無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

1、目 錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc263763184 中文摘要 PAGEREF _Toc263763184 h I HYPERLINK l _Toc263763185 英文摘要 PAGEREF _Toc263763185 h II HYPERLINK l _Toc263763186 第1章 緒 論 PAGEREF _Toc263763186 h 1 HYPERLINK l _Toc263763187 課題的提出及研究背景 PAGEREF _Toc263763187 h 1 HYPERLINK l _Toc263763188 1.2 本課題在國內(nèi)外的研究狀況及發(fā)展

2、趨勢 PAGEREF _Toc263763188 h 1 HYPERLINK l _Toc263763189 1.3 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)概述 PAGEREF _Toc263763189 h 2 HYPERLINK l _Toc263763190 1.4 本課題的主要內(nèi)容及論文結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc263763190 h 3 HYPERLINK l _Toc263763191 第2章 無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)方案設(shè)計 PAGEREF _Toc263763191 h 5 HYPERLINK l _Toc263763192 2.1 監(jiān)測終端方案 PAGEREF _Toc263763192 h 5 HYPE

3、RLINK l _Toc263763193 2.2 監(jiān)測節(jié)點方案 PAGEREF _Toc263763193 h 10 HYPERLINK l _Toc263763194 2.2.1 DS18B20功能分析 PAGEREF _Toc263763194 h 10 HYPERLINK l _Toc263763195 2.2.2 DHT11功能分析 PAGEREF _Toc263763195 h 13 HYPERLINK l _Toc263763196 2.2.3 光照監(jiān)測方案分析 PAGEREF _Toc263763196 h 14 HYPERLINK l _Toc263763197 2.3 無線

4、收發(fā)模塊 PAGEREF _Toc263763197 h 16 HYPERLINK l _Toc263763198 2.4 本章小結(jié) PAGEREF _Toc263763198 h 17 HYPERLINK l _Toc263763199 第3章 系統(tǒng)硬件實現(xiàn) PAGEREF _Toc263763199 h 18 HYPERLINK l _Toc263763200 3.1 基于AT89C51的監(jiān)測終端模塊 PAGEREF _Toc263763200 h 18 HYPERLINK l _Toc263763201 3.2 環(huán)境參量監(jiān)測模塊電路設(shè)計 PAGEREF _Toc263763201 h 1

5、9 HYPERLINK l _Toc263763202 3.2.1 溫度檢測模塊 PAGEREF _Toc263763202 h 20 HYPERLINK l _Toc263763203 3.2.2 濕度監(jiān)測模塊 PAGEREF _Toc263763203 h 20 HYPERLINK l _Toc263763204 光照監(jiān)測模塊設(shè)計 PAGEREF _Toc263763204 h 21 HYPERLINK l _Toc263763205 3.3 看門狗設(shè)計 PAGEREF _Toc263763205 h 22 HYPERLINK l _Toc263763206 3.4 基于A7102的無線收

6、發(fā)模塊 PAGEREF _Toc263763206 h 23 HYPERLINK l _Toc263763207 3.5 本章小結(jié) PAGEREF _Toc263763207 h 24 HYPERLINK l _Toc263763208 第4章 系統(tǒng)軟件實現(xiàn) PAGEREF _Toc263763208 h 25 HYPERLINK l _Toc263763209 4.1 無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測終端軟件控制流程 PAGEREF _Toc263763209 h 25 HYPERLINK l _Toc263763210 4.2 監(jiān)測節(jié)點軟件控制流程 PAGEREF _Toc263763210 h 26

7、 HYPERLINK l _Toc263763211 4.5 本章小結(jié) PAGEREF _Toc263763211 h 28 HYPERLINK l _Toc263763212 第5章 系統(tǒng)調(diào)試與分析 PAGEREF _Toc263763212 h 30 HYPERLINK l _Toc263763213 5.1 系統(tǒng)調(diào)試 PAGEREF _Toc263763213 h 30 HYPERLINK l _Toc263763214 5.1.1 硬件調(diào)試 PAGEREF _Toc263763214 h 30 HYPERLINK l _Toc263763215 5.1.2 軟件調(diào)試 PAGEREF _

8、Toc263763215 h 30 HYPERLINK l _Toc263763216 5.2 系統(tǒng)測試與數(shù)據(jù)分析 PAGEREF _Toc263763216 h 32 HYPERLINK l _Toc263763217 5.3 可靠性和有效性分析 PAGEREF _Toc263763217 h 34 HYPERLINK l _Toc263763218 5.4 本章小結(jié) PAGEREF _Toc263763218 h 34 HYPERLINK l _Toc263763219 第6章 總結(jié)與展望 PAGEREF _Toc263763219 h 36 HYPERLINK l _Toc2637632

9、20 6.1 課題總結(jié) PAGEREF _Toc263763220 h 36 HYPERLINK l _Toc263763221 6.2 課題展望 PAGEREF _Toc263763221 h 36 HYPERLINK l _Toc263763222 致 謝 PAGEREF _Toc263763222 h 38 HYPERLINK l _Toc263763223 參 考 文 獻 PAGEREF _Toc263763223 h 39 HYPERLINK l _Toc263763224 附錄一：整體系統(tǒng)電路原理圖 PAGEREF _Toc263763224 h 40 HYPERLINK l _T

