【正文】 122been2VCCRL2RS2P30C1B2E3Q2P30VCC162738495J2DB9C1+1VDD2C13C2+4C25VEE6T2OUT7R2IN8R1IN13T1OUT14GND15VCC16T1IN11T2IN10R1OUT12R2OUT9MAX232R1MAX232GNDC3474C4474C1474C2474GNDVCCRxTx串口電路S1SWPBS2SWPBS3SWPBR41KR51KR121KVCCP10P11P11P12P10P11P121 2 3J9ASM11173. 3VJ3LEDJ7LEDD11N40071 2 3J8CON3R21K 圖 接收端總原理圖設(shè)計 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計 本系統(tǒng)發(fā)送端采用 DHT11 溫濕度、 MQ3 酒精濃度、 MQ35 空氣質(zhì)量傳感器，經(jīng)12C5A08S2 收集處理數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù) LCD5110 液晶顯示，再由 nRF905 模塊發(fā)送到接收端。最后單片機(jī)把數(shù)據(jù)經(jīng)串口傳輸給 PC 機(jī)。 3) 速度快，是 LCD12864 的 20 倍，是 LCD1602 的 40 倍。 LCD5110 復(fù)位時序如下圖 所示： 圖 LCD5110 復(fù)位時序 LCD5110 初始化程序： void LCD_init(void) { LCD_RST = 0。 // 關(guān)閉 LCD delay_1us()。 // 使用擴(kuò)展命令設(shè)置 LCD 模式 LCD_write_byte(0xc8, 0)。 // 使用基本命令， V=0，水平尋址 LCD_clear()。 // 溫度校正 LCD_write_byte(0x13, 0)。 // 使能 LCD delay_1us()。 LCD_RST = 1。 Nokia5110 的初始化 接通電源后，內(nèi)部寄存器和 RAM 的內(nèi)容是不確定的，這需要一個 RES 低電平脈沖復(fù)位一下。 LCD5110 顯示程序設(shè)計 使用 Nokia5110 液晶的四大理由 1)性價比高， LCD1602 可以顯示 32 個字符，而 Nokia5110 可以顯示 15 個漢字， 30個字符。 本系統(tǒng)接收端采用 nRF905 無線模塊接收發(fā)送端傳來的溫濕度、酒精濃度、空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，經(jīng)單片機(jī) 12C5A08S2 在 LCD12864 液晶顯示器上顯示。報警電路接單片機(jī)的 腳。接入后發(fā)光二極管點亮。單片機(jī)最小系統(tǒng)： X1， X2 接外部振蕩電路， RESET 端接復(fù)位電路， EA 端接高。 具體電路設(shè)計如下圖 所示： + C622uFVCC3. 3V1 2 3J9ASM11 173. 3V 圖 電路設(shè)計 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )報告用紙 第 16 頁 共 31 頁 硬件電路總設(shè)計 電源模塊：由 VCC 提供 +5V 高電平， Power 接口接入，經(jīng)過 LM1117 降壓為 +電平，為 nRF905 模塊 提供高電平。在 LM1117 的功能管腳圖中， 1 腳為電源轉(zhuǎn)換元 件 LM1117 的電壓輸入端， 3 腳為 LM1117 的電壓輸出端。電路包含 1 個齊納調(diào)節(jié)的帶隙參考電壓以確保輸出電壓的精度在 177。它與國家半導(dǎo)體的工業(yè)標(biāo) 準(zhǔn)器件 LM317 有相同的管腳排列。 采用的電源電路如圖所示。帶散熱片時，輸出電流可達(dá) 1A。MAX232 內(nèi)部有電壓倍增電路和轉(zhuǎn)換電路，僅需 +5 V 電源便可工作，使用十分方便，其與 12C5A08S2 連接時可以采用最簡單的方式連接， MAX232 的 T2IN 引腳與12C5A08S2 的串行輸入口線 P3． 1TXD 相連， R2OUT 引腳與 12C5A08S2 的串行輸入口線 P3． 0RXD相連 ， MAX232 的 T2OUT、 R2IN 分別于與 RS232 的 3 引腳相連。