無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)模擬裝置畢業(yè)論文

1、<p>　　本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）</p><p>　　論文（設(shè)計(jì)）題目：無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)模擬裝置</p><p>　　學(xué) 院: </p><p>　　專(zhuān) 業(yè): </p><p>　　班 級(jí):

2、 </p><p>　　學(xué) 號(hào): </p><p>　　學(xué)生姓名: </p><p>　　指導(dǎo)老師: </p><p>　　2013年 月 日</p><p>　　0B0B0

3、B0B0B0B0B0B目錄</p><p><b>　　目錄I</b></p><p><b>　　摘要II</b></p><p>　　AbstractIII</p><p><b>　　前言1</b></p><p>　　第一章 無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)

4、模擬裝置設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介2</p><p>　?。ㄒ唬o(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)模擬裝置設(shè)計(jì)意義2</p><p>　?。ǘo(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展2</p><p>　?。ㄈ┍敬卧O(shè)計(jì)的主要任務(wù)3</p><p>　　1．無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)模擬裝置設(shè)計(jì)要求3</p><p>　　2．硬件電路的設(shè)計(jì)3</p><

5、;p>　　3．系統(tǒng)的PCB制作3</p><p>　　4．系統(tǒng)軟件的編寫(xiě)3</p><p><b>　　5．誤差分析3</b></p><p>　　第二章 無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概述4</p><p>　　（一）單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)簡(jiǎn)介4</p><p>　?。ǘo(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)模擬裝置設(shè)計(jì)思路

6、4</p><p>　　（三）無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)模擬裝置探測(cè)節(jié)點(diǎn)5</p><p>　　（四）無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)模擬裝置監(jiān)測(cè)終端6</p><p>　　第三章 系統(tǒng)原理及硬件分析7</p><p>　?。ㄒ唬┨綔y(cè)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)7</p><p>　　1．ADC0809工作原理7</p><p>　　2

7、．溫度傳感器模塊7</p><p>　　3．空氣質(zhì)量傳感器8</p><p>　　4．光電傳感器模塊11</p><p>　　5．無(wú)線收發(fā)模塊13</p><p>　?。ǘ┍O(jiān)測(cè)終端設(shè)計(jì)15</p><p>　　第四章 流程控制及軟件分析17</p><p>　?。ㄒ唬┍O(jiān)測(cè)終端軟件流

8、程分析17</p><p>　?。ǘz測(cè)節(jié)點(diǎn)的流程控制18</p><p>　　第五章 通信協(xié)議分析24</p><p>　　第六章 PCB設(shè)計(jì)25</p><p>　?。ㄒ唬┰x擇25</p><p>　　（二）Altium Designer release 原理圖的繪制25</p>&

9、lt;p>　　1．PCB的電磁兼容設(shè)計(jì)25</p><p><b>　　2．布局布線27</b></p><p>　　第七章 測(cè)試總結(jié)29</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)30</b></p><p><b>　　致謝31</b></p>&l

10、t;p><b>　　附錄32</b></p><p>　　無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)模擬裝置</p><p>　　1B1B1B1B1B1B1B1B摘要</p><p>　　本論文設(shè)計(jì)的是一個(gè)以STC89C52單片機(jī)為主控芯片的無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)模擬裝置系統(tǒng)，主要由監(jiān)測(cè)終端和監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)組成。結(jié)合溫度傳感器DS18B20、光敏電阻以及空氣質(zhì)量傳感器MQ-135等

11、來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)周?chē)h(huán)境溫度、光照情況和大氣質(zhì)量等數(shù)據(jù)的收集，采用無(wú)線通信技術(shù)，傳送給監(jiān)測(cè)終端的主機(jī)接收，同時(shí)通過(guò)LCD12864顯示當(dāng)前環(huán)境情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)主要由三部分構(gòu)成：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、無(wú)線收發(fā)模塊；在監(jiān)測(cè)終端上由無(wú)線收發(fā)模塊和數(shù)據(jù)處理兩部分構(gòu)成。該無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)模擬裝置利用無(wú)線收發(fā)技術(shù)，通信協(xié)議采用點(diǎn)名校對(duì)的方式，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠，功耗較低。</p><p>　　關(guān)鍵字：無(wú)線環(huán)境

12、監(jiān)測(cè)，單片機(jī)，數(shù)據(jù)采集，傳感器，點(diǎn)名</p><p>　　Wireless Environmental Monitoring Analog Devices</p><p>　　2B2B2B2B2B2B2B2BAbstract</p><p>　　This paper designed a STC89C52 MCU for master chip ireless en

13、vironmental monitoring simulator system, mainly by monitoring terminals, and monitoring node. Combination of the temperature sensor DS18B20, photo resistor, as well as air quality sensors MQ-135 to ambient temperature, l

14、ight conditions and air quality data collection, wireless communications technology, sent to the host of the monitoring terminal to receive, display the current environment through LCD12864 to achieve environmental moni&

15、lt;/p><p>　　Keywords: Wireless environmental monitoring， MCU，Data acquisition，Sensor， Named</p><p>　　3B3B3B3B3B3B3B3B前言</p><p>　　今天，我們已經(jīng)真正進(jìn)入一個(gè)無(wú)線技術(shù)無(wú)所不在的時(shí)代。</p><p>　　城市環(huán)境信息的

16、采集為人民健康生活提供及時(shí)信息，同時(shí)為環(huán)保部門(mén)及時(shí)作出反應(yīng)提供信息保證；現(xiàn)代工業(yè)對(duì)環(huán)境的控制要求也越來(lái)越高，但是環(huán)境信息所需采集的數(shù)據(jù)信息是多點(diǎn)多項(xiàng)的，信息量巨大。由于條件的限制，每天不可能都有人在城市的各個(gè)地方監(jiān)測(cè)環(huán)境的變化情況，通常情況下，以人工的方式進(jìn)行信息的多點(diǎn)采集，一定會(huì)消耗大量的人力物力，是難以實(shí)現(xiàn)的。因此可以設(shè)置節(jié)點(diǎn)在城市的各個(gè)地方代替人工來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集。將采集的數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)測(cè)終端，可以在這里將控制指令傳輸給現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行的模

17、塊進(jìn)行各種操作。由于城市地方寬廣、需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)多且比較頻繁，使用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方式就需要鋪設(shè)很多很長(zhǎng)的通訊線，浪費(fèi)資源，占用空間，可操作性差，出現(xiàn)故障換線困難，成本較高。而且，當(dāng)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、所處的環(huán)境不允許或無(wú)法完成鋪設(shè)電纜時(shí)，數(shù)據(jù)將無(wú)法傳輸。為了解決以上問(wèn)題，設(shè)計(jì)一套環(huán)境信息多點(diǎn)采集無(wú)線傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)周邊環(huán)境的溫度、光照和空氣質(zhì)量的檢測(cè)，通過(guò)監(jiān)測(cè)終端對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)。</p><p>　　4B4B4

18、B4B4B4B4B4B第一章 無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)模擬裝置設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介</p><p>　　14B14B14B14B14B14B14B14B（一）無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)模擬裝置設(shè)計(jì)意義</p><p>　　無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通常由數(shù)據(jù)處理電路、通信電路和傳感器構(gòu)成，可以置于農(nóng)田、工廠設(shè)備或戰(zhàn)場(chǎng)等危險(xiǎn)或人類(lèi)不便到達(dá)的地方完成控制、測(cè)量、定位等多種功能DDDDDDDDDDDDDDDD。將傳感器技術(shù)和無(wú)線通信技術(shù)相結(jié)