10、oc263763225 附錄三：系統(tǒng)實物圖 PAGEREF _Toc263763225 h 41 HYPERLINK l _Toc263763226 附錄二：單片機源程序主要代碼 PAGEREF _Toc263763226 h 42摘 要近年來，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已逐漸成為工業(yè)界及學術(shù)界的一個研究熱點，在軍事和民用領(lǐng)域有著非常廣闊的應(yīng)用前景。而且隨著傳感器技術(shù)、微電子技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)和無線通信等技術(shù)的進步，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)得以迅猛發(fā)展。這為環(huán)境監(jiān)測提供了更為有效的途徑和方法。在實際的工程應(yīng)用中通常常需要在多個地點進行多種參量（例如溫度、濕度、光照、氣體濃度、振動、聲音等）的監(jiān)測。而利用無線環(huán)境監(jiān)

11、測就可以使這些環(huán)境參量更有效實時的傳輸。本課題運用數(shù)字傳感器DS18B20作為溫度監(jiān)測，數(shù)字傳感器DHT11作為濕度監(jiān)測，并用光敏電阻和ADC0809來監(jiān)測光照變化，將由于光照造成的電壓變化進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，最后通過無線裝置將數(shù)據(jù)發(fā)送到主機顯示。通過設(shè)計和制作無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，從而能夠有效地監(jiān)測環(huán)境參量，本課題設(shè)計的無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)能夠在實際應(yīng)用中對環(huán)境參數(shù)進行準確的測量并可靠傳輸，以體現(xiàn)傳感器系統(tǒng)數(shù)字化、智能化、無線化的優(yōu)點。關(guān)鍵詞：環(huán)境監(jiān)測；溫度；光照；濕度ABSTRACTIn recent years, wireless sensor networks has become one of t

12、he industry and academic research focuses, in military and civilian sector has very broad application. It has a great application future in the military and civil areaMoreover, with the sensor technology, microelectronics, embedded computing and wireless communications technology，wireless sensor net

13、works can be developed rapidlyThis environmental monitoring to provide a more effective means and methodsIn the actual projects often need a variety of locations in multiple parameters monitoring (e.g.，temperature, humidity, light, gas concentration, vibration, sound, etc.).The use of wireless envir

14、onmental monitoring can make these environments more effective real-time parameters of the transmission. This topic using digital sensor DS18B20 as temperature monitoring, digital sensor DHT11 as humidity monitoring, with a photo resistor and ADC0809 to monitor light, because the voltage change caus

15、ed light for analog-digital conversion, the final via wireless devices send data to the host. Through the design and manufacture of wireless environment monitoring system, so as to be able to effectively monitor environmental parameters, this subject design wireless environment monitoring system cap

16、able of practical application of environmental parameters for accurate measures and reliable transport, to reflect the sensor systems, intelligent, wireless. KEY WORDS: Environment Monitoring ；Temperature ；Light ；humidity 第1章 緒 論課題的提出及研究背景傳感器技術(shù)與通信技術(shù)、計算機技術(shù)相結(jié)合構(gòu)成的智能傳感器以其較高的精度、良好的可靠性、功能的多樣性等特點在過程控制以及信號監(jiān)

17、測中得到人們的關(guān)注, 已成為當今國內(nèi)外研究的一大熱點。本文設(shè)計了一種用于對環(huán)境信息進行實時監(jiān)測的無線傳感器系統(tǒng), 在實際應(yīng)用中能夠?qū)Νh(huán)境參數(shù)進行準確的測量并可靠傳輸, 體現(xiàn)了傳感器系統(tǒng)數(shù)字化、智能化、無線化的優(yōu)點。對傳感器應(yīng)用于無線環(huán)境監(jiān)測的研究起步于20世紀70年代末期。后來被稱作傳感器網(wǎng)絡(luò)。從21世紀開始，傳感器網(wǎng)絡(luò)引起了學術(shù)界、軍事界和工農(nóng)業(yè)界的極大關(guān)注，美國和歐洲相繼啟動了多關(guān)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究計劃，并取得了很多成果。我國近年來也對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究提供了巨大支持。但國內(nèi)關(guān)于傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究還處于起步階段，大多還停留在基礎(chǔ)理論跟蹤國際研究階段，缺乏典型的實際應(yīng)用示范及產(chǎn)業(yè)競爭優(yōu)勢。

18、而且在無線環(huán)境監(jiān)測在實際的工程應(yīng)用中經(jīng)常需要在多個地點進行多種參量（例如溫度、濕度、氣體濃度、振動、聲音等）的監(jiān)測；傳統(tǒng)的監(jiān)測系統(tǒng)通常采用多線制（420 mA電流環(huán)）或者總線制（RS485、CAN總線等）方式將多個獨立的監(jiān)測儀表連接起來構(gòu)成監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，最后由專用設(shè)備或者計算機對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進行處理.這種系統(tǒng)的應(yīng)用范圍十分有限，對于監(jiān)測區(qū)域較大、周圍環(huán)境惡劣、布線困難的場合往往顯得無能為力，因此需要設(shè)計能夠?qū)⑦@些參量無線發(fā)送到主機進行處理。此課題就是圍繞環(huán)境參量的監(jiān)測并進行無線傳輸。1.2 本課題在國內(nèi)外的研究狀況及發(fā)展趨勢隨著傳感器技術(shù)、微電子技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)和無線通信等技術(shù)的進步，無線傳感器網(wǎng)

