無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)資料

1、南京郵電大學 自動化 學院實 驗 報 告實驗名稱： 無線環(huán)境參數(shù)測量系統(tǒng) 課程名稱： 智能儀器設計基礎 所在專業(yè)： 測控技術(shù)與儀器 學生姓名： 林若愚 班級學號： B12050518 任課教師： 徐國政 2014 /2015 學年第 二 學期實驗地點： 教5-214 實驗學時：8目錄摘要：2一、 實驗目的2二、 實驗內(nèi)容2三、實驗設備2四、 實驗硬件介紹31. STC89C52RC32. STC15W4K32S433. NRF240144. LCD1286455. AM232056. SD206857. BMP18068. MQ1356五、系統(tǒng)實現(xiàn)介紹61.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)61.模塊功能說明62.系統(tǒng)

2、框圖72. 電路圖和實物圖8六、軟件程序10（1）軟件功能說明+程序流程圖10（2） 軟件具體實現(xiàn)10LCD12864.h文件內(nèi)容10LCD12864.c文件內(nèi)容11Main.c內(nèi)容12其他部分14七、 實驗數(shù)據(jù)及結(jié)果分析15八、總結(jié)及心得體會17摘要： 無線環(huán)境參數(shù)測量系統(tǒng)隨著科技的發(fā)展，人們對自己的生活環(huán)境越來越在意，并且希望能直觀的數(shù)字化參數(shù)化地衡量當前的環(huán)境質(zhì)量。本系統(tǒng)雖然用的是傳統(tǒng)傳感器，但是在和傳感器相連的顯示器上能顯示的基礎之上增加了遠程發(fā)送設備，能實現(xiàn)在測量某一點的實時環(huán)境參數(shù)的同時，在半徑幾米之內(nèi)的任意位置都能直接直觀的查看到這些數(shù)據(jù)。測量的參數(shù)包括溫度濕度氣壓和空氣質(zhì)量，能

3、讓人們對生活環(huán)境的認識更加數(shù)字化。且本系統(tǒng)節(jié)能省電，實現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展。1、 實驗目的1. 了解并能使用I2C總線進行傳感器數(shù)據(jù)獲取2. 了解雙機通信與無線通信3. 使用labview圖形化編程軟件進行上位機界面設計2、 實驗內(nèi)容1. 使用STC15W4K32S4單片機驅(qū)動多種傳感器完成多參數(shù)測量2. 實現(xiàn)STC15W4K32S4與STC89C52RC之間的串口通信并使用LCD12864顯示接受到的信息3. 實現(xiàn)NRF24L01+進行信息無線收發(fā)4. 實現(xiàn)用labview制作上位機用來顯示測量到的信息三、實驗設備1. STC15W4K32S4單片機1只2. STC89C52RC 單片機2只3.

4、NRF24L01+2只4. LCD128641塊5. 計算機1臺6. AM23201只7. BMP180模塊1個8. MQ-135模塊1個9. SD2068時鐘模塊 1個10. 11.0592M晶振、杜邦線、排針、電阻、電容、LED燈若干4、 實驗硬件介紹1. STC89C52RCSTC89C52RC/RD+系列單片機具有成本低、性能高的特點，支持ISP（在系統(tǒng)編程）及IAP（在應用編程）技術(shù)。使用ISP技術(shù)可不需要編程器，而直接在用戶系統(tǒng)板上燒錄用戶程序，修改調(diào)試非常方便。利用IAP技術(shù)能將內(nèi)部部分專用Flash當作EEPROM使用，實現(xiàn)停電后保存數(shù)據(jù)的功能，擦寫次數(shù)為100000次以上，可

5、省去外接EEPROM（如93C46、24C02等）。而且與傳統(tǒng)8051單片機程序兼容，硬件無需改動。2. STC15W4K32S4STC15W4K32S4系列單片機是STC生產(chǎn)的單時鐘/機器周期(1T)的單片機，是寬電壓高速高可靠低功耗超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機，但速度快8-12倍。內(nèi)部集成高精度RC時鐘，ISP編程時5MHz-30MHz寬范圍可設置，可徹底省掉外部昂貴的晶振和外部復位電路。8路10位PWM,8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換，內(nèi)置4K字節(jié)大容量SRAM，4組獨立的高速異步串行通信口，1組高速同步串行通信端口，針對多串行口通信/電機控制/強干擾場

6、合，內(nèi)置比較器功能更強大。3. NRF2401NRF24L01是一款工作在2.4-2.5GHz世界通用ISM頻段的單片收發(fā)芯片，無線收發(fā)器包括：頻率發(fā)生器 增強型 SchockBurstTM 模式控制器 功率放大器 晶體放大器 調(diào)制器 解調(diào)器 輸出功率頻道選擇和協(xié)議的設置可以通過SPI接口進行設置極低的電流消耗。支持六路通道的數(shù)據(jù)接收。1.低工作電壓：1.93.6V低電壓工作2.高速率：2Mbps，由于空中傳輸時間很短，極大的降低了無線傳輸中的碰撞現(xiàn)象（軟件設置1Mbps或者2Mbps的空中傳輸速率）3.多頻點：125頻點，滿足多點通信和跳頻通信需要4.超小型：內(nèi)置2.4GHz天線，體積小巧，