19、合形成的高精度、搞可靠性的環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置應(yīng)用前景非常廣闊。無(wú)線技術(shù)在城市環(huán)境監(jiān)測(cè)方面有重要的應(yīng)用，環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以對(duì)城市的溫度、光照和大氣質(zhì)量等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而確保市民生活的正常的進(jìn)行，還可以用于海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)、現(xiàn)代軍事演練通信等。隨著技術(shù)的進(jìn)步，無(wú)線通信將迅速地向我們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)方面擴(kuò)展。</p><p>　　15B15B15B15B15B15B15B15B（二）無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展</p>

20、<p>　　在上世紀(jì)的70年代，就有了將傳統(tǒng)的傳感器利用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)來(lái)傳輸、連接到傳感控制器以構(gòu)成它的雛形，我們稱(chēng)它為傳感器網(wǎng)絡(luò)第一代。隨著一些相關(guān)學(xué)科的逐漸發(fā)展，通過(guò)與微處理器的控制，傳感器網(wǎng)絡(luò)不斷發(fā)展具備了綜合處理多種信息的功能。這就是人們常說(shuō)的傳感器網(wǎng)絡(luò)的第二代。后來(lái)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)發(fā)展，在傳感器網(wǎng)絡(luò)上應(yīng)用，人們用其組建傳感器網(wǎng)絡(luò)使其智能化，通過(guò)無(wú)線收發(fā)技術(shù)來(lái)連接，因而無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)慢慢的形成。</p><p>

21、;　　進(jìn)入21世紀(jì)的信息時(shí)代，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用進(jìn)入了新的階段，各信息業(yè)巨頭們紛紛啟動(dòng)了這方面的研究計(jì)劃。早在2002年10月，英特爾公司就發(fā)布了誓基于微型傳感器網(wǎng)絡(luò)的新型計(jì)算發(fā)展規(guī)劃，此規(guī)劃開(kāi)發(fā)了集成度很高的超微型傳感器。</p><p>　　無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具有非常廣泛的應(yīng)用前景，它的發(fā)展和應(yīng)用將給人類(lèi)的生活和生產(chǎn)的各領(lǐng)域帶來(lái)很大改變。我國(guó)的一些科研單位和大學(xué)，如中國(guó)科學(xué)院、清華大學(xué)、哈爾冰工業(yè)大學(xué)等從2

22、002年起開(kāi)始對(duì)無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用是一種必然趨勢(shì)。</p><p>　　這種無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)模擬裝置利用無(wú)線通信，數(shù)據(jù)傳輸方便可靠，關(guān)于通信協(xié)議的問(wèn)題是本課題研究的重點(diǎn)之一。關(guān)于無(wú)線通信的算法問(wèn)題，現(xiàn)在有諸多需要解決的問(wèn)題以實(shí)現(xiàn)其可靠、實(shí)時(shí)、安全的快速通信。</p><p>　　以微處理器為核心的低功耗、小體積、低價(jià)格嵌入式無(wú)線通信和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)近年來(lái)得到迅速發(fā)展

23、。在城市環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，每個(gè)無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)有單片機(jī)構(gòu)成，在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上配置了不同的傳感器，包括溫度、光照、大氣質(zhì)量等。節(jié)點(diǎn)間的距離可以達(dá)到百米左右，幾百個(gè)這樣的節(jié)點(diǎn)組成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，可以覆蓋大區(qū)域的環(huán)境監(jiān)測(cè)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)既實(shí)現(xiàn)該節(jié)點(diǎn)周?chē)沫h(huán)境數(shù)據(jù)，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)，將信息傳輸?shù)教炀€范圍的其他節(jié)點(diǎn)上，最終傳輸給監(jiān)測(cè)終端。</p><p>　　16B16B16B16B16B16B16B16B（三）本次設(shè)計(jì)的主要任務(wù)&l

24、t;/p><p>　　27B27B27B27B27B27B27B27B1．無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)模擬裝置設(shè)計(jì)要求</p><p>　　1） 一個(gè)監(jiān)測(cè)終端；</p><p>　　2） 兩個(gè)探測(cè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集；</p><p>　　3） 顯示方式采用LCD；</p><p>　　4） 探測(cè)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)；</p><p>

25、;　　5） 通信協(xié)議設(shè)計(jì)分析；</p><p>　　6） 體積小、功耗低、便于嵌入到其他系統(tǒng)。</p><p>　　28B28B28B28B28B28B28B28B2．硬件電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　1) 方案的論證;</p><p>　　2) 元件的選擇;</p><p>　　3) 用Altium desi

26、gner繪制原理圖。</p><p>　　29B29B29B29B29B29B29B29B3．系統(tǒng)的PCB制作</p><p>　　30B30B30B30B30B30B30B30B4．系統(tǒng)軟件的編寫(xiě) </p><p>　　31B31B31B31B31B31B31B31B5．誤差分析</p><p>　　5B5B5B5B5B5B5B

27、5B第二章 無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概述</p><p>　　17B17B17B17B17B17B17B17B（一）單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)簡(jiǎn)介</p><p>　　單片機(jī)系統(tǒng)是通訊管理和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)的良好選擇。單片機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，也是一種應(yīng)用靈活且生命力較強(qiáng)的機(jī)種。單片機(jī)是單片微型機(jī)的簡(jiǎn)稱(chēng)，對(duì)于控制領(lǐng)域特別適用，故又稱(chēng)為微控制器（Microcontrolier）。它是一種集成可編程控制、單芯

28、片形態(tài)的微處理器芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、中央處理器CPU、只讀存儲(chǔ)器ROM、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括A/D轉(zhuǎn)換器、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。</p><p>　　18B18B18B18B18B18B18B18B（二）無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)模擬裝置設(shè)計(jì)思路</p><p>　　在本次

29、設(shè)計(jì)中主要通過(guò)傳感器對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)的采集經(jīng)AD轉(zhuǎn)換器處理，數(shù)據(jù)處理的精確性要求較高；對(duì)于單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性是系統(tǒng)穩(wěn)定的關(guān)鍵，軟件算法直接決定系統(tǒng)的性能，在軟件流程控制上是本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)之一；其次，就是通信協(xié)議的可靠及穩(wěn)定，是節(jié)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)終端連接的關(guān)鍵技術(shù)，設(shè)計(jì)中著重解決通信協(xié)議的算法。點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的無(wú)線系統(tǒng)對(duì)無(wú)線傳輸提出了雙向通信的要求，即主機(jī)和從機(jī)都可以進(jìn)行發(fā)射和接收，并且在相互之間協(xié)調(diào)有序，不會(huì)產(chǎn)生沖突和干擾。</p><

30、p>　　無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由監(jiān)測(cè)終端和探測(cè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，探測(cè)節(jié)點(diǎn)可有255個(gè)實(shí)現(xiàn)對(duì)周邊環(huán)境中的溫度、光照和空氣質(zhì)量等數(shù)據(jù)的收集，傳送給監(jiān)測(cè)終端，以達(dá)到對(duì)環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的目的。探測(cè)節(jié)點(diǎn)分布示意圖如圖2.2.1。</p><p>　　圖2.2.1 節(jié)點(diǎn)分布和節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)示意圖</p><p>　　節(jié)點(diǎn)較多時(shí)較遠(yuǎn)距離的節(jié)點(diǎn)經(jīng)過(guò)中間節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的距離等于L1+L2。</p