為了使單片機(jī)能與 PC 機(jī)正常通信，采用美信公司的 MAX232 芯片進(jìn)行電 平轉(zhuǎn)換。該電路由蜂鳴器和 PNP三極管組成，具體電路如圖 所示。 也可完成圖形顯示 .低電壓低功耗是其又一顯著特點。 顯示模塊 本系統(tǒng)顯示模塊分兩種： 接收端顯示模塊用 LCD12864 液晶模塊。使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )報告用紙 第 12 頁 共 31 頁 信號。建議使用 200ppm的乙醇蒸汽校準(zhǔn)傳感器。 MQ3 型氣敏傳感器技術(shù)指標(biāo)如下： 使用氣體：酒精 (乙醇） 探測范圍： 10~1000*106 特征氣體： 100*106 靈敏度： Rin air/Rin typical gas≥5 敏感體電阻： 400~4000kΩ（空氣中） 響應(yīng)時間： ≤10S（ 70% Response) 恢復(fù)時間： ≤30s（ 70% Response) 加熱電阻： 31Ω177。1%RH/年 MQ3 酒精傳感 器 MQ3 酒精傳感器對乙醇蒸氣有很高的靈敏度，并且響應(yīng)和恢復(fù)快速。 DATA 用于微處理器與 DHT11 之間的通訊和同步 ， 采用單總線數(shù)據(jù)格式 ,一次通訊時間 4ms 左右 ,數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分 ,具體格式在下面說明，當(dāng)前小數(shù)部分用于以后擴(kuò)展，現(xiàn)讀出為零 .操作流程如下：一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為 40bit，高位先出。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個 NTC 測溫元件，并與一個高性能 8位單片機(jī)相連接。 在自動重發(fā)模式時， DR 信號在前導(dǎo)碼的開始時置高，在前導(dǎo)碼的結(jié)束開始時置低，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒（ DR）信號在每次數(shù)據(jù)包傳輸?shù)拈_始時產(chǎn)生脈沖。 b)地址匹配 當(dāng) NRF905 工作在接 收 模式時，引入的數(shù)據(jù)包的地址與器件自身地址相同時，地址匹配引腳（ AM）被置高，使用這個引腳控制被指示在數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒（ DR）信號置高前，器件正在接收數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒（ DR）信號沒有置高，例如 CRC 校驗錯誤，地址匹配引 腳（ AM）在數(shù)據(jù)包接收結(jié)束時復(fù)位置低，這一特征對 MCU 特別有用。 nRF905 進(jìn)入關(guān)機(jī)模式或空閑模式時，寄存器中的內(nèi)容保持不變。 SPI 接口配置： SPI 接口由狀態(tài)寄存器、射頻配置寄存器、發(fā)送地址寄存器、發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器和接收數(shù)據(jù)寄存器 5 個寄存器組成。 nRF905 在空閑模式下的工作電流跟外部晶體振蕩器的頻率有關(guān)。 在關(guān)機(jī)模式， nRF905 的工作電流最小，一般為 。 nRF905 接收數(shù)據(jù)流程： 1．當(dāng) TRX_CE為高、 TX_EN 為低時， nRF905 進(jìn)入 ShockBurstTM 接收模式； 2． 650us后， nRF905 不斷監(jiān)測，等待接收數(shù)據(jù)； 3．當(dāng) nRF905 檢測到同一頻段的載波時，載波檢測引腳被置高； 4．當(dāng)接收到一個相匹配的地址，地址匹配引腳被置高； 5．當(dāng)一個正確的數(shù)據(jù)包接收完畢， nRF905 自動移去字頭、地址和 CRC 校驗位，然后把數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳置高； 6．微控制器把 TRX_CE 置低， nRF905 進(jìn)入空閑模式； 7．