無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置的設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)廣西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書課題名稱 無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置的設(shè)計 系 別 專 業(yè) 電子信息科學(xué)與技術(shù) 班 級 學(xué) 號 姓 名 指導(dǎo)教師 2013 年摘 要近幾年，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，單片機的普及和應(yīng)用正在得到不斷推廣和深入，于此同時帶動了傳統(tǒng)的控制檢測技術(shù)也得到了日益的更新。在實時環(huán)境檢測和自動化控制的單片機應(yīng)用系統(tǒng)的領(lǐng)域中，單片機在系統(tǒng)中常常以核心部件出現(xiàn)，單方面掌握單片機方面知識是遠遠不能滿足開發(fā)需求的，必須要按照具體要求硬件結(jié)構(gòu)軟硬件有機結(jié)合，加以完善。無線環(huán)境

2、監(jiān)測模擬裝置的系統(tǒng)，無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置具有對溫度和光亮的檢測功能，并且可以通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)。不僅能很好的檢測環(huán)境變化，而且無線傳輸方便實用。本設(shè)計采用STC12C5A單片機來實現(xiàn)無線環(huán)境監(jiān)測功能的控制，同時采用LCD1602、DS18B20，NRF24L01、光敏電阻以及其它芯片來鋪助，從而達到智能控制的功能。通過STC12C5A芯片的各個端口來控制各個模塊的正常工作。本設(shè)計有接受和發(fā)送兩個模塊，各模塊都能獨立工作，通過無線通信技術(shù)進行數(shù)據(jù)傳輸?？蓪崿F(xiàn)對發(fā)送模塊地區(qū)的溫度與光亮檢測，并可在接收模塊顯示出來。本系統(tǒng)實用性強、操作簡單、擴展性好。關(guān)鍵詞：單片機； 溫度； 環(huán)境； 無線； 光亮

3、 AbstractIn recent years, with the rapid development of science and technology, popularization and application of microcontroller being constant promotion and in-depth, in which the traditional control while driving detection technology has been increasingly updates. In real-time environmental monit

4、oring and automated control systems in the field of microcontroller applications, the microcontroller in the system core components often occur unilaterally master microcontroller knowledge is far from being able to meet development needs, must be in accordance with the specific requirements of the

5、hardware structure of hardware and software organic combined to be improved.Analog Devices wireless environmental monitoring systems, wireless environmental monitoring analog device has a temperature and light detection function, and can transmit data over the wireless network. Not only can well det

6、ect environmental changes, and wireless transmission convenient and practical. The design uses a single chip to achieve STC12C5A wireless environmental monitoring function control, while using LCD1602, DS18B20, NRF24L01, photoresistor, and other chip shop help to achieve intelligent control function

7、s. STC12C5A chip through the ports to control the normal operation of each module. Designed to receive and send the two modules, each module can work independently, via wireless communication technology for data transfer. The transmission module can realize the temperature and light detecting region

8、, and is displayed in the receiving module.The system is practical, simple, and good scalability.Keywords: microcontroller; temperature; environment; wireless; bright目 錄 TOC o 1-3 h z u -1 緒論由于人們生活環(huán)境的不斷惡化，人們對環(huán)境問題的認(rèn)識伴隨著人類社會的發(fā)展進程也在不斷地加深。環(huán)境保護正日益被重視起來，隨之環(huán)境監(jiān)測市場也不斷擴大。然而現(xiàn)階段的環(huán)境監(jiān)測站卻不能滿足社會的環(huán)境監(jiān)測需求的增長，隨著國家政策對環(huán)境

