無線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)資料

1、南京郵電大學(xué) 自動(dòng)化 學(xué)院實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告實(shí)驗(yàn)名稱： 無線環(huán)境參數(shù)測(cè)量系統(tǒng) 課程名稱： 智能儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 所在專業(yè)： 測(cè)控技術(shù)與儀器 學(xué)生姓名： 林若愚 班級(jí)學(xué)號(hào)： B12050518 任課教師： 徐國政 2014 /2015 學(xué)年第 二 學(xué)期實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)： 教5-214 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：8目錄摘要：2一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備2四、 實(shí)驗(yàn)硬件介紹31. STC89C52RC32. STC15W4K32S433. NRF240144. LCD1286455. AM232056. SD206857. BMP18068. MQ1356五、系統(tǒng)實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果分析15八、總結(jié)及心得體會(huì)17摘要： 無線環(huán)境參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)隨著科技的發(fā)展，人們對(duì)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(dāng)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(chǔ)之上增加了遠(yuǎn)程發(fā)送設(shè)備，能實(shí)現(xiàn)在測(cè)量某一點(diǎn)的實(shí)時(shí)環(huán)境參數(shù)的同時(shí)，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(cè)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(duì)生活環(huán)境的認(rèn)識(shí)更加數(shù)字化。且本系統(tǒng)節(jié)能省電，實(shí)現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展。1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解并能使用I2C總線進(jìn)行傳感器數(shù)據(jù)獲取2. 了解雙機(jī)通信與無線通信3. 使用labview圖形化編程軟件進(jìn)行上位機(jī)界面設(shè)計(jì)2、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 使用STC15W4K32S4單片機(jī)驅(qū)動(dòng)多種傳感器完成多參數(shù)測(cè)量2. 實(shí)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(shí)現(xiàn)NRF24L01+進(jìn)行信息無線收發(fā)4. 實(shí)現(xiàn)用labview制作上位機(jī)用來顯示測(cè)量到的信息三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1. STC15W4K32S4單片機(jī)1只2. STC89C52RC 單片機(jī)2只3.

4、NRF24L01+2只4. LCD128641塊5. 計(jì)算機(jī)1臺(tái)6. AM23201只7. BMP180模塊1個(gè)8. MQ-135模塊1個(gè)9. SD2068時(shí)鐘模塊 1個(gè)10. 11.0592M晶振、杜邦線、排針、電阻、電容、LED燈若干4、 實(shí)驗(yàn)硬件介紹1. STC89C52RCSTC89C52RC/RD+系列單片機(jī)具有成本低、性能高的特點(diǎn)，支持ISP（在系統(tǒng)編程）及IAP（在應(yīng)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(dāng)作EEPROM使用，實(shí)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(jī)程序兼容，硬件無需改動(dòng)。2. STC15W4K32S4STC15W4K32S4系列單片機(jī)是STC生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期(1T)的單片機(jī)，是寬電壓高速高可靠低功耗超強(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單片機(jī)，但速度快8-12倍。內(nèi)部集成高精度RC時(shí)鐘，ISP編程時(shí)5MHz-30MHz寬范圍可設(shè)置，可徹底省掉外部昂貴的晶振和外部復(fù)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(dú)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(duì)多串行口通信/電機(jī)控制/強(qiáng)干擾場(chǎng)

6、合，內(nèi)置比較器功能更強(qiáng)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(qiáng)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(shè)置可以通過SPI接口進(jìn)行設(shè)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(shí)間很短，極大的降低了無線傳輸中的碰撞現(xiàn)象（軟件設(shè)置1Mbps或者2Mbps的空中傳輸速率）3.多頻點(diǎn)：125頻點(diǎn)，滿足多點(diǎn)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(dāng)工作在應(yīng)答模式通信時(shí)，快速的空中傳輸及啟動(dòng)時(shí)間，極大的降低了電流消耗。6.低應(yīng)用成本：NRF24L01集成了所有與RF協(xié)議相關(guān)的高速信號(hào)處理部分，比如：自動(dòng)重發(fā)丟失數(shù)據(jù)包和自動(dòng)產(chǎn)生應(yīng)答信號(hào)等，NRF24L01的SPI接口可以利用單片機(jī)的硬件SPI口連接或用單片機(jī)I/O口進(jìn)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(jī)。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(dòng)重發(fā)功能，自動(dòng)檢測(cè)和重發(fā)丟失的數(shù)據(jù)包，重發(fā)時(shí)間及重發(fā)次數(shù)可軟件控制自動(dòng)存儲(chǔ)未收到應(yīng)答信號(hào)的數(shù)據(jù)包自動(dòng)應(yīng)答功能，在收到有效數(shù)據(jù)后，模塊自動(dòng)發(fā)送應(yīng)答信號(hào)，無須

