1+X職業技能等級證書-傳感網應用開發

一、資料采集

1.模擬量資料采集

1. 模擬量是指在時間上和數值上都是連續的物理量；
2. 光電傳感器的理論基礎為光電效應，光電效應可以分為外光電效應、內光電效應和光生伏特效應，

• 外光電效應：在光線的作用下，物體內的電子逸出物體表面向外發射；
• 內光電效應：在光線的作用下，電子吸收光子能量從鍵合狀態過渡到自由狀態，又稱光導效應，例如光敏電阻器件；
• 光生伏特效應：在光線的作用下，能夠產生一定方向的電動勢，例如光敏二極管型器件；

3. 光敏電阻的主要引數有：

• 光電流、亮電阻：在一定外加電壓和光照下，流過的電流為光電流，外加電壓和光電流之比為亮電阻，常用“100lx”表示，
• 暗電流、暗電阻：在一定外加電壓和沒有光照下，流過的電流為暗電流，外加電壓和光電流之比為暗電阻，常用“0lx”表示，
• 靈敏度
• 光譜特性
• 光照特性

4. GB5-A1E光敏傳感器，光照特性曲線顯示，當光線逐漸增強是，光電流值先迅速變大，再緩慢變大，
5. 氣敏傳感器分為電阻型氣敏器件和非電阻型氣敏器件：
   作用原理：主要是半導體與氣體相互作用是產生表面吸附或反應，引起載流子運動為特征的電導率或伏安特性或表面電位的變化，

• 電阻型氣敏器件按結構可以分為燒結型、薄膜型、厚膜型三種；
• 燒結型氣敏器件通常使用直熱式和旁熱式兩類工藝；

6. 典型氣敏器件TGS813可燃氣體傳感器（輕微發燙）、MQ-135和TGS2602空氣質量傳感器，
7. 將模擬量轉換為數字量的器件，稱為模-數轉換器（ADC），將數字信號轉換為模擬信號的電路稱為數-模轉換器（DAC），
   模數轉換程序中包括采樣、保持、量化和編碼四個程序
   A-D轉換器的主要性能指標：

• 解析度：一般來說A-D位數越多，其解析度越高；
• 量化誤差
• 轉換時間：完成轉換需要的時間，有高速、中速、低速；
• 絕對精度
• 相對精度
  轉換公式：
  

2.數字量傳感器資料采集

1. 數字量是在時間和數值上都是不連續的（離散），其數值有一串0和1組成的二進制代碼串，
2. 溫度傳感器可以按體積熱膨脹、電阻變化、溫差電現象、磁導率變化、壓電效應、超聲波傳播速度、晶體管特性變化、晶閘管動作特性變化、熱和光輻射9個作業原理分類，
3. 熱敏電阻按電阻溫度特性分為負溫度系數熱敏電阻、正溫度系數熱敏電阻和臨界溫度熱敏電阻三大類，

• 負溫度系數熱敏電阻（NTC）：電阻值隨著溫度的升高呈線性減小；
• 正溫度系數熱敏電阻（PTC）：超出一定溫度時，電阻值隨著溫度的升高呈階躍性的增高；
• 臨界溫度熱敏電阻（CTR）：電阻值隨溫度的增加急劇減小，具有很大的負溫度系數；
  

4. 熱電偶可以直接測量溫度，并把溫度信號轉換為熱電動勢信號，通過電氣儀表轉換成被測介質的溫度，
   熱電偶原理：當有兩個不同的導體組一個回路時，只要兩節點處的溫度不同，回路中就產生一個熱電動勢，該電動勢的大小和方向與導體的材料及兩接點的溫度有關，并稱為熱電效應，

• 常用補償導線法、冷端溫度校正法、冷端恒溫法、自動補償法這四種方法對冷端進行溫度補償；

5. SHT11溫濕度傳感器通過二線數字串行介面（2-wire）來傳輸資料，與I2C協議不兼容，

3.開關量傳感器資料采集

1. 開關量傳感器資料可以對應于模擬量傳感資料的“有”和“無”，也可以對應于數字量傳感資料的“1”和“0”兩種狀態，
2. 紅外信號資料采集的有紅外光電傳感器、人體感應型紅外傳感器；