19、絡(luò)得以迅猛發(fā)展，并已成為計算機學科的一個新領(lǐng)域，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。環(huán)境監(jiān)測是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域，現(xiàn)在被廣泛用于各個領(lǐng)域當中，經(jīng)過多年研究，可用于眾多的實際環(huán)境監(jiān)測問題，特別是在多種環(huán)境因素的影響下使其更加穩(wěn)定和可靠。隨著無線環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展，其研究內(nèi)容也將包括嵌入式系統(tǒng)、微型傳感器、無線通信、分布式協(xié)作算法、數(shù)據(jù)融合、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、安全、操作系統(tǒng)、中間件以及其他一些應(yīng)用支撐技術(shù)，使其能夠運用于更多的領(lǐng)域。無線傳感器監(jiān)測系統(tǒng)是當前在國際上備受關(guān)注的、涉及多學科高度交叉、知識高度集成的前沿熱點研究領(lǐng)域它綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等

20、，能夠通過各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實時監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，這些信息通過無線方式被發(fā)送，并以自組多跳的網(wǎng)絡(luò)方式傳送到用戶終端，從而實現(xiàn)物理世界、計算世界以及人類社會三元世界的連通傳感器網(wǎng)絡(luò)具有十分廣闊的應(yīng)用前景，在軍事國防、工農(nóng)業(yè)、城市管理、生物醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測、搶險救災、防恐反恐、危險區(qū)域遠程控制等許多重要領(lǐng)域都有潛在的實用價值，已經(jīng)引起了許多國家學術(shù)界和工業(yè)界的高度重視，被認為是對二十一世紀產(chǎn)生巨大影響力的技術(shù)之一。對傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究起步于20世紀70年代末期。從21世紀開始，傳感器網(wǎng)絡(luò)引起了學術(shù)界、軍事界和工農(nóng)業(yè)界的極大關(guān)注，美國和歐洲相繼啟動了許多關(guān)于無線傳感器網(wǎng)

21、絡(luò)的研究計劃，并取得了很多成果。我國近年來也對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究提供了巨大支持。但國內(nèi)關(guān)于傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究還處于起步階段，大多還停留在基礎(chǔ)理論跟蹤國際研究階段，缺乏典型的實際應(yīng)用示范及產(chǎn)業(yè)競爭優(yōu)勢。溫室環(huán)境測控技術(shù)在許多發(fā)達國家如荷蘭、日本、美國、以色列等已相當先進，能夠達到對多因素綜合控制的水平，但其價格昂貴，維護不方便。近幾年來，我國在環(huán)境監(jiān)測方面開展了不少研究?！熬盼濉?、“十五”及“863”計劃都對此給予了很大資助。從國內(nèi)外對環(huán)境監(jiān)測的研究來看，目前基于有線的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)相對比較成熟，但有線監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用范圍十分有限，對于監(jiān)測區(qū)域較大、周圍環(huán)境惡劣、布線困難的場合往往顯得無能為力，因此需

22、要設(shè)計能夠?qū)⑦@些參量無線發(fā)送到主機進行處理。此課題就是圍繞環(huán)境的監(jiān)測并進行無線傳輸。1.3 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)概述從廣義上講，環(huán)境監(jiān)測（Environment Monitoring ），指通過對影響環(huán)境質(zhì)量因素的代表值的測定，確定環(huán)境質(zhì)量（或污染程度）及其變化趨勢。環(huán)境檢測的過程一般為接受任務(wù)，現(xiàn)場調(diào)查和收集資料，監(jiān)測計劃設(shè)計，優(yōu)化布點，樣品采集，樣品運輸和保存，樣品的預處理，分析測試，數(shù)據(jù)處理，綜合評價等。環(huán)境監(jiān)測的對象：自然因素，人為因素，污染組分。環(huán)境監(jiān)測包括：化學監(jiān)測，物理監(jiān)測，生物監(jiān)測，生態(tài)監(jiān)測等。另一方面，環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)（Environment Monitoring System）是指在充

23、分利用自然資源的基礎(chǔ)上，通過監(jiān)測環(huán)境參量如溫度、濕度、光照度等來獲得各類環(huán)境數(shù)據(jù)，從而達到了解環(huán)境情況，制定應(yīng)對機制的目的。環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)系統(tǒng)是一個復雜系統(tǒng)，它需要對各類環(huán)境參量進行自動監(jiān)測、信息處理、實時控制和在線優(yōu)化。近幾年來，我國在環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制兩方面開展了不少研究。國內(nèi)外環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)模式基本相同，主要有單片機控制系統(tǒng)，如江蘇大學等單位研制的溫室控制器，主要是以8位MCS51單片機為主控板的控制系統(tǒng)，從數(shù)據(jù)采樣到算法控制都是由單片機完成，其拓撲結(jié)構(gòu)為集中式控制方式;基于工業(yè)控制機(IPC)的溫室控制系統(tǒng)，如北京望京建立的自動化溫室就是以工控機為核心的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)是由工控機、各種

