩都由PC的处理器来实现。所以，硬压卡对PC处理器的耗用较少，数据压缩后传输，占用传输带宽少；而软压卡的所有负荷都在PC处理器上，原始数据进行传输，占用传输带宽大。就单卡成本而言，硬压卡的成本远高于软压卡，但单卡通道数可以做得更多，对PC配置要求不高。通过这种简单的比较，我们不难看出，硬压卡的定位介于软压卡和DVR/NVR之间。虽然现在PC价钱非常便宜，性能也足够强，但是最便宜的PC也还是比嵌入式的处理器贵。所以，硬压卡的市场份额有可能逐渐被软压卡和DVR/NVR蚕食。

当前，视频采集卡的主流还是PCI插卡。但是，因为PC的PCI总线工作在33MHz，无法实现8路D1的原始数据传输；另外，Intel在大力推广PCI Express总线，新推出的芯片组，提供更多的PCI Express接口，并让PCI接口逐渐淡出市场。所以，PCI Express的视频采集卡在逐渐流行起来。

硬压卡功能框图如“图3”，软压卡功能框图如“图4”。

在视频采集卡中，为了单卡实现多个通道，需要挂接更多的PCI设备，如图所示的DSP/ASIC或视频解码器，故需要进行PCI总线的扩展。Pericom公司的PI7C8152是完全透明的PCI桥，可以扩展4个PCI设备，用于硬压卡；PI7C8150，可以扩展9个PCI设备，用于8路软压卡；PI7C8140，可以扩展4个PCI设备，用于4路软件卡。这三颗芯片都在PCI视频采集卡上得到了广泛的应用，而Pericom公司推出的PCI Express x1到PCI 的桥接 PI7C9X111SL和PI7C9X112SL更是专门为视频监控应用量身打造，已经成为PCI Express视频采集卡应用的必然选择。

4、结束语

虽然现在视频监控技术己比较成熟并得到了广泛的应用，但受各种因索影响，高清智能监控目前还处于初步应用的阶段，今后需在高清视频监控标准的制定、降低成本、能分析技术等方面加快发展速度。

参考文献：

第8篇：集成电路储存环境范文

近年来,为了探索新型的使用寿命长、能量密度高的微能源,国内外学者开始收集人体、声音、道路、高层建筑等周围环境中的振动,以实现微纳机电系统的自我供能,这将有望解决能源微型化过程中电池体积大、一次性使用寿命短、能量密度小等问题。静电式微能源目前,T.Sterken等人[5]提出的静电式发电机采用静电梳齿结构和MEMS工艺,在150V的激励下、振动频率为1020Hz的环境中,获得1μW功率输出;在3750Hz下得到16μW功率。美国Berkeley大学S.Roundy等人[6]研制出的静电式发电机采集120Hz的低频振动(图略),采用变间距式改变电容,仿真和实验结果证实变间距式的结构更有优势,当在120Hz,2.25m/s2的加速度振动下,输出功率密度达116μW/cm2。(图略)为变面积式结构。Y.Chiu等人[7]提出了一种静电式微能源,利用钨球调节装置的固有频率,整合机械开关被安放在换能器内,实现同步能量转换。东京大学T.Tsutsumino等人[8]提出了一种静电式发电机,其利用高性能的有机膜全氟树脂(CYTOP)作为驻极体材料来提供电荷,加载20Hz振动,振动幅度的峰峰值为1mm,最大输出功率达6.4μW。电磁式微能源目前在电磁能量转换研究方面工作较突出的是英国Southampton大学,从2004年开始采用硅微加工技术制作了微型电磁式振动能量采集器,在1.615kHz的振动频率下,输入加速度为0.4g时,其产生的最大输出功率为104nW[9];此外还提出了一种发电机在9.5kHz,1.92m/s2加速度振动驱动下,获得21nW的电能[10]。D.Spreemann等人[11]设计了一个双自由度电磁式能量采集器,中心转子带动磁铁运动,使磁通量产生变化,产生感应电动势,克服了单自由度能量采集器固有频率的限制,适用于实际环境中的振动。在低频环境中30~80Hz,可得到3mW的功率。H.Kulah等人[12]提出了一种铁圈同振型发电机,通过一个电磁式频率放大器将低频振动转换成高频振动,而输出功率与振动频率的三次方成正比,从而提高了能量转换效率。P.H.Wang等人[13]提出了一种铜平面弹簧式结构,为了获得更低的固有频率,测试结果显示在121.25Hz频率和1.5g的加速度下,开路电压为60mV。以上研究初步达到了电磁发电单独供能的目的,但在提高电源的能量密度和转换效率,以及输出能量收集与控制方面仍需要进行大量的研究工作。

