无线环境监测模拟装置.doc

1、目录摘 要1Abstract11方案设计11.1理论分析21.2设计方案论证与选择21.2.1探测点和控制终端处理器的选择21.2.2无线收发芯片的选择21.2.3温度传感的选择31.2.4光电传感的选择31.2.5 显示器件的选择31.3整体系统设计框图42各模块的硬件设计与核心电路52.1自制无线收发电路52.1.1无线发射电路52.1.2 无线接收电路52.2传感模块73 DS18B20无线收发模块程序流程图8参考文献：10附录1 完整电路图11附录2实物图照片12附录3 软件程序源代码12202009年全国大学生电子设计竞赛试题无线环境监测装置 摘要： 本系统是由单片机AT89C52作

2、为主控芯片，选用DS18B20作为环境的温度采集芯片，以及用光电传感器对周围环境的光照进行探测。把DS18B20采集回的当前环境下的温度数据和光电传感器采集回来的光照情况的数据传送给探测点的AT89C52,进行相关的数据处理。然后把信息通过无线发射模块传送给控制终端的无线接收模块。在控制终端把接收回来的数据经过主控芯片AT89C52进行处理。然后传送给LCD12864，对探测点的温度和光照情况进行实时显示。经过测试，自制的无线收发模块，其无线传输载波频率为27MHZ完全符合要求，探测时延在2s以内，天线与探测点的距离在50厘米以上，有比较好的数据传输功能。温度数据经过编码后通过无线传输的精度控

3、制在1摄氏度以内。整个系统基本上达到了设计要求。关键字：单片机AT89C51,无线发射，无线接收，DS18B20，LCD12864。Abstact:This system uses the AT89C52 microcontroller as the master chip, chosing DS18B20 as the environmental temperature collecting chips and using the photoelectric sensors to detect the ambient light. The temperature data from DS18

4、B20 and the data from the optical sensors, about the current environment, are transmitted to the AT89C52.Then the associated data is processed. And the processed data is transmited to the control terminal of the wireless receiver module through the wireless transmitter module.In the control terminal

5、, the received data is processed by the master chip AT89C52 and then send it to LCD12864. Lastly the detection point temperature and light conditions in is real-time displayed. Test proves that the self-produce wireless transceiver module is accurate, the wireless carrier frequency of 27MHZ fully co

6、mply with the requirement and the detect delay is 2 s or less. The distance between the antenna and the detection point is 50 cm or more.This proves that transmission capability is fine. The precision of temperature data encoded through wireless transmission is 1 degrees. All prove that the system m

7、eets the design requirements fully. Keywords: SCM AT89C51, wireless transmitters, wireless receivers, DS18B20, LCD12864.1方案设计1.1理论分析整个系统分为三个部分，两个探测点，和一个监测终端。探测点是对所处环境的温度和光照进行信号采集和数据处理。所以我们可以应用温度传感器和光电传感器对探测点环境的温度和光照情况进行数据采集。然后我们可以利用单片机对数据进行相关的处理。再经过无线发射模块把信息反馈到监测终端的无线接收模块，然后把信息，传给监测终端的中央处理器。在监测终端把探测

8、点的温度和光照情况进行实时显示。同样，在监测终端可以发送相关的命令对探测点进行相关的操作。1.2设计方案论证与选择1.2.1探测点和控制终端处理器的选择方案1：采用我们常用和熟悉的单片机AT89C52,作为数据处理芯片。AT89C52单片机是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8K bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容。价格比较低廉。方案2：采用FPGA作为控制和数据处理器。虽然FAPGA在数据传输和处理的

