【正文】 機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 致謝 本次設(shè)計(jì)是在江明老師的悉心指導(dǎo)下完成的。接收端 nRF24L01 接受發(fā)送過來的溫度數(shù)據(jù)，并由單片機(jī)讀取保存，然后可以通過串口與 PC 通信。如果接受標(biāo)志 RX_DR=1,讀取數(shù)據(jù)并把數(shù)據(jù)送到 buf[2]數(shù)據(jù)區(qū)，然后把 RS_DR,TX_DS,MAX_PT 都置高為 1，以清除中斷。 DS18B20 讀取溫度，如果測取溫度值超過報(bào)警溫度，進(jìn)行報(bào)警處理，如果沒超過報(bào)警溫度，把溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成液晶字符后送到 LCD1602顯示。具體程序如下： void Warming() {if(temp_value=maxtenp) JDQ=~JDQ。 溫度采集程序設(shè)計(jì) 依據(jù) DS18B20 的通信協(xié)議，首先應(yīng)對 DS18B20 進(jìn)行復(fù)位。電路圖如圖 314所示。當(dāng)該芯片內(nèi)部接收器檢測不到有效信號(hào)時(shí)，會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)關(guān)閉功能，關(guān)閉電路板上的電源和驅(qū)動(dòng)器。 RS232 標(biāo)準(zhǔn)電平采用負(fù)邏輯，規(guī)定： 3V～ 15V 之間的任意電壓 表示邏輯“ 1”， +3V～ +15V 之間的任意電壓表示邏輯“ 0”。 RS232C 接 口是目前最常用的一種串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)，用于實(shí)現(xiàn) PC 機(jī)與終端設(shè)備之間以及 PC 機(jī)與 PC 機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信。 EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD108051C O N A T 6 2 BR610kR510kR410kS E TD O W MUPV C C+ 3 v 圖 310按鍵電路 （ 5）顯示部分 本設(shè)計(jì)在溫度測量部分采用 LCD1602 液晶顯示模塊 來顯示溫度， ,P0 由上拉電阻提高驅(qū)動(dòng)能力，作為數(shù)據(jù)輸出并作為 LCD 的驅(qū)動(dòng)， P2 口的 ~ 分別作為 液晶顯示模塊 的使能信號(hào) E，讀 /寫選擇 R/W，數(shù)據(jù) /命令選擇 RS。此時(shí) I/O 線不需要強(qiáng)上拉，不存在電 源不足的問題。該電路把先前轉(zhuǎn)換得到的＋ 5V 電源經(jīng)過 低壓差電壓調(diào)節(jié)器 lm1117 轉(zhuǎn)換為＋ 3V 電源。本設(shè)計(jì)采用 12MHz晶振，電容值為 22 pF。 2. 晶振電路：單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常有兩種方式產(chǎn)生：一是內(nèi)部時(shí)鐘方式，二是外部時(shí)鐘方式。 有工作模式有四種： ①收發(fā)模式 ； ②配置模式 ； ③空閑模式 ； ④關(guān)機(jī)模式 ； 工作模式由 PWR_UP register 、 PRIM_RX register 和 CE 決定。 VSS：電源地： XC2， XC1：晶體振 蕩器引腳 。 供電電壓為 V～ V。 數(shù)據(jù)傳輸率為 l Mb/s 或 2Mb/s。掉電模式和待機(jī)模式下電流消耗更低。 b. ROM 命令： ROM 命令通過每個(gè)器件 64bit 的 ROM 碼，使主機(jī)指定某一特定器件（如果有多個(gè)器件掛在總線上）與之進(jìn)行通信。 訪問 DS18B20 必須嚴(yán)格遵守這一命令序列，如果丟失任何一步或序列混亂， DS18B20都不會(huì)響應(yīng)主機(jī)（除了 Search ROM 和 Alarm Search 這兩個(gè)命令，在這兩個(gè)命令后，主機(jī)都必須返回到第一步）。 機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20 （ 1） DS18B20 數(shù)字溫度傳感器概述 DS18B20 數(shù)字溫度計(jì)是 DALLAS 公司生產(chǎn)的 1－ Wire，即單總線器件，具有線路簡單，體積小的特點(diǎn)。 ③ RST/VPD:復(fù)位 /備用電源。 中斷控制系統(tǒng)：五個(gè)中斷源（ 2外、 3 內(nèi)） 時(shí)鐘電路 位處理器：又稱為布爾處理器。 1. 8051 基本參數(shù) 8位 CPU 4KB字節(jié)的掩膜 ROM 程序存貯器 128字節(jié)的 RAM 4個(gè) 8位的 IO 口（ P0~P3） 2個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1個(gè)全雙工異步串行口 5個(gè)中斷源， 2 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)的中斷控制器 時(shí)鐘電路，時(shí)鐘頻率在 ~12MHz 2. 芯片內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)： 中央處理器 (CPU)：運(yùn)算器、控制器、寄存器 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)：有 128 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)和 21 個(gè)專用寄存器單元 SFR 統(tǒng)一編址 內(nèi)部程序存儲(chǔ)器 (ROM) ： 4K 字節(jié)程序存儲(chǔ)器 (ROM) 。這種方案實(shí)現(xiàn)簡單，擴(kuò)展性好，成本低。