9、監(jiān)測領(lǐng)域的支持，環(huán)境監(jiān)測基礎(chǔ)建設(shè)得到了快速的發(fā)展。環(huán)境監(jiān)測的前景不可忽視。環(huán)境問題以是當(dāng)今國際社會的普遍問題，環(huán)境污染這一問題在我國尤為突出，因此環(huán)境監(jiān)測逐漸被人所重視。環(huán)境檢測，是一項技術(shù)性很強的新興行業(yè)。 環(huán)境檢測的介質(zhì)對象大致可分為水質(zhì)檢測、空氣檢測、土壤檢測、固體廢物檢測、生物檢測、噪聲和振動檢測、電磁輻射檢測、放射性檢測、熱檢測、光檢測、衛(wèi)生（病原體、病毒、寄生蟲等）檢測等。環(huán)境檢測的對象以及環(huán)境復(fù)雜多變，因此尤為需要不同的環(huán)境監(jiān)測設(shè)備以代替人為的去對環(huán)境的檢測。 環(huán)境監(jiān)測技術(shù)是環(huán)境污染控制的眼睛，是研究環(huán)境質(zhì)量變化趨勢的重要手段，是環(huán)境保護的基礎(chǔ)。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，各個國家對環(huán)境

10、保護的意識都在加強。對于一些比較惡劣的環(huán)境，很難人工進行檢測，因此，檢測環(huán)境的儀器就顯得更為重要的了。隨著現(xiàn)代工業(yè)化的不斷發(fā)展，人們對工廠的工作環(huán)境要求不斷提高，尤其是現(xiàn)代工業(yè)對環(huán)境溫度、光照的控制要求越來越高,許多車間在生產(chǎn)特定產(chǎn)品時都需要對車間溫度、光照進行監(jiān)控。而無線環(huán)境檢測裝置的便捷性使它更受市場的歡迎，無線環(huán)境檢測裝置的商業(yè)價值潛力巨大。無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置具有對溫度和光亮的檢測功能，并且可以通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)。不僅能很好的檢測環(huán)境變化，而且無線傳輸方便實用。2 課題的設(shè)計要求和設(shè)計方案2.1 設(shè)計要求2.1.1 題目概述無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置是可以檢測環(huán)境相關(guān)指標(biāo)，并能通過無線傳輸

11、相應(yīng)信息的設(shè)備，它可以加強環(huán)境的檢測，節(jié)約人力資源，提高環(huán)境檢測的效率。它適用于各種環(huán)境，各種地勢等不同情況下對環(huán)境檢測的需求，能在人類難以或無法到達的區(qū)域進行環(huán)境的檢測。2.1.2 設(shè)計任務(wù)設(shè)計并制作一個環(huán)境監(jiān)測，實現(xiàn)對周邊溫度和光照信息的探測。該裝置由1個監(jiān)測終端和1個探測節(jié)點組成。監(jiān)測終端和探測節(jié)點均含一套無線收發(fā)電路，要求具有無線傳輸數(shù)據(jù)的功能。2.1.3 設(shè)計要求1. 實現(xiàn)對探測節(jié)點周邊溫度和光照信息的探測。2該裝置由1個監(jiān)測終端和1個探測節(jié)點組成。3監(jiān)測終端和探測節(jié)點均含一套無線收發(fā)電路，要求具有無線傳輸數(shù)據(jù)功能。4監(jiān)測終端有顯示設(shè)備可以顯示相關(guān)信息。2.2 設(shè)計方案2.2.1 供

12、電方案如果要使本次無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置能正常而穩(wěn)定的工作，就必須要有穩(wěn)定可靠的電源。而本次設(shè)計涉及到的模塊比較多，電源供求量比較大，而且NRF24L01無線模塊需要使用3.3V的電源供電，所以本次設(shè)計了以下方案：采用USB轉(zhuǎn)接口5V電壓供電，在使用LM1117芯片將5V的電壓轉(zhuǎn)換為3.3V的電壓。這樣即簡單而又可提供穩(wěn)定的電源。5V轉(zhuǎn)3.3V供電電路如圖2.1：圖2.1 5V轉(zhuǎn)3.3V電路圖USB-5V供電接口電路如圖2.2：圖2.2 USB-5V供電接口電路2.2.2 無線通信方案本無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置的設(shè)計的無線通信模塊采用的是NORDIC 公司生產(chǎn)的一款NRF24L01無線通信芯片，其采

