基于加速度傳感器的物品運(yùn)輸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

趙俊濤

（唐山開元阻焊設(shè)備有限公司，河北 唐山 063020）

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

圖1 系統(tǒng)原理框圖

系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示，系統(tǒng)以臺(tái)灣合泰公司生產(chǎn)的HT46RU232單片機(jī)為控制核心，MMA8451加速度傳感器和DHT11溫濕度傳感器用于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集。單片機(jī)將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)定算法處理后傳至上位機(jī)進(jìn)行顯示并儲(chǔ)存，如果處理后的數(shù)據(jù)超出安全閾值，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)危險(xiǎn)程度啟動(dòng)聲光報(bào)警或者語(yǔ)音報(bào)警功能[3-4]。同時(shí)，系統(tǒng)上位機(jī)與GPS定位模塊相連，可以實(shí)時(shí)地跟蹤物品的運(yùn)輸?shù)攸c(diǎn)[5]。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 加速度傳感器模塊

系統(tǒng)要對(duì)物品運(yùn)輸過程中的振動(dòng)信息進(jìn)行采集，因此選用了Freescale公司的MMA8451Q加速度傳感器對(duì)振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。MA8451Q是一款具有 14位分辨率的智能低功耗、三軸、電容式微機(jī)械加速度傳感器，而且具有±2g/±4g/±8g的可選量程和兩個(gè)中斷引腳，方便編程和使用。圖2為芯片在不同姿態(tài)下X、Y、Z三軸對(duì)應(yīng)的重力輸出。

2.2 DHT11溫濕度傳感器模塊

為了獲取運(yùn)輸物品周圍環(huán)境的溫濕度，系統(tǒng)選用了DHT11數(shù)字溫濕度傳感器。該傳感器應(yīng)用數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，可對(duì)溫濕度進(jìn)行數(shù)字校準(zhǔn)并復(fù)合輸出，具有極高的可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)的連接。圖3為DHT11的典型應(yīng)用電路。

圖2 不同姿態(tài)下X、Y、Z三軸對(duì)應(yīng)的重力輸出

圖3 DHT11典型應(yīng)用電路

圖4 系統(tǒng)軟件流程圖

2.3 中央控制器與通信模塊

系統(tǒng)采用臺(tái)灣合泰公司生產(chǎn)的HT46RU232單片機(jī)作為中央控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)采集數(shù)據(jù)的處理與傳輸。HT46RU232是8位高性能精簡(jiǎn)指令集單片機(jī)，低功耗，I/O口使用靈活，且具有I2C接口和UART總線。

在本系統(tǒng)中，單片機(jī)與加速度傳感器采用I2C總線進(jìn)行通信，與溫濕度傳感器采用單總線通信。單片機(jī)與上位機(jī)間的數(shù)據(jù)傳輸、GPS定位模塊與上位機(jī)間的通訊均采用串口通信方式。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件流程圖如圖4所示。

3.1 物品運(yùn)輸監(jiān)測(cè)程序

物品運(yùn)輸監(jiān)測(cè)程序主要包括系統(tǒng)初始化函數(shù)、加速度傳感器處理函數(shù)、溫濕度傳感器處理函數(shù)、串口通訊函數(shù)和相應(yīng)頭文件的編寫。合泰公司為方便用戶開發(fā)和使用方便，整合了HT-IDE開發(fā)環(huán)境，本系統(tǒng)采用了其中的HT-IDE3000軟件作為編譯環(huán)境。該軟件不但界面友好，方便編輯與除錯(cuò)，同時(shí)它可以配合硬件HT-ICE仿真器，方便在線仿真與調(diào)試[6]。系統(tǒng)程序架構(gòu)及部分源代碼如下：

3.2 上位機(jī)程序

系統(tǒng)上位機(jī)軟件利用Visual C++6.0軟件中的MFC類庫(kù)程序?qū)崿F(xiàn)。MFC(Microsoft Foundation Classes)是微軟公司提供的以C++形式封裝了Windows的API的類庫(kù)。它為程序開發(fā)人員提供了應(yīng)用程序框架，大大減少了開發(fā)人員的工作量，是開發(fā)人員很容易就可以編寫出漂亮精致的界面程序[7]。如圖5所示，即為本系統(tǒng)的上位機(jī)界面。

圖5 系統(tǒng)上位機(jī)界面

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與實(shí)驗(yàn)

本系統(tǒng)通過在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬運(yùn)輸實(shí)驗(yàn)，可以實(shí)時(shí)有效的獲取物品狀態(tài)信息數(shù)據(jù)，并且系統(tǒng)可以將處理后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)進(jìn)行顯示，用戶在上位機(jī)上便可輕松查看運(yùn)輸物品的振動(dòng)情況和溫濕度等。顯示效果及獲取的振動(dòng)曲線如圖5所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹的基于加速度傳感器的物品運(yùn)輸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)經(jīng)過模擬運(yùn)輸實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，集成GPS定位功能和語(yǔ)音提示功能使系統(tǒng)更加人性化。系統(tǒng)可應(yīng)用于物品運(yùn)輸、快遞行業(yè)和汽車振動(dòng)監(jiān)測(cè)等諸多領(lǐng)域。

［1］倪恩銘.基于加速度傳感器的低功耗沖擊記錄儀的實(shí)現(xiàn)[J].儀器儀表專題，2007(8):115-117.

［2］基于SD卡的車載沖擊波形存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012(6):41-44.

［3］童靜靜.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的道路危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸監(jiān)控研究[D].長(zhǎng)沙理工大學(xué),2012.

［4］Jong Cheol Park,Dong Hyum Bang,and Jae Yeong Park.Micro-Fabricated Electromagnetic Power Generator to Scavenge Low Ambient Vibration[J].IEEE Transactions on,2010,6,46(6).

［5］王力磊.GPS在危險(xiǎn)品運(yùn)輸行業(yè)中的應(yīng)用[J].物流技術(shù)：裝備版，2012(22):64-66.

［6］張鵬.HOLTEK HT46系列單片機(jī)C語(yǔ)言實(shí)例教程[M].北京郵電大學(xué)出版社，2010:188-205.

［7］黃琛.基于MFC的繪圖軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2013(10):2345-2348.