基于单片机与传感器模组实现便携式环境测量仪的设计

1 引言

随着人们生活水平的提高， 各电子产品有了突飞猛进的发展， 电子测量仪也逐渐丰富起来， 在各行各业得到了广泛的应用。例如， 在医学方面， 有血糖测量仪， 血压测量仪； 在物理学方面， 有电感测量仪，频率测量仪， 红外测量仪等； 在环境方面， 有空气测量仪， 噪声测量仪等一系列电子测量仪器。而原来的模拟产品也逐步向数字化、综合化转化， 并且不断走向人性化。虽然目前环境测量仪品种很多， 但大多只可液晶显示， 并无语音播报功能。本论文介绍了一种实用的便携式环境参数测量仪的设计， 该测量仪要求充分发挥人性化的特质， 实现光线和温度的播报，并给出相应的温馨提示。为完成该环境测量仪的设计要求， 本设计选择了具有语音播报功能的以凌阳公司SPCE061A 芯片为核心的精简61 板， 由它来配合传感器模组， 利用程序来实现测量与播报功能。

2 设计思路

本论文介绍了一种实用的便携式环境参数测量仪的设计， 该测量仪实现了对温度和光照亮度的测量。本系统利用61 板作为控制板， 配合传感器模组对周围环境温度和光线进行测量并对测量值进行语音播报。硬件电路由数据采集模块、SPCE061A、数据存储模块、键盘输入模块等组成。单片机软件程序主要是完成测量、运算、语音播报等功能， 采用模块化结构设计， 利用C 语言和汇编语言编程实现。

该环境测试仪通过传感器模组中光敏电阻和热敏电阻的电压值来测量环境的温度和光线状况， 这些电压值是通过SPCE061A 的ADC 模块进行采集的； 61 板上的按键Key3 主要是用来启动光线和温度的测量， 测量的结果都通过61 板自带的扬声器播放出来。图1 为环境测量仪的设计框图。

图1 环境测量仪设计框图

在框图中， 各部分的作用及所采用的器件为：

（1） 61 板： 本设计控制部分使用的61 板是SPCE061A EMU BOARD 的简称， 是以凌阳16 位单片机SPCE061A 为核心的精简开发- 仿真- 实验板。它体积小巧， 结构较为简单， 以SPCE061A 芯片为核心， 带有麦克和扬声器， 具有丰富的语音播放功能。

61 板上的几个接口的作用为：

①输入/ 输出（ I/O） 接口： 61 板将SPCE061A 的32 个I/O 口全部引出：

IOA0 ~IOA15, IOB0 ~IOB15.对应的SPCE061A 引脚为： A 口， 41~48、53、54~60; B 口， 5~1、81~76、68~64.而且该I/O口是可编程的， 即可以设置为输入或输出。

②音频输入/ 输出（ I/O） 接口： 61 板上， X1 是语音的MIC 输入端， 自带自动增益（ AGC） 控制， J3 是语音输出接口， 一个2pin 的插针外接喇叭， 由DAC 输出引脚21 或22 经语音集成放大器SPY0030A 放大， 然后输出， 它可以工作在2.4~6.0V 范围内， 最大输出功率可达700mW[1].

③在线调试器PROBE 和EZ_PROBE接口： J4 为PROBE 的接口， 该接口有5pin, 通过它将PROBE 与PC 机连接起来进行调试、仿真和下载程序； J11 是EZ_PROBE 的接口， 一根下载线用作程序的下载， 一端连接PC 机的25pin 并口， 另外一端接61 板的5pin EZ_PROBE 接口。

④电源接口： J10 是电源接口， 61 板的内核SPCE061A 电压要求为3.3V, 而I/O端口的电压可以选择3.3V 也可以选择5V.所以对应的引脚中15、36和7 必须为3.3V,对于I/O 端口的电压51、52、75 可以为3.3V也可以是5V, 这两种电平的选择通过跳线J5 来选择。

（2） 传感器模组： 本设计中使用的另一重要器件---传感器模组也是凌阳公司的产品。它可以测量温度， 测量光线， 检测障碍物， 还能接收来自遥控器的信号以及模拟简易遥控器。在本次设计中， 模组工作电压设置为： 3V~5.5V, 工作温度设置为0℃~60℃。

在使用传感器模组时应注意到以下几点：

①测量温度时， 测量到的是与热敏电阻直接接触物体（ 包含空气） 的温度， 热敏电阻有一定的反应时间；②测量光线时， 最好把整个光敏电阻暴露于测量环境下； 如果想用手遮住光线测量光敏电阻是否正常工作时， 最好用手掌而不要用手指， 因为手指两测会漏一些光线；③红外接收头的最低工作电压是3V;④红外发射信号不可以长期维持高电平， 否则红外发射管会被烧掉；⑤如果用红外发射接收管检测障碍物， 检测距离会随着电压的减小而缩短。

3 软件设计流程图

本设计中软件流程如图2 所示。为使它能顺利地完成预期的功能， 在光线测量部分， 温度测量部分， 键盘扫描部分， 语音播放部分， A/D 转换部分等都分别设计了流程图， 经过调试运行后， 都成功地实现了各自的功能。

4 结束语

本文通过运用羚羊单片机和传感器模组， 成功的实现了环境测量仪的设计。该环境测量仪可以通过Key3 键的控制来进行光线及温度的测量并进行语音播报， 能够播报结果并进行相应的温馨提示是此次设计的一大特点。该环境测量仪可以通过程序中设定的域值来判断当前光线的强弱并可测量出当前的温度值， 同时进行相应的温馨提示， 使使用者可以了解到周围光线强度等级和温度值， 并可结合温馨提示来对光线及温度做适当调整， 使环境更适宜生活和工作， 这对于越来越注重生活质量的人们来说具有很大的现实意义， 并且仅一个Key3 键便可获得周围环境的基本信息使环境测量仪的使用也相对方便快捷。同时也说明， 随着电子技术的不断发展，电子测量仪在人们的生活和工作中将得到更广泛的应用。