既可以單獨(dú)對多個(gè)DS18B20 進(jìn)行控制，又可以和 PC 機(jī)進(jìn)行通訊。但是 PC 機(jī)與 DS18B20 之間不能直接通訊，需要通過 RS232電平轉(zhuǎn)換兼容，硬件的合成在線調(diào)試，較為繁瑣。 (4)低成本 低成本是節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的基本要求，這是大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)廣泛進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用的必要前提。本設(shè)計(jì)主要從以下幾個(gè)方面來考慮： (1)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸方式 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸方式有很多，需要根 據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用的實(shí)際環(huán)境和工況來確定數(shù)據(jù)傳輸方式。 圖 21方案一原理框圖 方案二： 采用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 測量溫度，輸 出信號(hào)全數(shù)字化，可以直接接到單片機(jī)上，處理簡單，可靠性高。但從研究問題 的深度和投入的科研力量來說，國內(nèi)的水平相對國外還有差距，研究內(nèi)容多數(shù)還停留在理論階段，開發(fā)出的硬件和軟件系統(tǒng)以實(shí)驗(yàn)?zāi)康臑橹?，仍然缺少對整個(gè)系統(tǒng)的創(chuàng)新性研究。中科院電子所和沈陽自動(dòng)化所也分別從傳感器技術(shù)和控制技術(shù)角度入手開展工作，他們 專注于傳感和控制執(zhí)行部分，對上層的通信技術(shù)和核心微處理器部分涉及較少。采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，可以讓大樓、橋梁及其他建筑物能夠感知并匯報(bào)自身的狀態(tài)，從而讓管理部門按照優(yōu)先級(jí)來進(jìn)行一系列的維修工作，例如，將具有溫度、濕度、壓力、加速度、光度等傳感器的節(jié)點(diǎn)布放在重點(diǎn)保護(hù)對象當(dāng)中，無須拉線鉆孔，便可有效地對建筑物進(jìn)行長期的監(jiān)測。該系統(tǒng)通過在鞋、家具及家用電器等家中用具和設(shè)備中嵌入半導(dǎo)體傳感器，幫助老齡人士、阿爾茨海默氏病患者以及殘障人士的家庭生活，利用無線通信將各傳感器聯(lián)網(wǎng)可高效傳遞必要的信息從而方便接受護(hù)理。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究及發(fā)展現(xiàn)狀 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究起步于 20世紀(jì) 90年代末期，美國的加州大學(xué)伯克利分校、加州大學(xué)洛杉磯分校、麻省理工大學(xué)和康奈爾大學(xué)等幾所大學(xué)已經(jīng)進(jìn)行了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)的研究，許多著名公司也紛紛從不同的層次、不同的角度對傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了研究和開發(fā)。 (4)數(shù)據(jù)傳輸方向性強(qiáng)。 (3)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)易變化，具有自組織能力。 無線傳感網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有以下特點(diǎn)： (1)傳感器節(jié)點(diǎn)的通信能力有限。 無線傳感網(wǎng)絡(luò)的研究和發(fā)展現(xiàn)狀 無線傳感網(wǎng)絡(luò) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是大量的靜止或移動(dòng)的傳感器以 自組織 和 多跳 的方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)，其目的是協(xié)作地感知、采集、處理和傳輸網(wǎng)絡(luò)覆蓋地理區(qū)域內(nèi)感知對象的監(jiān)測信息，并報(bào)告給用戶。無線溫度采集系統(tǒng)的開發(fā)有效地解決了低成本、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集的可行性和安全性等問題，對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)控領(lǐng)域的運(yùn)用有著重要 的參考價(jià)值。因此，通過無線通信的方式傳遞數(shù)據(jù)是一種較為理想的選擇，它與有線方式相比主要有成本低、攜帶方便、布線安裝簡便等特點(diǎn)，特別 適用于遠(yuǎn)程多點(diǎn)無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自身特點(diǎn)對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件和軟件進(jìn)行了較詳細(xì)的設(shè)計(jì)方案。采用多跳對等的通信方式 ,將具有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元及通信模塊的大量智能節(jié)點(diǎn)散布在感知區(qū)域 , 節(jié)點(diǎn)以自組方式形成網(wǎng)絡(luò) , 能夠協(xié)作地實(shí)時(shí)監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對象 信息并處理、傳送到需要的用戶 , 具有自治、自適應(yīng)等智能屬性。