9、速度上要快点。但是，其用作无线先收发控制，软件实现相对较复杂。并且，价格要昂贵很多。 比较上面两种方案，显然方案1完全能够满足我们的要求且性价比比较高。因此，我们选择AT89C52单片机作为我们的数据处理芯片。1.2.2无线收发芯片的选择方案1：采用NRF905作为我们无线收发芯片。此种无线收发芯片电路性能比较好，价格也比较便宜。但是，其传输频率为433/868/915MHz3个ISM频道。而设计要求自制模块，并且，传输频率在30MHZ以内。方案2：采用SM6136/SM6135作为无线收发控制芯片，自己制作无线收发模块。SM6136/SM6135制作的无线收发模块传输频率为27MHZ。 比较

10、两种方案结合设计要求显然方案1不可取。所以，我们采用方案2。1.2.3温度传感的选择方案1：我们采用热敏电阻自制温度传感器。这样价格虽然比价便宜。但是，外围电路相对比较复杂。并且，精度不高。可能无法达设计要求。方案2：采用美国DALLAS公司推出的智能温度传感器DS18B20作为检测元件，其测温范围为-55125。C,最高分辨率可达0.0625摄氏度。DS18B20可以直接读出被测温度值，而且采用3线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，有低成本和易使用的特点。价格也不贵。比较以上两种方案，结合设计要求，我们最终采用了DS18B20作为温度传感器。1.2.4光电传感的选择方案1 采用光敏电阻，

11、自己制作一个简单的光电传感器。其外围电路简单，但是精度不高。不过，设计只要求检查探测点的光的有无。所以，利用光敏电阻自制的光电传感完全符合设计要求。方案2：购买光电传感器。虽然其探测精度要高，但是，性价比不高。比较以上两种方案，结合设计要求。最终我们选择方案1，利用光敏电阻自己制作光电传感。1.2.5 显示器件的选择方案1：采用LCD1602作为输出显示。优点：显示程序比较简单，价格便宜。缺点：不能显示汉字，只能用相关字符代替。不能很好的显示出相关的信息。方案2：采用带字库的LCD12864.作为输出显示。优点：显示屏幕相对比较大，显示信息相对比较丰富，能够很好的显示出汉字，图文。缺点：输出的

12、显示程序部分，相对繁多一点。价格相对贵一点。比较两种方案，结合多功能万年历的需要，我们选择带字库的LCD12864作为显示输出更好。1.3整体系统设计框图整个系统的工作情况是在探测点通过DS18B20进行温度采集和光电传感模块进行光照信息采集。然后把采集回来的信息传送给探测点的处理芯片AT89C52。处理芯片对数据进行相关的处理以后再把信息传递给无线发射模块，在监测终端利用无线接收模块接收探测点发射过来的信息。然后把信息传递给监测终端的主控芯片。主控芯片对数据进行处理后再送给显示模块对探测点的环境情况进行实时显示。同时在监控终端也可以给探测点发送命令然后探测点进行相关的操作。探测点数据采集处理

13、芯片AT89C52温度采集DS18B20光电信号采集光耦传感自制无线发射模块探测点数据采集处理芯片AT89C52温度采集DS18B20光电信号采集光耦传感自制无线发射模块无线信号接收主控芯片AT89C52LCD12864显示 按键控制中心图1 整体系统框图2各模块的硬件设计与核心电路2.1自制无线收发电路2.1.1无线发射电路1234567141312111089RIGHTBTESTBGNDBACKWARDBFORWARDOBTURBOBSCLEFTBFOSCOSCIOSCOPCVDDSOSM6136探测点的无线发送电路。此电路我们采用了SM6136芯片，作为无线发射的控制芯片。其引脚图如如2

14、所示。SM1636是一种在生活中比较常见和常用的芯片广泛应用与遥控玩具，无线数据传输等。无线发射电路图及SM6136芯片引脚图如图2所示。自制PCB板图如图3所示图2 自制无线发射电路图及SM1636 的引脚图2.1.2 无线接收电路控制终端接收探测点传过来的数据的无线接收电路。在此电路中我们所采用的芯片是与发射电路匹配的SM6135.其引脚功能图如图4所示。无线接收电路图如图4所示，自制PCB板图如图5所示图3自制无线发射电路PCB板图123456716151413121011VO2GNDS1OSCIOSCORIGHTLEFTVI2VO1VI1VDDTURBOFORWARDBACKWARDS