7、15x29mm（包括天線）5.低功耗：當工作在應答模式通信時，快速的空中傳輸及啟動時間，極大的降低了電流消耗。6.低應用成本：NRF24L01集成了所有與RF協(xié)議相關(guān)的高速信號處理部分，比如：自動重發(fā)丟失數(shù)據(jù)包和自動產(chǎn)生應答信號等，NRF24L01的SPI接口可以利用單片機的硬件SPI口連接或用單片機I/O口進行模擬，內(nèi)部有FIFO可以與各種高低速微處理器接口，便于使用低成本單片機。7.便于開發(fā)：由于鏈路層完全集成在模塊上，非常便于開發(fā)。自動重發(fā)功能，自動檢測和重發(fā)丟失的數(shù)據(jù)包，重發(fā)時間及重發(fā)次數(shù)可軟件控制自動存儲未收到應答信號的數(shù)據(jù)包自動應答功能，在收到有效數(shù)據(jù)后，模塊自動發(fā)送應答信號，無須

8、另行編程載波檢測固定頻率檢測內(nèi)置硬件CRC檢錯和點對多點通信地址控制數(shù)據(jù)包傳輸錯誤計數(shù)器及載波檢測功能可用于跳頻設置可同時設置六路接收通道地址，可有選擇性的打開接收通道標準插針Dip2.54MM間距接口，便于嵌入式應用.4. LCD12864帶中文字庫的128X64 是一種具有4 位/8 位并行、2 線或3 線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標一級、二級簡體 中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為12864, 內(nèi)置8192 個16*16 點漢字，和128 個16*8 點ASCII 字符 集.利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機交互圖形界面?？梢燥@示84 行161

9、6 點 陣的漢字. 也可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特點。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶 顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊。5. AM2320AM2320數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有己校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合型傳感器。采用專用的溫濕度采集技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電容式感濕元件和一個高精度集成測溫元件，并與一個高性能微處理器相連接。該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。AM2320 通信方式采用單總線、標準I2C兩種通信方式。標準單總線接

10、口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達20米以上，使其成為各類應用甚至最為苛刻的應用場合的最佳選擇。I2C通信方式采用標準的通信時序，用戶可直接掛在I2C通信總線上，無需額外布線，使用簡單。兩種通信方式都采用直接輸出經(jīng)溫度補償后的濕度、溫度及校驗CRC等數(shù)字信息，用戶無需對數(shù)字輸出進行二次計算，也無需要對濕度進行溫度補償，便可得到準確的溫濕度信息。兩種通信方式可自由切換，用戶可自由選擇，使用方便，應該領(lǐng)域廣泛。產(chǎn)品為4引線，連接方便，特殊封裝形式可根據(jù)用戶需求而提供。6. SD2068SD2068是一種具有標準IIC接口的實時時鐘芯片,CPU可使用該接口通過5位地

11、址尋址來讀寫片內(nèi)32字節(jié)寄存器的數(shù)據(jù)(包括時間寄存器、報警寄存器、控制寄存器、通用SRAM寄存器)。SD2068內(nèi)置單路定時/報警中斷輸出,報警中斷時間最長可設至100年;內(nèi)置時鐘精度數(shù)字調(diào)整功能，可以在很寬的范圍內(nèi)校正時鐘的偏差(-189ppm+189ppm,分辨率3.05ppm),并通過外置的溫度傳感器可設定適應溫度變化的調(diào)整值，實現(xiàn)在寬溫范圍內(nèi)高精度的計時功能。該芯片可滿足對實時時鐘芯片的各種需要，為工業(yè)級產(chǎn)品，是在選用實時時鐘IC時的理想選擇。 7. BMP180BMP180是一款高精度、小體積、超低能耗的壓力傳感器，可以應用在移動設備中。它的性能卓越，絕對精度最低可以達到0.03hP

12、a，并且耗電極低，只有3A。BMP180采用強大的8-pin陶瓷無引線芯片承載（LCC）超薄封裝，可以通過I2C總線直接與各種微處理器相連。8. MQ135MQ135氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導率較低的二氧化錫(SnO2)。當傳感器所處環(huán)境中存在污染氣體時，傳感器的電導率隨空氣中污染氣體濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應的輸出信號。MQ135傳感器對氨氣、硫化物、苯系蒸汽的靈敏度高，對煙霧和其它有害的監(jiān)測也很理想。這種傳感器可檢測多種有害氣體，是一款適合多種應用的低成本傳感器。五、系統(tǒng)實現(xiàn)介紹1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.模塊功能說明（1）傳感器數(shù)據(jù)收

