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基于STM32的光照传感器实验的研究与实现

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  【摘 要】随着物联网技术的快速发展,物联网已经在我们身边无处不在。为了培养物联网行业的高技术人才[8],许多高校陆续开设物联网工程专业,但很多高校在物联网工程专业实验课程上存在人才不培养目标的不明确以及教学方案不够完善;针对这些问题,提出具体的项目设计来提高物联网实验的综合性,培养学生的实践动手和创新能力,满足学生全面发展和复合型人才培养的要求。
  【关键词】物联网技术;实验课程;人才培养;光照传感器
  引言
  伴随着互联网技术的迅速发展,物联网技术也得到蓬勃發展,物联网技术是一个复杂的系统[1],覆盖了多领域技术与知识,包含电子、通信、计算机等多个学科;现如今物联网应用领域及其的广泛应用到工业、农业、以及医疗等诸多领域,发展前景十分广阔,同时也伴随着技术的快速更新。科学技术是第一生产力,在我国“十三五”国家战略性新兴产业规划表明,信息革命进程持续快速演进,物联网、云计算、大数据、人工智能等技术广泛渗透于经济社会各个领域,信息经济繁荣程度成为国家实力的重要标志。目前,物联网工程专业的人才培养仍处于探索阶段,如何培养真正适用于物联网产业的创新复合型人才是物联网工程专业建设的重点[2]。
  当前大多数高校,在教学汇总普遍存在重理论、轻实践的问题,理论知识结合实践的能力较差,难以实现高素质工程类人才的培养目的[3]。而物联网工程专业在注重理论教学的同时也需要侧重学生动手能力,培养学生实践与理论结合的能力。根据复合型人才培养要求,构建物联网工程专业创新创业型层次化实验教学平台,需要把实验教学作为理论课的扩展的应用,并作为教学过程中的一个重要组成部分[4],对于培养学生的创新实践能力发挥着重要作用。针对当前复合型人才培养要求以及物联网技术的应用,开展光照传感器采集试验。
  1.系统总体设计方案
  此实验包含STM32、BH1750FV1光照强度传感器模等模块结合ZigBee无线通信技术进行光照度的数据采集与传输。其中STM32模块为主控模块,光照度传感器模块内部是由芯片BH1750FV1来采集光照强度,其主要作用就是针对系统运行中所涉及的各项信息数据进行收集、处理和传递,并完成指定的工作。并通过I2C接口通讯;再结合ZigBee无线通信技术进行数据传输,最终在PC端显示。
  2.ZigBee通信技术
  ZigBee,也称紫蜂,是一种低速短距离传输的无线网上协议,底层是采用IEEE 802.15.4标准规范的媒体访问层与物理层,是一种模拟蜂蜜之间的交流方式而研发出来的新型短距离无线网络通信技术。随着无线传感器网络技术的广泛应用,物联网技术的快速发展就是基于ZigBee技术在无线传感器网络中的应用,使传感器与互联网完美的融合在一起,能够实现对物体的远距离信息采集和控制。相比较WIFI、蓝牙这两种无线通信技术,ZigBee无线传输技术可容纳的网络节点数量遥遥领先,ZigBee具有功耗低、成本低、时延短的技术特点,在整个智能家居系统之中,将ZigBee技术加以运用能够有效的提升系统的运行效率。完整的ZigBee 协议栈自上而下由应用层、应用汇聚层、网络层、数据链路层和物理层组成。
  3.硬件设计
  此实验采用STM32F103C8T6模块为主控芯片进行传感器数据采集处理,BH1750FV1模块进行光照强度的采集,ZigBee无线通信模块进行信息的远距离传输。STM32F103C8T6是一款基于ARM Cortex-M 内核STM32系列的32位的微控制器,程序存储器容量是64KB,需要电压2V~3.6V,工作温度为-40°C ~85°C。BH1750FV1是一种用于两线式串行总线接口的数字型光强度传感器集成电路。这种集成电路可以根据收集的光线强度数据来调整液晶或者键盘背景灯的亮度。利用它的高分辨率可以探测较大范围的光强度变化。
  4.软件设计
  程序开发是在MDK集成开发环境中进行开发,并应用网关Gateway2软件,添加光照传感器节点后观察数据。在主函数流程中,主要进行系统的一些初始化设置,主要是系统时钟初始化、端口初始化以及ADC的初始化设置和定时器三初始化,同时每50mS进行一次进行温湿度的采集。在温湿度采集函数中,实现IO口模拟I2C的采集方式对温湿度进行采集,同时将采集的光照强度值放到数组中。在系统的定时器3中断处理函数中,实现将采集到的光照强度数值通过ZigBee发送出去。程序结构图如图4所示。
  5.实验步骤
  首先将工业节点模块连接到PC机,连接图如图5所示;再用keil5软件进行程序代码的设计与编译后进行下载,其次进行工业节点和协调器的模式配置,并需要注意节点短地址对应;最后运行网关Gateways软件,添加光照传感器节点后观察数据。
  6.结束语
  物联网作为一个新的应用方式,是综合多种技术在一定领域的体现。在最近几年,各方面技术的快速发展以及在多方面利好的情况下,我国物联网技术水平得到了显著的提高。文本实现的是光照传感器的采集以及通过无线技术的进行数据传输,能充分的调动学生实验实践的主动性和积极性,提高学生对物联网技术的综合应用的直观认识和理解,锻炼了学生的创新能力和实践能力。
  参考文献:
  [1]廖丽嵘.应用型高校物联网专业实践教学模式研究[J].现代计算机,2015,31(18):17-20.
  [2]张书钦,王海龙,吴志刚.物联网综合实训教学模式探索[J].软件工程,2017,20(8):40-43.
  [3]赵翠芹,韦丽娟,冯太琴,等.应用型人才培养的物联网工程专业课程体系改革[J].物联网技术,2019,9(8):103-105.
  [4]郭晓然,张总,许燕.物联网综合性创新性项目驱动的实验教学改革[J].物联网技术,2021,11(02):110-112.
  作者简介:
  付蔚(1981-),女,副教授,重庆邮电大学,研究方向为物联网与智能家居、网络控制。
  张棚,男,22,李正,男,23,胡灿伟,男,23,重庆邮电大学,工业物联网与网络化控制教育部重点实验室,,在读研究生,研究方向:物联网技术与应用。
  基金项目:
  2020年教育部产学合作协同育人计划项目——面向物联网工程专业的创新创业实验平台研究
  (作者单位:重庆邮电大学)

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