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1、外界环境实时检测及无线传输系统设计作 者：吴绪敏（陕西理工学院物理与电信工程学院通信1204班，陕西 汉中 723000）指导老师：李翠华摘要：外界环境主要包括温度、湿度、光照强度和灰尘浓度等，这些因素都会影响人们的生活，实时了解外界环境很有必要。本文主要采用主控芯片AT89S52对温湿度传感器DHT11，光敏电阻以及PM2.5传感器GP2Y1010AU的控制，实现对外界环境的检测，数模转换器采用的是ADC0832，然后通过NRF24L01的无线模块对采集的数据进行无线传输，最后显示在1602LCD屏上。该设计能够实现温度、湿度光照强度的实时检测，液晶屏上能准确显示出当前的数据。关键字：AT8
2、9S52，DHT11，光敏电阻，GP2Y1010AUReal time Detection and Wireless Transmission System DesignAuthor:Wu Xumin(Grade 2012,Class 4,Major of Communication Engineering,School of Physics and Telecommunication Engineering of Shaanxi University of Technology,Hanzhong 723003,Shaanxi)Tutor: Li CuihuaAbstract: The ext
3、ernal environment mainly includes temperature, humidity, light intensity and dust concentration, etc.These factors will affect peoples lives，it is very necessary to understand the real-time of the external environment .This text mainly uses the chip AT89S52 to control these chips,such as the tempera
4、ture and humidity sensor DHT11, the photosensitive resistance as well as the PM2.5 sensor GP2Y1010AU, to achieve the detection of the external environment .Digital to analog converter using ADC0832,And then through the NRF24L01 wireless module to collect the data for wireless transmission, and final
5、ly displayed on the 1602LCD screen. The design can realize the real-time detection of temperature and humidity light intensity, and the current data can be displayed on the LCD screen.Keywords:AT89S52,DHT11,Photosensitive resistance,GP2Y1010AU目 录1 绪论12 方案论证22.1 显示电路方案22.2 无线传输方案22.3 系统总体方案设计23 硬件电路设
6、计43.1 控制部分43.2模数转换部分63.3 信息采集部分73.3.1 温湿度采集73.2.2 光照强度采集83.2.3 灰尘浓度采集83.3 无线传输部分93.4 显示电路部分104 软件设计124.1 软件的总体设计124.1.1 无线发送模块124.1.2 无线接收模块134.2 软件的分步设计144.2.1 温湿度检测软件设计144.2.2 无线发送模块软件设计154.2.3 无线接收模块软件设计154.3 1602显示部分164.4 ADC模数转换部分165 系统调试196 总结20致谢21参考文献22附录A23附录B32附录C33附录D411 绪论数字温度传感器（ 温度传感器）
7、是在20世界90年代中期出现的。它是由微电子技术、计算机技术和自动测试技术（ATE）组成的芯片。目前，国际上已研发出很多数字智能温度传感器系列产品芯片。数字智能温度传感器的内部主要包含温度传感器、信号处理器、A/D转换器、存储器（或寄存器）和接口电路等。有的芯片还自带多路选择器、随机存取存？储器中央控制器、只读存储器。数字智能温度传感器的特点是输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器；并且在一定的基础上通过软件来实现测试功能的，它的检测智能化程度由软件开发水平来决定。20世界90年代中期，最先产生的数字智能温湿度传感器用的是8位A/D转换器，其测试温度精度较低、分辨力较差，会产生很大的
8、误差。现在国内外已陆续推出多种高精度、高分辨力的智能数字温度传感器，其用的是912位A/D转换器。由美国DALLAS半导体公司新研制的DS1624型高分辨力的数字智能温度传感器，能输出13位二进制数据，其分辨力高达0.03125度，测温精度为2度，为了提高多通道的智能温度传感器的转换速率，有的芯片采用高速逐近逼近式A/D转换器。新型数字智能温度传感器的测试功能也在不断增强，另外，智能数字温度传感器正从单通道向多通道的转换，这就为研发多路温度测控系统创造了良好条件。智能温度传感器的总线技术也达到了标准化、规范化的标准，它所采用的总线主要有单线总线、I2C总线、SMBvs总线和SPI总线。所谓外界
