無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置的設(shè)計

1、無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置的設(shè)計廣西科技大學(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5月20日1/31無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置的設(shè)計摘要近幾年，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(yuǎn)遠(yuǎn)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)

2、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STC12C5AL片機來實現(xiàn)無線環(huán)境監(jiān)測功能的控制，同時采用LCD1602DS18B2QNRF24L01光敏電阻以及其它芯片來鋪助，從而達(dá)到智能控制的功能。通過STC12C5AE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I/31無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置的設(shè)計AbstractInrecentyears,withtherapid

3、developmentofscienceandtechnology,popularizationandapplicationofmicrocontrollerbeingconstantpromotionandin-depth,inwhichthetraditionalcontrolwhiledrivingdetectiontechnologyhasbeenincreasinglyupdates.Inreal-timeenvironmentalmonitoringandautomatedcontrolsystemsinthefieldofmicrocontrollerapplications,t

4、hemicrocontrollerinthesystemcorecomponentsoftenoccurunilaterallymastermicrocontrollerknowledgeisfarfrombeingabletomeetdevelopmentneeds,mustbeinaccordancewiththespecificrequirementsofthehardwarestructureofhardwareandsoftwareorganiccombinedtobeimproved.AnalogDeviceswirelessenvironmentalmonitoringsyste

5、ms,wirelessenvironmentalmonitoringanalogdevicehasatemperatureandlightdetectionfunction,andcantransmitdataoverthewirelessnetwork.Notonlycanwelldetectenvironmentalchanges,andwirelesstransmissionconvenientandpractical.ThedesignusesasinglechiptoachieveSTC12C5Awirelessenvironmentalmonitoringfunctioncontr

6、ol,whileusingLCD1602,DS18B20,NRF24L01,photoresistor,andotherchipshophelptoachieveintelligentcontrolfunctions.STC12C5Achipthroughtheportstocontrolthenormaloperationofeachmodule.Designedtoreceiveandsendthetwomodules,eachmodulecanworkindependently,viawirelesscommunicationtechnologyfordatatransfer.Thetr

7、ansmissionmodulecanrealizethetemperatureandlightdetectingregion,andisdisplayedinthereceivingmodule.Thesystemispractical,simple,andgoodscalability.Keywords:microcontroller;temperature;environment;wireless;brightII/31無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置的設(shè)計目錄1緒論-1-2課題的設(shè)計要求和設(shè)計方案-2-2.1 設(shè)計要求-2-2.1.1 題目卞S述-2-2.1.2 設(shè)計任務(wù)-2-2.1.3 設(shè)計要求

8、-2-2.2 設(shè)計方案-2-2.2.1 供電方案-2-2.2.2 無線通信方案-3-2.2.3 顯示方案-4-2.2.4 溫度檢測方案-4-2.2.5 光線檢測方案-5-3芯片的介紹及應(yīng)用-6-3.1 STC12C5A60S臻列單片機簡介-6-3.1.1 STC12C5A60S2系列單片機的引腳及功能-6-3.1.2 單片機最小系統(tǒng)的設(shè)置-10-3.2 LCD1602芯片介紹及應(yīng)用-10-3.2.1 液晶顯示器的介紹-10-3.2.2 LCD1602的顯示原理-10-3.2.3 LCD1602的基本參數(shù)及引腳功能-11-3.2.4 LCD1602的特性-11-3.2.5 LCD1602的使用方

9、法-12-3.2.6 LCD1602的控制指令-13-3.3 DS18B20芯片介紹及應(yīng)用-13-3.3.1 DS18B20引腳功能-13-3.3.2 DS18B20讀寫說明-14-3.4 NRF24L01芯片介紹及應(yīng)用-15-3.4.1 NRF24L01芯片的介紹-15-3.4.2 NRF24L01芯片的引腳功能-15-3.4.3 NRF24L01的固件編程的基本思路-15-4程序的設(shè)計流程-17-4.1 DS18B20模塊流程圖-17-4.2 無線通訊接收模塊流程圖-17-4.3 無線通訊發(fā)送模塊流程圖-18-III/31無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置的設(shè)計4.4LCD1602模塊流程圖-19-5軟

