《基于2.4G無線通信控制系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)》10000字

II基于2.4G無線通信控制系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)TOC\o"1-2"\h\z\u275301引言 1102951.1國內(nèi)外發(fā)展研究現(xiàn)狀 130111.2主要研究內(nèi)容 2263852系統(tǒng)整體方案設(shè)計 328852.1設(shè)計思路 328852.2功能指標(biāo) 328852.3總體設(shè)計方案 3297033系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 4325563.1單片機(jī)控制器 4119833.2液晶顯示器電路設(shè)計 5238653.3蜂鳴器電路模塊 6247673.4NRE24L01芯片 671303.5煙霧氣體傳感器 771303.6溫濕度采集 788174系統(tǒng)軟件設(shè)計 831104.1主程序設(shè)計流程圖 831104.2液晶顯示子程序設(shè)計流程圖 831104.3無線模塊程序流程圖 974215軟硬件調(diào)試 10151505.1硬件系統(tǒng)調(diào)試 1094085.2軟件系統(tǒng)調(diào)試 1038476結(jié)語 1016619參考文獻(xiàn) 1126634附錄 12摘要：文章主要描述了對無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的研究及應(yīng)用。在本系統(tǒng)中，通過使用名為STC78C52單片機(jī)的單片機(jī)處理器，利用傳感器以及煙霧檢測裝置實(shí)時監(jiān)測空氣中的煙霧濃度情況，同時能夠達(dá)到進(jìn)行溫濕度的檢測的效果，以保證即使在周圍環(huán)境不佳的情況下，依然能夠做到對周遭狀況的充分檢測。各個模塊經(jīng)過單片機(jī)數(shù)據(jù)采集之后，通過2.4G無線網(wǎng)絡(luò)上傳至遠(yuǎn)程終端，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線監(jiān)測功能。此項(xiàng)技術(shù)在有效地降低周圍險情發(fā)生的概率，以及保障人民的生命財產(chǎn)安全等方面具有非常重要的意義。關(guān)鍵詞：單片機(jī)濃度檢測LCD1602無線連接1引言隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國城市以及安全領(lǐng)域建設(shè)方面均取得了較大的成果，與此同時國家城市建設(shè)也在逐漸增加，特別是在一些城市發(fā)展過程當(dāng)中，可能會面臨一些重大險情現(xiàn)象的發(fā)生，并且該種現(xiàn)象出現(xiàn)頻發(fā)的趨勢，對人們的生命和財產(chǎn)安全造成了巨大的威脅。按照國家相關(guān)規(guī)定，城市在進(jìn)行建設(shè)以及擴(kuò)張過程當(dāng)中，主要建筑物是高層建筑，因此在這些設(shè)施當(dāng)中需要配備有相應(yīng)的無線環(huán)境監(jiān)測裝置，比如火災(zāi)自動報警設(shè)備，同時還需要安裝火災(zāi)消防聯(lián)動控制系統(tǒng)。當(dāng)現(xiàn)代小區(qū)或者高層建筑發(fā)生火災(zāi)時，該系統(tǒng)能夠及時有效地?fù)錅缁馂?zāi)，為火災(zāi)救援的進(jìn)行提供一定的搶救時間，從而有效地提高消防工作的效率，可以很大程度上降低財產(chǎn)損失，因此火災(zāi)自動報警系統(tǒng)以及火災(zāi)聯(lián)動報警系統(tǒng)的穩(wěn)定正常運(yùn)行是對高層建筑以及現(xiàn)代小區(qū)建設(shè)最重要的保障。無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)是一種利用物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)，對系統(tǒng)采集的環(huán)境參數(shù)信息以及控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測的一個平臺，該平臺主要以物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)行研究，將傳感器采集技術(shù)以及單片機(jī)控制技術(shù)融為一體，從而設(shè)計出的一款能夠進(jìn)行自動遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)控的裝置。該裝置在工作過程中，主要采用了物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合的方式，將多種相關(guān)設(shè)備連成一體進(jìn)行控制，從根本上及時有效地感知周圍環(huán)境當(dāng)中的各類安全隱患，同時將報警信息推送至遠(yuǎn)程終端，從而盡可能地將風(fēng)險降到最低，最大程度上降低險情的發(fā)生。