24、傳感器及執(zhí)行機構(gòu)組成的多輸入、多輸出閉環(huán)控制系統(tǒng)。但是許多環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)存在很多問題，例如，信號線和動力線錯綜復雜，可靠性降低，安裝維護工作量巨大，并且不利于操作人員的移動設(shè)備作業(yè)。同時，傳統(tǒng)有線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)面對監(jiān)測區(qū)域較大、周圍環(huán)境惡劣、布線困難的場合時，其可擴展性差，測試精度低的缺點就開始明顯。更為重要的是溫室內(nèi)一定的酸性度、高濕度、強光照度，線纜容易腐蝕和老化，降低了系統(tǒng)可靠性和抗干擾性?，F(xiàn)有有線監(jiān)測系統(tǒng)不利于進一步提高環(huán)境監(jiān)測設(shè)備的利用效率。因此，迫切需要應(yīng)用現(xiàn)代通信技術(shù)構(gòu)建無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。1.4 本課題的主要內(nèi)容及論文結(jié)構(gòu)本文將傳感器和無線網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中，提出了一種

25、低成本、低功耗的無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)方案，通過傳感器重點監(jiān)測了溫濕度以及光照變化，并進行無線數(shù)據(jù)傳輸。主要內(nèi)容包括：(1)以單片機為基礎(chǔ)的監(jiān)測終端的硬件設(shè)計；(2)監(jiān)測溫濕度及光照變化的監(jiān)測節(jié)點的硬件設(shè)計；(3)監(jiān)測數(shù)據(jù)的無線收發(fā)模塊的硬件設(shè)計；(4)整體監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用策略分析；本文的組織結(jié)構(gòu)如下：，介紹了本課題的提出及研究背景，闡述了環(huán)境監(jiān)測控系統(tǒng)的基本概念、應(yīng)用領(lǐng)域及國內(nèi)外發(fā)展情況，最后給出了本文研究的主要內(nèi)容及文章的組織結(jié)構(gòu)。，介紹了系統(tǒng)設(shè)計的方案的論證分析，包括監(jiān)測終端的控制系統(tǒng)論證分析，監(jiān)測節(jié)點的傳感器原理和運用方案分析，以及無線收發(fā)模塊系統(tǒng)方案設(shè)計，為無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計提供

26、了依據(jù)。，系統(tǒng)詳細介紹了整個無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計，基于89C51的控制模塊和顯示模塊的硬件電路設(shè)計，環(huán)境監(jiān)測模塊的溫濕度及光照變化的硬件電路設(shè)計，基于A7102的無線收發(fā)模塊設(shè)計，并介紹了個功能實現(xiàn)的軟件實現(xiàn)原理。，該章節(jié)整體介紹了無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的調(diào)試驗證，并對調(diào)試驗證所得到的數(shù)據(jù)進行分析，以判斷系統(tǒng)的實時性，穩(wěn)定性等性能。最后對整個無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性和有效性進行分析。，對全文進行了總結(jié)，并指出以后的研究方向。第2章 無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)方案設(shè)計無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)方案分為監(jiān)測終端和監(jiān)測節(jié)點。監(jiān)測終端主要負責接收從監(jiān)測節(jié)點發(fā)送的環(huán)境參量數(shù)據(jù)，并進行處理和正確顯示；監(jiān)測節(jié)點主要包括了對溫濕

27、度和光照變化的監(jiān)測電路，負責收集環(huán)境參量數(shù)據(jù)并發(fā)送給檢測終端。 2.1 監(jiān)測終端方案無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測模塊其核心為以AT89C51單片機為基礎(chǔ)的控制單元。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將

28、多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。外形及引腳排列如圖所示：圖 AT89C51外形及引腳排列其主要特性有：與MCS-51 兼容4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時間：10年 全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz 三級程序存儲器鎖定 1288位內(nèi)部RAM 32可編程I/O線 兩個16位定時器/計數(shù)器 5個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路作為一款通用的控制芯片，AT89C51具有功能全

29、面的引腳特性：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖

30、器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口

31、將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 其中P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口使用。AT89C51還設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。由于AT89C51單片機的結(jié)構(gòu)和特殊寄存器，在編寫軟件控制過程中具有很重要的地位。甚至于在串口通信需要用到SCON，TCON，TMOD，SCON等特殊功能寄存器。在本課題中，監(jiān)測終端除了具有接受和處理數(shù)據(jù)功能外還具有顯示功能，顯示單元采用了

32、1602A液晶顯示器。1602A液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通用器件，廣泛用于各種電子電器中，在單片機系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個優(yōu)點：顯示質(zhì)量高：由于液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點。因此，在外部環(huán)境監(jiān)測情況下液晶顯示器畫質(zhì)高且不會閃爍。保證的環(huán)境參量顯示的穩(wěn)定性。數(shù)字式接口：液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便。體積小、重量輕：液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。在環(huán)境的移動監(jiān)測中也更

33、為方便。功耗低：由于無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)相對于有限環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)其能量來源有限，相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。1602A液晶顯示器的基本參數(shù)及引腳功能如下所示：1602LCD主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量:162個字符芯片工作電壓:工作電流:2.0mA(5.0V)模塊最佳工作電壓:字符尺寸:2.954.35(WH)mm引腳功能說明1602LCD采用標準的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表所示:表1.1 引腳接口說明表編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11

34、D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負極第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當R