10、硬件的調(diào)試-20-5.1 硬件原理圖-20-5.2 硬件實物圖-21-結(jié)論-23-致謝-24-參考文獻(xiàn)-24-附錄-25-IV/31無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置的設(shè)計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

11、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

12、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。-1-/31無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置的設(shè)計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(dá)的區(qū)域進行環(huán)境的檢測。2.1.2 設(shè)

13、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

14、的電源供電，所以本次設(shè)計了以下方案：采用USB?專接口5V電壓供電，在使用LM11175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2.1:5圖2.15V轉(zhuǎn)3.3V電路圖-2-/31無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置的設(shè)計USB-5Vtt電接口電路如圖2.2:VCCJ1S1CAPACITORCOX4圖2.2USB-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NRF24L0優(yōu)線通信芯片，其采用FSK調(diào)制，內(nèi)部集成NORDIC自己的EnhancedShortBurst協(xié)議?？梢詫崿F(xiàn)點對點或是

15、1對6的無線通信。無線通信速度可以達(dá)到2M圖2.3無線通信模塊電路-3-/31無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置的設(shè)計2.2.3 顯示方案本無線環(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?，設(shè)計考以下方案：基于LCD1602夜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LCD16021晶顯示器來顯示，其電路如圖2.4所示。2.2.4 溫度檢測方案DS18B20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。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DS18B20a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

16、度檢測器件，DS18B20a度傳感器電路如圖2.5所示。D51S020GND-?：明VCC1R710KDS1SVCC圖2.5DS18B20溫度傳感器電路-4-/31無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置的設(shè)計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。-5-/31無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置的設(shè)計3芯片的介紹及應(yīng)用3.1 STC12C5A60S2系歹I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算機。STC

17、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。STC2c5A60S2系列單片機內(nèi)部集成了2路PWMMAX8）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）。9STC2c5A60S2系歹1單片機是增？型的8051CPU具有單時鐘/機器周期的特點其工作溫度范圍：-40+85C（工業(yè)級）/075C（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0420MHzSTC2C5A60S2系列的單

18、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能。其內(nèi)部集成MAX81%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(dá)250K/S（每秒鐘25萬次）8。3.1.1 STC12C5A60S2系歹U單片機的弓I腳及功能STC12C5A60S

19、2S列J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所小。P1.0CP1.1CP1,2匚P1.3匚P1.4匚P1.5匚P1.6匚P1.7匚RST匚P3.Gr0X01P3.t匚firrnnPl.2匚IFKTT)P匚仃。）P34匚(inP3.5C(WR)P3.5CPS.7匚XTALZ匚XTALtrGNDC3VGCPO.Q(ADOPO1IAD1)PO.2(AD2)PO.3303PO4(盤04)P0.5AD5)PO6(ADC)PO.7(AD7)nE7V/VPPALE/PROGPSEKP27(A15)P2.6(A14)P2.5(A13)nP2J(A12np$3(A11)口P2.

20、2(A10)口P211P20fW圖3.1STC12C5A60S2系歹1單片機弓I腳圖-6-/31無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置的設(shè)計表3.1單片機的引腳說明1間管腳管腳編號說明LQFP44LQFP48PDIP40PLCC44QFN40P0.0P0.737-30403339-3243363427P0: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乍為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線使用時，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PORT0AD

21、C0ADC輸入通道-0CLKOUT2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/ADC4442337P1.1標(biāo)準(zhǔn)I/O口PORTADCADC輸入通道-1P1.2/ADC2/ECI/RxD242453438P1.2標(biāo)準(zhǔn)I/O口PORT2ADC2ADC輸入通道-2ECIPCA計數(shù)器的外部脈沖輸入腳RxD2第二串口數(shù)據(jù)接收端P1.3/ADC3/CCP0/TxD243464539P1.3標(biāo)準(zhǔn)I/O口PORT3ADC3ADC輸入通道-3CCP0外部信號捕獲（頻率測？或當(dāng)外部中斷使用卜高速脈沖輸出及脈寬調(diào)制輸出TxD2第二串口數(shù)據(jù)發(fā)送端