embedded systems。在信息采集及處理的過程中，涉及到了基于嵌入式系統(tǒng)及面向片上系統(tǒng)的平臺(tái)設(shè)計(jì)，基于微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù) (MEMS)的傳感器研發(fā)，針對分布式系統(tǒng)的數(shù)據(jù)挖掘及隊(duì)列數(shù)據(jù)處理，以及具有自適應(yīng)組網(wǎng)和自主路由的無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及其安全問題。基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的溫度監(jiān)控系統(tǒng)用于對溫度的自動(dòng)監(jiān)控。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由一組傳感器以 Ad Hoc 方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)，其目的是協(xié)調(diào)地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地理區(qū)域中感知對象的信息，并發(fā)布給監(jiān)控者。正是對這些課題的不斷探索，促成了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的各個(gè)分支的產(chǎn)生 以及標(biāo)準(zhǔn)的制定。 smart home 機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） III 目錄 引言 ............................................................... 1 第 1 章 緒論 ......................................................... 2 課題研究的目的和意義 ................................................ 2 無線傳感網(wǎng)絡(luò)的研究和發(fā)展現(xiàn)狀 ........................................ 2 課題研究的主要內(nèi)容 .................................................. 4 第 2 章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) ................................................. 5 2． 1 系統(tǒng)方案的論證 ..................................................... 5 2． 2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)原則 ................................................... 6 2． 3 系統(tǒng)方案的選擇 ..................................................... 6 第 3 章 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) ............................................ 8 系統(tǒng)電路主要硬件元件介紹 ............................................ 8 本系統(tǒng)的硬件電路 ................................................... 13 單片機(jī)串口電路設(shè)計(jì) ................................................. 16 溫度控制電路設(shè)計(jì) ................................................... 17 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ................................................ 19 按鍵處理程序設(shè)計(jì) ................................................... 19 液晶顯示程序設(shè)計(jì) ................................................... 20 溫度采集程序設(shè)計(jì) ................................................... 20 報(bào)警處理程序設(shè)計(jì) ................................................... 20 發(fā)射端主程序設(shè)計(jì) ................................................... 21 接收端主程序設(shè)計(jì) ................................................... 23 結(jié)論與展望 ......................................................... 24 致謝 .............................................................. 25 參考文獻(xiàn) .......................................................... 26 附錄 A基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)發(fā)射模 塊電路 .............