楊潔 黃河 吳晗 余姚 劉守偉 李媛媛

摘 要 本文針對大學(xué)生創(chuàng)新項目實現(xiàn)智能環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，進行基于CAN總線和嵌入式系統(tǒng)為硬件平臺的設(shè)計，通過傳感器接收環(huán)境信息利用CAN總線傳輸信號到嵌入式系統(tǒng)進行分析與處理，并將處理后的結(jié)果傳遞到顯示器終端并且做出相應(yīng)的判斷，該系統(tǒng)能夠利用嵌入式系統(tǒng)以及CAN總線優(yōu)良的數(shù)據(jù)傳送功能進行智能環(huán)境檢測。本項目為上海市大學(xué)生創(chuàng)新項目，項目組由5名同學(xué)構(gòu)成，在課題設(shè)計及調(diào)試過程中，項目組針對遇到的各種問題進行解決處理，并求助于指導(dǎo)導(dǎo)師和同學(xué)，積極學(xué)習(xí)，努力創(chuàng)新，通過完成課題對科研項目的開展有了一定的認識，也為今后的創(chuàng)新研究積累一定的經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞 CAN總線 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng) 數(shù)據(jù)傳輸

中圖分類號：G642文獻標識碼：A ??DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2015.04.015

The Experience of Participating the College Students' Innovative Training Program about CAN bus Intelligence Environmental Monitoring

YANG Jie， HUANG He， WU Han， YU Yao， LIU Shouwei， LI Yuanyuan

（College of Electronic and Electrical Engineering，

Shanghai University of Engineering Science， Shanghai 201620）

Abstract This article aims at the college students' innovative project， which realizes the intelligent environment's monitoring system. It makes the design of hardware platform， which is based on CAN bus and the embedded system. Through the sensor， it receives environmental information and use CAN bus to transmit signals to the embedded system for analysis and processing. Then it transmits the processed results to the display terminal and make corresponding judgments. The system can use the embedded system and an excellent data transmission function of CAN bus to monitor the intelligent environment. In the process of guiding the subject， the project team solved various problems. Meanwhile we turned to teachers and classmates for help， we studied actively， and we made efforts to innovate， which accumulated certain experience for the innovation research in the future.

Key words CAN bus; environment's monitoring system; embedded system; transmit signals

0 引言

上海市大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目，主要面向上海市綜合性高校以及有較強行業(yè)背景和特色的本科高校，該計劃主要資助學(xué)生開展創(chuàng)新性實驗或科研項目。列入計劃的本科學(xué)生個人或團隊，在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，自主完成創(chuàng)新性研究項目設(shè)計、研究條件準備和項目實施、研究報告撰寫、成果交流等工作。實施“大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目”，旨在加強大學(xué)生自主創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神、實踐能力、團隊協(xié)作能力、交流能力的培養(yǎng)。

本次的創(chuàng)新項目為實現(xiàn)智能的環(huán)境監(jiān)測，項目組由五位同學(xué)組成，五位同學(xué)根據(jù)自身的特長進行分工：負責(zé)人負責(zé)整體思路的設(shè)計，各階段報告的撰寫等工作，兩位同學(xué)負責(zé)硬件電路設(shè)計，兩位同學(xué)負責(zé)軟件程序的編寫。在項目的逐步實施過程中，團隊成員學(xué)會了發(fā)現(xiàn)、探索、解決問題，充分發(fā)揮個體在團隊中的價值，提升每位成員的動手能力，也發(fā)現(xiàn)了每位成員的缺點，并向團隊中其他成員學(xué)習(xí)，取長補短。同時也鍛煉了其解決問題的技能，培養(yǎng)了從事科學(xué)研究的能力。

1 創(chuàng)新項目的主要內(nèi)容

本研究項目設(shè)計一種基于CAN總線技術(shù)的智能環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)以傳感器為監(jiān)測載體，配合嵌入式操作系統(tǒng)、CAN總線系統(tǒng)運行。①②首先，對被測環(huán)境的閾值進行設(shè)定，之后通過傳感器接收環(huán)境信息并利用CAN總線將信息傳輸?shù)角度胧较到y(tǒng)進行分析處理，將處理后的結(jié)果傳遞到顯示器終端并且做出相應(yīng)的判斷。該系統(tǒng)能夠利用CAN總線優(yōu)良的數(shù)據(jù)傳送模式和嵌入式系統(tǒng)來智能檢測環(huán)境狀況。③④⑤當超出設(shè)定的環(huán)境閾值條件時，電子屏將會顯示當前環(huán)境狀況，報警并且提出調(diào)節(jié)方案。后期可連入調(diào)節(jié)裝置進行調(diào)節(jié)，之后再度反饋信息到系統(tǒng)，并進行新環(huán)境條件的監(jiān)測，判別是否滿足閾值要求。因此，該系統(tǒng)能智能可對環(huán)境實現(xiàn)監(jiān)測，提高精確度，節(jié)省人力。項目可以推廣到熱帶植物培養(yǎng)室、農(nóng)業(yè)大棚、國家糧倉等需要特殊環(huán)境的地點。⑥⑦

本研究項目以智能化環(huán)境檢測系統(tǒng)為主核心結(jié)構(gòu)，控制系統(tǒng)為嵌入式系統(tǒng)，并根據(jù)功能需求，把環(huán)境檢測系統(tǒng)分為六大模塊：閾值設(shè)定系統(tǒng)、環(huán)境檢測傳感系統(tǒng)、CAN數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)、報警系統(tǒng)以及顯示器終端。根據(jù)這六大模塊衍生出與之相對應(yīng)的六個程序模塊，從而實現(xiàn)以下功能：系統(tǒng)閾值設(shè)定、環(huán)境情況檢測傳感、數(shù)據(jù)處理及傳送、判別當前環(huán)境的狀況、如果超過閾值報警、顯示當前環(huán)境狀況及調(diào)整方案。