22、P1.4/ADC4/CCP/SS44475640P1.4標(biāo)準(zhǔn)I/O口PORT4ADC4ADC輸入通道-4CCP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SSSPI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PORT5ADC5ADC輸入通道-5MOSISPI同步串行接口的主出從入（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PORT6ADC5ADC輸入通道-6MISOSPI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

23、7ADC7ADC輸入通道-7SCLKSPI同步串行接口的時鐘信號-7-/31無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置的設(shè)計表3.2單片機的引腳說明28管腳管腳編號說明LQFP44LQFP48PDIP40PLCC44QFN40P2.0P2.78-259-232-28243623Port2:P2內(nèi)部有上拉電阻，既可作為輸入輸出26-28P3.0/RxD5610115P3.0標(biāo)準(zhǔn)I/O口PORT30RxD串口1數(shù)據(jù)接收端P3.1/TxD781136P3.1標(biāo)準(zhǔn)I/O口PORT3TxD串口1數(shù)據(jù)發(fā)送端P3.2/INT0891247P3.2標(biāo)準(zhǔn)I/O口PORT32INT0外部中斷0,下降沿中斷或低電平中斷P3.3/INT9

24、101358P3.3標(biāo)準(zhǔn)I/O口PORT33INT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PORT34T0定時器/計數(shù)器0的外部輸入INT定時器0下降沿中斷CLKOUT0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CLKOUT0P3.5/T/INT/CLKOUT1112151710P3.5標(biāo)準(zhǔn)I/O口PORT35T定時器/計數(shù)器1的外部輸入INT定時器1下降沿中斷CLKOUT定時器/計數(shù)器1的時鐘輸出可通過設(shè)置WAKE_CLKO位/TCLKO將該管腳吊置為CLKOUTP3.6/WR1

25、213161811P3.6標(biāo)準(zhǔn)I/O口PORT36WR外部數(shù)據(jù)存儲器寫脈沖P3.7/RD1314171912P3.7標(biāo)準(zhǔn)I/O口PORT37RD外部數(shù)據(jù)存儲器讀脈沖P4.0/SS171823P4.0標(biāo)準(zhǔn)I/O口PORT40SSSPI同步串行接口的從機選擇信號P4.1/ECI/MOSI28334P4.1標(biāo)準(zhǔn)I/O口PORT4ECIPCA計數(shù)器的外部脈沖輸入腳MOSISPI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PORT42CCP0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MISOSPI同步串行接口的主

26、入從出（主器件的輸入和從器件的輸出）-8-/31無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置的設(shè)計表3.3單片機的引腳說明38管腳管腳編號說明LQFP44LQFP48PDIP40PLCC44QFN40P4.3/CCP/SCLK6712P4.3標(biāo)準(zhǔn)I/O口PORT43CCP外部信號捕獲（頻率測？或當(dāng)外部中斷使用卜高速脈沖輸出及脈寬調(diào)制輸出SCLKSPI同步串行接口的時鐘信號P4.4/NA2629293224標(biāo)準(zhǔn)I/O口PORT44P4.5/ALE2730303325P4.5標(biāo)準(zhǔn)I/O口PORT45ALE地址鎖存允許P4.6/EX_LVD/RST22932313526P4.6標(biāo)準(zhǔn)I/O口PORT46EX_LVD外部低壓檢

27、測中斷/比較器RST2第二復(fù)位功能腳P4.7/RST459104P4.7標(biāo)準(zhǔn)I/O口PORT47RST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PORT53XTAL1516192114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Gnd1617

28、202215電源負(fù)極，接地-9-/31無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置的設(shè)計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。MTAL2PSTPSENLE*I|1POCUWD1PO.IjWDIF冉。金PO3D3PQ松D4PBL部6PCLEMNPO,PMfASP2.1fA3P2.2W10P2.3,11P24M12P2.5JA13P2.8XA14P2.7M15PaOiRKDPJ.I/TKDP32rthnTP3：3iWT1際4n口死父IP3.6AF而圖3.2STC12C5A60S源列單片機最小系統(tǒng)圖3.2LCD1602芯片