压电式微能源为了在低频低强度的普通环境中提高转换效率,大多数研究对微能源的结构进行了改进。S.Roundy等人[14]制作的矩形单悬臂梁结构的压电发电机在120Hz、加速度为2.5m/s2下,产生25μW/cm2的能量。D.Shen等人[15]研制的低频(183.8Hz)能量采集器,采用单矩形悬臂梁-质量块结构,体积仅为0.769cm3,输出平均能量为0.32μW,能量密度为41.625μW/cm2。E.K.Reilly等人[16]研究了矩形、梯形、螺旋形等不同结构的压电悬臂梁。研究表明,螺旋形结构承受的应力最大,可产生较大的形变,输出较高的电能,梯形结构次之。但是由于矩形结构加工简单,故被广泛应用。2010年,G.Zhu等人[17]收集说话声音,采用竖直结构的ZnO纳米线阵列代替常用的PZT压电材料制成了纳米发生器,通过实验证实了在-100dB强度的声波振动下,输出峰值为50mV的交流电压。近年来国内吉林大学、上海交通大学、大连理工大学等[18-20]也开展了关于压电振子发电的微能源研究工作,并在压电微能源应用研制方面取得了一定的研究成果。通常环境下振动分布在一个较宽的频率范围内,如果微能源带宽过窄,则不能满足实际需求。目前的频带扩展方法主要有阵列式[21-22]、多梁-多质量块系统[23]以及频率可调式[24-25]。阵列式是通过具有不同固有频率的单悬臂梁-单质量块结构来实现频带扩展,即使振动频率改变,某些频率的悬臂梁也会处于工作状态;多梁-多质量块系统是通过使结构某两阶频率接近来实现频带扩展;频率可调式分为主动调频和被动调频。主动调频需要调频器,而调频器耗能大于产生的能量,故不可行;被动调频需要激励和传感器,这提高了复杂性和成本。2006年,M.Ferrari等人[26]提出了一种多频能量转换器,覆盖100~300Hz波段;2007年A.IbrahimSari等人[27]采用不同长度悬臂梁阵列式结构扩大了微型发电机的带宽,在4.2~5kHz的振动频率下,产生4μW的能量,覆盖800Hz的波段。上海交通大学的马华安等人[28]采用永磁铁代替传统的质量块,并且在质量块的上方和下方也放置了不同极性的永磁铁,通过吸引力和排斥力来调整压电悬臂梁的固有频率,固有频率范围拓宽为80~100Hz。电能采集、存储电路微小能量的采集、存储也是微能源系统的关键技术,否则振动产生的微电压并无实用价值。能量采集存储电路主要包括整流电路、升压电路和存储电路。对于此部分的研究已经较为成熟,但大部分都是基于经典的分立器件所搭建而成,具有静态电流高、采集存储效率低的特点。LINEAR公司[29]新推出了一款专门面向能量收集的集成芯片LTC3588,它内部集成了AC/DC、电荷泵以及电源管理模块,可以直接采集微小交流电压信号,持续输出100mA的电流信号,且其静态电流只需950nA。TI公司[30]在2011年底推出的BQ25504芯片,也同样集成了采集存储电路的几个模块,其静态电流仅为330nA,可以将能量存储在锂电池、薄膜电池以及超级电容中,同时其良好的电源管理实现了充放电保护的功能,极大地提高了系统的集成度。它们都具有操作简单、能量采集存储效率高、性能稳定、价格低廉的特点,可以广泛地应用于由振动驱动的微能源系统。电能存储的介质选择也是研究的一项重要内容。沈辉[31]对超级电容、镍氢电池和锂电池的储存电荷能力进行了比较,发现电容器的充放电速度较快,可以迅速地回收产生的电能,同时其充电效率最高可达95%,并且充电次数理论上也可达无穷次;与之相反,电池的充电速度慢,不能立即使用回收的电能,同时其充电效率仅为92%(锂电池)、69%(镍氢电池),使用寿命为500~1000次,但其具有放电时间长、输出电压比较稳定的特点。经过一个月的自放电测试,超级电容自放电效率最高,剩余电量仅为65%,镍氢电池为70%,锂离子电池为95%。但是对于需要经常充放电的场合,自放电可以忽略,超级电容凭借其可以无限次重复使用的特点,受到了科研人员的青睐。三种不同类型的微能源相比较,压电式微能源有结构简单、易于集成和微型化的独特优点,已经应用到生活中。日本的研究员在东京火车站的地面上铺上了四块包含压电发电装置的地板,其可以显示产生的能量,可为自动检票门提供能量[4]。以色列Innowattech公司[32]建立了第一条发电公路,用预制块和环氧树脂作保护,防止压电晶体破损。英飞凌公司[33]推出了MEMS传感器、MCU、RF、MEMS自供电电源四合一的新型TMPS。

