基于加速度传感器的物品运输监测系统设计

赵俊涛

（唐山开元阻焊设备有限公司，河北 唐山 063020）

1 系统总体设计

图1 系统原理框图

系统的原理框图如图1所示，系统以台湾合泰公司生产的HT46RU232单片机为控制核心，MMA8451加速度传感器和DHT11温湿度传感器用于系统的数据采集。单片机将采集到的数据进行设定算法处理后传至上位机进行显示并储存，如果处理后的数据超出安全阈值，系统会根据危险程度启动声光报警或者语音报警功能[3-4]。同时，系统上位机与GPS定位模块相连，可以实时地跟踪物品的运输地点[5]。

2 系统硬件设计

2.1 加速度传感器模块

系统要对物品运输过程中的振动信息进行采集，因此选用了Freescale公司的MMA8451Q加速度传感器对振动数据进行采集。MA8451Q是一款具有 14位分辨率的智能低功耗、三轴、电容式微机械加速度传感器，而且具有±2g/±4g/±8g的可选量程和两个中断引脚，方便编程和使用。图2为芯片在不同姿态下X、Y、Z三轴对应的重力输出。

2.2 DHT11温湿度传感器模块

为了获取运输物品周围环境的温湿度，系统选用了DHT11数字温湿度传感器。该传感器应用数字模块采集技术和温湿度传感技术，可对温湿度进行数字校准并复合输出，具有极高的可靠性和长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，实现与单片机的连接。图3为DHT11的典型应用电路。

图2 不同姿态下X、Y、Z三轴对应的重力输出

图3 DHT11典型应用电路

图4 系统软件流程图

2.3 中央控制器与通信模块

系统采用台湾合泰公司生产的HT46RU232单片机作为中央控制器，实现对采集数据的处理与传输。HT46RU232是8位高性能精简指令集单片机，低功耗，I/O口使用灵活，且具有I2C接口和UART总线。

在本系统中，单片机与加速度传感器采用I2C总线进行通信，与温湿度传感器采用单总线通信。单片机与上位机间的数据传输、GPS定位模块与上位机间的通讯均采用串口通信方式。

3 系统软件设计

系统的软件流程图如图4所示。

3.1 物品运输监测程序

物品运输监测程序主要包括系统初始化函数、加速度传感器处理函数、温湿度传感器处理函数、串口通讯函数和相应头文件的编写。合泰公司为方便用户开发和使用方便，整合了HT-IDE开发环境，本系统采用了其中的HT-IDE3000软件作为编译环境。该软件不但界面友好，方便编辑与除错，同时它可以配合硬件HT-ICE仿真器，方便在线仿真与调试[6]。系统程序架构及部分源代码如下：

3.2 上位机程序

系统上位机软件利用Visual C++6.0软件中的MFC类库程序实现。MFC(Microsoft Foundation Classes)是微软公司提供的以C++形式封装了Windows的API的类库。它为程序开发人员提供了应用程序框架，大大减少了开发人员的工作量，是开发人员很容易就可以编写出漂亮精致的界面程序[7]。如图5所示，即为本系统的上位机界面。

图5 系统上位机界面

4 系统实现与实验

本系统通过在实验室进行模拟运输实验，可以实时有效的获取物品状态信息数据，并且系统可以将处理后的数据传输到上位机进行显示，用户在上位机上便可轻松查看运输物品的振动情况和温湿度等。显示效果及获取的振动曲线如图5所示。

5 结束语

本文介绍的基于加速度传感器的物品运输监测系统经过模拟运输实验验证，系统运行稳定可靠。系统操作简单，集成GPS定位功能和语音提示功能使系统更加人性化。系统可应用于物品运输、快递行业和汽车振动监测等诸多领域。

［1］倪恩铭.基于加速度传感器的低功耗冲击记录仪的实现[J].仪器仪表专题，2007(8):115-117.

［2］基于SD卡的车载冲击波形存储系统设计[J].河北工业大学学报，2012(6):41-44.

［3］童静静.基于物联网技术的道路危险货物运输监控研究[D].长沙理工大学,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在危险品运输行业中的应用[J].物流技术：装备版，2012(22):64-66.

［6］张鹏.HOLTEK HT46系列单片机C语言实例教程[M].北京邮电大学出版社，2010:188-205.

［7］黄琛.基于MFC的绘图软件设计与实现[J].电脑知识与技术，2013(10):2345-2348.