基于特定可编程器件芯片的环境状态检测装置的制作方法

本实用新型涉及一种基于特定可编程器件芯片的环境状态检测装置。

背景技术：

目前，随着技术的发展，和计算机的情况类似，嵌入到电子系统中的通用芯片的生产成本已经变得非常低廉，普适计算和高性能低功耗传感器的推广已经融入我们生活的各个领域当中，因此及时有效的反馈环境状态信息不仅不会分散工作人员的注意力，而且可以随时准备在我们需要决定关注它们的时候提供便利的功能和有用的信息，本专利面向特定局域内网，因此在环境中的各种智能化嵌入式电子产品都能被唯一寻址、从而实现最终的万物互联。本专利采用美国TI公司的CC3000型号芯片支撑美国电气和电子工程师协会(IEEE)的802.11b/g无线标准协议，设计无线数据网络传输的物理层、MAC层硬件驱动程序，以无线网络协议IEEE的802.11b/g搭建物联网系统的数据链路传输；采用中国SIMCom公司的SIM800H芯片设计了基于第二代移动通信数据传输技术（GPRS）完成了环境监测装置的短信提醒功能；采用有机发光二极管(OLED)材质的小型高清液晶屏作为人机交互模块的终端，能够实时直观地显示环境状态信息。

传感器技术日臻成熟,其种类越来越多,除了早期使用的半导体材料、陶瓷材料以外,光导纤维以及超导材料的开发,为传感器的发展提供了物质基础。传感器技术的不断发展,也促进了更新型材料的开发,如纳米材料等。采用纳米材料制作的传感器,具有庞大的界面,能提供大量的气体通道,而且导通电阻很小,有利于传感器向微型化发展。本专利采用美国TI公司的高性能、低功耗的多种模拟/数字传感器感知环境温度、湿度、光照、一氧化碳浓度、火焰等状态信息，采集到的数据干扰小，稳定可靠。

全可编程器件芯片无处不在，全可编程器件的发展紧跟计算机体系结构的发展。目前，全可编程器件的发展全部基于总线技术，并且内部架构越来越复杂，超多核的全可编程器件的集成度也在不断攀升。本专利设计的电子产品以采用美国赛灵斯公司生产的具备颠覆性架构的Zynq-7000 AP 全可编程芯片作为核心处理器搭建片上系统(SOC)，该芯片将双核的基于RISC指令集的微处理器(ARM Cortex A9 MPcore)及现场可编程门阵列(FPGA)并行计算单元集成在同一芯片内，通过ARM公司提出的面向高性能、高带宽、低延迟到的片内总线(AXI)耦合互联，并行处理单元FPGA与高速串行处理单元双核ARM间数据交互稳定、高效，由于两种不同计算架构耦合在同一芯片封装内，因此两种不同计算架构拥有较强的数据抗干扰性能。

技术实现要素：

本实用新型提供一种集数据采集、数据储存、人机交互、异常报警、无线通信与一体的基于特定可编程器件芯片的环境状态检测装置。

本实用新型的目的是这样实现的，基于特定可编程器件芯片的环境状态检测装置，其特征是：至少包括：Zynq-7000 AP处理器、传感器模块、无线数据通信模块、外围设备芯片驱动逻辑模块，Zynq-7000 AP处理器集成有ARM0核处理器、ARM1核处理器、现场可编程逻辑门阵列FPGA；所述ARM0核处理器的A/D接口与传感器模块接口电连接；ARM1核处理器的设备树接口与外围设备芯片驱动逻辑模块电连接，ARM1核处理器的串口与语音合成播报模块电连接；所述现场可编程逻辑门阵列FPGA的AXI接口与高速随机存取内存DDR3电连接；Zynq-7000 AP处理器、传感器模块、无线数据通信模块、外围设备芯片驱动逻辑模块、高速随机存取内存DDR3、外围设备芯片驱动逻辑模块、语音合成播报模块及电源模块通过连接的电路板固定在壳体内，壳体的面板有外围设备芯片驱动逻辑模块连接的人机对话模块。

所述的人机对话模块包括：按键开关、高清液晶显示模块，高清液晶显示模块在面板的左上角，高清液晶显示模块的右侧固定按键开关，按键开关有四个，分别是第一开关、第二开关、第三开关、第四开关；第一开关是总电源开关；第二开关作为液晶显示模块的电源；第三开关为流量开关；第四开关可作用于重启整个系统电源。

所述的ARM1核处理器的设备树接口同时电连接有短信提醒模块。

所述的现场可编程逻辑门阵列FPGA通过并行接口电连接有高清液晶显示模块。

所述的面板的右侧从上到下分别是无线数据通信模块的天线单元、锂电池充电接口、语音播报模块的耳机插孔、火焰检测蜂鸣器报警单元。

所述面板中的高清液晶显示模块下端是传感器模块面板开口，所述传感器模块固定在传感器模块面板开口处。

所述的传感器模块包括实时采集环境中的温度传感器、湿度传感器、光照传感器、一氧化碳浓度传感器、火焰传感器。

本实用新型的优点是：能够及时有效获取识别环境中的各种状态信息，持续监测不同环境中的温湿度、光照、一氧化碳浓度、火焰等物理信息通过人机交互方式及时反馈异常环境状态信息，基于802.11b/g无线标准协议通过无线通信模块与互联网中的云端服务器高速互联，实现便捷的数据交互；并且在不妨碍工作人员基本工作需求的情况下，能够及时对环境中的突发状况及时短信通知、播报提醒，预防事故发生、规避风险；具有成本低廉、环保高效、美观实用，总体系统架构清晰，人机交互系统完善、小巧简单、充电方便、安装简洁、携带方便、稳定可靠。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