9、环境，主要指的是温度，湿度，灰尘浓度，光照强度等。这些因素对人们的出行与生活产生重大影响，实时了解外界环境的状况在生活中很必要。温度控制广泛应用于人们的生产和生活中，人们使用温度计来测量温度，通过人工操作来加热、通风和降温设备来控制温度，这样不但控制精度低、实时性差，而且操作人员的劳动强度大。即使有采用半导体二极管作温度传感器的，但由于其互换性差，效果也不理想，在某些行业中对温度的要求较高，也不能很好的实现温度的实时检测和传输，由于工作环境不合理而引发的事故时有发生，对工业生产可靠进行造成影响，甚至操作人员的安全，因此，对传感器的要求也越来越高。为了避免这些缺点，需要在某些特定的环境里安装数字
10、温度测量及控制设备。本设计采用的是AT89S52单片机作为核心的微处理器，通过单片机控制温湿度传感器实现外界的温度湿度的检测，利用光敏电阻实现对光照强度的检测，利用PM2.5传感器实现对灰尘浓度的检测。无线模块采用的NRF24L01，实现对温湿度、光照强度、灰尘浓度的传输，各个指标的显示采用的是1602液晶屏。由于采用了新型单片机对温度进行控制，以其测量精度高，操作简单。可运行性强，价格低廉等优点，特别适用于生活，医疗，工业生产等方面的温度测量及控制。通过对外界环境的检测让人们直观的看到各种情况下的影响，并找出最佳的外界环境，对种植大棚蔬菜有重大意义，以及观察各种生物的最佳的生活状态有重大影响
11、。比如温室大棚蔬菜，通过对温度湿度光照等的观察，找出蔬菜的最佳的生长环境。 这次的设计主要分为五部分，首先就是课题研究的背景意义目的等的简介；其次就是方案的选择和对比，以及各种方案的优劣势等；第三部分就是本次设计的重点了，硬件电路设计，包括主要的控制芯片单片机，采集数据所用的各种传感器，传输数据的无线模块，以及最后显示数据的显示模块；第四部分是软件设计流程，根据各个模块的工作原理和工作顺序对系统的软件进行设计，最后主要是对整个设计的硬件电路进行调试了。2 方案论证本此设计中单片机的检测电路需要完成的基本任务有：数据自动采集，传感器将外界环境中的温湿度、光照强度、灰尘浓度的数据检测到，直接送给单
12、片机需经过A/D转换和专门的数据采集部分；实时监测：在24小时内是实时地检测出外界环境的数据；自动显示：有数码管自动地显示检测的数据；无线传输：将接收的数据通过无线模块进行传输。2.1 显示电路方案方案一：采用数码管动态显示使用七段LED数码管，采用动态显示的方法来显示各项指标，此方法虽然价格成本低，但是显示单一，且功耗较大。方案二：采用LCD液晶显示采用1602 LCD液晶显示，此方案显示内容相对丰富，且价格不高，接口简单。综合上述原因，采用方案二，使用LCD液晶作显示电路。2.2 无线传输方案 方案一：nRF24L01无线芯片； nRF24L01是一款新型单片射频收发器件的芯片,工作频段在
13、2.4 GHz2.5 GHz 之间。内部含有频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块,并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。nRF24L01功耗低,多种低功率工作模式(掉电模式和空闲模式)使节能设计更方便。 nRF24L01主要特性如下： 真正的GFSK调制 硬件集成OSI链路层; 具有自动应答和自动再发射功能; 片内自动生成报头和CRC校验码; 数据传输率为l Mb/s或2Mb/s; SPI速率为0 Mb/s10 Mb/s; 拥有125个频道：与其他nRF24系列射频器件相互兼容; QFN20引脚4 mm4 mm封装; 供电电压为1.9
14、 V3.6 V。 nRF24L01的CE，CSN，SCK，MOSI，MISOIRQ引脚可接 STC 89C52的任意端口，但需在软件编程时注意 nRF24L01工作模式 通过配置寄存器可将nRF241L01配置为发射、接收、空闲及掉电四种工作模式， 待机模式1主要用于降低电流损耗，在该模式下晶体振荡器仍然是工作的；待机模式2则是在当FIFO寄存器为空且CE=1时进入此模式；待机模式下，所有配置字仍然保留。 在掉电模式下电流损耗最小，同时nRF24L01也不工作，但其所有配置寄存器的值仍然保留。 方案二：nRF905无线芯片； nRF905无线芯片是有挪威NORDIC公司出品的低于1GHz无线数
15、传芯片，主要工作于433MHz、868MHz和915MHz的ISM频段。芯片内包括频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块，输出功率和通信频道可通过程序进行配置。非常适合于低功耗、低成本的系统设计。性能参数：422.4473.5MHz工作频段，通讯频道512个，满足多点通讯、分组、跳频等应用需求，通道切换时间6us 发射功率可设置为：10dBm、6dBm、-2dBm和-10dBm通过SPI接口与MCU连接支持50kbps传输速率ShockBurst传输模式，自动生成前导码和CRC校验码工作电压范围：1.9V3.6V，待机模式下电流仅为12.5A工作温度范围：-4085综合考虑，采用方案一，电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案一。2.3 系统总体方案设计 综合以上的分析可知，基于单片机的外界环境的检测系统比起传统的检测系统有着非常明显的优势。首先在测量精度方面比起传统的温度计和湿度计大大地提高了其测量精度。在测量准度方面比起传统的温度计和湿度计有着抗干扰的能力。在显示方面基于单片机的
