【正文】 無線環(huán)境監(jiān)測(cè)模擬裝置 摘要: 本文介紹了一種用于對(duì)環(huán)境信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的無線環(huán)境監(jiān)測(cè)模擬裝置的設(shè)計(jì)方法,系統(tǒng)運(yùn)用了傳感器技術(shù)、通信技術(shù)和單片機(jī)技術(shù), 實(shí)現(xiàn)了對(duì)環(huán)境溫度、光照度等數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確測(cè)量，℃，能夠?qū)崟r(shí)地與單片機(jī)進(jìn)行無線通信并可靠傳輸, 產(chǎn)品成本低廉，監(jiān)測(cè)靈敏度高，滿足對(duì)環(huán)境參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的要求，經(jīng)試驗(yàn)，該裝置探測(cè)時(shí)延不大于5s的條件下，使探測(cè)距離D+D1超過50cm，體現(xiàn)了傳感器系統(tǒng)數(shù)字化、智能化、無線化的優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：環(huán)境參數(shù)采集、無線傳感器系統(tǒng)、溫度、光照畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 指導(dǎo)教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)　　 　 　大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名： 日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日1 方案比較與設(shè)計(jì) 控制電路方案比較與選擇：方案1：采用通用的51單片機(jī)作為主控器，完成數(shù)據(jù)處理，鍵盤掃描，顯示部分的控制等。但51單片機(jī)沒有AD轉(zhuǎn)換，需外接AD芯片來轉(zhuǎn)換采集到的電壓信號(hào)，使電路的硬件、軟件變得復(fù)雜。 方案2：采用STC89C51RC單片機(jī)，該單片機(jī)在本設(shè)計(jì)方案中具有以下優(yōu)點(diǎn)：～2V的電壓；工作頻率范圍：0～40MHz,相當(dāng)于普通8051的0～80Hz，實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz；用戶應(yīng)用程序空間4K/8K/13K/16K/20K/32K/64K字節(jié)；低功耗，寬電壓范圍，抗干擾能力強(qiáng)；共有3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，其中定時(shí)器0還可以當(dāng)做2個(gè)8位定時(shí)器使用；比較上述2種方案，方案2電路簡(jiǎn)單、軟件簡(jiǎn)潔、功能強(qiáng)，本課題中我們采用方案2。 顯示電路方案比較與選擇： 方案1：采用數(shù)碼管顯示，成本低、亮度高、醒目。但在顯示較多的項(xiàng)目時(shí)，硬件電路復(fù)雜，功耗大。方案2：采用1602LCD液晶屏顯示，顯示內(nèi)容較多，方便組合，可視面積大，畫面效果好，抗干擾能力強(qiáng)，調(diào)用方便簡(jiǎn)單，而且可以節(jié)省了軟件中斷資源。課題中需要同時(shí)顯示溫度，光照等信息等，要求顯示內(nèi)容豐富。比較上述2種方案，方案2電路簡(jiǎn)單、顯示信息量大、能很好的滿足題目要求，我們采用方案2。1．3無線收發(fā)模塊的選擇無線數(shù)據(jù)傳輸被廣泛應(yīng)用在車輛監(jiān)控、遙控、遙測(cè)、小型無線網(wǎng)絡(luò)、無線數(shù)據(jù)通信、機(jī)器人控制、數(shù)字音頻、數(shù)字圖像的傳輸?shù)阮I(lǐng)域中。方案1：采用用DF無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊。DF無線發(fā)射模塊通訊方式為調(diào)頻AM，工作頻率為315MHz，為ISM頻段，發(fā)射頻率500mW。DF超再生式接收模塊通訊方式為調(diào)頻AM，接收靈敏度高，用示波器觀察輸出波形干凈，抗干擾能力強(qiáng)。系統(tǒng)中為保證穩(wěn)定，采用芯片PT2262,PT2272M4進(jìn)行數(shù)據(jù)編解碼，由于數(shù)據(jù)傳輸量較小，而且傳輸頻率達(dá)315MHz，與題目要求不符合，因此我們放棄了此方案。方案2：TX2/ RX2B是一對(duì)專用的發(fā)射接收大規(guī)模集成電路，～，CMOS結(jié)構(gòu)保證了極低的功耗，外圍元件少，發(fā)射接收能力強(qiáng)，適用于低頻電路應(yīng)用，符合本課題低功耗的要求，因此我們選擇此方案。方案1：采用MCU的定時(shí)器進(jìn)行軟件編程實(shí)現(xiàn)?？紤]到MCU的資源很緊缺，而且大量的中斷必然會(huì)影響定時(shí)的準(zhǔn)確性，編程難到加大，因此放棄此方案。方案2：采用專用時(shí)鐘芯片DS1302。DS1302 是美國(guó)DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對(duì)年、月、日、周、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，～。采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)。