31、><p>　　19B19B19B19B19B19B19B19B（三）無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)模擬裝置探測(cè)節(jié)點(diǎn)</p><p>　　無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)模擬裝置探測(cè)節(jié)點(diǎn)是系統(tǒng)的各個(gè)神經(jīng)細(xì)胞，感應(yīng)環(huán)境的變化，由多個(gè)傳感器組成的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，結(jié)合微處理器將各個(gè)傳感器的信號(hào)加以處理，經(jīng)過(guò)無(wú)線通信模塊發(fā)送給監(jiān)測(cè)終端；另外，考慮到探測(cè)節(jié)點(diǎn)的無(wú)線傳輸距離有限，在需要較遠(yuǎn)距離傳輸?shù)臅r(shí)候各個(gè)節(jié)點(diǎn)可以相互轉(zhuǎn)發(fā)，實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳

32、輸。無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)模擬裝置探測(cè)節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2.3.1所示。</p><p>　　圖2.3.1 探測(cè)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　20B20B20B20B20B20B20B20B（四）無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)模擬裝置監(jiān)測(cè)終端</p><p>　　無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)模擬裝置監(jiān)測(cè)終端主要完成數(shù)據(jù)的顯示處理和各個(gè)探測(cè)節(jié)點(diǎn)的通信，協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。在監(jiān)測(cè)終端即由微控制器、顯示器和無(wú)線

33、通信模塊組成，系統(tǒng)框圖如圖2.4.1所示。微控制器由STC89C52單片機(jī)及其外圍電路構(gòu)成，顯示器采用LCD12864液晶顯示技術(shù)，無(wú)線通信傳輸部分主要通過(guò)Nordic公司生產(chǎn)的單片無(wú)線收/發(fā)芯片nRF24L01實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)線傳送和接收，編寫(xiě)通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全傳輸。</p><p>　　圖2.4.1 監(jiān)測(cè)終端系統(tǒng)框圖</p><p>　　6B6B6B6B6B6B6B6B第三章 系統(tǒng)原理

34、及硬件分析</p><p>　　21B21B21B21B21B21B21B21B（一）探測(cè)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)</p><p>　　32B32B32B32B32B32B32B32B1．ADC0809工作原理</p><p>　　它是一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器、一個(gè)八位A/D轉(zhuǎn)換器、一個(gè)地址鎖存譯碼器和一個(gè)8路模擬開(kāi)關(guān)組成。多路開(kāi)關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D進(jìn)

35、行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖存器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)使能端OE為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。</p><p>　　33B33B33B33B33B33B33B33B2．溫度傳感器模塊</p><p>　　溫度是國(guó)際單位制（SI）七個(gè)基本物理量之一，在物理學(xué)單位中占有重要的地位。而且許多物質(zhì)的特征參數(shù)與溫度有密切關(guān)系，因而溫度測(cè)量在生活和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制具有至關(guān)重要的作用。

36、通常，熱電式傳感器是利用轉(zhuǎn)換元件電磁參量隨溫度變化的特性，對(duì)溫度和與溫度有關(guān)的參量進(jìn)行監(jiān)測(cè)的裝置。在這些情況下，多采用有線連接方式采集和傳輸，為了滿足無(wú)線測(cè)溫的要求，我們要求溫度傳感器在滿足測(cè)量精度的前提下，測(cè)溫過(guò)程溫度信號(hào)處理較簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在常用的傳感器有模擬溫度傳感器和數(shù)字傳感器。但是模擬溫度傳感器隨著環(huán)境的變化線性性能不是很好，為了在滿足數(shù)據(jù)精度和無(wú)線傳輸?shù)姆奖?，可采用?shù)字式傳感器DS18B20。</p><

37、p>　　數(shù)字化采用單總線協(xié)議的溫度傳感器DS18B20，使微機(jī)接口僅用一個(gè)I/O口，不需要其他外部元件，直接將溫度轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，以9位二進(jìn)制數(shù)字碼串行輸出，因而簡(jiǎn)化了微處理器與傳感器的接口。它具有低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)、易配微處理器、微型化等優(yōu)點(diǎn)，能將溫度直接轉(zhuǎn)化為串行的數(shù)字信號(hào)給未處理器。它具有12、11、10、9位的采集精度，在沒(méi)有編程時(shí)的默認(rèn)精度是12位，一般測(cè)量精度為0.5°C，通過(guò)軟件的處理后能達(dá)到0.

38、1°C，溫度的輸出以16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制數(shù)形式提供，低位在先，以0.0625°C/LSB形式表達(dá)。其中高五位為擴(kuò)展符號(hào)位。轉(zhuǎn)換周期與轉(zhuǎn)換精度有關(guān)，9位轉(zhuǎn)換精度時(shí)，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為93.7 ms，12位轉(zhuǎn)換精度時(shí)，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為750ms。正對(duì)DS18B20扁平面，從左到右依次是1（GND）、2（輸入/輸出）、3（VDD）。圖3.1.1中的R5為上拉電阻，阻值選4.7K左右。</p><p>　

39、　圖3.1.1 DS18B20溫度傳感器測(cè)量電路</p><p>　　34B34B34B34B34B34B34B34B3．空氣質(zhì)量傳感器</p><p>　　3．1 氣敏傳感器選擇</p><p>　　隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展和工業(yè)發(fā)展，環(huán)境污染事故頻發(fā)，生產(chǎn)產(chǎn)生的有毒有害氣體對(duì)大氣造成的污染也越來(lái)越嚴(yán)重，因而人們對(duì)空氣質(zhì)量的要求越來(lái)越高，它關(guān)系到生活的質(zhì)量、身體的健康

40、等。工業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)生的廢氣和污染物，如：一氧化碳、硫化物、氨氣、苯系等，對(duì)人體的傷害根據(jù)濃度不同各有不同，因此對(duì)于生活環(huán)境中空氣中污染物濃度的檢測(cè)不僅可以避免傷害，還可以做到有效預(yù)防，盡量減少污染保護(hù)環(huán)境。環(huán)境監(jiān)測(cè)是環(huán)境保護(hù)的基礎(chǔ)、環(huán)境管理的重要手段和環(huán)境決策的重要的技術(shù)依據(jù)。許多有毒有害物質(zhì)，其濃度雖然很低，但對(duì)人體的危害極大。我國(guó)的環(huán)境監(jiān)測(cè)項(xiàng)目上，監(jiān)測(cè)有機(jī)污染物為重點(diǎn)，我國(guó)有毒有害有機(jī)污染物的污染已經(jīng)非常嚴(yán)重，適時(shí)、全面、系統(tǒng)的開(kāi)展有

41、機(jī)污染物的監(jiān)測(cè)刻不容緩。</p><p>　　3．2 MQ-135原理結(jié)構(gòu)介紹</p><p>　　檢測(cè)空氣污染物濃度的傳感器種類(lèi)很多，根據(jù)對(duì)污染物成分的敏感度有：危險(xiǎn)可燃?xì)怏w檢測(cè)、酒精濃度、空氣質(zhì)量檢測(cè)等。根據(jù)需要本次設(shè)計(jì)中選擇MQ-135型號(hào)的空氣質(zhì)量傳感器。MQ-135氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫（SnO2）當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在污染氣體時(shí)，MQ-13

