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1、山东建筑大学课程设计说明书目 录摘 要. 1.方案设计. 11.1总体方案设计. 1 1.2中央处理器的选择. 11.3总线选择. 2 1.4传感器和执行器的选择. 31.5电源电路. 62.硬件选型与接口设计. 7 2.1通信接口，分配通信接口的引脚分布. 7 2.2有线通信方式、通信协议. 72.3无线通信方式、通信协议. 83.系统功能验证与联调. 103.1单片机初始化程序. 103.2 ESP8266模块的调试. 144.总结与致谢. 165.参考文献. 17山东建筑大学课程设计说明书II摘 要WIFI 是一种可以将个人电脑、手持设备等终端以无线方式互相连接的技术。 近几年，WIFI
2、 无线通信技术得到了迅速发展，WIFI 已成为当今无线网络接入的主流标准。国内外许多地区都提供了 WIFI 信号覆盖域，只要随身携带的电子产品上有 WIFI 终端，便可接入互联网。ARM 是目前进行便携式电子产品开发的主流芯片，因此，对 ARM 架构下 WIFI 无线通信终端的研究具有非常重要的意义。本次设计完成 WIFI 星型无线监控自组网的系统设计。运用各类传感器、执行器、单片机、I/O 接口和现场总线等知识，完成该系统的硬件方案、设备选型和系统设计。系统以 8-32 位单片机或 ARM 处理器为核心，以 WIFI 网络系统为平台，设计以路由器为核心的星型网络，实现 DHCP 自动分配 I
3、P 地址，并实现 IP 地址和设备编号的对应，能够实时查询设备状态，具备自组网功能。本设计按照电路设计的一般规范、产品设计流程进行系统设计，并依照国家标准，做到“成本低、功能强、使用方便、可靠性高”的基本要求。山东建筑大学课程设计说明书01.方案设计 1.1总体方案设计按照系统需求，对本 WIFI 无线通信终端的总体方案进行了设计，其软硬件结构由无线移动终端由 AT89C52 为核心搭建而成，从功能上无线移动终端可以分成三个子系统：（1）ARM 子系统：主要包括 AT89C52 芯片以及周边存储电路、接口转换电路和供电、晶振、复位电路组成，该部分驱动无线网卡和运行通信程序进行 WIFI 通信，
4、并且提供人机交互接口，接受上位 PC 机和手机的监控（通过串口） ；（2）WLAN 子系统：主要包括 EPS8266WIFI 模块部分，负责无线信号的发送，功率放大/滤波，混频，基带处理等功能，并且与 ARM 子系统串口进行快速有效的数据通信；外加无线网卡部分，进行 PC 机通信（3）PC 机和手机部分，主要负责 2.4GHZ 无线信号的接收并显示，系统结构图如下：图 1.1 系统总体结构图 1.2 中央处理器的选择中央处理器是整个计算机的大脑，它由运算器和控制器组成的 ，中央处理器的好坏大大决定了计算机的运算速度。所以在选择中央处理器的时候要注意以下几个问题： （1）主频：决定了计算机运行速
5、度，同一级别内，主频越高运算速度越快 （2）倍频与外频：现在市场上基本上已经把倍频给锁定死了，如果要想超频工作就必须从外频入手，倍频与外频的好坏决定了中央处理器与外部设备的交换速度。（3）接口类型：中央处理器与主板上的插座不是都一样的，所以在选择中央处理器的时候要考虑接口类型与连接的设备无线传输AT89C52EPS8266无线网卡 PC 机手机山东建筑大学课程设计说明书1（4）缓存：缓存分为一级缓存和二级缓存，选购的时候应该选择缓存容量大的。（5）制造工艺：制造工艺就是质量，中央处理器的线路和宽窄等等的一系列问题。1.3总线选择1.3.1 RS485 总线接口通讯协议定义标准以及管脚引脚介绍
6、RS485 总线标准是工业中（考勤，监控，数据采集系统）使用非常广泛的双向、平衡传输标准接口，支持多点连接，允许创建多达 32 个节点的网络；最大传输距离 1200m，支持1200 m 时为 100kb/s 的高速度传输，抗干扰能力很强，布线仅有两根线很简单。 RS485 通信网络接口是一种总线式的结构，上位机和下位机都挂在通信总线上，RS485 物理层的通信协议由 RS485 标准和 51 单片机的多机通讯方式。RS-485 可以采用二线与四线方式，二线制可实现真正的多点双向通信。1.3.2 RS232总线接口通讯协议定义标准以及管脚引脚介绍RS-232 接口定义理解为在 RS-232 标准
7、中，字符以一串行的比特串来一个接一个的串行方式传输，优点是传输线少，配线简单，传送距离可以较远。RS-232 串口通信最远距离是50 英尺,可做到双向传输，全双工通讯，最高传输速率 20kbps.RS-232C 上传送的数字量采用负逻辑，且与地对称.逻辑 1：-3 -15V;逻辑 0：+3+15串行通信中，线路空闲时，线路的 TTL 电平总是高，经反向 RS232 的电平总是低。一个数据的开始 RS232 线路为高电平，结束时 Rs232 为低电平。数据总是从低位向高位一位一位的传输。示波器读数时，左边是数据的高位.RS-232 指定了 20 个不同的信号连接，由 25 个D-sub（微型 D