13、用 FSK 調(diào)制，內(nèi)部集成 NORDIC 自己的 Enhanced Short Burst 協(xié)議?？梢詫崿F(xiàn)點對點或是 1 對 6 的無線通信。無線通信速度可以達到 2M（bps）。電路如圖2.3。圖2.3無線通信模塊電路2.2.3 本無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置的設(shè)計涉及溫度，光亮等顯示功能?；诠δ苄枨螅O(shè)計考以下方案：基于LCD1602液晶顯示器使用方便且價格便宜，又能很好的符合本次設(shè)計的要求，故采用LCD1602液晶顯示器來顯示，其電路如圖2.4所示。圖2.4 LCD1602液晶顯示器電路DS18B20溫度傳感器具有體積小，硬件開消低，具有超強的抗干擾能力，檢測精度高，附加功能強，使用簡單的優(yōu)點

14、。符合本次無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置的設(shè)計的要求，且經(jīng)濟實用，故使用DS18B20溫度傳感器作為本次無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置的設(shè)計的溫度檢測器件，DS18B20溫度傳感器電路如圖2.5所示。圖2.5 DS18B20溫度傳感器電路2.2.5 光線檢測方案本次無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置的設(shè)計只對光線的有無做監(jiān)測，電路相對簡單，故采用光敏電阻和可變電阻作為光線檢測及其靈敏度的的調(diào)節(jié)部件。光檢測模塊只輸出高電平或低電平。光線檢測電路如圖2.6所示。圖2.6 光線檢測電路3 芯片的介紹及應(yīng)用3.1 STC12C5A60S2系列單片機簡介單片機是簡稱單片微型計算機，同時又稱為微控制器、嵌入式微控制器等，它屬于第四代電子計

15、算機。STC 2C5A60S2 系列單片機是STC公司生產(chǎn)的低功耗/高速/超強抗干擾的單時鐘/機器周期(1T)的新一代8051單片機，兼容傳統(tǒng)8051的指令代碼,其速度是傳統(tǒng)8051的速度快8-12 倍。STC 2C5A60S2 系列單片機內(nèi)部集成了2路PWM，MAX8 0專用復(fù)位電路, 8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換 (250K/S，即25萬次/秒)。9STC 2C5A60S2 系列單片機是增型的8051 CPU，具有單時鐘/機器周期的特點其工作溫度范圍：-40 +85(工業(yè)級) / 0 75(商業(yè)級)，工作電壓在5.5V - 3.5V范圍內(nèi)，工作頻率范圍：035MHz，相當(dāng)于傳統(tǒng)8051單片機的

16、 0420MHz。STC 2C5A60S2 系列的單片機片上集成1280字節(jié) RAM，用戶應(yīng)用程序空間有 8K / 6K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K 字節(jié)等多種類型，方便用戶選擇。并且具有EEPROM功能。其內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路（外部晶體12M以下時，復(fù)位腳可直接1K電阻到地），其內(nèi)部共有4個16位的定時器：兩個16位定時器/計數(shù)器T0和T1，加上2個獨立波特率發(fā)生器可實現(xiàn)2個16位定時器。具有3個時鐘輸出端口：P3.4/T0 、P3.5/T1 、P1.0。單片機里有10位精度ADC，共8路，A/D轉(zhuǎn)換速度可達250K/S(每

17、秒鐘25萬次) 8。3.1.1 STC12C5A60S2系列單片機的引腳及功能STC 12C5A60S2系列單片機的引腳圖如圖3.1 所示，引腳及功能如表3.1、表3.2、表3.3所示。圖3.1 STC12C5A60S2系列單片機引腳圖表3.1 單片機的引腳說明18管腳管腳編號說明管腳LQFP44LQFP48PDIP40PLCC44QFN40說明P0.0 P0.737-3040 3339-3243363427P0 : P0口既可作為輸入/輸出口，也可作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線使用。當(dāng)P0口作為輸入/輸出口時，P0是一個8位準(zhǔn)雙向口，內(nèi)部有弱上拉電阻，無需外接上拉電阻。當(dāng)P0作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線使