42、5的電導(dǎo)率隨空氣中污染氣體的濃度的增加而增大。利用這一電磁特性，加上合適的外圍電路，即可將傳感器中的電導(dǎo)率變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的信號(hào)輸出。MQ-135傳感器對(duì)硫化物、氨氣、苯系蒸汽的靈敏度高，對(duì)煙霧及其他有害氣體的也有較高的靈敏度，可檢測(cè)多種有害氣體。它在較寬的濃度范圍內(nèi)對(duì)有害氣體有良好的靈敏度，壽命長(zhǎng)，成本低性能穩(wěn)定，廣泛應(yīng)用于家庭空氣污染報(bào)警器、工業(yè)空氣污染控制器和便攜式空氣污染檢測(cè)器等。MQ-135結(jié)構(gòu)如圖3.1.2所示

43、，由微型Al2O3陶瓷管、二氧化錫（SnO2）敏感層、測(cè)量電極和加熱器構(gòu)成的塑料或不銹鋼腔體內(nèi)，加熱器為敏感元件提供必要的工作環(huán)境。封裝好的氣敏元件有6只針狀管腳，其中4個(gè)用于信號(hào)取出，2個(gè)用于提供加熱電流。測(cè)量電路如圖3.1.2。</p><p>　　圖3.1.2 MQ-135結(jié)構(gòu)和外形圖</p><p>　　1-氣體敏感層；2-電極；3-測(cè)量電極引線；4-加熱器；5-陶瓷管；6-防爆網(wǎng)

44、；7-卡環(huán)；8-基座；9-針狀管腳。在工作前要加熱進(jìn)行預(yù)熱，加熱功率小于850mW。</p><p>　　圖3.1.3 MQ-135測(cè)量電路</p><p>　　圖3.1.3中是傳感器的基本測(cè)試電路，該傳感器需要施加2個(gè)電壓：加熱電壓（VH）和測(cè)試電壓（VC）。其中VH用于為傳感器提供特定的工作溫度，VC則是用于測(cè)定傳感器串聯(lián)負(fù)載（RL）上的電壓（VRL）。這種傳感器具有輕微的極性，VC需

45、用直流電源。通常在滿足傳感器電性能要求的前提下，VC和VH可以共用一個(gè)電源電路；為了更好利用傳感器的性能，需要選擇適當(dāng)?shù)腞L值，通常選擇RL=4k7。</p><p>　　敏感體的功耗（Ps）計(jì)算：Ps=VC2×RS/(RS+RL)2</p><p>　　傳感器電阻（RS），計(jì)算可用該式計(jì)算：RS =（VC/ RL-1）×RL</p><p>　

46、　3．3 MQ-135靈敏度特性曲線</p><p>　　圖3.1.4是傳感器典型的靈敏度特性曲線，充分顯示了MQ-135對(duì)污染氣體的高靈敏特性。其中，縱坐標(biāo)為傳感器的電阻比（Rs/Ro），橫坐標(biāo)為氣體濃度。Rs表示傳感器在不同濃度氣體中的電阻值，Ro表示傳感器在潔凈空氣中的電阻值。靈敏度特性曲線在溫度20°C，相對(duì)濕度65%，氧氣濃度21%，RL=20k的條件下測(cè)得。</p><p

47、>　　圖3.1.4 MQ-135靈敏度特性曲線</p><p>　　MQ-135型氣敏傳感器的溫濕度特性如圖3.1.5所示，它所表示的是MQ-135氣敏傳感器在特定濃度的氣體中其特性隨溫度和濕度變化的變化情況。其中Ro是20°C，33%RH條件下，100ppm氨氣中元件的電阻；Rs是在不同溫度、濕度條件下，100ppm氨氣中元件的電阻。</p><p>　　MQ-135型氣

48、敏器件對(duì)不同種類(lèi)，不同濃度的氣體有不同的電阻值，在使用時(shí)要進(jìn)行靈敏度的調(diào)整，通常使用100ppm氨氣或50ppm酒精蒸汽校準(zhǔn)傳感器。</p><p>　　圖3.1.5 MQ-135靈敏度特性曲線</p><p>　　3．4 MQ-135接口電路</p><p>　　圖3.1.6 MQ-135和光敏電阻接口電路</p><p>　　圖中MQ-1

49、35傳感器接口電路，氣敏傳感器將輸出模擬信號(hào)，經(jīng)過(guò)八通道A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809和單片機(jī)STC89C52連接，數(shù)據(jù)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器送給微處理器處理。</p><p>　　35B35B35B35B35B35B35B35B4．光電傳感器模塊</p><p>　　光電傳感器是一種將光量的變化轉(zhuǎn)換為電量變化的傳感器。又稱(chēng)光導(dǎo)管，是一種勻質(zhì)半導(dǎo)體光電元件，當(dāng)光照射時(shí)其電阻值降低。將其與一電阻串聯(lián)并接

50、到電源上，便可把光信號(hào)變成電信號(hào)。本設(shè)計(jì)檢測(cè)光照情況的傳感器采用光敏電阻。</p><p>　　4．1 光敏電阻結(jié)構(gòu)和原理</p><p>　　光敏電阻制作材料具有在特定波長(zhǎng)的光照射下，其阻值迅速減小的特性。這是由于光照產(chǎn)生的載流子都參與導(dǎo)電，在外加電場(chǎng)的作用下作漂移運(yùn)動(dòng)，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負(fù)極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。</p><p>　　

51、光敏電阻的暗電阻越大，而亮電阻越小則性能越好。也就是說(shuō)，暗電流越小，光電流越大，這樣的光敏電阻其有較高的靈敏度。實(shí)用的光敏電阻其暗電阻的阻值往往超過(guò)1MΩ,甚至高達(dá)100MΩ，而亮電阻則在幾kΩ以下，暗電阻與亮電阻之比在102～106之間，可見(jiàn)光敏電阻有很高的靈敏度。光敏電阻工作原理圖如圖3.1.7。</p><p>　　圖3.1.7 光敏電阻工作原理</p><p>　　4．2 光敏電阻

52、特性參數(shù)</p><p>　　伏安特性是在一定的光照強(qiáng)度下，在光敏電阻的兩端所加電壓和通過(guò)光敏電阻的電流的關(guān)系。由圖3.1.8可知，光敏電阻的伏安特性接近直線，而且沒(méi)有飽和現(xiàn)象，受散耗功率的限制，在使用時(shí)，光敏電阻在兩端電壓不能超過(guò)最高工作電壓，圖中虛線為允許的功耗曲線，由此可確定光敏電阻正常工作電壓。</p><p>　　圖3.1.8 伏安特性曲線 圖3.1.