电磁式微能源的设计仅在理论指导下进行,对器件进行仿真分析较少[34],所以,难 以得到最优的结构模型;压电微能源的大部分研究都通过改变几何结构来降低共振频率、优化电路以提高能量转换效率,而对于研究新型的压电材料来提高系统性能的研究相对较少;由于MEMS的微加工、微装配与封装技术处于发展阶段,使得振动式微能源不能按照设计要求达到精确制作与装配,从而难以得到理想结果。振动驱动微能源技术存在以下应用方面的问题:实际生活环境中振动频率范围比较宽,从十几赫兹到几百赫兹,至今没有提出有效调节频率的方法。因此,有人提出使用非线性振动模型来研究微能源[35],但目前,这方面的研究还很少。储存电能的介质需要做进一步研究,特别是超级电容,其放电速度快、输出电压不是很稳定的特性需要改进。理论上微能源具有寿命较长的优点,但是实际应用环境中振动加速度和频率对微能源寿命有很大的影响。振动驱动微能源已成为各国科学家研究的热点。目前,电磁式、压电式微能源的研究相对较多,但是为了提高其性能指标,从而更快应用到实际中,振动式微能源的结构还在不断得到改进、优化,并且提出新的结构模型。而静电式微能源由于需要外部电源,限制了其应用,因而研究相对较少。振动驱动微能源技术向低频、多频、宽频、非线性振动模型、复合微能源发展[36-37]。同时,将几种不同转换形式的微能源集成在同一芯片上,可以综合不同原理微能源的优点,提高能量密度,这些都是微型化和实用化的关键。振动驱动微能源有望为野外和置入结构的微系统提供高可靠、长时间的电能,为无线传感网络节点和便携式微电子产品提供充足的电源,所以研究振动式微能源有重要的实用意义。

第9篇：集成电路储存环境范文

关键词：Cortex-M0；传感器 ；ZigBee ；RFID

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2016）01-00-02

0 引 言

随着现代生产、生活节奏的不断加快，仓储管理在物流行业中的核心位置也越来越重要，采用自动化、现代化、智能化的仓储管理技术和手段，对于提升物流企业在整个市场的竞争力，加快整个物流行业的向前发展有着十分重要的意义。RFID技术因其非接触性、识别速度快、抗干扰能力强、识别距离远等特点，越来越多地出现在交通管理、自动收费、物流和防伪等行业。把RFID技术应用于仓储管理、对仓储货物信息进行实时采集和处理，从而实现自动化和智能化的仓储管理。本文在当前仓储管理技术及水平相对落后的背景下，对嵌入式技术及RFID技术进行研究，主要解决仓储管理中存在的效率较低、成本过高、数据收集滞缓、应急反应慢等问题[1]。