18、用時，是低8位地址線A0A7，數(shù)據(jù)線的D0D7。P1.0/ADC0/CLKOUT240431236P1.0標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT 0P .0/ADC0/CLKOUT24043 236ADC0ADC 輸入通道-0P .0/ADC0/CLKOUT24043 236CLKOUT2獨立波特率發(fā)生器的時鐘輸出可通過設(shè)置WAKE_CLKO2位/BRT-CLKO將該管腳配置為CLKOUT2P1. 1/ADC 4 442337P1.1 標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT P . /ADC 4 442337ADC ADC 輸入通道-1P1.2/ADC2/ECI/RxD242453438P1.2標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT 2P

19、.2/ADC2/ECI/RxD242453438ADC2ADC 輸入通道-2P .2/ADC2/ECI/RxD242453438ECIPCA計數(shù)器的外部脈沖輸入腳P .2/ADC2/ECI/RxD242453438RxD2第二串口數(shù)據(jù)接收端P1.3/ADC3/CCP0/TxD243464539P1.3標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT 3P .3/ADC3/CCP0/TxD243S464539ADC3ADC 輸入通道-3P .3/ADC3/CCP0/TxD243S464539CCP0外部信號捕獲(頻率測或當(dāng)外部中斷使用)、高速脈沖輸出及脈寬調(diào)制輸出P .3/ADC3/CCP0/TxD243S464539T

20、xD2第二串口數(shù)據(jù)發(fā)送端P1.4/ADC4/CCP /SS44475640P1.4標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT 4P .4/ADC4/CCP /SS44475640ADC4ADC 輸入通道-4P .4/ADC4/CCP /SS44475640CCP 外部信號捕獲(頻率測或當(dāng)外部中斷使用）、高速脈沖輸出及脈寬調(diào)制輸出P .4/ADC4/CCP /SS44475640SSSPI同步串行接口的從機選擇信號P1.5/ADC5/MOSI12671P1.5標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT 5P .5/ADC5/MOSI 267 ADC5ADC 輸入通道-5P .5/ADC5/MOSI 267 MOSISPI同步串行接口的

21、主出從入(主器件的輸出和從器件的輸入)P1.6/ADC6/MISO23782P1.6標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT 6P .6/ADC6/MISO23782ADC5ADC 輸入通道-6P .6/ADC6/MISO23782MISOSPI同步串行接口的主入從出(主器件的輸入和從器件的輸出)P1.7/ADC7/SCLK34893P1.7標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT 7P .7/ADC7/SCLK34893ADC7ADC 輸入通道-7P .7/ADC7/SCLK34893SCLKSPI同步串行接口的時鐘信號表3.2 單片機的引腳說明28管腳管腳編號說明管腳LQFP44LQFP48PDIP40PLCC44QFN40

22、說明P2.0 P2.7 8-25 9-232 -28243 623Port2: P2口內(nèi)部有上拉電阻，既可作為輸入/輸出26-28Port2: P2口內(nèi)部有上拉電阻，既可作為輸入/輸出口，也可作為高8位地址總線使用(A8 A 5)。當(dāng)P2口作為輸入/輸出口時，P2是一個8位準(zhǔn)雙向口。P3.0/RxD5610115P3.0標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT30P3.0/RxD56 0 5RxD串口1數(shù)據(jù)接收端P3.1/TxD7811 36P3.1標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT3 P3. /TxD78 36TxD串口1數(shù)據(jù)發(fā)送端P3.2/INT08912 47P3.2標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT32P3.2/INT089

23、2 47INT0外部中斷0,下降沿中斷或低電平中斷P3.3/INT 91013 58P3.3標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT33P3.3/INT 9 0 3 58INT 外部中斷1,下降沿中斷或低電平中斷P3.4/T0/INT/CLKOUT0101114169P3.4標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT34P3.4/T0/INT/CLKOUT0 0 4 69T0定時器/計數(shù)器0的外部輸入P3.4/T0/INT/CLKOUT0 0 4 69INT定時器0下降沿中斷P3.4/T0/INT/CLKOUT0 0 4 69CLKOUT0定時器/計數(shù)器0的時鐘輸出可通過設(shè)置WAKE_CLKO0位/T0CLKO將該管腳配置為CLK

24、OUT0P3.5/T /INT/CLKOUT 1112151710P3.5標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT35P3.5/T /INT/CLKOUT S 2 5 7 0T 定時器/計數(shù)器1的外部輸入P3.5/T /INT/CLKOUT S 2 5 7 0INT定時器1下降沿中斷P3.5/T /INT/CLKOUT S 2 5 7 0CLKOUT 定時器/計數(shù)器1的時鐘輸出可通過設(shè)置WAKE_CLKO 位/T CLKO將該管腳配置為CLKOUT P3.6/WR1213161811P3.6標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT36P3.6/WR 2 3 6 8 WR外部數(shù)據(jù)存儲器寫脈沖P3.7/RD1314171912P3.