35、S為高電平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負極。為了使環(huán)境監(jiān)測所得到的數(shù)據(jù)能夠及時的進行處理，本系統(tǒng)還設(shè)計基于MAX232的串口PC通信程序。該產(chǎn)品是由德州儀器公司（TI）推出的一款兼容RS232標準的芯片。由于電腦串口RS232電平是從-10V到+10V，而一般的單片機應(yīng)用系統(tǒng)的信號電壓是0V到+5V，MAX232就是用來進行電平轉(zhuǎn)換的，該器件包含2個驅(qū)動器、2個接收器和一個電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA-232-F高電平。該器件符合TIA/EIA

36、-232-F標準，每一個接收器將TIA/EIA-232-F電平轉(zhuǎn)換成5V TTL/CMOS高電平。每一個發(fā)送器將TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換成TIA/EIA-232-F高電平。圖1.2 MAX232引腳圖MAX232獲得正負電源的另一種方法在單片機控制系統(tǒng)中，我們時常要用到數(shù)/模（D/A）或者模/數(shù)(A/D)變換以及其它的模擬接口電路，這里面要經(jīng)常用到正負電源，例如：9V，-9V；2V，-12V。這些電源僅僅作為數(shù)字和模擬控制轉(zhuǎn)換接口部件的小功率電源。在控制板上，我們有的只是5V電源，可又有很多方法獲得非5V的電源。1.外接；2.DC-DC變換等等。在這里介紹一塊常用的芯片：MAX232。MAX2

37、32是TTL-RS232電平轉(zhuǎn)換的典型芯片，按照芯片的推薦電路，取振蕩電容為10uF 的時候，若輸入為5V,輸出可以達到-14V左右，輸入為0V，輸出可以達到14V， 在扇出電流為20mA 的時候，處處電壓可以穩(wěn)定在12V和-12V。因此，在功耗不是很大的情況下，可以將MAX232的輸出信號經(jīng)穩(wěn)壓塊后作電源使用。其主要特點有：單5V電源工作LinBiCMOSTM工藝技術(shù)兩個驅(qū)動器及兩個接收器30V輸入電平低電源電流：典型值是8mA符合甚至優(yōu)于ANSI標準EIA/TIA-232-E及ITU 推薦標準ESD保護大于MIL-STD-883（方法3015）標準的2000V2.2 監(jiān)測節(jié)點方案在本課題設(shè)

38、計中，對環(huán)境的監(jiān)測選擇了溫度，濕度，和光照三個典型環(huán)境參量來進行監(jiān)測。對于溫度參量的監(jiān)測選擇了數(shù)字溫度傳感器DS18B20；對濕度參量的監(jiān)測選擇了數(shù)字溫濕度傳感器DHT11,由于該傳感器溫度測量功能誤差較大，因此單獨選擇了DS18B20作為溫度參量的監(jiān)測；對于光照參量的監(jiān)測，采用光敏電阻和ADC0809的采樣來劃分光照等級。以下便對各個功能元件做詳細分析： DS18B20功能分析數(shù)字式溫度傳感器DS18B20生產(chǎn)于DALLAS（達拉斯）公司，由于其超小的體積，超低的硬件開消，抗干擾能力強，精度高，附加功能強，使得DS18B20頗受歡迎，因此本課題也選擇使用該芯片作為環(huán)境溫度參量的監(jiān)測。DS18

39、B20的主要特征：全數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換及輸出。先進的單總線數(shù)據(jù)通信。最高12位分辨率，精度可達土0.5攝氏度。12位分辨率時的最大工作周期為750毫秒?？蛇x擇寄生工作方式。檢測溫度范圍為55C +125C (67F +257F)內(nèi)置EEPROM，限溫報警功能。64位光刻ROM，內(nèi)置產(chǎn)品序列號，方便多機掛接。多樣封裝形式，適應(yīng)不同硬件系統(tǒng)。DS18B20芯片封裝結(jié)構(gòu)：圖2.2 DS1802封裝結(jié)構(gòu)DS18B20引腳功能：GND 電壓地DQ 單數(shù)據(jù)總線 VDD 電源電壓 NC 空引腳DS18B20工作原理：DS18B20的溫度檢測與數(shù)字數(shù)據(jù)輸出全集成于一個芯片之上，從而抗干擾力更強。其一個工作周期可分為

40、兩個部分，即溫度檢測和數(shù)據(jù)處理。在講解其工作流程之前我們有必要了解18B20的內(nèi)部存儲器資源。18B20共有三種形態(tài)的存儲器資源，它們分別是：ROM只讀存儲器，用于存放DS18B20ID編碼，其前8位是單線系列編碼（DS18B20的編碼是19H），后面48位是芯片唯一的序列號，最后8位是以上56的位的CRC碼（冗余校驗）。數(shù)據(jù)在出產(chǎn)時設(shè)置不由用戶更改。DS18B20共64位ROM。RAM 數(shù)據(jù)暫存器，用于內(nèi)部計算和數(shù)據(jù)存取，數(shù)據(jù)在掉電后丟失，DS18B20共9個字節(jié)RAM，每個字節(jié)為8位。第1、2個字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值信息，第3、4個字節(jié)是用戶EEPROM（常用于溫度報警值儲存）的鏡像。在