微控制器通過 SPI 口，以一定的速率把數(shù)據(jù)移到微控制器內(nèi)； 8．當(dāng)所有的數(shù)據(jù)接收完畢， nRF905 把數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳和地址匹配引腳置低； 9． nRF905 此時可以進(jìn)入 ShockBurstTM 接收模式、 ShockBurstTM 發(fā)送模式或關(guān)機(jī)模式。由以上分析可知， nRF905 的 ShockBurstTM 收發(fā)模式有利于節(jié)約存儲器和微控制器資源，同時也減小了編寫程序的時間。 與射頻數(shù)據(jù)包有關(guān)的高速信號處理都在 nRF905 片內(nèi)進(jìn)行，數(shù)據(jù)速率由微控制器配置的 SPI 接口決定，數(shù)據(jù)在微控制器中低速處理，但在 nRF905 中高速發(fā)送，因此中間有很長時間的空閑，這很有利于節(jié)能?？傊@意味著降低 MCU的存儲器需求也就是說降低 MCU 成本，又同時縮短軟件開發(fā)時間。通過將與RF 協(xié)議有關(guān)的高速信號處理放到芯內(nèi)， nRF905 提供給應(yīng)用的微控制器一個 SPI 接口，速率由微控制器己設(shè)定的接口速度決定。 nRF905 單片無線收發(fā)器工作由一個完全集成的頻率調(diào)制器，一個帶解調(diào)器的接收器，一個功率放大器，一個晶體震蕩器和一個調(diào)節(jié)器組成。本文的系統(tǒng)不僅克服了溫度采集系統(tǒng)在使用空間上的局限性，而且大大簡化了系統(tǒng)硬件電路。針對這一情況，本文利用12C5A08S2 單片機(jī)和 nRF905 設(shè)計了一個無線溫度采集系統(tǒng)。發(fā)送端用 LCD5110 顯示。 12864 是一款通用的液晶顯示屏，能夠顯示多數(shù)常用的漢字及 ASCII 碼，而且能夠繪制圖片，描點畫線，設(shè)計成比較理想的結(jié)果。其溫濕度的測量范圍相對方案二窄，但其價格較低，經(jīng)濟(jì)實惠。即使能實現(xiàn)，也要用到復(fù)雜的算法，一定程度上也增加了軟件 實現(xiàn)的難度。 器 方案 方案一：采用熱敏電阻，可滿足 40 攝氏度至 90 攝氏度測量范圍，但熱敏電阻精度、重復(fù)性、可靠性較差，對于檢測 1 攝氏度的信號是不適用的。內(nèi)置電壓調(diào)整模塊，最大限度地抑制噪音，為系統(tǒng)提供 ~ 的工作電壓，載波檢測。 方案二：采用 TI 公司 CC2430 無線通信模塊，此模塊采用 Zigbee 總線模式，傳輸速率可達(dá) 250kbps，且內(nèi)部集成高性能 8051 內(nèi)核。 方案二： 12C5A08S2 單片機(jī)是 STC 生產(chǎn)的單時鐘 /機(jī)器周期 (1T)的單片機(jī) ,是高速 /低功耗 /超強(qiáng)抗干擾的新一代 8051單片機(jī) ,指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051,但速度快 812倍。單片機(jī)軟件編程的自由度大，可通過編程實現(xiàn)各種各樣的算術(shù)算法和邏輯控制。 2 實現(xiàn)方法 本系統(tǒng)是通過單片機(jī)控制無線傳輸來實現(xiàn)對溫 濕度、酒精濃度、空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)的接受 ,利用可視化編程技術(shù)實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，是 12C5A08S2 單片機(jī)為控制單元，以 nRF905無線傳輸模塊為溫濕度、酒精濃度、空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)接受單元，實現(xiàn)溫濕度、酒精濃度、空氣質(zhì)量的接受、顯示、控制，同時用串口連接到 PC 機(jī)上實現(xiàn)溫濕度、酒精濃度、空氣質(zhì)量的實時監(jiān)控如可顯示實時溫度，就是一套通過無線方式實現(xiàn)溫濕度、酒精濃度、桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )報告用紙 第 4 頁 共 31 頁 空氣質(zhì)量的接受顯示系統(tǒng)。