【正文】 通過上位機(jī)實現(xiàn)各節(jié)點的集中管理，有利于系統(tǒng)的維護(hù) 和升級。湖南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 3 第二章 系統(tǒng)設(shè)計要求論證 系統(tǒng)設(shè)計要求 （ 1） 系統(tǒng)由檢測節(jié)點、主機(jī)和用戶端三個部分組成； （ 2） 構(gòu)建傳感網(wǎng)絡(luò)，檢測養(yǎng)殖場環(huán)境溫濕度、光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度等； （ 3） 構(gòu)建無線通信網(wǎng)絡(luò)，檢測節(jié)點和主機(jī)之間通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù) ； （ 4） 具備監(jiān)測養(yǎng)殖場環(huán)境因子的功能 ； （ 5） 設(shè)定自動模式，實現(xiàn)對養(yǎng)殖場環(huán)境的自動調(diào)節(jié) ； （ 6） 設(shè)定手動模式，實現(xiàn)對養(yǎng)殖場環(huán)境的手動控制 ； （ 7） 具備短信遠(yuǎn)程控制功能 ； （ 8）設(shè)定防盜報警功能 ； （ 9）功耗低、使用靈活、操作簡單，運行穩(wěn)定 ，電源自制 。 同時用 MCU 做數(shù)據(jù)存儲及處理、人機(jī)交互等功能。由于需要與外部無線模塊節(jié)點通信，電路設(shè)計相對比較復(fù)雜。 本方案將溫濕度分開測量，所用元件價格便宜。 遠(yuǎn)距離通信方案 方案一： 433M 無線技術(shù) 433MHz 是我們國家的免申請段發(fā)射接收頻 率，可直接使用不需要管理， 433 頻段抗干擾強(qiáng)，并支持各種點對點，一點對多點的無線數(shù)據(jù)通訊方式，具有收發(fā)一體、安全隔離、安裝隔離、使用簡單、性價 比高、穩(wěn)定可靠等特點 。這個頻段里是國際規(guī)定的免費頻段，不需要向國際相關(guān)組織繳納任何費用 。 方案比較： 433M 頻段和 頻段都為我過免費的頻段，但是各具特點，應(yīng)用領(lǐng)域也各不 相同。 為了保證系統(tǒng)的工作正常，正確可行的電源模塊 系統(tǒng) 設(shè)計的重點 。 湖南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 5 方案二：采用集成穩(wěn)壓電源模塊 該方案可以采用專用集成電源穩(wěn)壓模塊實現(xiàn)，如交流 220V 轉(zhuǎn)直流 5V；或者在網(wǎng)上購買直流穩(wěn)壓模塊，可選擇 DC918V 輸入， DC5V 輸出模塊。 顯示模塊方案 方案一：采用 LCD 液晶顯示器顯示 采用 DM1286M 液晶顯示，其為 64128? 點陣 LCD 液晶顯示，其可視面尚可，畫面效果良好，而且其內(nèi)置中文漢字和字符信息，具有多種軟 件功能，使用方便簡單。 方案比較：在本設(shè)計中，為了更加清晰、鮮明的顯示出各個環(huán)境因子，使整個界面更加人性化。監(jiān)測節(jié)點部分使用超低功耗微控制器 STM32L151 作為 CPU，外界溫濕度、光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度等傳感器組成傳感網(wǎng)絡(luò)。用戶端主要有用戶的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成，如計算機(jī)、手機(jī)等。一方面采用 無線傳感網(wǎng)絡(luò) 為系統(tǒng)構(gòu)架；另一方面在 STM32 上通過串口與上位機(jī)進(jìn)行通信， 實現(xiàn)與相關(guān)管理員全面人機(jī)交互，從而構(gòu)成一套互聯(lián)可視化的完美體系 。為了保證快速的處理 速度 和 操作的靈活性 ， 本系統(tǒng)主機(jī)部分采 STM32F103 32 位微處理器 。內(nèi)置高速存儲器 ， 512K 字節(jié) 閃存和 64K 字節(jié) SRAM。C 至 +105176。 以下是 STM32F103ZET6 的功能介紹 [4]： ? 基于 ARM CortexM3 核心的 32 位微控制器 ， LQFP144 封裝 . ? 512K 片內(nèi) FLASH（相當(dāng)于硬盤） ， 64K 片內(nèi) RAM（相當(dāng)于內(nèi)存） ， 片內(nèi) FLASH 支持在線編程 (IAP) ? 高達(dá) 72M 的頻率 ,數(shù)據(jù) ,指令分別走不同的流水線 ， 以確保 CPU 運行速度達(dá)到最大 化 ? 通過片內(nèi) BOOT 區(qū) ， 可實現(xiàn)串口下載程序 (ISP) ? 