工作原理如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)工作原理圖

2 創(chuàng)新點及特色

（1）能夠智能對環(huán)境信息進行無人監(jiān)測。（2）溫度傳感器（DS18B20）濕度傳感器（DHT11）收集到的環(huán)境信息通過CAN總線傳遞到嵌入式系統(tǒng)（STM32）進行分析處理。（3）由一個4*4的鍵盤輸入需要的環(huán)境條件，實現(xiàn)需求可控化。（4）由蜂鳴器和LED小燈閃亮來對環(huán)境超標報警。如果環(huán)境條件超過閾值，則由蜂鳴器報警，對應(yīng)指標顏色的LED閃爍。若蜂鳴器不發(fā)聲且LED不閃爍，則表示環(huán)境在設(shè)定閾值范圍內(nèi)。（5）顯示終端：顯示環(huán)境信息以及處理辦法。16？液晶顯示字符模塊（背光/藍屏）采用標準的16腳接口。

3 參加大學(xué)生創(chuàng)新項目的體會

大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目從開始立項到現(xiàn)階段研究，目前共經(jīng)歷兩個階段，而每個階段所遇到的問題和解決的對策是不同的，具體如下：

3.1 立項階段

在這個階段，團隊成員剛剛組成項目組，團結(jié)力度比較強，成員參與的積極性非常高，覺得能夠申請成功并參與大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目，不僅能使自身的能力得到鍛煉和提升，而且也能為將來的考研或就業(yè)打下良好的實踐基礎(chǔ)。項目開始時期，大家的創(chuàng)新想法也比較多。最初，項目組成員鑒于生活中總有汽車被盜事件發(fā)生，提出設(shè)計汽車電路防盜開關(guān)及報警裝置。但實際應(yīng)用檢測時，會缺乏相應(yīng)的環(huán)境條件，所以綜合考慮后，決定放棄此計劃。最終項目組決定研究基于CAN總線的智能環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。之所以選此項目，是因為在參加項目前，項目組部分成員曾參與創(chuàng)新實驗等對CAN總線和嵌入式系統(tǒng)有一定的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，再做深一步的創(chuàng)新研究相對有利。

3.2 項目設(shè)計階段

在確定了項目內(nèi)容后，成員們便積極投入到方案設(shè)計中來。雖說之前，項目組部分成員對CAN總線和嵌入式系統(tǒng)有過一定的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，但是，對于一個完整的項目，團隊成員還是感到了前所未有的困惑，并感覺無從下手。此時項目導(dǎo)師幫助團隊成員明確研究方向，并和成員聯(lián)系交流，共同確立項目步驟，很快便確立了項目的六大系統(tǒng)。而項目組成員明確了各自在研究方面的長項并主動申請負責(zé)各個系統(tǒng)的設(shè)計與研究。

在確立了設(shè)計方案后便開始著手實施。最初開始做的時候，總是認為很容易，能夠按照自己預(yù)想的計劃順利實施。但真正開始做的時候，才意識到“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”。不論是在電路的焊接與檢測還是軟件的編寫與調(diào)試，都遇到了一些項目成員從未預(yù)料到的難題。但是，項目組成員并未因此而放棄，而是積極解決遇到的問題，并尋求導(dǎo)師的幫助。導(dǎo)師與我們每周交流，討論大家的想法，并幫助修正實驗方案和思路，不斷地補充內(nèi)容。使項目設(shè)計更加合理、思路更加清晰和成熟。

項目仍在進行，面對未來結(jié)題可能還會遇到更多的挑戰(zhàn)，項目成員有信心攻克，而且會努力取得更多的成果及成就。

4 總結(jié)

通過設(shè)計并研究該智能環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，力求實現(xiàn)對環(huán)境監(jiān)測的無人化，智能化：系統(tǒng)獲得傳感器采集到的信息并與獲得的環(huán)境閾值進行實時比較判斷，有效完成監(jiān)測。該裝置具有一定的實用價值。并且通過參加此次大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目，成員們鍛煉了協(xié)作能力，增強了動手能力，學(xué)會了在實際應(yīng)用中如何發(fā)現(xiàn)問題并用最合適的方法去解決，同時也為后續(xù)從事相關(guān)方面的研究及工作奠定了一定的基礎(chǔ)。

*通信作者：李媛媛

注釋

① 王黎.CAN現(xiàn)場總線系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用[M].四川：西南交通大學(xué)出版社，2012：8-9.

② 郭寬明.CAN總線原理和應(yīng)用系統(tǒng)技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)，2009：45-46.

③ 程曉琳.現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)模型與網(wǎng)絡(luò)集成[J]測控技術(shù)，2000.19（10）：34-37.

④ 陸前鋒.基于CAN控制器SJAl000的智能高速控制系統(tǒng)設(shè)計[M].電子設(shè)計應(yīng)用，2003：4-5.

⑤ 饒運濤.現(xiàn)場總線CAN原理與應(yīng)用技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003：12-14.

⑥ 王傳秒.基于ARM9的環(huán)境監(jiān)測平臺設(shè)計[D].湖南大學(xué)，2012.

⑦ 孫玉文.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[D].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013.