41、上電復位時其值將被刷新。第5個字節(jié)則是用戶第3個EEPROM的鏡像。第6、7、8個字節(jié)為計數(shù)寄存器，是為了讓用戶得到更高的溫度分辨率而設(shè)計的，同樣也是內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換、計算的暫存單元。第9個字節(jié)為前8個字節(jié)的CRC碼。EEPROM 非易失性記憶體，用于存放長期需要保存的數(shù)據(jù)，上下限溫度報警值和校驗數(shù)據(jù)，DS18B20共3位EEPROM，并在RAM都存在鏡像，以方便用戶操作。在無線環(huán)境監(jiān)測運用中，控制器對18B20進行以下的操作流程： (1)復位：首先我們必須對DS18B20芯片進行復位，復位就是由控制器（單片機）給DS18B20單總線至少480uS的低電平信號。當18B20接到此復位信號后則會在1

42、560uS后回發(fā)一個芯片的存在脈沖。(2)存在脈沖：在復位電平結(jié)束之后，控制器應(yīng)該將數(shù)據(jù)單總線拉高，以便于在1560uS后接收存在脈沖，存在脈沖為一個60240uS的低電平信號。至此，通信雙方已經(jīng)達成了基本的協(xié)議，接下來將會是控制器與18B20間的數(shù)據(jù)通信。如果復位低電平的時間不足或是單總線的電路斷路都不會接到存在脈沖，在設(shè)計時要注意意外情況的處理。(3)控制器發(fā)送ROM指令：雙方打完了招呼之后最要將進行交流了，ROM指令共有5條，每一個工作周期只能發(fā)一條，ROM指令分別是讀ROM數(shù)據(jù)、指定匹配芯片、跳躍ROM、芯片搜索、報警芯片搜索。ROM指令為8位長度，功能是對片內(nèi)的64位光刻ROM進行操

43、作。其主要目的是為了分辨一條總線上掛接的多個器件并作處理。誠然，單總線上可以同時掛接多個器件，并通過每個器件上所獨有的ID號來區(qū)別，一般只掛接單個18B20芯片時可以跳過ROM指令（注意：此處指的跳過ROM指令并非不發(fā)送ROM指令，而是用特有的一條“跳過指令”）。ROM指令在下文有詳細的介紹。(4)控制器發(fā)送存儲器操作指令：在ROM指令發(fā)送給18B20之后，緊接著（不間斷）就是發(fā)送存儲器操作指令了。操作指令同樣為8位，共6條，存儲器操作指令分別是寫RAM數(shù)據(jù)、讀RAM數(shù)據(jù)、將RAM數(shù)據(jù)復制到EEPROM、溫度轉(zhuǎn)換、將EEPROM中的報警值復制到RAM、工作方式切換。存儲器操作指令的功能是命令1

44、8B20作什么樣的工作，是芯片控制的關(guān)鍵。(5)執(zhí)行或數(shù)據(jù)讀寫：一個存儲器操作指令結(jié)束后則將進行指令執(zhí)行或數(shù)據(jù)的讀寫，這個操作要視存儲器操作指令而定。如執(zhí)行溫度轉(zhuǎn)換指令則控制器（單片機）必須等待18B20執(zhí)行其指令，一般轉(zhuǎn)換時間為500uS。如執(zhí)行數(shù)據(jù)讀寫指令則需要嚴格遵循18B20的讀寫時序來操作。數(shù)據(jù)的讀寫方法將有下文有詳細介紹。若要讀出當前的溫度數(shù)據(jù)我們需要執(zhí)行兩次工作周期，第一個周期為復位、跳過ROM指令、執(zhí)行溫度轉(zhuǎn)換存儲器操作指令、等待500uS溫度轉(zhuǎn)換時間。緊接著執(zhí)行第二個周期為復位、跳過ROM指令、執(zhí)行讀RAM的存儲器操作指令、讀數(shù)據(jù)（最多為9個字節(jié)，中途可停止，只讀簡單溫度值則

45、讀前2個字節(jié)即可）。 DHT11功能分析DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(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位單片機相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。每個DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準。校準系數(shù)以程序的形式儲存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準系數(shù)。單線制串行接口，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

46、各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選則。產(chǎn)品為4針單排引腳封裝。連接方便，特殊封裝形式可根據(jù)用戶需求而提供。DHT11的主要特性：相對濕度和溫度測量 全部校準，數(shù)字輸出 卓越的長期穩(wěn)定性 無需額外部件 超長的信號傳輸距離 超低能耗 4引腳安裝 完全互換 DHT11的引腳功能：Pin 名稱 注釋 1 VDD 供電 35.5VDC 2 DATA 串行數(shù)據(jù)，單總線 3 NC 空腳，請懸空 4 GND 接地，電源負極 DHT11的封裝結(jié)構(gòu)：圖2.3 DHT11封裝結(jié)構(gòu)DHT11工作原理:DHT11的濕度檢測運用電容式結(jié)構(gòu)，并采用具有不同保護的“微型結(jié)構(gòu)”檢測電極系統(tǒng)與聚合物覆蓋層來組成傳感器芯片的電