图1是本实用新型的系统设计架构图；

图2是本实用新型的面板结构示意图。

图1中，1、ARM0核处理器；2、ARM1核处理器；3、现场可编程逻辑门阵列FPGA；4、高速随机存取内存DDR3；5、传感器模块；6、外围设备芯片驱动逻辑模块；7、无线数据通信模块；8、短信提醒模块；9、语音合成播报模块；10、高清液晶显示模块；11、液晶显示模块面板；12、传感器模块面板；13、第一开关；14、第二开关；15、第三开关；16、第四开关；17、无线数据通信模块的天线单元；18、锂电池充电接口；19、语音播报模块的耳机插孔；20、火焰检测蜂鸣器报警单元。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，基于特定可编程器件芯片的环境状态检测装置，其特征是：至少包括：Zynq-7000 AP处理器、传感器模块(5)、无线数据通信模块(7)、外围设备芯片驱动逻辑模块(6)，Zynq-7000 AP处理器集成有ARM0核处理器(1)、ARM1核处理器(2)、现场可编程逻辑门阵列FPGA(3)；所述ARM0核处理器的A/D接口与传感器模块(5)接口电连接；ARM1核处理器的设备树接口与外围设备芯片驱动逻辑模块(6)电连接，ARM1核处理器的串口与语音合成播报模块(9)电连接；所述现场可编程逻辑门阵列FPGA(3)的AXI接口与高速随机存取内存DDR3(4)电连接；Zynq-7000 AP处理器、传感器模块(5)、无线数据通信模块(7)、外围设备芯片驱动逻辑模块(6)，高速随机存取内存DDR3(4)、外围设备芯片驱动逻辑模块(6)、语音合成播报模块(9)及电源模块通过连接的电路板固定在壳体内，壳体的面板有外围设备芯片驱动逻辑模块(6)连接的人机对话模块。

所述的人机对话模块包括：按键开关、高清液晶显示模块(10)。高清液晶显示模块(10)在面板的左上角，该模块右侧固定按键开关，按键开关有四个，分别是第一开关(13)，第二开关(14)、第二开关(15)、第四开关(16)。第一开关(13)是总电源开关，按下可启动关闭系统；第二开关(14)作为液晶显示模块的电源，待系统运行工作稳定，按下后可在液晶屏幕上可显示温度、湿度、光照、一氧化碳浓度等环境状态信息的数据，如果想让系统工作在低功耗模式，可按下开关关闭液晶模块;第三开关(15)为流量开关，可以控制无线数据传输通断；第四开关(16)作用可作用于重启整个系统,另外当火焰传感器检测到当前环境中存在火焰时，蜂鸣器报警，语音合成播报模块可通过音频接口播报异常情况；锂电池充电接口处接入稳定的直流电源，电子系统可以稳定运行工作。

实施例2

在实施例1的基础上所述的ARM1核处理器的设备树接口同时电连接有短信提醒模块(8)。

实施例3

在实施例1和实施例2的基础上现场可编程逻辑门阵列FPGA3通过并行接口电连接有高清液晶显示模块(10)。

所述的面板的右侧从上到下分别是无线数据通信模块的天线单元(17)、锂电池充电接口(18)、语音播报模块的耳机插孔(19)、火焰检测蜂鸣器报警单元(20)。

所述面板中的高清液晶显示模块(10)下端是传感器模块面板开口(12)，所述传感器模块固定在传感器模块面板开口(12)位置处。

本实用新型产生的所有数据、变量、中间结果都将存储在外置的高速随机存取内存DDR3(4)中。高速随机存取内存DDR3(4)与Zynq-7000 AP全可编程器件的ARM0核处理器(1)、ARM1核处理器(2)与现场可编程逻辑门阵列FPGA(3)之间通过AXI总线高速耦合互联，实现数据的保真高速传输。ARM1核处理器对外电连接无线数据通信模块(7)、短信提醒模块(8)、语音合成播报模块(9)及高清液晶显示模块(10)等外设子模块；并行处理单元可编程逻辑门阵列FPGA(3)通过AXI总线获取存入到高速随机存取内存DDR3(4)中的环境状态数据，由于FPGA的逻辑资源可以对数据同时并行进行计算，因此无线数据通信模块(7)、短信提醒模块(8)、语音合成播报模块(9)、高清液晶显示模块(10)中需要使用FPGA的逻辑资源来搭建数据接收发送器，这样可以极大提升单位时间内环境状态检测装置的数据吞吐量，提高数据的传送效率。

所述的传感器模块(5)包括实时采集环境状态信息的温度传感器、湿度传感器、光照传感器、一氧化碳浓度传感器、火焰传感器。