25、7標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT37P3.7/RD 3 4 7 9 2RD外部數(shù)據(jù)存儲器讀脈沖P4.0/SS171823P4.0標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT40P4.0/SS 7 823SSSPI同步串行接口的從機選擇信號P4.1 /ECI/MOSI283 34P4.1標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT4 P4. /ECI/MOSI283 34ECIPCA計數(shù)器的外部脈沖輸入腳P4. /ECI/MOSI283 34MOSISPI同步串行接口的主出從入(主器件的輸出和從器件的輸入)P4.2/CCP0/MISO39421P4.2標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT42P4.2/CCP0/MISO3942 CCP0外部信號捕獲(頻率測或當(dāng)

26、外部中斷使用)、高速脈沖輸出及脈寬調(diào)制輸出P4.2/CCP0/MISO3942 MISOSPI同步串行接口的主入從出(主器件的輸入和從器件的輸出)表3.3 單片機的引腳說明38管腳管腳編號說明管腳LQFP44LQFP48PDIP40PLCC44QFN40說明P4.3/CCP /SCLK6712P4.3標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT43P4.3/CCP /SCLK67 2CCP 外部信號捕獲(頻率測或當(dāng)外部中斷使用)、高速脈沖輸出及脈寬調(diào)制輸出P4.3/CCP /SCLK67 2SCLKSPI同步串行接口的時鐘信號P4.4/NA2629293224標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT44P4.5/ALE2730303

27、325P4.5標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT45P4.5/ALE2730303325ALE地址鎖存允許P4.6/EX_LVD/RST22932313526P4.6標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT46P4.6/EX_LVD/RST229323 3526EX_LVD外部低壓檢測中斷/比較器P4.6/EX_LVD/RST229323 3526RST2第二復(fù)位功能腳P4.7/RST459104P4.7標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT47P4.7/RST459 04RST復(fù)位腳P5.024標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT50P5.125標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT51P5.248標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT52P5.31標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT53XTA

28、L 1516192114內(nèi)部時鐘電路反相放大器輸入端，接外部晶振的一個引腳。當(dāng)直接使用外部時鐘源時，此引腳是外部時鐘源的輸入端。XTAL21415182013內(nèi)部時鐘電路反相放大器的輸出端，接外部晶振的另一端。當(dāng)直接使用外部時鐘源時，此引腳可浮空，此時XTAL2實際將XTAL1輸入的時鐘行輸出。VCC3841404435電源正極Gnd1617202215電源負極，接地3.1.2單片機最小系統(tǒng)的設(shè)置本次無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置系統(tǒng)的設(shè)計的單片機最小系統(tǒng)設(shè)置的如圖3.2所示，其包括：晶振電路，復(fù)位電路和單片機。圖3.2 STC12C5A60S2系列單片機最小系統(tǒng)圖3.2 LCD1602芯片介紹及應(yīng)用3

29、.2.1 液晶顯示器的介紹液晶顯示器也稱為LCD（Liquid Crystal Display）。液晶是一種介于固態(tài)和液態(tài)之間的物質(zhì)，是具有規(guī)則性分子排列的有機化合物。把液晶加熱后，其會呈現(xiàn)出透明狀的液體狀態(tài)，而把液晶冷卻后則會出現(xiàn)出結(jié)晶顆粒狀的混濁固體狀態(tài)，具有液體和晶體的固有特性，所以稱為“液晶”。液晶顯示的原理，是使液晶將置于兩個電極之間通電，在電極通電的液晶分子的排列順序發(fā)生改變，從而使透射光的光路改變，這樣便可以控制影像。通過對影像的控制，便可以組成各種各樣的圖形。這樣，我們就可以使用液晶顯示器觀看到美麗的畫面了9。其特點有：機身薄，節(jié)省空間；省電，不產(chǎn)生高溫；低輻射，益健康。3.2