53、9 光照特性曲線</p><p>　　光敏電阻的光照特性用于描述光電流I和光照強(qiáng)度之間的關(guān)系，絕大多數(shù)光敏電阻光照特性曲線是非線性的，如圖3.1.9所示。不同光敏電阻的光照特性是不同的，光敏電阻不宜作線性測(cè)量元件，一般用作開(kāi)關(guān)式的光電轉(zhuǎn)換元件。隨溫度升高，光敏電阻的暗電阻和靈敏度會(huì)下降，影響工作性能，通常在使用時(shí)采取相應(yīng)措施保持其性能。</p><p>　　光照情況測(cè)量電路如圖3.1.6所

54、示。光敏電阻接口電路，光敏電阻將輸出模擬信號(hào)，經(jīng)過(guò)八通道A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809和單片機(jī)STC89C52連接，數(shù)據(jù)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器送給微處理器處理。光敏電阻輸出的模擬信號(hào)和MQ-135輸出的信號(hào)通過(guò)ADC0908的通道選擇信號(hào)進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器，進(jìn)行數(shù)組轉(zhuǎn)換處理。</p><p>　　36B36B36B36B36B36B36B36B5．無(wú)線收發(fā)模塊</p><p>　　5.1無(wú)線通信技術(shù)簡(jiǎn)介

55、</p><p>　　目前，無(wú)線通信的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣：無(wú)線標(biāo)簽、門(mén)禁系統(tǒng)、機(jī)器人控制、遙控遙測(cè)、非接觸RF智能卡、無(wú)線抄表、安全防火系統(tǒng)、身份識(shí)別、生物信號(hào)采集等，在布線繁雜等場(chǎng)合都可以通過(guò)無(wú)線收發(fā)的方案解決。</p><p>　　近年來(lái)，隨著無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線通信設(shè)備的集成化越來(lái)越高，本文介紹了一種高性能、低功耗的傳輸模塊。在2.4GHz 全球開(kāi)放ISM頻段上，已經(jīng)存在無(wú)線局域網(wǎng)

56、、藍(lán)牙、Zigbee等多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)無(wú)線協(xié)議。</p><p>　　5.2無(wú)線傳輸模塊nRF24L01概述</p><p>　　由Nordic半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的2.4Gz單片高速2Mbps無(wú)線收發(fā)芯片nRF24L01已廣泛應(yīng)用在通信和控制領(lǐng)域。無(wú)線收發(fā)模塊包括：頻率發(fā)生器、增強(qiáng)型SchockBurstTM模式控制器，功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器、解調(diào)器。功率輸出、頻段選擇和協(xié)議的設(shè)置可以通過(guò)SP

57、I接口進(jìn)行設(shè)置。其電流消耗極低：當(dāng)工作在發(fā)射模式下發(fā)射功率為-6dBm是電流消耗為9.0mA，接收模式時(shí)為12.3mA，掉電模式和待機(jī)模式下電流消耗更低。nRF24L01集成了自動(dòng)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包、發(fā)送和應(yīng)答信號(hào)、檢測(cè)和重發(fā)丟失的數(shù)據(jù)包、存儲(chǔ)沒(méi)有收到應(yīng)答信號(hào)的數(shù)據(jù)包等功能，可以確保用戶終端的可靠性。</p><p>　　nRF24L01工作在2.4GHz全球開(kāi)放的頻段，工作速率0~2Mb/s，發(fā)射功率最大為0dB

58、m，外圍所需元件極少，內(nèi)部置有硬件循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信地址控制，集成了調(diào)制解調(diào)器，晶體振蕩器和頻率合成器。它的主要特點(diǎn)如下: </p><p>　　它的工作電壓低，在1.9~3.6V；速率高：2Mbps，在空中傳輸?shù)臅r(shí)間比較短，很大程度上降低了碰撞現(xiàn)象；有125頻點(diǎn)，滿足跳頻通信和多點(diǎn)通信需要；體型?。还牡偷?。</p><p>　　nRF24L01結(jié)構(gòu)引腳如圖3.1.1

59、0所示，CE-數(shù)字輸入，RX或TX模式選擇；CSN-數(shù)字輸入，SPI選擇信號(hào)；SCK-數(shù)字輸入，SPI的時(shí)鐘；MOSI-數(shù)字輸入，從SPI輸入數(shù)據(jù)腳；MISO-數(shù)字輸出，從SPI輸出數(shù)據(jù)腳；IRQ-數(shù)字輸出，屏蔽可中斷腳；VDD-電源，接電源+3V；VSS-電源，接地；XC2-模擬輸出，晶振的2腳；XC1-模擬輸出，晶振的1腳/外部的時(shí)鐘輸入端；VDD_PA-電源輸出，提供+1.8V電源給RF的功率放大器；ANT1-天線接口1；ANT2

60、-天線接口2；IREF-模擬輸入，參考電流；DVDD-電源輸出，去耦電路電源正極。</p><p>　　圖3.1.10 nRF24L01引腳功能</p><p>　　5.3無(wú)線傳輸模塊nRF24L01應(yīng)用電路</p><p>　　ANT1和ANT2輸出腳給天線提供穩(wěn)定的RF輸出，必須連接到VDD的直流通路。電路阻抗匹配在輸出功率最大時(shí)，即0dBm時(shí)，使用負(fù)載阻抗為1

61、5Ω+j88Ω?？紤]到晶體振蕩器的功耗和起振效果，和晶振并聯(lián)的等效電容Ceq=1.5pF，nRF24L01的外圍電路如圖3.1.11所示。</p><p>　　圖3.1.11 nRF24L01的外圍電路</p><p>　　22B22B22B22B22B22B22B22B（二）監(jiān)測(cè)終端設(shè)計(jì)</p><p>　　監(jiān)測(cè)終端主要完成與各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)交換，完成顯示功

62、能提醒用戶環(huán)境情況。主要由STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)、無(wú)線收發(fā)模塊和LCD12864顯示器構(gòu)成。</p><p>　　LCD12864分為圖形顯示和字符顯示兩種。QC12864B型號(hào)液晶顯示器，可以顯示圖形和字符，驅(qū)動(dòng)芯片是ST7920，內(nèi)置8192個(gè)中文漢字，128個(gè)字符及64×256點(diǎn)陣顯示RAM。工作電壓VDD在3.3V~+5V，內(nèi)置升壓電路，無(wú)需負(fù)壓，顯示內(nèi)容為128列×64行，可

63、以8位并口或串行與MCU進(jìn)行接口配置LED背光。</p><p>　　圖3.2.1 QC12864液晶顯示內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　在單片機(jī)的最小系統(tǒng)上，根據(jù)單片機(jī)工作要求和無(wú)線收發(fā)模塊等各個(gè)模塊的工作要求電壓不同，所以在最終生成的原理圖中設(shè)計(jì)有3.3V電源模塊來(lái)滿足無(wú)線收發(fā)模塊對(duì)于1.9~3.6V的工作電壓要求。由S8050和KA431構(gòu)成的的原理電路如圖3.2.2下：</p&

64、gt;<p>　　圖3.2.2 +3.3V電源模塊</p><p>　　KA431是韓國(guó)三星公司生產(chǎn)的精密基準(zhǔn)穩(wěn)壓集成電路，廣泛應(yīng)用于彩電、音響、空調(diào)、影碟機(jī)等各種電器的開(kāi)關(guān)電源電路中。電路中改變?nèi)与娮鑂3、R4的阻值既分壓比，就可以改變輸出的電壓得到3.3V電壓。根據(jù)電路分析：VKA=VREF（1+R4/R3），改變R4或R3都可以調(diào)整輸出的電壓值，但如果出現(xiàn)電位器斷路的情況時(shí)，如果放在R4位置

65、則導(dǎo)致電壓大幅度上升，有燒壞主板元件的危險(xiǎn)，而放在R3的位置最多是電壓下降無(wú)法啟動(dòng)，但并不損壞元件。</p><p>　　7B7B7B7B7B7B7B7B第四章 流程控制及軟件分析</p><p>　　23B23B23B23B23B23B23B23B（一）監(jiān)測(cè)終端軟件流程分析</p><p>　　監(jiān)測(cè)終端初試化無(wú)線收發(fā)nRF24L01和顯示程序，檢測(cè)nRF24L01