29、介紹及應(yīng)用3.2.1 液晶顯示器的介紹液晶顯示器也稱為LCD(LiquidCrystalDisplay)。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，具會呈現(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

30、。3.2.2 LCD1602的顯示原理LCD1602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LCD1602內(nèi)置的DDRA咖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9o-10-/31無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置的設(shè)計3.2.3 LCD1602的基本參數(shù)及引腳功能LCD1602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。LCD1602采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無背光）或16腳（帶背

31、光）接口，本次設(shè)計采用16腳（帶背光）來顯示各種信息9。各引腳接口說明如表3.4所示。表3.4LCD1602引腳接口說明表8編R符號輸入/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line。8DB10/1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/

32、輸出數(shù)據(jù)總線line715A+VCCLCD背光正極16K接地LCD背光負(fù)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CGRAM-11-/31無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置的設(shè)計3.2.5LCD1602的使用方法LCD160咕置了DDRAM顯示數(shù)據(jù)存儲RAM、CGRO研？符存儲ROM和CGRAM用戶自定義RAM。DDRA觥是顯示數(shù)據(jù)RAM用來寄存待顯示的字符代碼。共80個

33、字節(jié),其地址和屏幕的對應(yīng)關(guān)系如表3.5:表3.5LCD1602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LCD1602W幕的第一行第一列顯示一個“L”字，就要向DDRA的00H地址寫入“L”的代碼。一行有40個地址，但在LCD1602中只用前16個就行了。第二行也一樣用前16個地址。DDRAM址與顯示位置的對應(yīng)關(guān)系：LCD1602夜晶模塊的內(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

34、日文假名等），每一個字符都有相應(yīng)的代碼，如下表所示表3.6LCD1602內(nèi)置存儲器的地址和屏幕的對應(yīng)關(guān)系2j.kiiOGSCI43)開的宮qn12BRTbF#l31C15|clsl工TlKoDl01聞1X15|E|U圈3M|6|F|U|r|uinoafftll網(wǎng)|M7IG|W|g|wueulOQCl(l8H|X|h|xjoooc陰111sowlOCHIOuiXIOInocKlOli800001OCiqoixlTOtkXakII10HliL)II1MIrl9IIIVIi|y|*|s|J|Z|j|z!+|5|Kirik|(|?I|L|1|I1ON，曰手/|?IQU|oKI聞，以此戶iaihikij

35、才I怙口鶯ffl-12-/31無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置的設(shè)計3.2.5LCD1602的控制指令對DDRAI內(nèi)容和地址操作,HD44780勺指令集及其設(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DALLA外產(chǎn)的單線數(shù)字溫度傳感器DS18B201新一代的“一線器件”,具有體積更小、適用電壓更寬

36、、更經(jīng)濟的優(yōu)點。具一線總線獨特和經(jīng)濟實惠的特點，使其可以輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)。DS18B20a度傳感器支持“一線總線”接口，可測量-55C+125C范圍內(nèi)的溫度，精度為土0.5。C。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?？?18820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10o3.3.1 DS18B20引腳功能DS18B205片的外部引腳分配如圖3.3所示圖3.3DS18B20的外部引腳分配VDD:為外接供電電源輸入端，電源供電;DQ:為數(shù)字信號輸入/輸出

37、端；GND:為電源地；-13-/31無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置的設(shè)計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的存在低脈沖，

38、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3.7DS18B20的ROM旨令集指令名稱指令代碼指令功前諛ROM33H談DS1SB20M中的編用（即諛54位地址）R0I匹配55H發(fā)出此苗令之后，接著發(fā)出64位R011編皓，訪問單總線上與瀛碼相對應(yīng)D318B2Q使之作出響應(yīng)，方下一毋對該DS18B2O侯寫作準(zhǔn)備搜索MOFOH用于確運掛蛋在反總線上D：1L；2u為個數(shù)和設(shè)別H住ROM地址，為操作各器件性好挖替跳過RJNJC3H慈睦弘位RDM地址，直攫向D51犯20發(fā)溫度變換命今，適用于單片機工作警書覆索DECK該指令忖行后,只有褐度越位設(shè)定借上限或F限的片子才做出峋應(yīng)3）