8、另行編程載波檢測(cè)固定頻率檢測(cè)內(nèi)置硬件CRC檢錯(cuò)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信地址控制數(shù)據(jù)包傳輸錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器及載波檢測(cè)功能可用于跳頻設(shè)置可同時(shí)設(shè)置六路接收通道地址，可有選擇性的打開接收通道標(biāo)準(zhǔn)插針Dip2.54MM間距接口，便于嵌入式應(yīng)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(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體 中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為12864, 內(nèi)置8192 個(gè)16*16 點(diǎn)漢字，和128 個(gè)16*8 點(diǎn)ASCII 字符 集.利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面?？梢燥@示84 行161

9、6 點(diǎn) 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(diǎn)。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)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(jiǎn)潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)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(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)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(zhǎng)期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電容式感濕元件和一個(gè)高精度集成測(cè)溫元件，并與一個(gè)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(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。AM2320 通信方式采用單總線、標(biāo)準(zhǔn)I2C兩種通信方式。標(biāo)準(zhǔn)單總線接

10、口，使系統(tǒng)集成變得簡(jiǎn)易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號(hào)傳輸距離可達(dá)20米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場(chǎng)合的最佳選擇。I2C通信方式采用標(biāo)準(zhǔn)的通信時(shí)序，用戶可直接掛在I2C通信總線上，無需額外布線，使用簡(jiǎn)單。兩種通信方式都采用直接輸出經(jīng)溫度補(bǔ)償后的濕度、溫度及校驗(yàn)CRC等數(shù)字信息，用戶無需對(duì)數(shù)字輸出進(jìn)行二次計(jì)算，也無需要對(duì)濕度進(jìn)行溫度補(bǔ)償，便可得到準(zhǔn)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)IIC接口的實(shí)時(shí)時(shí)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(shí)間寄存器、報(bào)警寄存器、控制寄存器、通用SRAM寄存器)。SD2068內(nèi)置單路定時(shí)/報(bào)警中斷輸出,報(bào)警中斷時(shí)間最長(zhǎng)可設(shè)至100年;內(nèi)置時(shí)鐘精度數(shù)字調(diào)整功能，可以在很寬的范圍內(nèi)校正時(shí)鐘的偏差(-189ppm+189ppm,分辨率3.05ppm),并通過外置的溫度傳感器可設(shè)定適應(yīng)溫度變化的調(diào)整值，實(shí)現(xiàn)在寬溫范圍內(nèi)高精度的計(jì)時(shí)功能。該芯片可滿足對(duì)實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片的各種需要，為工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，是在選用實(shí)時(shí)時(shí)鐘IC時(shí)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(yīng)用在移動(dòng)設(shè)備中。它的性能卓越，絕對(duì)精度最低可以達(dá)到0.03hP

12、a，并且耗電極低，只有3A。BMP180采用強(qiáng)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(dǎo)率較低的二氧化錫(SnO2)。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在污染氣體時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中污染氣體濃度的增加而增大。使用簡(jiǎn)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(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。MQ135傳感器對(duì)氨氣、硫化物、苯系蒸汽的靈敏度高，對(duì)煙霧和其它有害的監(jiān)測(cè)也很理想。這種傳感器可檢測(cè)多種有害氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。五、系統(tǒng)實(shí)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(jī)從四個(gè)傳感器上用I2C以及AD采集方式獲取響應(yīng)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(fù)責(zé)。（2） 串口收發(fā)及數(shù)據(jù)顯示模塊使用STC89C52RC單片機(jī)收到數(shù)據(jù)，并使用LCD12864顯示，并驅(qū)動(dòng)NRF24L01向上位機(jī)發(fā)送接收到的數(shù)據(jù)，主要由本人負(fù)責(zé)。（3） 無線接受及上位機(jī)顯示模塊使用STC89C52RC單片機(jī)驅(qū)動(dòng)NRF2401接收下位機(jī)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(jì)算機(jī)，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(fù)責(zé)。2.系統(tǒng)框圖圖1 整體系統(tǒng)框圖2.

14、電路圖和實(shí)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(shí)物圖圖4 下位機(jī)整體實(shí)物圖圖5 上位機(jī)部分實(shí)物圖六、軟件程序（1）軟件功能說明+程序流程圖圖6 模塊實(shí)現(xiàn)流程圖（2） 軟件具體實(shí)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(dòng)）；高電平（并口驅(qū)動(dòng)）sbit RST=P25;/LCD復(fù)位void Init_lcd();/初始

15、化液晶void lcd_busy();/忙標(biāo)志查詢void delayus(uint z);/延時(shí)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(shí)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(gè)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(dòng)等待，等LCM講入工作狀態(tài) PSB=1; /并口驅(qū)動(dòng)模式 RST=0; delayus(4); RST=1; / 復(fù)位LCD write(0,0x30); /

17、8 位介面，基本指令集 write(0,0x0c); /顯示打開，光標(biāo)關(guān)，反白關(guān) write(0,0x01); /清屏，將DDRAM的地址計(jì)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(shè)定定時(shí)器1為8位自動(dòng)重裝方式TL1 = 0xfd;/設(shè)定定時(shí)初值TH1 = 0xfd;/設(shè)定定時(shí)器重裝值ET1 = 0;/禁止定時(shí)器1中斷TR1 = 1;/啟動(dòng)定時(shí)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(jì)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(dāng)接收到17個(gè)字符時(shí)，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(