30、.2 LCD1602的顯示原理LCD 1602是指顯示的內(nèi)容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。每個液晶模塊由5X7個顯示單元組成，也就是說每個顯示出來的字符或數(shù)字是由5X7個點陣明暗分布顯示出來的。向LCD 1602內(nèi)置的DDRAM的不同地址寫入不同的字符或數(shù)據(jù)的代碼，即可顯示出相應(yīng)的字符或數(shù)字9。3.2.3 LCD1602的基本參數(shù)及引腳功能LCD 1602分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無差別。LCD 1602采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，本次設(shè)計采用16腳（帶背光

31、）來顯示各種信息9。各引腳接口說明如表3.4所示。表3.4 LCD1602引腳接口說明表8編號符號電平輸入/輸出引腳說明1VSS電源地2VDD電源正極3VL液晶顯示偏壓4RS0/1輸入數(shù)據(jù)/命令選擇5RW0/1輸入讀/寫選擇6E0/1輸入使能信號7DB00/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line08DB10/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line19DB20/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line210DB30/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line311DB40/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line412DB50/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line513DB60/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line614DB70/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line715A+

32、VCCLCD背光正極16K接地LCD背光負極3.2.4 LCD1602的特性1、+5V電壓，對比度可調(diào)2、內(nèi)含復(fù)位電路3、提供各種控制命令,如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能4、有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲器DDRAM5、內(nèi)建有160個5X7點陣的字型的字符發(fā)生器CGROM6、8個可由用戶自定義的5X7的字符發(fā)生器CGRAM3.2.5 LCD1602的使用方法LCD1602內(nèi)置了DDRAM（顯示數(shù)據(jù)存儲RAM）、CGROM（字符存儲ROM）和CGRAM（用戶自定義RAM）。DDRAM就是顯示數(shù)據(jù)RAM，用來寄存待顯示的字符代碼。共80個字節(jié)，其地址和屏幕的對應(yīng)關(guān)系如表3.5： 表3.5

33、 LCD1602內(nèi)置存儲器的地址和屏幕的對應(yīng)關(guān)系1顯示位置123456740DDRAM地址第一行00H01H02H03H04H05H06H27H第二行40H41H42H43H44H45H46H67H想要在LCD1602屏幕的第一行第一列顯示一個“L”字,就要向DDRAM的00H地址寫入“L”的代碼。一行有40個地址，但在LCD 1602中只用前16個就行了。第二行也一樣用前16個地址。DDRAM地址與顯示位置的對應(yīng)關(guān)系：LCD1602液晶模塊的內(nèi)部字符發(fā)生存儲器（CGROM)存儲了160個不同的點陣字符圖形（有阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常 用的符號、和日文假名等），每一個字符都有相應(yīng)的代碼

34、，如下表所示。表3.6 LCD1602內(nèi)置存儲器的地址和屏幕的對應(yīng)關(guān)系23.2.5 LCD1602的控制指令對DDRAM的內(nèi)容和地址操作，HD44780的指令集及其設(shè)置說明，共有11條，其基本操作時序指令如下： 讀狀態(tài) 輸入：RS=L，RW=H，E=H輸出：DB0DB7=狀態(tài)字 寫指令 輸入：RS=L，RW=L，E=下降沿脈沖，DB0DB7=指令碼 輸出：無 讀數(shù)據(jù) 輸入：RS=H，RW=H，E=H輸出：DB0DB7=數(shù)據(jù) 寫數(shù)據(jù) 輸入：RS=H，RW=L，E=下降沿脈沖，DB0DB7=數(shù)據(jù)輸出：無 3.3 DS18B20芯片介紹及應(yīng)用DALLAS生產(chǎn)的單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20是新一代