片內(nèi) 具有 雙 RC 晶振 ， 提供 8M 及 32K 的頻率 ? 支持片外 8M 高速晶振 ， 片外低速 32K 晶振 湖南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 8 ? 42 個后備寄存器 (16 位 )， 外接 紐扣電池 時，可以 掉電數(shù)據(jù)保存 ? 支持 SWD 和 JTAG 調(diào)試 ， 配合 JLINK 實現(xiàn)高速低成本的開發(fā)調(diào)試方案 ? 高 達(dá) 80 個 通用 IO 口 (兼容 5V電平 邏輯 )， 4 個通用定時器 ， 2 個高級定時器 ， 2個基本定時器 ， 3 個 SPI 接口 ， 2 路 I2S 接口 ， 2 路 I2C 接口 ， 5 路 USART，一個 USB 從設(shè)備接口 ， 一個 CAN 總線接 口 ， SDIO 通用 接口 ， 可配置 SRAM、ND Flash 和 NOR 接口的 16 位總線 FSMC ? 3 路共 16 通道的 12 位 AD 輸入 ， 2 路共 2 通道的 12 位 DA 輸出 ， 可外接高精度參考電壓， CPU 供電范圍： 嵌入式系統(tǒng)是以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，以應(yīng)用為中心，同時軟硬件可裁剪，其非常適用于對體積、功耗、功能、可靠性、成本、有很高要求的專用計算機(jī)系統(tǒng)。 圖 STM32F103ZET6 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 湖南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 9 STM32F103ZET6 電路設(shè)計 為了使整個系統(tǒng)運行穩(wěn)定， MCU 電路設(shè)計好壞非常關(guān)鍵。豐富的外圍接口也是使本設(shè)計的應(yīng)用更加靈活，包含有 URAT 接口、 128*64 LCD 接口、 SD_CARD 接口、 7279 鍵盤接口、 TFT 液晶接口、JTAG 調(diào)試接口、通用 I0 口等。本設(shè)計中 采用 ST 公司超低功耗 STM32L151CBT6 微控制器 。 STM32L 系列屬于意法半導(dǎo)體陣容強(qiáng)大的 32 位 STM32 微控制器產(chǎn)品家族，目前該產(chǎn)品家族共有 180 余款產(chǎn)品，全系列產(chǎn)品共用大部分引腳、軟件和外設(shè)，優(yōu)異的兼容性為開發(fā)人員帶來最大的設(shè)計靈活性。其特性如下所示： ? ARM 32 位 CortexM3 內(nèi)核 (最大 32 兆赫茲 ) ? 32384K 字節(jié) FLASH 帶 ECC，最大 48K 字節(jié) RAM，最大 12K 字節(jié) EEPROM 帶 ECC ? 12 通道 DMA ? 1Msps 多達(dá) 40 通道 12 位 ADC ? 雙極低功耗模擬比較器 ? 12 位 DA 轉(zhuǎn)換器帶輸出緩沖 ? 集成上電、掉電復(fù)位和電壓檢測 ? 多至 116 個快速 IO 口 (5 伏容忍的 IO 達(dá) 102 個 ) ? 8x40 段或 4x44 段 LCD 控制器帶升壓功能 ? 96 位全球唯一 ID ? CRC 硬件計算單元 ? 多至 11 個定時器，含豐富的捕獲、比較輸出功能，其中一個 32 位定時器 ? I2C， SPI， USART， CEC 多種通訊接口附加各種特色功能 ? 多至 36 個觸摸傳感通道 ? AES 硬件加速引擎 ? 多至 3 路運放 Cortex 處理器設(shè)計先進(jìn)，而 8 位和 16 位處理器技術(shù)陳舊， Cortex 處理器價 格與 8位和 16 位處理器相當(dāng)； Cortex 微控制器全系產(chǎn)品的軟件、引腳和外設(shè)相互兼容，例如，意法半導(dǎo)體的 STM32 系列產(chǎn)品，其設(shè)計靈活性和系統(tǒng)擴(kuò)展性更強(qiáng)。 STM32L151 電路設(shè)計 監(jiān)測節(jié)點受到其應(yīng)用場合的限制，要求設(shè)計電路具有功耗低、體積小、運行穩(wěn)定等特點。 