66、的Rx標(biāo)志位，然后進(jìn)行接收數(shù)據(jù)，發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)，終端進(jìn)行檢測(cè)識(shí)別加以顯示。監(jiān)測(cè)終端的流程控制過(guò)程如圖4.1.1所示。</p><p>　　圖4.1.1 監(jiān)測(cè)終端流程控制框</p><p>　　監(jiān)測(cè)終端軟件執(zhí)行主函數(shù)</p><p>　　/*================================================================

67、=========</p><p><b>　　監(jiān)測(cè)終端主函數(shù)</b></p><p>　　=========================================================================*/</p><p>　　void main(void) //主函數(shù)</p><

68、;p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char RxBuf[2]; //定義接收數(shù)組 </p><p>　　unsigned int t,a;</p><p><b>　　uchar i;</b></p><p>　　init_NRF24L01() ;

69、 //初試化無(wú)線收發(fā)莫快</p><p>　　StartUART();</p><p>　　Delay(6000);</p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　SetRX_Mode();</p&

70、gt;<p>　　if(nRF24L01_RxPacket(RxBuf)) //檢測(cè)接收標(biāo)志</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　for(i=0;i<2;i++)</p><p>　　R_S_Byte(RxBuf[i]); </p><p>　　Delay(6

71、0);</p><p>　　a= RxBuf[0];</p><p>　　t=(a<<8)|RxBuf[1];</p><p><b>　　}</b></p><p>　　//R_S_Byte(t); //串口調(diào)試顯示 </p><p><b>

72、　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　24B24B24B24B24B24B24B24B（二）檢測(cè)節(jié)點(diǎn)的流程控制</p><p>　　各個(gè)節(jié)點(diǎn)主要是數(shù)據(jù)采集處理，將出來(lái)后的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)收發(fā)模塊nRF24L01：初始化后按照周期進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集處理，處理之后直接裝入數(shù)組發(fā)送。在節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，需要設(shè)置nRF

73、24L01的配置字，使其在收到數(shù)據(jù)后直接進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)，把數(shù)據(jù)發(fā)送出去后又進(jìn)入接收模式，完成數(shù)據(jù)的裝法功能，以實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)的通信距離。</p><p>　　檢測(cè)節(jié)點(diǎn)主函數(shù)程序如下：</p><p>　　/*==============================================================</p><p><b>　　檢測(cè)

74、節(jié)點(diǎn)主函數(shù)</b></p><p>　　=================================================================*/</p><p>　　void main(void)</p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　

75、　uchar i;</b></p><p>　　unsigned int tem =0,t,a;</p><p>　　init_NRF24L01() ;</p><p>　　nRF24L01_TxPacket(TxBuf);// Transmit Tx buffer data</p><p><b>　　De(600

76、0);</b></p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　tempchange(); //INIT_DS</p><p>　　tem=get_temp();</p><p>　　//te

77、m=0x23;</p><p>　　TxBuf[0] =(unsigned char)(tem>>8);//high 8bit</p><p>　　TxBuf[1] =(unsigned char)(tem&0x00FF);//low 8bit </p><p>　　for(i=0;i<2;i++)</p><p&

78、gt;<b>　　{</b></p><p>　　nRF24L01_TxPacket(TxBuf);// Transmit Tx buffer data</p><p><b>　　De(10);</b></p><p>　　SPI_RW_Reg(WRITE_REG+STATUS,0XFF);</p>

79、<p><b>　　De(10);</b></p><p>　　a=TxBuf[0];</p><p>　　t=(a<<8)|TxBuf[1];</p><p>　　Show(0x81,14,daBT);//顯示的大標(biāo)題：無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)</p><p>　　Show(0x91,6,dis1);/

80、/顯示溫度的字符及設(shè)置地址和長(zhǎng)度</p><p>　　Show_dig(0x94,286); //顯示溫度數(shù)據(jù) </p><p>　　Show(0x97,2,dis4);//顯示溫度單位字符 </p><p>　　Show(0x89,6,dis2);//顯示光照字符 </p><p>　　Show(0x98,10,dis3);//

81、顯示空氣質(zhì)量字符 </p><p>　　Show(0x8f,2,dis5);// 顯示空氣濃度單位</p><p>　　Show(0x9e,4,dis6); </p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　}</b></p><p>&l

82、t;b>　　}</b></p><p>　　在設(shè)計(jì)中考慮到ADC0809是八通道數(shù)／模轉(zhuǎn)換器，而設(shè)計(jì)需要兩個(gè)通道即可，因此在設(shè)計(jì)中將C、B兩腳直接接地，在軟件設(shè)計(jì)中只需通過(guò)設(shè)置A的電平就能完成數(shù)據(jù)采集通道的轉(zhuǎn)換，完成數(shù)據(jù)采集。ADC0809的工作流程見(jiàn)圖4.2.2。</p><p>　　ADC0809啟動(dòng)子函數(shù)程序如下：</p><p>　　voi

83、d ADC0809()</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　AD_st=0;</b></p><p><b>　　AD_ale=0;</b></p><p>　　ADin_CS =0; //選擇通道IN0 ,空氣質(zhì)量的數(shù)據(jù)</p>

84、<p><b>　　delay(5);</b></p><p><b>　　AD_ale=1;</b></p><p>　　delay(10);</p><p>　　AD_st=1; //啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換</p><p><b>　　delay(5);</b></

85、p><p>　　AD_ale =0;</p><p>　　delay(10);</p><p><b>　　AD_st=0;</b></p><p>　　while(0== AD_Eoc);//當(dāng)Eoc=0就一直在這兒停留，Eoc=1就執(zhí)行下面的 ，讀取數(shù)據(jù) </p><p>　　//AD_Eoc=

86、0；</p><p><b>　　AD_en =1;</b></p><p>　　AD_DATA[0]=P0;</p><p><b>　　AD_en =0;</b></p><p><b>　　AD_st=0;</b></p><p><b>

87、;　　AD_ale=0;</b></p><p>　　ADin_CS =1; //選擇通道IN1 , 光照數(shù)據(jù)</p><p><b>　　delay(5);</b></p><p><b>　　AD_ale=1;</b></p><p><b>　　delay(5);<

88、;/b></p><p>　　AD_st=1; //啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換</p><p><b>　　delay(5);</b></p><p><b>　　AD_ale=0;</b></p><p>　　delay(10);</p><p><b>　　AD_st=

89、0;</b></p><p>　　while(0== AD_Eoc);</p><p>　　//AD_Eoc=0；</p><p><b>　　AD_en =1;</b></p><p>　　AD_DATA[1]=P0;</p><p>　　AD_en =0; </p>

90、<p><b>　　}</b></p><p>　　8B8B8B8B8B8B8B8B第五章 通信協(xié)議分析</p><p>　　在設(shè)置轉(zhuǎn)發(fā)的時(shí)候，可以把nRF24L01的工作收到數(shù)據(jù)后立即進(jìn)入發(fā)送模式，只要地址設(shè)置相同即可完成通信，轉(zhuǎn)發(fā)完成后進(jìn)入接收狀態(tài)，根據(jù)命令完成數(shù)據(jù)的傳送。</p><p>　　監(jiān)測(cè)終端分析：初始化后監(jiān)測(cè)終端向周