具有主電源/后背電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對(duì)后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力，長(zhǎng)時(shí)間保證時(shí)鐘正常，因此采用此方案。方案1：采用AD590。AD590是美國(guó)模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源，精度很高，但需要輔助的AD轉(zhuǎn)換電路以及進(jìn)行軟件的校正，增加了線路的復(fù)雜程度，此方案不可行。方案2：采用DS18B20作為測(cè)溫電路的溫度傳感器。DS18B20的數(shù)字溫度輸出通過1Wire總線，又稱為“ 一線 ”總線（ 1Wire是一種獨(dú)特的數(shù)字信號(hào)總線協(xié)議，它將獨(dú)特的電源線和信號(hào)線復(fù)合在一起，僅使用一條口線；每個(gè)芯片唯一編碼，支持聯(lián)網(wǎng)尋址、零功耗等待等，是所需硬件連線最少的一種總線），這種獨(dú)特的方式，可以使多個(gè) DS18B20方便地組建成傳感器網(wǎng)絡(luò)，為整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的建立和組合提供了更大可能性。它在測(cè)溫精度、轉(zhuǎn)換時(shí)間、傳輸距離、分辨率等方面比其他溫度傳感器有了很大的進(jìn)步，給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。DS18B20直接輸出數(shù)字溫度值，不需要校正，因此選擇此方案。．1整體電路組成電路部分主要有：溫度檢測(cè)電路，光檢測(cè)電路，控制電路，顯示電路，無線傳輸檢測(cè)電路，創(chuàng)新部分電路等模塊組成。．2總體電路組成框圖圖1 總體電路組成框圖2 電路設(shè)計(jì)、理論分析與計(jì)算 主要電路模塊的分析計(jì)算與設(shè)計(jì)根據(jù)要求設(shè)計(jì)制作無線傳輸載波頻率低于30MHz，調(diào)制方式自定。監(jiān)測(cè)終端和探測(cè)節(jié)點(diǎn)不使用除規(guī)定天線外的其他耦合方式。無線收發(fā)電路需自制，不得采用無線收、發(fā)成品模塊。光照有無的變化，采用遮擋光電傳感器的方法實(shí)現(xiàn)。這部分電路是整個(gè)電路的核心部分，主要由發(fā)射電路，接收電路組成，經(jīng)計(jì)算接發(fā)收頻率為27MHz，具體設(shè)計(jì)電路如圖圖3所示。圖2 發(fā)射電路原理圖圖3 接收電路原理圖采用TX一2/RX一2系配套專用遙控集成芯片作為編解碼芯片。它能組成具有五路紅外遙控或無線電遙控等功能的獨(dú)立控制電路，可對(duì)遙控玩具汽車進(jìn)行遙控。小車驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)采用H橋電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制方式。TX5B/RX5是專用的CMOS專用集成電路，有五根數(shù)據(jù)線。特點(diǎn)：有較寬的工作電壓范圍，較低的待機(jī)電流，外圍元件少。 溫度檢測(cè)電路溫度檢測(cè)主要采用DS18B20組成，DS18B20是一線式數(shù)字溫度傳感器，具有3引腳TO－92小體積封裝形式；溫度測(cè)量范圍為－55℃～＋125℃,可編程為9位～12位A/D轉(zhuǎn)換精度，℃，被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)到3根或2根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。 光照測(cè)量模塊主要由光敏電阻和電壓比較器LM324組成。1）光敏電阻及其原理光敏電阻器又叫光感電阻，是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器；入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測(cè)量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。通常，光敏電阻器都制成薄片結(jié)構(gòu)，以便吸收更多的光能。當(dāng)它受到光的照射時(shí)，半導(dǎo)體片（光敏層）內(nèi)就激發(fā)出電子—空穴對(duì)，參與導(dǎo)電，使電路中電流增強(qiáng)。一般光敏電阻器的結(jié)構(gòu)如圖6所示，光照二極管照度—電阻特性，如圖7所示。 圖7 光照二極管照度—電阻特性 圖8 電壓比較器LM324內(nèi)部結(jié)構(gòu)2)電壓比較器LM324LM324是四運(yùn)放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳排列如圖8所示，內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。每一組運(yùn)算放大器可如圖8所示的符號(hào)來表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+”、“V”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi（）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與 該輸入端的相位相同。由于LM324四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中。本實(shí)驗(yàn)中，通過單片機(jī)和光敏電