47、容，除保持電容式濕敏器件的原有特性外，還可抵御來自外界的影響。由于它將溫度傳感器與濕度傳感器結(jié)合在一起而構(gòu)成了一個單一的個體，因而測量精度較高且可精確得出露點，同時不會產(chǎn)生由于溫度與濕度傳感器之間隨溫度梯度變化引起的誤差。CMOSensTM技術(shù)不僅將溫濕度傳感器結(jié)合在一起，而且還將信號放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、校準數(shù)據(jù)存儲器、標準總線等電路全部集成在一個芯片內(nèi)。DHT11的每一個傳感器都是在極為精確的濕度室中校準的。DHT11傳感器的校準系數(shù)預先存在OTP內(nèi)存中。經(jīng)校準的相對濕度和溫度傳感器與一個14位的A/D轉(zhuǎn)換器相連，可將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字溫濕度值送給二線總線器件，從而將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為符合總線協(xié)議的串

48、行數(shù)字信號。 光照監(jiān)測方案分析無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中包括了對光照的監(jiān)測，由于在實際的工程應(yīng)用中一般不需要監(jiān)測出光照強度的具體數(shù)值，因此光照監(jiān)測采用電路中光敏電阻引起電壓變化然后通過ADC0809采樣，從而反映環(huán)境光照的變化。光敏電阻器是利用HYPERLINK :/baike.baidu /view/19928.htm半導體的HYPERLINK :/baike.baidu /view/14336.htm光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器；入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻的工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。在半導體光敏材料兩端裝上電極引線，將其封裝在帶有透明窗的管殼里就構(gòu)成光

49、敏電阻，為了增加靈敏度，兩電極常做成梳狀。用于制造光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導體。通常采用涂敷、噴涂、燒結(jié)等方法在絕緣襯底上制作很薄的光敏電阻體及梳狀歐姆電極，接出引線，封裝在具有透光鏡的密封殼體內(nèi)，以免受潮影響其HYPERLINK :/baike.baidu /view/495141.htm靈敏度。在黑暗環(huán)境里，它的電阻值很高，當受到光照時，只要HYPERLINK :/baike.baidu /view/9448.htm光子能量大于半導體材料的禁帶寬度，則價帶中的ew/3476.htm電子吸收一個光子的能量后可躍遷到導帶，并在價帶中產(chǎn)生一個帶HYPERLINK :/

50、baike.baidu /view/532075.htm正電荷的空穴，這種由光照產(chǎn)生的電子空穴對了半導體材料中載流子的數(shù)目，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻阻值下降。光照愈強，阻值愈低。入射光消失后，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子空穴對將復合，光敏電阻的阻值也就恢復原值。在光敏電阻兩端的金屬電極加上電壓，其中便有電流通過，受到波長的光線照射時，電流就會隨光強的而變大，從而實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時既可加HYPERLINK :/baike.baidu /view/2070482.htm直流電壓，也加交流電壓。半導體的導電能力取決于半導體導帶內(nèi)載流子數(shù)目的多少。光敏電阻器一般

51、用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。常用的光敏電阻器硫化鎘光敏電阻器，它是由半導體材料制成的。光敏電阻器的阻值隨入射光線（可見光）的強弱變化而變化，在黑暗條件下，它的阻值（暗阻）可達110M歐,在強光條件（100LX）下，它阻值（亮阻）僅有幾百至數(shù)千歐姆。光敏電阻器對光的敏感性（即光譜特性）與人眼對HYPERLINK :/baike.baidu /view/68621.htm可見光（0.40.76）m的響應(yīng)很接近，只要人眼可感受的光，都會引起它的阻值變化。ADC0809是采樣分辨率為8位的、以逐次逼近原理進行模數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼

52、鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進行A/D轉(zhuǎn)換。 (1)主要特性8路輸入通道，8位AD轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫恕＾D(zhuǎn)換時間為100s。單個5V電源供電。模擬輸入電壓范圍05V，不需零點和滿刻度校準。工作溫度范圍為-4085攝氏度。低功耗，約15mW。(2)內(nèi)部結(jié)構(gòu)ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式AD轉(zhuǎn)換器，它由8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型DA轉(zhuǎn)換器、逐次逼近。(3)引腳功能ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖所示，IN0IN7：8路模擬量輸入端。2-12-8：8位數(shù)字量輸出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位

53、地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。START： AD轉(zhuǎn)換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖（至少100ns寬）使其啟動（脈沖上升沿使ADC0809復位，下降沿啟動A/D轉(zhuǎn)換）。EOC： AD轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640KHZ。REF（+）、REF（-）：基準電壓。Vcc：電源5V。GND：地。 ADC0809引腳結(jié)構(gòu)(4)進行光照監(jiān)測時

54、的工作過程：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復位。下降沿啟動 AD轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進行。直到AD轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示AD轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當OE輸入高電平 時，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。2.3 無線收發(fā)模塊在無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中，作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕侄?，無線收發(fā)模塊是很重要的部分，它關(guān)系到整個系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和實時性。A7102是一顆單芯片CMOS制程、高效率、低功耗的射頻收發(fā)芯片，適用于31

55、5M/433M/868M/915MHZ頻段的ASK/FSK射頻收發(fā)電路，可高達到150Kbps雙向數(shù)據(jù)傳輸率。芯片集成整個數(shù)據(jù)包處理、FIFO 緩沖器、RSSI場強檢測、ADC電壓檢測、溫度檢測、無線電喚醒等功能。A7102特性：雙調(diào)制模式ASK/FSK工作電壓 2.2工作電流 TX 20mA(0dBm)；RX 14mA可編程輸出功率 015dBm高接收靈敏度 -110dBm(50Kbps)待機電流Uo ,比較器得出1 ,則控制電路使逐次比較寄存器的D7 位保留1 ;如果Ui Uo ,比較器輸出為0 ,則清除位D7 的1 ,然后使次高位D6 = 1 ,與上次的結(jié)果相加后經(jīng)DPA轉(zhuǎn)換得到新的U0