91、圍索要ID，因?yàn)闄z測(cè)節(jié)點(diǎn)編碼從1到255未占用0，所以可以講0x00送給SBUF，進(jìn)入延時(shí)等待串口中斷，獲得節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)和地址ID。若有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，則分時(shí)向節(jié)點(diǎn)索要數(shù)據(jù)，命令格式為0x00+ID+0x01，完成一次通信；如果只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)，則進(jìn)入命令轉(zhuǎn)發(fā)模式，向所知節(jié)點(diǎn)發(fā)送轉(zhuǎn)發(fā)命令，格式為0X00+ID+0X02,，等待串口接收數(shù)據(jù)。</p><p>　　檢測(cè)節(jié)點(diǎn)分析：進(jìn)入初始化后進(jìn)入等待串口接收中斷，獲得數(shù)據(jù)后和本地的

92、ID進(jìn)行比較，不同則放棄已收到的數(shù)據(jù)，相同就馬上發(fā)送本地的ID作為應(yīng)答監(jiān)測(cè)終端的信號(hào)，等待監(jiān)測(cè)終端回復(fù)命令，再次進(jìn)入串口中斷獲得數(shù)據(jù)，對(duì)比地址ID。如果是0X00+ID+0X01就回復(fù)溫度、光照信息、空氣監(jiān)測(cè)信息；如果是0X00+ID+0X02就進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)模式，該節(jié)點(diǎn)成為“偽終端”，仿照監(jiān)測(cè)終端與其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，將獲得的數(shù)據(jù)打包為“本節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)+所轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)ID+所轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)”發(fā)送，完成通信。通過(guò)測(cè)試和試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，0XFF后跟0XAA、0X55

93、在噪聲中不容易發(fā)生，因此設(shè)定如下的通信數(shù)據(jù)格式。</p><p><b>　　數(shù)據(jù)和定義格式：</b></p><p>　　9B9B9B9B9B9B9B9B第六章 PCB設(shè)計(jì)</p><p>　　25B25B25B25B25B25B25B25B（一）元件選擇</p><p>　　軟件和硬件設(shè)計(jì)完成后就可以開(kāi)始制作樣機(jī)，首

94、先是元件的選擇，通過(guò)找資料和比較，本設(shè)計(jì)部分主要元件選取如下：監(jiān)測(cè)終端單片機(jī)采用宏晶科技公司的STC89C52單片機(jī)，QC12864B液晶顯示屏，無(wú)線收發(fā)模塊nRF24L01；節(jié)點(diǎn)單片機(jī)采用宏晶科技公司的STC89C52單片機(jī)，數(shù)字溫度傳感器DS18B20，光敏電阻和空氣質(zhì)量傳感器MQ-135，數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADC0809，無(wú)線收發(fā)模塊nRF24L01。</p><p>　　26B26B26B26B26B26B26B

95、26B（二）Altium Designer release 原理圖的繪制</p><p>　　Altium Desinger 是Protel的高端版本，其功能強(qiáng)大，集成原理圖設(shè)計(jì)，PCB設(shè)計(jì)，信號(hào)完整性分析，SPICE仿真，F(xiàn)PGA設(shè)計(jì)等。Altium designer操作更加容易，功能更加完善。我們采用它來(lái)做我們的原理圖和PCB設(shè)計(jì)。首先繪制原理圖。</p><p>　　繪制原理圖時(shí)注意

96、：連線簡(jiǎn)潔，在同一圖紙上元件線路多則使用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)來(lái)表示，而多張圖紙使用端口Port來(lái)連接他們。連線要清楚的表示連接關(guān)系，當(dāng)連接線路比較多而且集中時(shí)可以使用總線來(lái)連接它們。繪制完成后對(duì)所有元件做一個(gè)編號(hào)操作和編譯檢查。</p><p>　　37B37B37B37B37B37B37B37B1．PCB的電磁兼容設(shè)計(jì)</p><p>　　電磁兼容是指系統(tǒng)能在規(guī)定的電磁環(huán)境中正常工作而且不對(duì)該環(huán)境中

97、其他設(shè)備產(chǎn)生過(guò)量的電磁干擾。為了提高系統(tǒng)的電磁兼容能力，必須從設(shè)計(jì)初始開(kāi)始就對(duì)電磁兼容給予足夠的重視，電磁兼容可以從3個(gè)要素考慮.即電磁干擾源、電磁干擾可能的傳播途徑、極易接收電磁干擾的敏感器件很電路入手。在PCB設(shè)計(jì)中基本的原則如下：</p><p><b>　　1．1抑制干擾源</b></p><p>　　(1) 大電流機(jī)械開(kāi)關(guān)處并聯(lián)接上抑制火花電路（一般為RC的

98、串聯(lián)電路，R一般選擇幾千歐到幾十千歐，電容選擇0.01uF）；</p><p>　　(2) 給電機(jī)加傷濾波電路，電容電感的引線要短；</p><p>　?。?）電路板上的每個(gè)IC并接一個(gè)0.01~0.1pF的高頻電容，減小IC對(duì)電源的影響。高頻電容布線盡量靠近電源并且粗短。</p><p>　　（4）避免布線時(shí)走90°折線，盡量使用弧線或者45°

99、折現(xiàn)布線，以減少高頻噪聲的輻射。</p><p>　　1．2切斷干擾傳播途徑</p><p>　　（1）設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮電源對(duì)單片機(jī)的影響。需要給單片機(jī)電源加濾波電容和穩(wěn)壓器，減小電源噪聲對(duì)單片機(jī)的影響。</p><p>　?。?）如果單片機(jī)I/O口控制電機(jī)等噪聲設(shè)備，在I/O口與噪聲源處必須加隔離。</p><p>　?。?）晶振布線要盡量靠

100、近單片機(jī)的引腳，將時(shí)鐘區(qū)用地線隔離起來(lái)、并將晶振的外殼接地加以固定；</p><p>　?。?）電路板要合理分區(qū)，如分離數(shù)字、模擬信號(hào)，強(qiáng)、弱信號(hào)。盡可能把干擾源遠(yuǎn)離敏感元件；</p><p>　?。?）單片機(jī)I/O口、電路板線、電源線等比較關(guān)鍵的地方要使用抗干擾的元件等。</p><p>　　1．3提高敏感器件抗干的擾性能</p><p>

101、　　（1）布線要減少電路回路環(huán)的面積，降低噪聲；</p><p>　?。?）布線時(shí)，地線和電源線要盡量粗，可以減小壓降，還可以降低耦合噪聲；</p><p>　　（3）對(duì)于單片機(jī)閑置I/O口接地或者電源，不要懸空；</p><p>　?。?）在速度滿足要求的情況下，盡量降低晶振頻率；</p><p>　?。?）IC元件盡量直接焊接在電路板上，

102、少用插座。</p><p>　　1．4其他常用抗干擾措施</p><p>　　（1）交流端用電容濾波，去掉高頻、低頻干擾脈沖；</p><p>　?。?）變壓器雙隔離措施；</p><p>　?。?）次極低通濾波，吸收變壓器的浪涌電壓；</p><p>　?。?）采用隔離電路消除公共地線引起的干擾；</p>

103、<p>　　（5）通信線用雙絞線，消除平行互感；</p><p>　?。?）外殼接地保證人生安全和防止外界的磁場(chǎng)干擾；</p><p>　?。?）增加復(fù)位電壓檢查電路，防止單片機(jī)復(fù)位失敗。</p><p>　　1．5 印制電路工藝抗干擾</p><p>　?。?）元件布局合理，疏密恰當(dāng)。</p><p>