8、 类）管脚构成的 DB-25 连接器。很多设备只是用了其中的一小部分管脚，出于节省资金和空间的考虑不少机器采用较小的连接器，特别是 9 管脚的 D-sub 或者是 DB-9型连接器被广泛使用绝大多数自 IBM 的 AT 机之后的 PC 机和其他许多设备上。基于以上两点，对于本系统中的主机 CPU 选择 51 单片机，其主要特点 ：51 单片机是在一块集成电路芯片上集成有 CPU、程序存储器、数据存储器、输入/输出接口电路、定时/计数器、中断控制器、模/数转换器、数/模转换器、调制解调器等部件。单板机是把微型计算机的整个功能体系电路（CPU、ROM、RAM、输入/输出接口电路以及其他辅助电路）全
9、部组装在一块印制电路板上，再用印制电路将各个功能芯片连接起来。其体积小、山东建筑大学课程设计说明书2功耗低、成本低、性能高。图 1-2 51 单片机原理图1.4传感器和执行器的选择本系统是无线监控自组网系统，要求对其进行温度、湿度、及视频监控。所以要选择传感器。1.4.1温度传感器本系统中我们选择 DS18B20 数字温度传感器，其主要特点如下：DS18B20 数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多样，有 LTM8877，LTM8874 等等。主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的 DS18B20 可用于电缆沟测温，高炉水
10、循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。山东建筑大学课程设计说明书3安装方式：独特的一线接口，只需要一条口线通信 多点能力，简化了分布式温度传感应用 无需外部元件 可用数据总线供电，电压范围为 3.0 V 至 5.5 V 无需备用电源 测量温度范围为-55 度至+125 度。华氏相当于是-67 华氏度到 257 华氏度 -10 度至+85 度范围内精度为0.5 度。温度传感器可编程的分辨率为 912 位，温度转换为 12 位数字格式最大值为750 毫秒。图 1-3
11、 DS18B20 温度传感器原理图1.4.2湿度传感器的选择本系统选择湿度传感器 DHT11 数字湿度传感器，其主要参数如下：DHT11 数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个 NTC 测温元件，并与一个高性能 8 位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个 DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室进行校准。校准系数以程序的形式储存在 OTP 内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。
12、单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达 20 米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。产品为 4 针单排引脚封装。连接方便，特殊封装形式可根据用户需求而提供。DHT11 的供电电压为 35.5V。传感器上电后，要等待 1s 以越过不稳定状态在此期间无需发送任何指令。电源引脚（VDD，GND）之间可增加一个 100nF 的电容，用以去耦滤波.山东建筑大学课程设计说明书4图 1-4 DHT11 温湿度传感器原理图1.4.3红外探头的选择我们本系统要求对其有监控功能，对其进行实时监控，所以我们选择 HX1838，其主要参数如下：HX1838
13、 宽电压适应、低功耗、高灵敏度、优良的抗干扰特性应用广泛：家用电器、空调、玩具等红外遥控接收；极限参数：表 1-1 电源电压 VCC (v) 6.0 工作温度 TOPR () -25 +85功 耗 PD(mw) 35 储存温度 TSTG () -40 +125光电参数： (T=25 V CC=5V f0=38KHZ) 表 1-2参 数 符号 测试条件 Min Type Max 单 位工作电压 Vcc 2.7 5.5 V接收距离 L L5IR5 IF =300mA（测试信号）10 17 M载波频率 f0 38k HZ接收角度 1/2 距离衰减 1/2 +/-45 DegBMP 宽度 fBW -3
14、Db Bandwidth 2 3.3 5 kHz山东建筑大学课程设计说明书5静态电流 ICC 无信号输入时 - 0.8 1.5 mA 低电平输出 VOL Vin=0V Vcc=5V 0.2 0.4 V高电平输出 VOH Vcc=5V 4.5 Vcc VTPWL Vin=500Vp-p 500 600 700 S输出脉冲宽 度 TPWH Vin=50mVp-p 500 600 700 S1.5电源电路在该系统中，需要使用 3.3V、1.2V 的直流稳压电源。为简化系统电源电路设计，要求整个系统的输入电压为高质量的 5V 直流稳压电源。因此我们用电源适配器和电源转换来实现。原理图如下：图 1-5 电源转换模块