35、的“一線器件”，具有體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟的優(yōu)點。其一線總線獨特和經(jīng)濟實惠的特點，使其可以輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)。DS18B20溫度傳感器支持“一線總線”接口，可測量-55C+125C范圍內(nèi)的溫度,精度為0.5C。數(shù)據(jù)采用“一線總線”的數(shù)字方式進行傳輸，可以大大提高系統(tǒng)的抗干擾性。適合于各種惡劣環(huán)境下進行溫度測量。DS18B20可以在3V5.5V的電壓范圍內(nèi)正常工作，使其使用起來更為靈活、方便，加上其便宜，體積小等特點，使其成為理想的測溫模塊10。3.3.1 DS18B20引腳功能DS18B20芯片的外部引腳分配如圖3.3所示。圖3.3 DS18B20的外部引腳分配VDD :為外接供電電

36、源輸入端，電源供電；DQ :為數(shù)字信號輸入/輸出端；GND：為電源地；3.3.2 DS18B20讀寫說明DS18B20單線通信功能是分時完成的，他有嚴(yán)格的時隙概念，如果出現(xiàn)序列混亂，1-WIRE器件將不響應(yīng)主機，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)必須按照協(xié)議對DS18B20溫度傳感器進行操作。按照DS18B20的協(xié)議的規(guī)定，單片機控制DS18B20溫度傳感器來完成溫度的轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過以下4個步驟10：1）每次讀寫前要對DS18B20溫度傳感器進行復(fù)位初始化操作。復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500ms，然后釋放，DS18B20溫度傳感器收到信號后等待16ms-60ms左右，然后發(fā)出60ms-240ms的存在

37、低脈沖，主 CPU收到此信號后表示復(fù)位成功。2）發(fā)送一條ROM指令，如下表所示：表3.7 DS18B20 的ROM指令集3）發(fā)送存儲器指令，如下表所示：表3.8 DS18B20 的存儲器指令集4）進行數(shù)據(jù)通信。3.4 NRF24L01芯片介紹及應(yīng)用3.4.1 NRF24L01芯片的介紹NRF24L01是NORDIC 公司生產(chǎn)的一款無線通信通信芯片，其采用 FSK 調(diào)制，內(nèi)部集成Enhanced Short Burst 協(xié)議?？梢詫崿F(xiàn)點對點或是 1 對 6 的無線通信。無線通信速度可以達到 2M（bps）11。3.4.2 NRF24L01芯片的引腳功能NRF24L01 的引腳如所示，從單片機控制

38、的角度來看，只需要關(guān)注圖的右面的六個控制和數(shù)據(jù)信號，分別為 CSN、SCK、MISO、MOSI、IRQ、CE。圖3.4 NRF24L01芯片的引腳圖CSN:芯片的片選線，CSN 為低電平芯片工作。SCK:芯片控制的時鐘線（SPI 時鐘）MISO:芯片控制數(shù)據(jù)線（Master input slave output）MOSI:芯片控制數(shù)據(jù)線（Master output slave input）IRQ:中斷信號。無線通信過程中 MCU 主要是通過 IRQ 與 NRF24L01 進行通信。CE:芯片的模式控制線。 在 CSN 為低的情況下，CE 協(xié)同 NRF24L01 的 CONFIG 寄存器共同決定

39、 NRF24L01 的狀態(tài)3.4.3 NRF24L01的固件編程的基本思路發(fā)送模式初始化過程：1、寫Tx 節(jié)點的地址：TX_ADDR 2、寫Rx 節(jié)點的地址（主要是為了使能 Auto Ack ）：RX_ADDR_P0 3、使能AUTO：ACKEN_AA 4、使能PIPE 0： EN_RXADDR 5、配置自動重發(fā)次數(shù)：SETUP_RETR 6、選擇通信頻率：RF_CH 7、配置發(fā)射參數(shù)：RF_SETUP 8、選擇通道 0 有效數(shù)據(jù)寬度：Rx_Pw_P0 9、配置24L01 的基本參數(shù)以及切換工作模式：CONFIG 。接收模式初始化過程：1、寫Rx 節(jié)點的地址：RX_ADDR_P0 2、使能AU