13、集模塊使用STC15W4K32S4單片機從四個傳感器上用I2C以及AD采集方式獲取響應的數(shù)據(jù)，并通過串口以一定的格式向STC89C52RC發(fā)送，該部分由同組成員董鴻祥負責。（2） 串口收發(fā)及數(shù)據(jù)顯示模塊使用STC89C52RC單片機收到數(shù)據(jù)，并使用LCD12864顯示，并驅(qū)動NRF24L01向上位機發(fā)送接收到的數(shù)據(jù)，主要由本人負責。（3） 無線接受及上位機顯示模塊使用STC89C52RC單片機驅(qū)動NRF2401接收下位機發(fā)送而來的數(shù)據(jù)，并通過串口將該數(shù)據(jù)發(fā)送至計算機，通過在Labview上用直觀的圖像和顯示控件來顯示接收到的數(shù)據(jù)。該部分由同組成員侯賀雨負責。2.系統(tǒng)框圖圖1 整體系統(tǒng)框圖2.

14、電路圖和實物圖圖2 串口收發(fā)及數(shù)據(jù)顯示模塊電路圖圖3 串口收發(fā)及數(shù)據(jù)顯示模塊實物圖圖4 下位機整體實物圖圖5 上位機部分實物圖六、軟件程序（1）軟件功能說明+程序流程圖圖6 模塊實現(xiàn)流程圖（2） 軟件具體實現(xiàn)LCD12864.h文件內(nèi)容#ifndef _LCD12864_H_#define _LCD12864_H_#include sbit RS=P22;/RS=0為執(zhí)行指令；RS=1為執(zhí)行數(shù)據(jù)；sbit RW=P21;/讀寫sbit E=P20;/使能sbit PSB=P23;/低電平（串口驅(qū)動）；高電平（并口驅(qū)動）sbit RST=P25;/LCD復位void Init_lcd();/初始

15、化液晶void lcd_busy();/忙標志查詢void delayus(uint z);/延時程序void write(uchar x,uchar Data);/寫單字節(jié)函數(shù)void Show(uchar address,uchar L,uchar STR1);#endifLCD12864.c文件內(nèi)容#include uchar t,p;void delayus(uint z)/延時函數(shù)uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);void lcd_busy(void)/判忙函數(shù)uchar busy;P0=0xff;RS=0;RW=1;doE=1;busy

16、=P0;E=0; while(busy0x7f);void write(uchar x,uchar Data)/寫入函數(shù)，將寫入數(shù)據(jù)和命令參數(shù)化寫在一個函數(shù)中l(wèi)cd_busy(); /忙查詢if(x=0) RS=0; RW=0; /寫單字節(jié)命令字 else if(x=1) RS=1; RW=0; /寫單字節(jié)數(shù)據(jù)E=1;P0=Data;E=0;P0=0xff; void Init_lcd(void)/初始化 delayus(20); /啟動等待，等LCM講入工作狀態(tài) PSB=1; /并口驅(qū)動模式 RST=0; delayus(4); RST=1; / 復位LCD write(0,0x30); /

17、8 位介面，基本指令集 write(0,0x0c); /顯示打開，光標關(guān)，反白關(guān) write(0,0x01); /清屏，將DDRAM的地址計數(shù)器歸零void Show(uchar address,uchar L,uchar STR1)/顯示函數(shù) uchar i; write(0,address); for(i=0;iL;i+) write(1,STR1i);Main.c內(nèi)容#include #include #include uchar flag=0,i=0,j,c,receive17=0,temp16=0,adress=0;code uchar aq24=優(yōu),良,中,差;code uchar

18、 empty16=0; void UartInit(void)/9600bps11.0592MHzPCON = 0x00;/波特率不倍速SCON = 0x50;/8位數(shù)據(jù),可變波特率TMOD = 0x20;/設定定時器1為8位自動重裝方式TL1 = 0xfd;/設定定時初值TH1 = 0xfd;/設定定時器重裝值ET1 = 0;/禁止定時器1中斷TR1 = 1;/啟動定時器1void dis(uchar a)switch(a)case 0:adress=0x80;break;/*第一行顯示內(nèi)容*/ case 1:adress=0x90;break;/*第二行顯示內(nèi)容*/ case 2: adr

19、ess=0x88;break;/*第三行顯示內(nèi)容*/case 3:adress=0x98;break;/*第四行顯示內(nèi)容*/default:return; Show(adress,16,temp);void main()/首位置 第一行0x80，第二行0x90，第三行0x88，第四行0x98uint result;/計算環(huán)境質(zhì)量UartInit();/初始化串口init_NRF24L01();/初始化2401Init_lcd();/初始化12864EA=1;/打開主中斷ES=1;/打開串口中斷LED = 0;LED1 = 0;Show(0x80,16,系統(tǒng)初始化中.);Delay(6000);while(1)if(flag)/當接收到17個字符時，flag置1并開始處理ES=0;for(j=0;j700)Show(0x9e,2,aq23);else if(result300)Show(0x9e,2,aq22);else if(result64)Show(