本實(shí)用新型涉及一種基于特定可編程器件芯片的環(huán)境狀態(tài)檢測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

目前，隨著技術(shù)的發(fā)展，和計(jì)算機(jī)的情況類似，嵌入到電子系統(tǒng)中的通用芯片的生產(chǎn)成本已經(jīng)變得非常低廉，普適計(jì)算和高性能低功耗傳感器的推廣已經(jīng)融入我們生活的各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中，因此及時(shí)有效的反饋環(huán)境狀態(tài)信息不僅不會(huì)分散工作人員的注意力，而且可以隨時(shí)準(zhǔn)備在我們需要決定關(guān)注它們的時(shí)候提供便利的功能和有用的信息，本專利面向特定局域內(nèi)網(wǎng)，因此在環(huán)境中的各種智能化嵌入式電子產(chǎn)品都能被唯一尋址、從而實(shí)現(xiàn)最終的萬(wàn)物互聯(lián)。本專利采用美國(guó)TI公司的CC3000型號(hào)芯片支撐美國(guó)電氣和電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)的802.11b/g無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，設(shè)計(jì)無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奈锢韺印AC層硬件驅(qū)動(dòng)程序，以無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議IEEE的802.11b/g搭建物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)鏈路傳輸；采用中國(guó)SIMCom公司的SIM800H芯片設(shè)計(jì)了基于第二代移動(dòng)通信數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)（GPRS）完成了環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置的短信提醒功能；采用有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)材質(zhì)的小型高清液晶屏作為人機(jī)交互模塊的終端，能夠?qū)崟r(shí)直觀地顯示環(huán)境狀態(tài)信息。

傳感器技術(shù)日臻成熟,其種類越來(lái)越多,除了早期使用的半導(dǎo)體材料、陶瓷材料以外,光導(dǎo)纖維以及超導(dǎo)材料的開發(fā),為傳感器的發(fā)展提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展,也促進(jìn)了更新型材料的開發(fā),如納米材料等。采用納米材料制作的傳感器,具有龐大的界面,能提供大量的氣體通道,而且導(dǎo)通電阻很小,有利于傳感器向微型化發(fā)展。本專利采用美國(guó)TI公司的高性能、低功耗的多種模擬/數(shù)字傳感器感知環(huán)境溫度、濕度、光照、一氧化碳濃度、火焰等狀態(tài)信息，采集到的數(shù)據(jù)干擾小，穩(wěn)定可靠。

全可編程器件芯片無(wú)處不在，全可編程器件的發(fā)展緊跟計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展。目前，全可編程器件的發(fā)展全部基于總線技術(shù)，并且內(nèi)部架構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，超多核的全可編程器件的集成度也在不斷攀升。本專利設(shè)計(jì)的電子產(chǎn)品以采用美國(guó)賽靈斯公司生產(chǎn)的具備顛覆性架構(gòu)的Zynq-7000 AP 全可編程芯片作為核心處理器搭建片上系統(tǒng)(SOC)，該芯片將雙核的基于RISC指令集的微處理器(ARM Cortex A9 MPcore)及現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)并行計(jì)算單元集成在同一芯片內(nèi)，通過ARM公司提出的面向高性能、高帶寬、低延遲到的片內(nèi)總線(AXI)耦合互聯(lián)，并行處理單元FPGA與高速串行處理單元雙核ARM間數(shù)據(jù)交互穩(wěn)定、高效，由于兩種不同計(jì)算架構(gòu)耦合在同一芯片封裝內(nèi)，因此兩種不同計(jì)算架構(gòu)擁有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)抗干擾性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提供一種集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、人機(jī)交互、異常報(bào)警、無(wú)線通信與一體的基于特定可編程器件芯片的環(huán)境狀態(tài)檢測(cè)裝置。

本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，基于特定可編程器件芯片的環(huán)境狀態(tài)檢測(cè)裝置，其特征是：至少包括：Zynq-7000 AP處理器、傳感器模塊、無(wú)線數(shù)據(jù)通信模塊、外圍設(shè)備芯片驅(qū)動(dòng)邏輯模塊，Zynq-7000 AP處理器集成有ARM0核處理器、ARM1核處理器、現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列FPGA；所述ARM0核處理器的A/D接口與傳感器模塊接口電連接；ARM1核處理器的設(shè)備樹接口與外圍設(shè)備芯片驅(qū)動(dòng)邏輯模塊電連接，ARM1核處理器的串口與語(yǔ)音合成播報(bào)模塊電連接；所述現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列FPGA的AXI接口與高速隨機(jī)存取內(nèi)存DDR3電連接；Zynq-7000 AP處理器、傳感器模塊、無(wú)線數(shù)據(jù)通信模塊、外圍設(shè)備芯片驅(qū)動(dòng)邏輯模塊、高速隨機(jī)存取內(nèi)存DDR3、外圍設(shè)備芯片驅(qū)動(dòng)邏輯模塊、語(yǔ)音合成播報(bào)模塊及電源模塊通過連接的電路板固定在殼體內(nèi)，殼體的面板有外圍設(shè)備芯片驅(qū)動(dòng)邏輯模塊連接的人機(jī)對(duì)話模塊。