15、M6135RDB89LDB 图4自制无线接收电路图及M6135引脚图图5自制无线接收电路PCB板图2.2传感模块我们所采用的温度传感器是由美国DALLAS公司推出的智能温度传感器DS18B20作为检测元件，其测温范围为-55125。C,最高分辨率可达0.0625摄氏度。DS18B20可以直接读出被测温度值，而且采用3线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，有低成本和易使用的特点。其电路图如图6所示。系统的光电传感部分我们是利用光电三极管，搭建的简易光电传感器。其电路图如图7所示。图6 温度传感电路图 图7光电传感电路图3 DS18B20无线收发模块程序流程图读取光电传感的数据和温度数据数据存取

16、把数据发送到无线发射器对数据进行编码数据接收数据处理数据正确？NY结束DS18B20程序分为三个部分。分别为读出温度子程序，温度转换子程序，计算温度子程序。DS18B20的程序流程图如图8所示读出温度子程序的主要功能是读取RAM中的9字节，在读出时必须进行CRC校验，校验有错时不进行温度数据的改写。发送DS18B20复位命令发送跳过ROM命令9字节完？发送读取温度命令读取操作，CRC校验CRC校验正确？移入温度暂存器结 束NYNY温度转换子程序主要发送温度转换开始命令。温度计算子程序是将RAM中读取值进行BCD码的转换运算。其算法如下：table10=temp_buf/100+0x30; ta

17、ble11=temp_buf/100%10+0x30 table12=temp_buf/10%10+0x30;无线收发子程序分为数据读取，数据编码，数据传输判断。其流程图如图9所示。图8 DS18B20的程序流图 图9 无线收发程序流程图 4 系统测试与误差分析4.1探测点A,B的温度数据测试利用打火机对温度传感器进行加温改变环境温度进行测试4.1.1探测点A的数据测试用标准温度计测量探测点A的温度值（Co）263239454756596368738584系统测试温度值2531384446555862677283834.1.2探测点B的数据测试用标准温度计测量探测点B的温度值（Co）25323

18、8424556576668759296系统测试温度值253339414655586767749395数据分析：探测点A与探测点B的监测的环境温度值与标准温度计测出来的温度值在1摄氏度以内。符合设计要求。4.2无线模块收发数据测试4.2.1探测点A与监测终端收发数据编码测试探测点A发送的数据0000000000000001000000110011001100011100011100100011110111100101检测终端接收到得数据00000000000000010000001100110011000111000111001000111101111001014.2.2探测点B与监测终端收发数

19、据编码测试探测点B发送的数据000000100000111000100110011101101011100011101101011110111101111检测终端接收到得数据000000100000111000100110011101101011100011101101011110111101111数据分析：探测点A,B与检测终端的无线数据传输准确无误。4.3光电传感模块的测试利用照光和遮光对光电传感模块进行测试当有光照射光敏三极管时输出为低电平，当无光照射时，输出为高电平。4.5整个系统数据传输测试数据分析：整个系统的无线通信。在探测点与监测终端完全可以很好的建立。数据在探测点和监测终端之间

20、也可以准确的收发。但是，通信速度比较慢，延时在2-3秒之间。设计要求在5秒以内。可见，还是可以达到设计要求。探测点A的情况光照有光无光有光无光有光无光有光无光温度2528324558627685监测终端A显示情况光照有光无光有光无光有光无光有光无光温度2528324558627685探测点B的情况光照有光无光有光无光有光无光有光无光温度2932334247556778监测终端B显示情况光照有光无光有光无光有光无光有光无光温度2932334247556778结论：经过4天时间的设计，本系统完成了设计的基本功能和部分扩展功能。可以实现对探测点A ,探测点B，所处环境的温度和光照情况进行实时的监测。

