【正文】 .................. 25 參考文獻(xiàn) .......................................................... 26 附錄 A基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)發(fā)射模 塊電路 .................. 27 附錄 B 基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的溫度監(jiān)控系統(tǒng)接收模塊的 硬件原理圖 .............. 28 附錄 C 系統(tǒng)軟件程序 ................................................ 29 附錄 D 參考文獻(xiàn)摘要 ................................................ 44 附錄 E 引用外文文獻(xiàn)及翻譯 .......................................... 47 朱野：基于無(wú)線傳感網(wǎng) 絡(luò)的溫度監(jiān)控系統(tǒng) IV 插圖清單 圖 21方案一原理框圖 .......................................................... 5 圖 22方案二原理框圖 .......................................................... 6 圖 23本系統(tǒng)采用的電路方案框圖 ................................................. 7 圖 31 DS18B20引腳分布圖 ....................................................... 9 圖 32 D18B20工作原理圖 ....................................................... 11 圖 33 nRF24L01芯片引腳圖 ..................................................... 11 圖 34 晶振電路 ............................................................... 13 圖 35電源電路 ............................................................... 13 圖 36 3v電源電路 ............................................................ 13 圖 37 8051單片機(jī)基本電路 ..................................................... 14 圖 38測(cè)溫電路電路圖 ......................................................... 14 圖 39 報(bào)警電路 ............................................................... 15 圖 310按鍵電路 .............................................................. 15 圖 311 LCD1602液晶顯示模塊電路圖 ............................................. 16 圖 312 nrf24L01無(wú)線傳輸電路 .................................................. 16 圖 313 電平轉(zhuǎn)換電路原理圖 .................................................... 17 圖 314溫度控制電路圖 ........................................................ 18 圖 41按鍵處理子程序流程圖 .................................................... 19 圖 42 DS18B20溫度讀取過(guò)程流程圖 .............................................. 20 圖 43發(fā)射端主要程序流程圖 .................................................... 22 表格清單 表 31 DS18B20詳細(xì) 引腳功能描述 ................................................ 9 表 32 ROM的內(nèi)存指令 ......................................................... 10 安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 引 言 目前 , 國(guó)外的一些發(fā)達(dá)國(guó)家雖然有一部分先進(jìn)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng) , 由于環(huán)境﹑成本等原因 , 并不適合我國(guó)的實(shí)際情況。由于體積、成本和功耗等原因 , 實(shí)際資源的使用受到限制。 朱野：基于無(wú)線傳感網(wǎng) 絡(luò)的溫度監(jiān)控系統(tǒng) 2 第 1 章 緒 論 課題研究的目的和意義 目前，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和無(wú)線溫度采集系統(tǒng)中，要 使用大量的基于不同物理機(jī)制的傳感器，且監(jiān)控和采集的對(duì)象多而分散。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過(guò)無(wú)線通信方式形成的一個(gè)多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò) 系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知對(duì)象的信息，并發(fā)送給觀察者。 根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)題目的要求和設(shè)計(jì)需要本次論文設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)辦 辦公室溫度 的實(shí)時(shí)監(jiān)控。 它 的英文是 Wireless Sensor Network, 簡(jiǎn)稱 WSN。 傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳感器傳輸速率低 1，通信距離近 j一般只有幾十到幾百米 a由于傳感器往往工作在環(huán)境惡劣地區(qū)，更多地受到高山、建筑物、障礙物等地勢(shì)地貌以及風(fēng)雨雷 電、潮濕、水浸等自然環(huán)境的影響，一方面造成傳感器間的通信不可靠，另一方面可能使傳感器出現(xiàn)故障、甚至損壞嘲。 由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)節(jié)能的需要，傳感器節(jié)點(diǎn)可以在工作和睡眠狀態(tài)之間切換，傳感器節(jié)點(diǎn)隨時(shí)可能由于各種原因發(fā)生故障而失效，或者添 加新的傳感器節(jié)點(diǎn)到網(wǎng)絡(luò)中，這些情況的發(fā)生都使得無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在使用中很容易發(fā)生變化。 在傳感器網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)傳輸具有很強(qiáng)的方向 性。 2021年，美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校 Intel實(shí)驗(yàn)室和大西洋學(xué)院聯(lián)合在大鴨島上部署了用來(lái)監(jiān)測(cè)島上海鳥(niǎo)生活習(xí)性的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，它們使用了包括光、濕度、氣壓計(jì)、紅外傳感器、攝像頭在內(nèi)的近 lO種類型的傳感器，系統(tǒng)通過(guò)自組織無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)?100mP}’的基站計(jì)算機(jī)內(nèi)，再由此經(jīng)衛(wèi)星傳輸至加州的服務(wù)器進(jìn)行分析研究。 