• 人體感應型紅外傳感器可以探測人體紅外熱輻射，主要由透鏡、紅外熱輻射感應器、感光電路組成（不包括控制電路）

3. Flame-1000-D火焰傳感器能夠探測波長為700~1100nm的短波近紅外線，

• 數字輸出：當檢測到火焰輸出高電平，沒有檢測到火焰時輸出 低電平；
• 模擬輸出：輸出端電壓隨著火焰強度變化而改變；

4. 常用的聲傳感器按原理分電容式、壓電式和電動式三種型別，
5. MP9767型號是聲音傳感器直接輸出開關量信號，
6. 聲音信號采集器件的性能通常還與其尺寸有關，尺寸大的一般不具有較寬頻率范圍，

二、STM32微控制器基本外設應用開發

1、基礎知識

1. STM32微控制器基于ARM Cortex-M0，M0+，M3，M4和M7內核，這些內核是專為高性能、低成本和低功耗的嵌入式應用開發的，
2. STM32微控制器的命名規則：
   
3. STM32F103VET6 微控制的主要特性：

• 32位ARM Cortex-M3內核CPU，采用v7架構；
• 最大作業頻率為72MHz，其APB2總線的時鐘頻率為72MHz，APB1總線的頻率為32MHz；
• 具有3個12位的A-D轉換器；
• 支持10個系統例外中斷和60個可屏蔽中斷，具有16級可編程中斷優先級；
• 外部中斷、事件控制器（EXTI）支持19個中斷/事件請求；
• 處理中斷的設備為NVIC，中斷優先級分為搶占優先級和子優先級，中斷優先級數值越大，則優先級越高；
• 具有11個定時器，其中TIM1、TIM8為高級定時器具備輸入捕獲、輸出計較通道功能同時具有互補輸出功能，TIM6不具備輸入捕獲、輸出計較通道功能；

4. STM32有基于暫存器、標準外設庫、STM32Cube的HAL庫三種開發模式，
5. GPIO被分成5組A-E，每組有16個引腳，每個引腳可以對應一個EXTI中斷，但必須設定為輸入模式才能使用，

• GPIO_Mode_Out_PP 推挽輸出(帶上拉或者下拉)： IO 輸出 0-接 GND， IO 輸出 1 -接 VCC，
• GPIO_Mode_AF_PP 推挽復用輸出(帶上拉或者下拉)：
• GPIO_Mode_Out_OD 開漏輸出(帶上拉或者下拉)：要得到高電平狀態需要上拉電阻才行，可以作為電流型驅動
• GPIO_Mode_AF_OD 開漏復用輸出(帶上拉或者下拉)：復用功能，不只是單純的作為輸入輸出，可以作為其他功能的引腳：串口、I2C、SPI，要得到高電平狀態需要上拉電阻才行
• GPIO_Mode_IPU 上拉輸入： 將IO口作為通用輸入介面，只能輸入0或者1，強制下拉，一般是為了輸入強高電平
• GPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空輸入 ：復位上電的時候，引腳不確定電平的高低
• GPIO_Mode_AIN 模擬輸入：將IO口作為模擬輸入介面，輸入的可能是變化的值，接收外部的模擬信號輸入
• GPIO四種最大輸出速度：2MHZ、25MHZ、50MHZ、100MHZ

6. 定時器的計數器主要由TIMx_CNT計數暫存器和TIMx_PSC預分頻器暫存器組成：

• STM32Cube配置時鐘樹如下：
  

• 配置定時器定時為1s的計算公式：
  1s = 1 * 10^6 us = 72*10^6 / (PSC+1) * (N+1) ,設定PSC為7199算出來的時間為100us，所以N設定為9999.