40、TO ACK：EN_AA 3、使能PIPE 0：EN_RXADDR 4、選擇通信頻率：RF_CH 5、選擇通道 0有效數(shù)據(jù)寬度：Rx_Pw_P0 6、配置發(fā)射參數(shù)： RF_SETUP 7、配置24L01 的基本參數(shù)以及切換工作模式：CONFIG 。4 程序的設(shè)計流程4.1 DS18B20模塊流程圖根據(jù)DS18B20的協(xié)議規(guī)定，微控制器控制DS18B20完成溫度的轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過以下4個步驟：1、每次讀寫前對DS18B20進行復(fù)位初始化。2、發(fā)送一條ROM指令3、發(fā)送存儲器指令4、進行數(shù)據(jù)通信。開始測溫開始測溫復(fù)位DS18B20跳過ROM命令轉(zhuǎn)換完畢讀取溫度值發(fā)匹配ROM命令復(fù)位DS18B20發(fā)送給

41、單片機返回圖4.1 DS18B20模塊流程圖4.2 無線通訊接收模塊流程圖接收模式程序設(shè)計思路：1、NRF24L01芯片使能，CE=0;2、進入待機模式；3、接收模式初始化：PWR-UP=1 PRIM-RX=1，CE=1，進入接收模式；4、檢測信息，數(shù)據(jù)是否有效，并且發(fā)送確認(rèn)信息；5、NRF24L01芯片使能，CE=0，進入待機模式；6、讀取數(shù)據(jù)。圖4.2無線通訊接收模塊流程圖4.3 無線通訊發(fā)送模塊流程圖接收模式程序設(shè)計思路：1、NRF24L01芯片使能，CE=0;2、進入待機模式，并寫接收節(jié)點地址和有效數(shù)據(jù)；3、接收模式初始化：PWR-UP=1 PRIM-RX=0，CE=1，進入接收模式；

42、4、進入發(fā)送模式，發(fā)送數(shù)據(jù)，并檢測是否收到應(yīng)答信號；5、發(fā)送數(shù)據(jù)成功，NRF24L01芯片使能，CE=0；6、進入待機模式。圖4.3無線通訊發(fā)送模塊流程圖4.4 LCD1602模塊流程圖LCD1602程序設(shè)計思路：1、LCD初始化;2、將轉(zhuǎn)換無線模塊接收到的溫度數(shù)據(jù)成LCD顯示數(shù)據(jù)；3、發(fā)送數(shù)據(jù)并顯示，并返回；圖4.4 LCD1602模塊流程圖5 軟硬件的調(diào)試5.1 硬件原理圖整個無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置系統(tǒng)在PROTEL中的原理圖如下所示：其包括單片機控制模塊，溫度檢測模塊，光亮檢測模塊，無線通訊模塊，供電模塊和LCD顯示模塊的原理圖。圖中還包含各模塊間的中間電路。下圖為發(fā)送模塊原理圖，其包括單

43、片機控制模塊，溫度檢測模塊，光亮檢測模塊和供電模塊。圖5.1 發(fā)送模塊原理圖圖5.2為接收模塊原理圖，其包括單片機控制模塊，無線通訊模塊，供電模塊和LCD顯示模塊的原理圖。圖5.2接收模塊原理圖5.2 硬件實物圖此次無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置的硬件分為兩部分：發(fā)送節(jié)點硬件（圖左）和接收終端（圖右）。發(fā)送節(jié)點硬件包括：單片機控制模塊，溫度檢測模塊，光亮檢測模塊，供電模塊和NRF24L01無線通訊模塊接收終端硬件包括：單片機控制模塊，供電模塊，NRF24L01無線通訊模塊和LCD顯示模塊。圖5.3 硬件實物圖結(jié) 論本次無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置系統(tǒng)是對溫度和光亮的檢測，并且可以通過無線通信將數(shù)據(jù)從節(jié)點端傳輸?shù)綑z測終端的設(shè)備。本次無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置系統(tǒng)不僅能很好的檢測環(huán)境變化，而且無線傳輸方便實用。因此本次無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置系統(tǒng)可以更好的解決某些因地理原因而不便于人類長期停留的地區(qū)監(jiān)測環(huán)境變化的問題?？梢愿玫倪m用于實際情況中，具有一定的使用價值。本次無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置的設(shè)計