56、 (滿量程的3P4 或1P4) ,再與Ui 進行比較,決定保留還是清除位上的1 ,重復上述過程,直至D0 為止。這樣,經(jīng)過8 次比較后,8 位逐次比較寄存器的狀態(tài)即為一次APD 轉(zhuǎn)換完成后所對應(yīng)的數(shù)字量。轉(zhuǎn)換結(jié)束后,控制電路送出一個低電平作為結(jié)束信號,同時,將逐次比較寄存器中的數(shù)字量送入緩沖寄存器,從而得到數(shù)字量輸出。其軟件控制示意圖如圖所示：圖 ADC0809采樣軟件控制示意圖4.5 本章小結(jié)本章主要闡述了整個系統(tǒng)的各個模塊的軟件控制流程：描述了液晶顯示的軟件控制流程；分別描述了溫濕度傳感器的的工作原理和軟件控制流程，尤其是對其數(shù)據(jù)采集的過程作了詳細的闡述；關(guān)于光照監(jiān)測，根據(jù)0809本身具有

57、的256級分級特性將光照分為十級，使其能夠精確的實現(xiàn)光照變化的監(jiān)測。通過描述可以了解到本系統(tǒng)軟件控制極其實現(xiàn)原理，并歸系統(tǒng)的工作方式和原理有了進一步的了解，為實現(xiàn)軟件功能打下了良好的邏輯基礎(chǔ)。第5章 系統(tǒng)調(diào)試與分析5.1 系統(tǒng)調(diào)試 硬件調(diào)試根據(jù)硬件電路分析和設(shè)計，運用電路原理圖制作了調(diào)試電路板，并對無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的各個模塊進行了調(diào)試。傳感器節(jié)點硬件設(shè)計實現(xiàn)之后，必須經(jīng)過仔細的硬件測試，排除硬件在隨后的軟件測試及實驗中出現(xiàn)引起錯誤的可能性。(1)電路板檢查印刷電路板制作完成后，嚴格對照原理圖仔細檢查電路板的連線與過孔，確保走線與過孔正確無誤，才可焊接元器件。(2)器件焊接檢查檢查電路板上各個芯

58、片管腳焊接是否無誤，是否有短路、虛焊現(xiàn)象發(fā)生，貼片器件的檢查要尤其仔細。(3)基礎(chǔ)外圍電路檢查檢查電源電路、單片機的晶振與復位電路和JTAG接口工作是否正常。通過JTAG可以對處理器片內(nèi)部件進行訪問和控制，是其它硬件和軟件調(diào)試的基礎(chǔ)。(4)RS232串口調(diào)試測試PC機能否通過RS232串口與單片機進行正確的讀寫操作。此串口為以下所有實驗數(shù)據(jù)的傳輸通道。 軟件調(diào)試本設(shè)計各個環(huán)境監(jiān)測模塊都需要運用軟件程序來控制和處理數(shù)據(jù)，為此軟件調(diào)試采用了仿真軟件Proteus進行各個模塊的仿真運行。軟件部分采用各功能模塊程序分別測試，以簡化后面實驗程序調(diào)試的復雜度，使實驗程序設(shè)計更有保障，更加合理。由于濕度監(jiān)測

59、傳感器在Proteus元件庫中沒有其相關(guān)庫文件，因此無法單獨進行軟件仿真，為此在實際的系統(tǒng)測試中直接進行實物系統(tǒng)測試。以下就分別描述溫度監(jiān)測和光照監(jiān)測的軟件仿真結(jié)果。圖5.1為以DS18B20為基礎(chǔ)的溫度監(jiān)測模塊仿真：圖5.1 溫度監(jiān)測仿真圖中包括了通過1602A液晶顯示器對溫度監(jiān)測的顯示，18B20通過單片機P3.5口將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C，并通過接在PO口的液晶顯示器進行顯示，其中溫度符號為“T”，單位“”。圖5.2為以0809為核心的光照等級監(jiān)測模塊仿真：圖5.2 光照等級監(jiān)測仿真該仿真中滑動變阻器代表光敏電阻，通過改變阻值來改變接入電壓，從而達到檢測光照變化的目的，更具電壓的變化，將光照由

60、弱到強分為09十個等級，等級越高光照強度越大，其中定義光照等級（Light Level）符號為“LL”，單位“LV”。5.2 系統(tǒng)測試與數(shù)據(jù)分析以上硬件和軟件調(diào)試全部通過后，根據(jù)調(diào)試結(jié)果進行系統(tǒng)整個的測試和數(shù)據(jù)分析階段。表5.1將給出對環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)測試的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，對特定環(huán)境下12小時內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)（統(tǒng)計時間：2010年6月1日 小雨）：參量序序號時間溫度（）濕度（rh）光照等級（LV）18:002173328:302074339:002273449:3021754510:0022725610:3022734711:0023745811:3022735912:00227561012:302