所述的人機(jī)對(duì)話模塊包括：按鍵開關(guān)、高清液晶顯示模塊，高清液晶顯示模塊在面板的左上角，高清液晶顯示模塊的右側(cè)固定按鍵開關(guān)，按鍵開關(guān)有四個(gè)，分別是第一開關(guān)、第二開關(guān)、第三開關(guān)、第四開關(guān)；第一開關(guān)是總電源開關(guān)；第二開關(guān)作為液晶顯示模塊的電源；第三開關(guān)為流量開關(guān)；第四開關(guān)可作用于重啟整個(gè)系統(tǒng)電源。

所述的ARM1核處理器的設(shè)備樹接口同時(shí)電連接有短信提醒模塊。

所述的現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列FPGA通過并行接口電連接有高清液晶顯示模塊。

所述的面板的右側(cè)從上到下分別是無(wú)線數(shù)據(jù)通信模塊的天線單元、鋰電池充電接口、語(yǔ)音播報(bào)模塊的耳機(jī)插孔、火焰檢測(cè)蜂鳴器報(bào)警單元。

所述面板中的高清液晶顯示模塊下端是傳感器模塊面板開口，所述傳感器模塊固定在傳感器模塊面板開口處。

所述的傳感器模塊包括實(shí)時(shí)采集環(huán)境中的溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器、一氧化碳濃度傳感器、火焰?zhèn)鞲衅鳌?/p>

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是：能夠及時(shí)有效獲取識(shí)別環(huán)境中的各種狀態(tài)信息，持續(xù)監(jiān)測(cè)不同環(huán)境中的溫濕度、光照、一氧化碳濃度、火焰等物理信息通過人機(jī)交互方式及時(shí)反饋異常環(huán)境狀態(tài)信息，基于802.11b/g無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議通過無(wú)線通信模塊與互聯(lián)網(wǎng)中的云端服務(wù)器高速互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)便捷的數(shù)據(jù)交互；并且在不妨礙工作人員基本工作需求的情況下，能夠及時(shí)對(duì)環(huán)境中的突發(fā)狀況及時(shí)短信通知、播報(bào)提醒，預(yù)防事故發(fā)生、規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)；具有成本低廉、環(huán)保高效、美觀實(shí)用，總體系統(tǒng)架構(gòu)清晰，人機(jī)交互系統(tǒng)完善、小巧簡(jiǎn)單、充電方便、安裝簡(jiǎn)潔、攜帶方便、穩(wěn)定可靠。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明：

圖1是本實(shí)用新型的系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)圖；

圖2是本實(shí)用新型的面板結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1中，1、ARM0核處理器；2、ARM1核處理器；3、現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列FPGA；4、高速隨機(jī)存取內(nèi)存DDR3；5、傳感器模塊；6、外圍設(shè)備芯片驅(qū)動(dòng)邏輯模塊；7、無(wú)線數(shù)據(jù)通信模塊；8、短信提醒模塊；9、語(yǔ)音合成播報(bào)模塊；10、高清液晶顯示模塊；11、液晶顯示模塊面板；12、傳感器模塊面板；13、第一開關(guān)；14、第二開關(guān)；15、第三開關(guān)；16、第四開關(guān)；17、無(wú)線數(shù)據(jù)通信模塊的天線單元；18、鋰電池充電接口；19、語(yǔ)音播報(bào)模塊的耳機(jī)插孔；20、火焰檢測(cè)蜂鳴器報(bào)警單元。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

如圖1所示，基于特定可編程器件芯片的環(huán)境狀態(tài)檢測(cè)裝置，其特征是：至少包括：Zynq-7000 AP處理器、傳感器模塊(5)、無(wú)線數(shù)據(jù)通信模塊(7)、外圍設(shè)備芯片驅(qū)動(dòng)邏輯模塊(6)，Zynq-7000 AP處理器集成有ARM0核處理器(1)、ARM1核處理器(2)、現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列FPGA(3)；所述ARM0核處理器的A/D接口與傳感器模塊(5)接口電連接；ARM1核處理器的設(shè)備樹接口與外圍設(shè)備芯片驅(qū)動(dòng)邏輯模塊(6)電連接，ARM1核處理器的串口與語(yǔ)音合成播報(bào)模塊(9)電連接；所述現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列FPGA(3)的AXI接口與高速隨機(jī)存取內(nèi)存DDR3(4)電連接；Zynq-7000 AP處理器、傳感器模塊(5)、無(wú)線數(shù)據(jù)通信模塊(7)、外圍設(shè)備芯片驅(qū)動(dòng)邏輯模塊(6)，高速隨機(jī)存取內(nèi)存DDR3(4)、外圍設(shè)備芯片驅(qū)動(dòng)邏輯模塊(6)、語(yǔ)音合成播報(bào)模塊(9)及電源模塊通過連接的電路板固定在殼體內(nèi)，殼體的面板有外圍設(shè)備芯片驅(qū)動(dòng)邏輯模塊(6)連接的人機(jī)對(duì)話模塊。

