物联网导论 课程设计
课题名称 物联网导论 所在院系 XXXXX 学院 班级 14级物联网 学号 1413XXXXX
姓名 XXX 指导老师 XXX
时间 2016年3月 分数
《物联网导论课程设计任务书》
姓名：XXX 班级：14级物联网 指导老师：XXX
课题名称：自由设计M2M的物联网体系 设1 熟悉掌握物联网概念。 计2了解物联网的支撑技术。 任3自行设计一套M2M的物联网应用。 务4编写此套应用的论文，字数不少于1000-2000。 与4.1论文应该图文并茂，贴近日常应用。 要4.2充分发挥，自由想象。 求 4.3 论文中应着重介绍一种物联网支撑技术。 设1 课前调查 计2 确定方向 步3 着手编写 骤 4及时修正 概M2M定义： 念 M2M是machine-to-machine的简称，即“机器对机器”的缩写，也有介人理解为人对机器(man-to-machine)、机器对人(machine-to-man)等，绍 旨在通过通信技术来实现人、机器和系统三者之问的智能化、交互式无缝连接 。M2M设备是能够回答包含在一些设备中的数据的请求或能够自动传送包含在这些设备中的数据的设备。M2M通信与物联网的核心理念一致，不同之处是物联网的概念、所采用的技术及应用场景更宽泛。而M2M则聚焦在无线通信网络应用上，是物联网应用的一种主要方式。 设计的物联网应用：智能健康秤
概述：
智能健康秤远程健康监测在未来的患者治疗中将扮演重要角色。它将数据测量、趋势呈现、分析建议、家庭模式、互动社区五大功能集于一身，用蓝牙与用户智能手机连接的智能健康秤通过家庭网关通信，并将收集到的身体数据发送给相关医疗机构，把患者与医疗机构连接起来。
设计理念：
利用Atmal 328P单片机、应变片式传感器为数据采集器对智能人体健康电子秤进行了设计。该设计采用LCD显示器以数字的形式显示体重，并通过键盘输入人体身高信息，并结合人体的体重信息，计算出健康指数，来判别肥胖程度，并蓝牙与用户智能手机连接的智能健康秤通过家庭网关通信，并将收集到的身体数据发送给相关医疗机构，把患者与医疗机构连接起来。为了使系统更加完善，还添加了超载报警功能，通过软硬件的设计使人体健康秤具有一定的智能化功能，使用简便，具有一定的推广应用前景。
设计原理：
系统设计了一个主电源和受单片机控制的受控电源，主电源给单片机和显示及键盘模块供电，受控电源供给传感器、数据放大及转换模块，通过设置一个定时器，在单片机休眠时每隔一段时间来读取零值并更新，并通过判别人是否在称重来决定受控电源是否工作，以便实现电池节能和自动上秤功能。
工作原理：
电子秤表面有ITO导电膜，对人体无伤害的微弱交流电在体内循环，然后通过BIA (Bioelectrical Impedance Analysis)生物电阻抗方法测量数据。
由于肌肉内含有较多血液等水分，可以导电，而脂肪是不导电的。因此可以通过微小电流通过身体来计算电阻，使用我们在广泛实验得到的公式，能够比较精确地测量人体脂肪百分比、人体水分百分比、人体肌肉百分比、骨骼重量等人体成分。
产品功能：
1.追踪15项人体健康数据，全方位、立体化健康监测。 2.PHMS™云端数据引擎交叉分析，深度报告，健康管理。 3.趋势呈现，制定合理的瘦身目标，精确减脂。
4.家庭模式，可以将全家人的健康数据进行统一管理，随时随地查询。 5.友情关怀，分享、社交、相互激励。
6. 可以将收集到的身体数据发送给相关医疗机构。
总结：
本文设计的电子秤以单片机为主要部件，用汇编语言进行软件设计，硬件则以称重传感器为主，采用纽扣电池对电子秤提供电源。并通过硬件电路设计实现电源转换。能够准确的测量人体的重量，具有自动上电和关电功能，并使用蓝牙与用户智能手机连接的智能健康秤通过家庭网关通信，并将收集到的身体数据发送给相关医疗机构，把患者与医疗机构连接起来。使用者可以设置上限重量，当体重超过此上限时系统会发出蜂鸣报警声，并将收集到的身体数据发送给相关医疗机构，有助于控制体重保持健康。它将数据测量、趋势呈现、分析建议、家庭模式、互动社区五大功能集于一身，与用户的智能手机结合，成为现代家居生活中最贴心的健康小管家，此系统可开发为实物产品，能广泛应用于人们生活中，结构简单、操作方便，具有一定实现意义和经济价值。
设计电路：
主芯片用Atmal 328P，芯片引脚及各个形状如下：
最小系统：一个嵌入式处理器自己是不能独立工作的，必须给它供电、加上时钟信号、提供复位信号，如果芯片没有片内程序存储器，则还要加上存储器系统，然后嵌入式处理器芯片才可能工作。
1 模拟电源
电路简单，输出电压纹波较小，并且干扰较开关电源小得多。
2 时钟电路
目前所有的微控制器均为时序电路，需要一个时钟信号才能工作，大多数微控制器具有晶体振荡器。利用微控制器内部的晶体振荡器来提供时钟信号。
3 复位电路
微控制器在上电时状态并不确定，这造成微控制器不能正确工作。为解决这个问题，所有微控制器均有一个复位逻辑，它负责将微控制器初始化为某个确定的状态。这个复位逻辑需要一个复位信号才能工作。
复位电路可以使用简单的阻容复位，这个电路成本低廉，但不能保证任何情况产生稳定可靠的复位信号，所以一般场合需要使用专门的复位芯片。
4模拟开关电路
由四个电容、一个电源、一个1N5819、一个充电插口和接地、电源组成。电路简单，输出电压纹波较小，并且干扰较开关电源小得多。电路如下图所示
5蓝牙收发电路
AT 指令集
HC-05 嵌入式蓝牙串口通讯模块（以下简称模块）具有两种工作模式：命令响应工作模式和自动连接工作模式，在自动连接工作模式下模块又可分为主（Master） 、从（Slave）和回环（Loopback）三种工作角色。当模块处于自动连接工作模式时，将自动根据事先设定的方式连接的数据传输；当模块处于命令响应工作模式时能执行下述所有 AT 命令，用户可向模块发送各种 AT 指令，为模块设定控制参数或发布控制命令。通过控制模块外部引脚（PIO11）输入电平，可以实现模块工作状态的动态转换。 串口模块用到的引脚定义：