39、發(fā)送存儲器指令，如下表所示：表3.8DS18B20的存儲器指令集指令名稱指令代碼才frf功能溫度變換44H啟動DSL電20進行溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時間最長為SOOros（典型為200ns）,結(jié)果存入內(nèi)番9字節(jié)RAM巾謗暫存器0&EH讀內(nèi)部HAM中9字節(jié)的內(nèi)容寫暫存器4EH發(fā)出向內(nèi)部的的1第3.4字節(jié)寫上，限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟該命令之后，是傳送兩字節(jié)的載據(jù)復(fù)制暫存器48H將樣M中第3.4字市的內(nèi)容復(fù)制到EEPROW中重調(diào)ERPKOM0B8HE?PROM中的內(nèi)容彌篇到區(qū)隕中的第3,4字節(jié)禊供電方式OB4H讀DS1SB20的供電模式，寄生供電時DE1煙20發(fā)送。外接電源供電DS1況加發(fā)送:1-14-/31

40、無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置的設(shè)計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EnhancedShortBurst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(dá)到2M(bps)11。3.4.2 NRF24L01芯片的引腳功能NRF24L01的弓|腳如所示，從單片機控制的角度來看，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CSNSCKMISOMOSIIRQ、CE13丫刖】司vss恒ANTI圖3.4NRF24L01芯片的引腳圖CSN:芯片的片選線，CS

41、N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(Masterinputslaveoutput)MOSI:芯片控制數(shù)據(jù)線(Masteroutputslaveinput)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_ADDR2、寫Rx節(jié)點的地址(主要是為了使能AutoAck):RX_ADDR_P03、使能AUTOA

42、CKEN_AA4、使能PIPE0:EN_RXADDR5、配置自動重發(fā)次數(shù)：SETUP_RETR6、選擇通信頻率：RF_CH7、配置發(fā)射參數(shù)：RF_SETUP8、選擇通道0有效數(shù)據(jù)寬度：RxPwP0-15-/31無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置的設(shè)計CONFIG。CONFIGo9、配置24L01的基本參數(shù)以及切換工作模式:接收模式初始化過程：1、寫Rx節(jié)點的地址：RX_ADDR_P02、使能AUTOACKEN_AA3、使能PIPE0:EN_RXADDR4、選擇通信頻率：RF_CH5、選擇通道0有效數(shù)據(jù)寬度：Rx_Pw_P06、配置發(fā)射參數(shù)：RF_SETUP7、配置24L01的基本參數(shù)以及切換工作模式:-16

43、-/31無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置的設(shè)計4程序的設(shè)計流程4.1DS18B20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。圖4.1DS18B20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片使能，CE=0;2、進入待機模式；3、接收模式初始化：PWR-UP=1PRIM-RX=1CE=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片使能，CE=0進入待機模式；6、讀取數(shù)據(jù)。

44、-17-/31無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置的設(shè)計圖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、NRF24L01E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=1PRIM-RX=0CE=1進入接收模式;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，NRF24L015片使能，CE=06、進入待機模式。-18-/31無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置的設(shè)計LCD160邪序設(shè)計思路：1、LCD0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；-19-/31無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝

45、置的設(shè)計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PROTEK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，其包括單片機控制模塊，溫度檢測模塊，光亮檢測模塊和供電模塊。二二1圖5.1發(fā)送模塊原理圖-20-/31無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置的設(shè)計圖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)

46、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NRF24L0優(yōu)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。-21-/31無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置的設(shè)計圖5.3硬件實物圖-22-/31無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置的設(shè)計結(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)計歷時三個多月，時至今日，論文已經(jīng)完成