所述的人機(jī)對(duì)話模塊包括：按鍵開關(guān)、高清液晶顯示模塊(10)。高清液晶顯示模塊(10)在面板的左上角，該模塊右側(cè)固定按鍵開關(guān)，按鍵開關(guān)有四個(gè)，分別是第一開關(guān)(13)，第二開關(guān)(14)、第二開關(guān)(15)、第四開關(guān)(16)。第一開關(guān)(13)是總電源開關(guān)，按下可啟動(dòng)關(guān)閉系統(tǒng)；第二開關(guān)(14)作為液晶顯示模塊的電源，待系統(tǒng)運(yùn)行工作穩(wěn)定，按下后可在液晶屏幕上可顯示溫度、濕度、光照、一氧化碳濃度等環(huán)境狀態(tài)信息的數(shù)據(jù)，如果想讓系統(tǒng)工作在低功耗模式，可按下開關(guān)關(guān)閉液晶模塊;第三開關(guān)(15)為流量開關(guān)，可以控制無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸通斷；第四開關(guān)(16)作用可作用于重啟整個(gè)系統(tǒng),另外當(dāng)火焰?zhèn)鞲衅鳈z測(cè)到當(dāng)前環(huán)境中存在火焰時(shí)，蜂鳴器報(bào)警，語(yǔ)音合成播報(bào)模塊可通過音頻接口播報(bào)異常情況；鋰電池充電接口處接入穩(wěn)定的直流電源，電子系統(tǒng)可以穩(wěn)定運(yùn)行工作。

實(shí)施例2

在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上所述的ARM1核處理器的設(shè)備樹接口同時(shí)電連接有短信提醒模塊(8)。

實(shí)施例3

在實(shí)施例1和實(shí)施例2的基礎(chǔ)上現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列FPGA3通過并行接口電連接有高清液晶顯示模塊(10)。

所述的面板的右側(cè)從上到下分別是無(wú)線數(shù)據(jù)通信模塊的天線單元(17)、鋰電池充電接口(18)、語(yǔ)音播報(bào)模塊的耳機(jī)插孔(19)、火焰檢測(cè)蜂鳴器報(bào)警單元(20)。

所述面板中的高清液晶顯示模塊(10)下端是傳感器模塊面板開口(12)，所述傳感器模塊固定在傳感器模塊面板開口(12)位置處。

本實(shí)用新型產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)、變量、中間結(jié)果都將存儲(chǔ)在外置的高速隨機(jī)存取內(nèi)存DDR3(4)中。高速隨機(jī)存取內(nèi)存DDR3(4)與Zynq-7000 AP全可編程器件的ARM0核處理器(1)、ARM1核處理器(2)與現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列FPGA(3)之間通過AXI總線高速耦合互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的保真高速傳輸。ARM1核處理器對(duì)外電連接無(wú)線數(shù)據(jù)通信模塊(7)、短信提醒模塊(8)、語(yǔ)音合成播報(bào)模塊(9)及高清液晶顯示模塊(10)等外設(shè)子模塊；并行處理單元可編程邏輯門陣列FPGA(3)通過AXI總線獲取存入到高速隨機(jī)存取內(nèi)存DDR3(4)中的環(huán)境狀態(tài)數(shù)據(jù)，由于FPGA的邏輯資源可以對(duì)數(shù)據(jù)同時(shí)并行進(jìn)行計(jì)算，因此無(wú)線數(shù)據(jù)通信模塊(7)、短信提醒模塊(8)、語(yǔ)音合成播報(bào)模塊(9)、高清液晶顯示模塊(10)中需要使用FPGA的邏輯資源來(lái)搭建數(shù)據(jù)接收發(fā)送器，這樣可以極大提升單位時(shí)間內(nèi)環(huán)境狀態(tài)檢測(cè)裝置的數(shù)據(jù)吞吐量，提高數(shù)據(jù)的傳送效率。

所述的傳感器模塊(5)包括實(shí)時(shí)采集環(huán)境狀態(tài)信息的溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器、一氧化碳濃度傳感器、火焰?zhèn)鞲衅鳌?/p>