104、　?。?）CPU、RAM、ROM等主要芯片，Vcc和GND之間接電解電容以及瓷片電容，去掉高、低頻干擾信號(hào)。</p><p>　?。?）獨(dú)立系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并減少接插件與連線。提高系統(tǒng)可靠性減少故障率。</p><p>　　（4）有調(diào)節(jié)使用4層以上電路板，中間兩層為電源與地線。</p><p>　　（5）盡量加寬電源線，布線原則是地線>電源線>信號(hào)線</p

105、><p>　　本次設(shè)計(jì)中PCB布線遵守這些基本原則，比如:電源穩(wěn)壓器處用330電解電容和104的瓷片電容并聯(lián)使用，保證電源的穩(wěn)定和消除干擾。</p><p>　　38B38B38B38B38B38B38B38B2．布局布線</p><p>　　在確定元件原理圖和封裝完全正確后就可以進(jìn)行電路板的布局布線了。首先是確定電路板的形狀，大小。設(shè)置完畢后，導(dǎo)入PCB封裝，然后按照

106、規(guī)則進(jìn)行元件布局操作。</p><p>　　布局完成之后設(shè)置布線規(guī)則，一般信號(hào)線使用12mil左右（1mil=1/1000in），電源線一般使用20~35mil，地線滿足25~50mil之間盡量加寬，本論文中采用網(wǎng)格狀大面積鋪地以減小接地電阻和增強(qiáng)系統(tǒng)的散熱性。規(guī)則設(shè)置之后，先試著把最短的線路連接起來(lái)，然后觀察布線的密度和可行性，并且對(duì)元件的布局進(jìn)行調(diào)整，以使布線能成功。反復(fù)的布線修改，知道達(dá)到要求。</p

107、><p>　　布線時(shí)可以把一些比較重要的線手動(dòng)完成，不是很重要的線交給計(jì)算機(jī)的自動(dòng)布線去完成。一些工程師不愿意用計(jì)算機(jī)的自動(dòng)布線，所有的線路都手動(dòng)完成，這完全沒(méi)有必要，現(xiàn)在計(jì)算機(jī)越來(lái)越強(qiáng)大，而且Altium designer的改進(jìn)型布線的效果已經(jīng)很理想了。只要規(guī)則設(shè)置合理是完全能布處滿足要求的線路，需要手動(dòng)修改的地方很少了。設(shè)計(jì)完成的檢測(cè)節(jié)點(diǎn)PCB正面圖如圖6.2.1所示：</p><p>　

108、　圖6.2.1 檢測(cè)節(jié)點(diǎn)PCB正面</p><p>　　10B10B10B10B10B10B10B10B第七章 測(cè)試總結(jié)</p><p>　　本文是無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)模擬裝置，本設(shè)計(jì)是電路基礎(chǔ)、EDA、傳感器應(yīng)用、單片機(jī)應(yīng)用、軟件編程等多方面知識(shí)的綜合，充分鍛煉了動(dòng)手實(shí)踐和理論結(jié)合的能力。</p><p>　　傳感器的發(fā)展與應(yīng)用結(jié)合單片機(jī)微處理器改變了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，尤其

109、是數(shù)字傳感器的應(yīng)用，省掉諸多麻煩，解決了系統(tǒng)可靠性差、缺乏靈活性、維護(hù)不便、成本高、無(wú)法實(shí)現(xiàn)智能化等諸多缺點(diǎn)。通過(guò)單片機(jī)和一些簡(jiǎn)單的外接電路就可以實(shí)現(xiàn)具有很多功能的，而且具有智能化的系統(tǒng)，同時(shí)可方便升級(jí)維護(hù)。所以單片機(jī)的應(yīng)用廣泛，在日常生活和生產(chǎn)中占用重要位置。同時(shí)，我的設(shè)計(jì)包含了EDA、PCB技術(shù)，EDA和PCB也是現(xiàn)在電子產(chǎn)品必備的技術(shù)之一，人們?cè)O(shè)計(jì)了計(jì)算機(jī)，同時(shí)計(jì)算機(jī)又輔助我們的設(shè)計(jì)。EDA軟件的輔助，使得設(shè)計(jì)周期減少到幾個(gè)月甚至

110、幾周，EDA技術(shù)是一項(xiàng)重要工具。</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中雖然比較順利的完成了預(yù)期任務(wù)，仍然有不足的地方，希望自己在以后的工作中思考問(wèn)題全面些。首先，設(shè)計(jì)中對(duì)于光照的采集采用的傳感器是光敏電阻，經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試和查閱資料證實(shí)光敏電阻的光照特性是非線性的，如果要求精度高，那么是無(wú)法完成的，會(huì)造成很大誤差，采用線性的傳感器即可改善性能；也可以在光敏電阻的模擬信號(hào)進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器的前級(jí)加上惠斯登電橋可減小誤差。&

111、lt;/p><p>　　在無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)模擬裝置的監(jiān)測(cè)終端功能較簡(jiǎn)單，跟用戶需求還有差距，增加存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)以方便查詢(xún)記錄等功能。</p><p>　　在軟件設(shè)計(jì)中，需要優(yōu)化程序的算法以達(dá)到更好的性能。</p><p>　　11B11B11B11B11B11B11B11B參考文獻(xiàn)</p><p>　　12B12B12B12B12B12B12B12B致

112、謝</p><p>　　這次畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠順利完成與我的指導(dǎo)老師xx強(qiáng)教授密不可分，感謝王老師給予我的細(xì)心指導(dǎo)和無(wú)微不至幫助。同時(shí)感謝在設(shè)計(jì)過(guò)程中一直積極參與本設(shè)計(jì)討論的同學(xué)與朋友，他們?cè)谖业脑O(shè)計(jì)過(guò)程中給予了很多指導(dǎo)和幫助，我才能順利完成了該設(shè)計(jì)，在此表示衷心的感謝。還要向在我四年大學(xué)生活中教導(dǎo)過(guò)我的老師和幫助過(guò)我的同學(xué)致以誠(chéng)摯的謝意。最后，感謝答辯組的老師百忙中對(duì)我畢業(yè)設(shè)計(jì)的閱覽和指導(dǎo)。</p>&

113、lt;p>　　四年的大學(xué)生涯即將結(jié)束，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我大學(xué)四年的所學(xué)知識(shí)的一次驗(yàn)證和總結(jié)，也是對(duì)自己四年大學(xué)生活交上的答卷。大學(xué)四年的生活讓我難忘，也是一生的財(cái)富。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)從選題到探討最后到課題的順利完成，老師們和同學(xué)們給予了我很大的幫助，遇到不懂的問(wèn)題他們幫我講解，教我怎么樣去解決，完成了這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，這里面卻凝聚了很多人的努力很汗水，我再次感謝我的老師們和同學(xué)們！</p><p>　　13B13B1

114、3B13B13B13B13B13B附錄</p><p>　　附錄1：系統(tǒng)監(jiān)測(cè)終端原理圖</p><p>　　附錄2：系統(tǒng)監(jiān)測(cè)終端PCB圖</p><p>　　附錄3：系統(tǒng)探測(cè)節(jié)點(diǎn)原理圖</p><p>　　附錄4：系統(tǒng)探測(cè)節(jié)點(diǎn)PCB圖</p><p><b>　　附錄5：實(shí)物圖</b></p