7. STM32Cube配置流程：

• M3模塊選擇STM32VETx芯片，LoRa選擇STM32l151c8Tx芯片

• 配置時鐘

• 開始中斷，配置搶占優先級和子優先級：

• 如果需要配置串口USART2為異步通信，波特率為115200如下圖

• 配置TIM6定時為1s：

注意：1、使用STM32CubeMX時，軟體提示更新不要更新資源包，因為下載的資源包服務器在外國，下載很慢并可能軟體出現宕機；2、創建工程時，不要出現中文路徑和命名，易出現玄學的問題！

三、RS-485總線通訊應用

四、CAN總線通訊應用

1.CAN基礎知識

1. CAN（控制局域網）由德國Bosch公司于1983年開發出來的，
   主要特性：資料傳輸距離遠（遠達10km），資料傳輸速率達1Mbit/s具備資料自動重發功能和錯誤檢測和處理功能，
2. 現有ISO 11519標準的低速通信應用場景（125kbit/s以下），ISO 11898標準的高速通信應用場景（125kbit/s ~1Mbit/s）,均屬于應用層協議，

• 資料鏈路層，兩個協議定義的內容一樣；
• 物理層，兩個協議定義的內容不同；
• ISO 11519和ISO 11898均使用差分信號進行傳輸資料；
• ISO 11898 高速標準應用于汽車與傳動系統，它是倍訓網路，最大長度為40m，要求兩端有一個120Ω的電阻；ISO 11519低速標準應用于汽車車身系統，它的兩根總線是獨立的，不形成倍訓，要求每根線各串聯一個2.2kΩ的電阻
• 靜態時兩條線差分電壓為0v時，表示邏輯1（隱性電平），差分電壓為2v時，表示邏輯0（顯性電平）

3. CAN常用雙絞線、同軸電纜和光纖作為傳輸介質，
4. 在總線仲裁時，“顯性”狀態可以支配“隱性”狀態，說明顯性具有優先權，
5. 光纖CAN網路可拓撲的網路結構有總線型、環形、星型，

2.CAN通信幀型別

• 資料幀
• 遙控幀
• 錯誤幀
• 過載幀
• 幀間隔

五、基于BasicRf的無線通信應用

1.BasicRf基礎知識

1. 基于CC253x芯片的BasicRf軟體包，包括硬體層、硬體抽象層、基本無線傳輸層和應用層，不包括資料互動層，ZigBee技術體系不包括傳輸層，
2. 兩個通信模塊的“網路ID”和“通信信道”要一致，否則無法通信，
3. 自己創建CC250的IAR工程時，需要三步走才能成功編譯，右擊專案option配置General Options、Linker、Debugger，如需要移植驅動配置工程路徑：

• P R O J D I R PROJ_DIR PROJD?IR\ 代表當前工程檔案說真的workspace；
• …\ 表示對應目錄的上一層；
• 創建模塊更容易工程的管理；

4. CC2530總共有21個I/O引腳，具有P0、P1、P2這3個8位引腳，P2僅有5位可以使用：

• 初始化引腳的功能是需要設定PxSEL功能暫存器（0代表GPIO，1代表外設I/O）、PxDIR方向暫存器（0：輸入，1：輸出）默認所有位為0；
• PxINP暫存器設定引腳的輸入模式（0為上拉/下拉（再通過P2INP暫存器0為上拉，1為下拉），1位三態）；
• 有5個定時器，作業模式有自由運行模式、模模式、正計數/倒計數三種作業模式，與定時器有關的暫存器有TxCTL、TIMIF…
• 12位解析度的A-D轉換器，ADC相關的暫存器有ADCL、ADCH、ADCCON1、ADCCON2、ADCCON3、APCFG、ATEST；
• 兩個串行通信介面，能夠應用于異步和同步模式，相關暫存器有UxCSR（控制和狀態暫存器）、UxUCR（UART控制暫存器）、UxGCR（通用暫存器）、UxDBUF（緩沖暫存器）、UxBAUD（波特率控制暫存器），x為編號
  設定波特率為UxBAUD暫存器，UxGCR暫存器
  例如設定USART0波特率為115200 ，U0BAUD = 216；U0GCR = 11；
  參考下表：

5. CC2530只有P0_0、P0_1有20mA驅動能力，其它引腳都是4mA的驅動能力，
6. 中斷向量是中斷處理函式的入口地址，進入后要手動清除中斷標志位，
7. CC2530單片機串口引腳輸出信號為TTL信號，

六、Wi-Fi資料通信

七、NB-IOT聯網通信

八、LoRa通信應用開發

三級目錄