1、PIO8 连接 LED，指示模块工作状态，模块上电后闪烁，不同的状态闪烁间隔不同。 2、PIO9 连接 LED，指示模块连接成功，蓝牙串口匹配连接成功后，LED 长亮。
3、PIO11 模块状态切换脚，高电平-->AT 命令响应工作状态，低电平或悬空-->蓝牙常规工作状态。
4、模块上已带有复位电路，重新上电即完成复位。
6 液晶显示电路
LCD 1602采用标准的16脚接口，其中：
第1脚：GND为电源地
第2脚：VCC接5V电源正极
第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高
（对比度过高时会 产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。 第4脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。 第5脚：RW为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。 第6脚：E(或EN)端为使能(enable)端,高电平（1）时读取信息，负跳 变时执行指令。
第7～14脚：D0～D7为8位双向数据端。第15～16脚：空脚或背灯电 源。
15脚背光正极。 16脚背光负极。
7传感器的接收电路（运放、A/D）
① A/D转换器
A/D转换器的基本时钟由VPB时钟提供。可编程分频器可将时钟调整至逐步逼近转换所需的4.5MHz（最大）。如要要得到10位精度的结果，需要11个A/D转换时钟。 A/D转换器的引脚描述如图2-1所示 引脚名称 类型 引脚描述 模拟输入。A/D转换器单元可分时测量这8个引脚上的输入信号电压。即使这些引脚设置为GPIO功能，仍可以使用A/D转换器部件。 模拟电源和地。它们分别与标称的V3和VSSD的电压相同，但为了降低噪声和出错几率，两者应当隔离。转换器的VrefP和VrefN信号在内部与这两个电源信号相连。 AIN7～AIN0 输入 V3A,VSSA 电源 图2-1A/D引脚描述
A/D转换器的内部结构如图2-2所示。
图 2-2 A/D转换器的内部结构
② 运算放大器
运算放大器（简称“运放”）是具有很高放大倍数的电路单元。在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。它是一种带有特殊耦合电路及反馈的放大器。
图 2-3 A/D转换电路
8 键盘
① 独立式按键输入
原理：根据IO口的状态了解外部按键是否按下； 优点：编程简单； 缺点：口线利用率不高
图 3-1 独立式按键输入
② 行列式按键输入
原理：行线逐个输出，列线读入，循环一次可以了解外部按键状态； 优点：可以连接较多按键；
缺点：编程较复杂。
9 串口
① 定义
串行接口 (Serial Interface) 是指数据一位一位地顺序传送，其特点是通信线路简单，只要一对传输线就可以实现双向通信（可以直接利用电话线作为传输线）。串行通讯可以进一步分为单工、半双工和全双工三种。 ② 同步串行通信方式
同步串行是指SPI（Serial Peripheral interface）的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。SPI总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息，TRM450是SPI接口。 ③ 异步串行通信方式
异步串行是指UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter），通用异步接收/发送。UART是一个并行输入成为串行输出的芯片，通常集成在主板上。UART包含TTL电平的串口和RS232电平的串口。
10 I2C
① 定义
IC（Inter－Integrated Circuit）总线是由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。是微电子通信控制领域广泛采用的一种总线标准。它是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方式简单，器件封装形式小，通信速率较高等优点。 IC总线电路图如图7-1所示。
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图7-1 IC接口电路
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② 串行数据传送
在总线备用时SDA和SCL都必须保持高电平状态，只有关闭IC总线时才能使SCL钳位在低电平。在IC总线数据传输时，在时钟线高电平期间，数据线上必须保持有稳定的逻辑电平（也就是说在数据传输期间只有时钟线低电平期间，才允许数据线上的电平发生变化）。如图7-2所示。
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图 7-2 串行数据传送
③ 开始和结束
SCL 线是高电平时，SDA 线从高电平向低电平切换，这个情况表示起始条件；
SCL 线是高电平时，SDA 线由低电平向高电平切换，这个情况表示停止条件。如图7-3所示。
图 7-3 开始和结束
④ IC数据传送
IC总线数据传送时，每传送一个字节数据后都必须有应答信号（A）。主控器接收数据时，如果要结束通信时，将在停止位之前发送非应答信号（A非）。如图7-4所示。
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图 7-4 数据传送
三 总结
我非常喜欢自己动手操作，通过自己动手更加深刻的体会到了学习的乐趣，通过在课堂上所学传感器、ARM、物联网导论等课程的知识，和在网上搜索的资料，我完成了设计，并实现了一些功能，我要更加努力的学习，争取以后做的更加完善。
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