1 整体方案设计

图1所示是该系统中数据采集模块的整体方案设计图。

图1 数据采集模块的整体方案设计

该模块主要负责对其所在当前仓库的温度、湿度、光照强度、RFID刷卡信息、三轴等环境信息的采集，然后将所采集到的数据进行分类打包处理，打包之后通过无线通信设备ZigBee将数据发送到数据处理中心模块，数据处理中心模块负责接收数据的线程接收数据进行二次处理并激活相应的数据处理线程；另外，用户在PC端发出的指令通过网络到达数据处理中心模块之后，数据处理中心模块对指令进行第一次分类处理，再由数据处理中心模块中负责发送数据的线程通过通信设备ZigBee将数据发送到数据采集模块，然后数据采集模块对用户发出的指令进行第二次处理并操作具体的设备。

2 硬件系统设计

2.1 Cortex-M0的介绍

该模块的处理器采用ARM公司研发的Cortex-M0，该处理器是32位的，相比于传统的8位和16位运算功能更强大，所以对于同样的任务，它的CPU处理器LPC11C14最高能达到50 MHz，相比于其他ARM的CPU处理器主频低很多[2]。并且相比于其它同类产品，它的功耗最低，这就意味着它的成本会和一个8位系统接近，但它却具有32位的性能。Cortex-M0兼容性好、性能稳定，支持C语言编程和众多编译器，为开发人员和设计者提供了很大方便。另外该处理器功能也很强大，可以采集温度、湿度、光照强度、三轴加速度和电池电量等信息。总之，该处理器在处理速度、功耗、功能实现等性能指标上均符合该模块的设计。

2.2 传感器电路的设计

2.2.1 温湿度传感器DHT11

DHT11是一种数字温湿度复合型传感器，它采用专用的数字模块采集技术和温湿度传感器技术，其内部结构包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并通过单线制串行接口与一个高性能单片机相连。该传感器具有响应快、抗干扰力强、性价比高等优点，每个DHT11都在极为精确的湿度室中进行校准[3]。校准系数以程序的形式存储在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数[4]。在本设计中为DHT11的DATA引脚与LPC11C14的GPIO3_2引脚。

2.2.2 光照传感器ISL29003

本设计采用Intersil公司设计生产的光照强度传感器ISL29003。ISL29003是新型的光-数字传感器，内部集成了16位AD转换器。为消除人工闪烁对检测结果的影响，芯片内部还集成了一个50 Hz/60 Hz的抑制滤波传感器。照度传感器ISL29003提供I2C通信接口。ISL29003内部集成了一个对可见光及红外光均敏感的光敏二极管和一仅对红外敏感的光敏二极管。这两个光敏二极管光谱响应互不影响，通过合理配置ISL29003的控制寄存器，用户可以得到可见光照度的值。ISL29003还提供了4个可编程的照度检测范围：0 lux～1 000 lux、0 lux～4 000lux 、0 l ux～1 600 lux、0 lux～6 400 lux。用户可以根据自身需要合理配置控制寄存器，选择合适的照度检测精度及照度检测范围等[5]。采用数字式照度传感器，可以直接从传感器中读取光照强度。这种方法不仅节约成本，还可以大大降低电路设计的难度。

2.3 RFID读卡器电路的设计

射频电路由发射和接收两部分组成。其主要功能是实现对信号的调制和解调，并向天线端输出功率，完成读卡器与电子标签之间的数据通信。为提高整个模块的使用范围和有利于后期的扩展及兼容，该设计中的射频电路采用功能更强大的RC632芯片，RC632是Philips 公司生产的一款性价比极高的全协议的读卡芯片，支持15693、14443A、14443B等国际标准协议，以及ICODE1、ICODE2协议。它引脚兼容MFRC500、MFRC531和SLRC400[6]，MF RC632内部集成了震荡缓冲器，连接外部的13.56 MHz的石英震荡晶体，以获取相位抖动。石英振荡器产生13.56 MHz的载波频率被馈送到调制级，进行ASK调制后，根据处理器发送的信号进行适当增益，然后通过TX1、TX2引脚驱动的天线将信号以电磁波的形式发送出去。并且可以通过设置寄存器TxControl来控制发射引脚TX1和TX2的载波信号。在发射部分，从天线耦合的副载波负载调制信号首先进入一个选择控制电路，根据处理器发出的控制信号来选择对应的带通滤波器和解调器。最后，解调之后的信号通过电压比较电路后送入解码电路，完成对数据的解调[6]。MF RC632的发送器电路和接收器电路的阻抗都很低，使得对天线的阻抗匹配和滤波可以通过简单的无源器件来完成，不依赖其它主动电路的情况下最高支持10厘米的读写距离[7]。