主要包括無線射頻模塊的接口設(shè)計以及單片機(jī)與 PC 通信的接口設(shè)計。 (1)針對實際應(yīng)用需求設(shè)計系統(tǒng)總體方案，完成了溫度數(shù)據(jù)無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計。 1 研究內(nèi)容 本課題主要是進(jìn)行基于無線傳輸模塊的溫度數(shù)據(jù)接受系統(tǒng)的設(shè)計，本系統(tǒng)由無線傳輸模塊、單片機(jī)控制單元、顯示模塊、蜂鳴器報警模塊和上位機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測五部分組成。 關(guān)于溫度智能控制，現(xiàn)在已經(jīng)有了許多新的器件和方法，并且有些已經(jīng)運(yùn)用到實際桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )報告用紙 第 3 頁 共 31 頁 生活和生產(chǎn)當(dāng)中，比如美國達(dá)拉斯公司生產(chǎn)的 DHT11 溫 度巡檢器，采用單線總線結(jié)構(gòu)，通過一根 I/O 線與主控 CPU 進(jìn)行數(shù)據(jù)和命令的傳送。 近年來，智能控制技術(shù)已取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，并日益顯示出其重要價值。 目前，智能家居通常被定義為利用通信、網(wǎng)絡(luò)和綜合布線技術(shù)，通過家 庭信息管理平臺將與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合的一個系統(tǒng)。目前，傳感器正不斷朝著多功能性和智能性方向發(fā)展。短距離無線通 信技術(shù)是近年來的研究熱點，短距離無線技術(shù)可以解決某些無法或不便布線的環(huán)境下的數(shù)據(jù)采集問題，以及解決有線網(wǎng)絡(luò)帶來的布線麻煩、不易維護(hù)等缺點，短距離無線技術(shù)可輕松實現(xiàn)多路數(shù)據(jù)采集。在數(shù)據(jù)傳輸方式上，目前數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基本上是使用 有線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集及傳輸，有線方式的數(shù)據(jù)傳輸速度快，可靠性高且運(yùn)行穩(wěn)定，能滿足大多數(shù)情況的需要；由于有線方式其應(yīng)用受現(xiàn)場環(huán)境和應(yīng)用對象的限制，無線傳輸方式成為現(xiàn)今數(shù)據(jù)采集的主要研究方向。和傳統(tǒng)的有線傳輸方式相比，無線傳輸網(wǎng)絡(luò)具有巨大的優(yōu)越性。 以上只是簡單列舉幾個現(xiàn)實的例子，在現(xiàn)實生活中，這種無線溫度采集系統(tǒng)已經(jīng)被成功應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測、軍事國防、機(jī)器人控制等許多重要領(lǐng)域，而且類似于這種溫度采集系統(tǒng)的無線通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到民用和軍事領(lǐng)域。而且大棚和糧倉占地面積大，檢測目標(biāo)分散，測點較多，傳統(tǒng)的方法已經(jīng)不能滿足當(dāng)前農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要。 在工業(yè)現(xiàn)場，由于生產(chǎn)環(huán)境惡劣，工作人員不能長時間停留在現(xiàn)場觀察設(shè)備是否運(yùn)行正常，就需要采集數(shù)據(jù)并傳輸數(shù)據(jù)到一個環(huán)境相對好的操控室內(nèi)，這樣就會產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳輸問題。 關(guān)鍵詞 : 無線傳輸；數(shù)據(jù)采集； nRF905； 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )報告用紙 第 2 頁 共 2 頁