RF 芯片 CC1101 介紹 無線接發(fā)送模塊是本設(shè)計的重中之重，因此，在經(jīng)過深度調(diào)查后覺決定使用CC1101，它的 設(shè)計 宗 旨在于極低功耗 RF 的 應(yīng)用 ， 是一款低于 1GHz 高性能射頻收發(fā)器 ； CC1101 可提供對數(shù)據(jù)包處理、數(shù)據(jù)緩沖、接收信號強(qiáng)度指示、突發(fā)傳輸、空閑信道評BOOT044NRST7OSC_IN/PD05OSC_OUT/PD16PA0WKUP10PA111PA212PA313PA414PA515PA616PA717PA829PA930PA1031PA1132PA1233PA13/JTMS/SWDIO34PA14/JTCK/SWCLK37PA15/JTDI38PB018PB119PB2/BOOT120PB3/JTDO39PB4/JNTRST40PB541PB642PB743PB845PB946PB1021PB1122PB1225PB1326PB1427PB1528PC13TAMPERRTC2PC14OSC32_IN3PC15OSC32_OUT4VBAT1VDD_124VDD_236VDD_348VDDA9VSS_123VSS_235VSS_347VSSA8U2STM32F103CBT6X18M12pFC512pFC6GNDGND0R3key1KeyNRSTGND1uFC9VCC10mHI310mHI4GND10uFC10C11GNDGNDGNDJTDI_PA15JTCK_PA14JTMS_PA13BOOT0BOOT1_PB2JTDO_PB3JNTRST_PB4PB10 I2C2_SCLPB11 I2C2_SDAPB6 I2C1_SCLPB7 I2C1_SDAPB13_SPI2_SCKPB14_SPI2_MISOPB15_SPI2_MOSIPA9_TXPA10_RXPA4_DAC1/ADC124PA5_DAC2/ADC125VCCVCCVCCPA0WKUP1 23 45 67 89 10P1JTAGVCC VCCJNTRST_PB4JTDI_PA15JTMS_PA13JTCK_PA14NRSTJTDO_PB3GND10KR2GNDPC13_RTC_AF1/WKUP2PB0PB1PB5PB8PB9PB12PA1PA2PA3PA6PA7PA8PA11PA12PA0:WKUP1/USART2_CTS/ADC_IN0/TIM2_CH1_ETR/COMP1_INPPA1:USART2_RTS/ADC_IN1/ TIM2_CH2/LCD_SEG0/COMP1_INPPA2:USART2_TX/ADC_IN2/ TIM2_CH3/TIM9_CH1/LCD_SEG1/COMP1_INPPA3:USART2_RX/ADC_IN3/TIM2_CH4/TIM9_CH2/LCD_SEG2/COMP1_INPPA4:SPI1_NSS/ USART2_CK/ADC_IN4/DAC_OUT1/COMP1_INPPA5:SPI1_SCK/ADC_IN5/DAC_OUT2/TIM2_CH1_ETR/COMP1_INPPA6:SPI1_MISO/ADC_IN6/TIM3_CH1/LCD_SEG3/TIM10_CH1/COMP1_INPPA7:SPI1_MOSI/ADC_IN7/TIM3_CH2/LCD_SEG4/TI。整個 STM32L151 原理圖如下圖 所示。 另外，將一系列經(jīng)過市場檢驗的 STM32 通用外設(shè)經(jīng)過改良后融入最新的極低功耗系列 MCU，可以令用戶的應(yīng)用設(shè)計更為靈活和高效，享受最新科技帶來的功能、結(jié)構(gòu)和性 能上的全方位的技術(shù)突破。此外，考慮到觸控應(yīng)用，意法半導(dǎo)體的第三代 STMTouch? 電容觸控固件庫支持 STM32L，目前該軟件庫支持 意法半導(dǎo)體的 8 位 STM 8 系列 和 32 位 STM32 系列的 200 余款產(chǎn)品 。 STM32L 系列PA0WKUP/USART2_CTS/ADC123_IN0/TIM5_CH1/TIM2_CHI_ETR/TIM8_ETR34PA1/USART2_RTS/ADC123_INI/TIM5_CH2/TIM2CH235PA2/USART_TX/TIM5_CH3/ADC123_IN2/TIM2_CH336PA3/USART2_RX/TIM4_CH4/ADC123_IN3/TIM2_CH437PA4/SPI1NSS/DAC_OUT1/USART2_CK/ADC12_IN440PA5/SPI1_SCK/DAC_OUT2/ADC12_IN541PA6/SPI1_MOSI/TIM8_BKIN/ADC12_IN6/TIM3_CH142PA7/SPI1_MOSI/TIM8_CH1N/ADC12_IN7/TIM3_CH243PA8/USART1_CK/TIM1_CH1/MCO100PA9/USART1_TX/TIM1_TX/TIM1_CH2101PA10/USART1_RX/TIM1_CH3102PA11/USART1_CTS/CAN_RX/TIM1_CH4/USBDM103PA12/USART1_RTS/CAN_TX/TIM1_ETR/USBDP104PA13/JTMS_SWDIO105PA14/JTMS_SWCLK109PA15/JTDI/SPI3_NSS/I2S3_WS110PB0/ADC12_IN8/TIM3_CH3/TIM8_CH2N46PB1/ADC12_IN9/TIM3_CH4/TIM8_CH3N47PB2/BOOT148PB3/JTDO/TRACESWO/SPI3_SCK/I2S3_SD133PB4/JNTRST/SPI3_MISO134PB5/I2C1_SMBAI/SPI3