2021年美國(guó) BEA系統(tǒng)公司為提高美軍的電子戰(zhàn)能力 而研發(fā)的“狼群 地面無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是一個(gè)典型的無(wú)線傳感器電磁信號(hào)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，它具有多功能電子戰(zhàn)能力，不僅可以監(jiān)聽(tīng)地方雷達(dá)和通信，分析地方的網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，還可干擾敵方發(fā)射機(jī)或用算法包來(lái)滲透敵方的計(jì)算機(jī)。 朱野：基于無(wú)線傳感網(wǎng) 絡(luò)的溫度監(jiān)控系統(tǒng) 4 我國(guó)近幾年也加快了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究步伐，中科院上海微系統(tǒng)研究所、沈陽(yáng)自動(dòng)化所、中科院計(jì)算所、軟件所、電子所和合肥智能所等科研機(jī)構(gòu)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)、北京郵電大學(xué)、浙江大學(xué)、國(guó)防科技大學(xué)和中國(guó)科技大學(xué)等院校在國(guó)內(nèi)較早地展開(kāi)了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究。浙江大學(xué)現(xiàn)代控制工程研究所成立了“無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)控制實(shí)驗(yàn)室 ，聯(lián)合相關(guān)單 位專門(mén)從事面向無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分布自治系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及協(xié)調(diào)控制理論方面的研究。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為未來(lái)世界的重要技術(shù)有著廣闊的應(yīng)用前景，但要想讓它真正融入到人們生活的每個(gè)層面，還需要我們開(kāi)展更多、更全面的研究工作。原理圖如圖 22 所示。由于系統(tǒng)要求應(yīng)用在辦公樓區(qū)內(nèi)，其應(yīng)用環(huán)境較復(fù)雜，要做到布點(diǎn)容易、安裝簡(jiǎn)單、易于操作，需要采用 無(wú)線的方式傳輸數(shù)據(jù)。 2． 3 系統(tǒng) 方案 的 選擇 方案一： 此方案采用 PC 機(jī)實(shí)現(xiàn)。而且在一些條件較為惡劣的場(chǎng)合， PC機(jī)體型過(guò)大，攜帶安裝不方便，性能不穩(wěn)定，會(huì)給工程帶來(lái)諸多麻煩。 綜上所述，本無(wú)線溫度控制系統(tǒng)以及主控部分都采用方案二。實(shí)際采用電路方案如圖 23 所示。 定時(shí) /計(jì)數(shù)器：兩個(gè) 16位的可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器。 3. 8051 信號(hào)引腳介紹 單片機(jī)的 40個(gè)引腳大致可分為 4 類：電源、時(shí)鐘、控制和 I/O 引腳。 ④ EA/Vpp:內(nèi)外 ROM 選擇 /片內(nèi) EPROM 編程電源。因此用它來(lái)組成一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)，具有線路簡(jiǎn)單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計(jì)，十分方便。 a．初始化： DS18B20 所有的數(shù)據(jù)交換都由一個(gè)初始化序列開(kāi)始。 DS18B20 的 ROM 如表 33 所示，每個(gè) ROM 命令都是 8 bit 長(zhǎng)。 芯片的引腳排列如圖 33所示 圖 33 nRF24L01芯片引腳圖 主機(jī)初始化脈沖 DS18B20 芯片響應(yīng)脈沖 DS18B20芯片準(zhǔn)備好 DS18B20 芯片完成其他功能 主機(jī)儲(chǔ)存器指令 主機(jī) ROM 指令 否 朱野：基于無(wú)線傳感網(wǎng) 絡(luò)的溫度監(jiān)控系統(tǒng) 12 ： GFSK 調(diào)制： 硬件集成 OSI 鏈路層 。 SPI 速率為 0 Mb/s～ 10 Mb/s。 CE：使能發(fā)射或接收 。 VDD_PA：為功率放大器供電，輸出為 V。 其它外圍電路 1. 復(fù)位電路：在單片機(jī)的 RST 引腳引入高電平并保持 2 個(gè)機(jī)器周期時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作。 本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，在單片機(jī)內(nèi)部有一震蕩電路，只要在單片機(jī)的 XTAL1 和 XTAL2腳外接石英晶體（簡(jiǎn)稱晶振），就構(gòu)成了自己震蕩器并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)。 本系統(tǒng)的硬件電路 電源部分 ＋ 5V電源，采用的電源電路如圖 35 所示。 U3L M 1 1 1 7 12J3C O N 2C81 0 4C 1 11 0 4+ C91 0 u+ C 1 01 0 0 uV i n V o u t+ 5 VG N D3V 供電電路 圖 36 3v電源 電路 檢測(cè)部分 這部分又可以分為兩部分： 8051 單片機(jī)基本電路和溫度采集電路?？梢员ＷC轉(zhuǎn)換精度，同時(shí)再總線上理論可以接多個(gè) DS15B20傳感器， 組成的溫度采集系統(tǒng)。具體電路如圖 311 所示。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要通過(guò)上位機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)系安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 統(tǒng)調(diào)試以及現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和控制，通過(guò)上位機(jī)本身的串行口進(jìn)行通信。但單片機(jī)使用的是 TTL 電平，即邏輯“ 1”： ～ V；邏輯“ 0”： 0V～ V。這種芯片非常適合本系統(tǒng)低功耗的要求，在不傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，降低了系統(tǒng)能量消耗。 朱野：基于無(wú)線傳感網(wǎng) 絡(luò)的溫度監(jiān)控系統(tǒng) 18 EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD108 0 5 1C O N A T 6 2 BD2P N PK2V C CD1P N PK1V C C 圖 314溫度控制電路圖 安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 按鍵處理程序設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)設(shè)置三個(gè)獨(dú)立式按鍵，分別為 模式選擇按鍵 SET，升序按鍵 UP，降序按鍵 DOWN，每按 SET 鍵后，進(jìn)入調(diào)整模式，開(kāi)始判斷 UP 鍵和 DOWN 鍵是否按下，并進(jìn)行相應(yīng)的按鍵處理，再按下 SET 時(shí)為確認(rèn)，返回正常模式。由于本設(shè)計(jì)只用一片DS18B20，故跳過(guò)讀取序列號(hào)，然后發(fā)送讀取溫 度寄存器命令，延時(shí)一定時(shí)間后，分兩次分別讀取出溫度的低位和高位，然后放到一個(gè)字節(jié)里面。 else JDQ=0。然后把溫度送入發(fā)射緩存器， nRF24L01 設(shè)置為發(fā)射模式，開(kāi)始發(fā)射處理。具體程序 見(jiàn)附錄 3