2.4 ZigBee无线通信模块的设计

本项目使用的ZigBee无线通信模块是周立功公司的ZICM2410通信模块。其核心芯片为ZICM2410，它由三部分组成，分别是射频收发器、MAC和8051微处理器。整个模块具有高性能、低功耗、低成本的特点，是一个极具有应用性的解决方案。

3 软件系统设计

3.1 主程序工作流程

图2所示是该系统的主程序工作流程图。该系统上电后，先初始化处理器上的各个设备，包括系统定时器、GPIO、SPI、UART、I2C、RC632 等设备，然后初始化温湿度上下限、光照上下限等。之后，主程序进行不断的轮询判断、采集环境信息并判断数据是否有效，如果有效，对数据进行处理，打包发送并判断环境信息是否超出正常范围，如果超出正常范围，触发报警模块。当有外部 RFID 刷卡时，其他环境信息正常采集，RFID 中断处理函数同时对IC卡进行数据采集并通过数据打包发送给数据处理中心模块等。

当ZigBee接收数据中断产生时，其他环境信息正常采集，ZigBee接收中断处理函数对指令进行分析处理并执行相应的模块等。

图2 主程序工作流程

3.2 射频模块工作流程

本设计主要采用Mifare one卡，该射频模块的工作流程如图3所示，其基本设计步骤如下：

（1）复位初始化：主要是MF RC632 相关寄存器的初始化；

（2）询卡：读卡器发送REQA命令，并查询应答ATQA；

（3）防冲突：如果有一张卡时，直接进入激活状态，进行其它通信过程，如果有多张卡处于工作范围时用二进制搜索算法实现防碰撞循环，选择其中的一张卡，同时将其它卡设置成睡眠状态；

（4）选卡：通过防碰撞循环，选择其中的进行通信；

（5）密钥认证：对卡内部设置的密钥进行三次相互循环认证，认证通过了采集才转入下一步通信过程；

（6）读写操作：对选中的卡进行读写、加减等操作[8]。

3.3 ZigBee无线通信模块收发数据流程

本文设计的ZigBee无线通信模块收发数据流程主要包括：初始化引脚、初始化寄存器、对寄存器赋值、初始化SPI751等，其ZigBee通信模块工作流程如图4所示。

图 3 射频模块工作流程 图4 ZigBee通信模块工作流程

4 结 语

本文主要设计并实现了智能仓储的数据采集模块，增强了仓储管理的准确性和便捷性。该数据采集模块的处理器将温湿度传感器、光照强度传感器、三轴加速度传感器采集到的数据以及进出仓库的刷卡信息实时有效地处理并通过ZigBee无线通讯模块发送到数据处理中心模块，进而可以在客户端实时监测仓储环境信息，RFID的实现可以完成仓库货物的盘点，从而提高了仓储管理的智能化。随着物联网的快速发展，智能仓储管理的数据采集端必将进一步智能化。

参考文献

[1]于雷.基于RFID技术的仓储管理系统设计[D].泉州：华侨大学， 2013.

[2]刘修军， 周耀.仓库物联网管理的应用[J].中小企业管理与科技（下旬刊）， 2013（6）： 278-279.

[3]韩丹翱，王菲.DHT11数字式温湿度传感器的应用性研究[J].电子设计工程， 2013，21（13）： 83-85.

[4]WU Yu-kang，DENG Shi-jian，et al.Application of SHT11 digital temperature and humidity sensor[J].Industry and Mine Automation， 2010（4）：99-101.

[5]韩荣宝.利用电力线通信的OLED智能照明系统研制[D].长春：吉林大学， 2013.

[6]黄宽，王长涛，解亚男， 等.基于RFID技术的读卡器设计[J].科技广场，2012（8）： 76-80.