21、探测温度的误差在1摄氏度以内，可以实现有光和无光的探测，监测终端和探测点的距离大于50cm。无线模块的数据传输延时为1-3秒，在设计要求的范围内。监测终端可以用液晶对探测点的环境情况进行实时的显示。经过，反复的调试，整个系统稳定，误差在设计要求的范围以内。当然，系统还可以增加部分扩展功能，如：增加探测点和探测终端的传输数据量，探测节点之间的数据自动转发。但是由于时间关系，没有实施。参考文献：1 赵建领,薛园园等编著.51单片机开发与应用技术详解M. 北京: 电子工业出版社， 2009-12 吕跃刚. 基于 nRF905 无线数传模块的设计及其实现J .微计算机信息,2006 ,22 (11 -

22、 2) ,274 - 275.3 侯海岭,姚年春.无线收发芯片 nRF905 的原理及其在单片机系统中的应用J .仪器仪表用户,2006 ,13 (3) ,70 - 71.4 鲍金宝,袁冰冰,郭黎利,. 基于89C52和射频芯片NRF401无线数传模块的设计J. 应用科技 , 2005,(12) . 5 王晓红,. 基于nRF2401的无线数据传输系统J. 太原师范学院学报(自然科学版) , 2006,(01) . 6 李学军,陈劲松,. nRF401在短距离遥控收发器上的应用研究J. 湖北汽车工业学院学报 , 2005,(04) . 附录1 完整电路图附录2实物图照片 图1 调试的显示情况图

23、2 调试的显示情况图3 系统整体实物图片附录3 软件程序源代码1.接收部分重要程序源代码#include #include #define uint unsigned int#define uchar unsigned char/*12864端口定义*/sbit RS = P30; /H=data; L=command;sbit RW = P31; /H=read; L=write;sbit E = P32; /input enable;sbit PSB= P33; /H=并口; L=串口;sbit RST= P35; /Reset Signal 低电平有效sbit P1_6=P16;sbit

24、 P1_7=P17;sbit DQ = P27;uchar shi,ge;uchar temp_value,temp1_value, TempBuffer4; main() uint m=2; LCM_init(); LCM_clr(); LCM_WriteDatOrCom(0,0x80); LCM_WriteString(液晶显示); P1_4=1; while(1) for(;) if(P1_4=1) while(P1_4=1); break; for(;) while(P1_4=1);while(P1_4=0);count1+;delay(25);if(P1_4=1) m+; break

25、; m=m%3; LCM_WriteDatOrCom(0,0x88); LCM_WriteDatOrCom(1,m+0); if(m=2) LCM_WriteDatOrCom(0,0x98); if(count1=3) LCM_WriteString(有光); else LCM_WriteString(无光); else LCM_WriteDatOrCom(0,0x90+m); if(count1=10) LCM_WriteDatOrCom(1,0); else LCM_WriteDatOrCom(1,count1+0); count1=0; 2.发射部分重要程序源代码 main() uint

26、 m=2; LCM_init(); LCM_clr(); LCM_WriteDatOrCom(0,0x80); LCM_WriteString(液晶显示);P1_4=1; while(1) for(;) if(P1_4=1) while(P1_4=1); break; for(;) while(P1_4=1);while(P1_4=0);count1+;delay(25);if(P1_4=1)m+; break; m=m%3; LCM_WriteDatOrCom(0,0x88); LCM_WriteDatOrCom(1,m+0); if(m=2) LCM_WriteDatOrCom(0,0x98); if(count1=3) LCM_WriteString(有光); else LCM_WriteString(无光); else LCM_WriteDatOrCom(0,0x90+m); if(count1=10) LCM_WriteDatOrCom(1,0); else LCM_WriteDatOrCom(1,count1+0); count1=0;