除此之外，在系統(tǒng)當(dāng)中即使發(fā)生了危險，該裝置也可以對相關(guān)信息進(jìn)行一定程度上的確定，同時能夠自動啟動滅火裝置，有利于后續(xù)工作的進(jìn)行或者再控制?；谀壳熬o迫的形勢，無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)已勢在必行，該系統(tǒng)能夠有效地提高預(yù)防險情的能力，極大保障人民的生命和財產(chǎn)安全。1.1國內(nèi)外發(fā)展研究現(xiàn)狀自從上世紀(jì)90年代中期開始，我們國家由于城市規(guī)模的急劇擴(kuò)大，因此在進(jìn)行消防控制的過程當(dāng)中較多問題也隨之而來地暴露了出來。在此種背景之下，各方面相關(guān)人士開始進(jìn)行消防報警、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控控制等設(shè)備的研究。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速增長以及人民生活水平的不斷改善，許多電子產(chǎn)品也得到了快速的提升和完善，在很多城市當(dāng)中也開始配備著消防無線通信指揮系統(tǒng)。此系統(tǒng)主要用于進(jìn)行調(diào)度以及接警工作，采用多種網(wǎng)絡(luò)報警進(jìn)行結(jié)合的方式可使得消防滅火的效率得到大大的提升。同時，在該系統(tǒng)當(dāng)中還配備有自動滅火與煙霧監(jiān)測控制系統(tǒng)，主要是能夠進(jìn)行消防報警設(shè)備信息的采集。在進(jìn)行工作過程當(dāng)中，有些城市還配備了消防調(diào)度車，該消防調(diào)度車上配備有電臺系統(tǒng)，能夠與現(xiàn)場以及調(diào)度室的人員進(jìn)行溝通，以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)度的目的，然而在進(jìn)行獲取大量數(shù)據(jù)的過程當(dāng)中，如果是只采用通信的方式與消防臺進(jìn)行聯(lián)系，使該種系統(tǒng)并不能直接獲得消防現(xiàn)場的第一手?jǐn)?shù)據(jù)信息，并且在后面進(jìn)行待續(xù)的消防車也無法獲得數(shù)據(jù)信息，必須有消防調(diào)度中心進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)度。另外，在進(jìn)行語音單獨(dú)通信方式時，通信力量是比較薄弱的，目前來說，調(diào)度指揮系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足日常消防的工作需求。目前基于無線通信網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程無線監(jiān)控設(shè)備已經(jīng)應(yīng)用于各種場合當(dāng)中，同時在防火墻監(jiān)測領(lǐng)域方面也得到了大量的使用，包括遠(yuǎn)程無線監(jiān)測系統(tǒng)。在進(jìn)行應(yīng)用相關(guān)數(shù)字化建設(shè)過程當(dāng)中，此系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，為這方面的研究提供了一定的參考依據(jù)，同時也能夠?yàn)橐恍└邩谴髲B或者是一些集合性場所進(jìn)行防火預(yù)警提供了保證。采用遠(yuǎn)程無線監(jiān)控報警系統(tǒng)，在進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測的時候，能夠較好地實(shí)現(xiàn)對所有監(jiān)控系統(tǒng)的綜合控制。同時，為了有效減少專職消防人員在進(jìn)行監(jiān)測火災(zāi)方面的支出，部分人士提出可以嘗試?yán)眠h(yuǎn)程監(jiān)測控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對相關(guān)轄區(qū)內(nèi)消防火災(zāi)報警系統(tǒng)的聯(lián)合控制，并且能夠?qū)⒚織l報警信息都呈現(xiàn)在遠(yuǎn)程終端上。另外，在發(fā)生故障的時候，此系統(tǒng)能夠?qū)缶畔l(fā)送到終端上進(jìn)行顯示，用來提醒相關(guān)人員來進(jìn)行處理，城市消防監(jiān)測和控制系統(tǒng)對國家建設(shè)始終是一項(xiàng)非常重要的工作。在國外一些發(fā)達(dá)國家當(dāng)中，例如澳大利亞、英國、德國或者是美國，在進(jìn)行消防監(jiān)測控制系統(tǒng)聯(lián)合控制的研發(fā)過程當(dāng)中，其發(fā)展的規(guī)模以及水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于我國的平均水平[2]。例如，澳大利亞在經(jīng)過近幾十年的發(fā)展后，就已經(jīng)進(jìn)行了險情聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)方案的建設(shè)，并且在該領(lǐng)域當(dāng)中始終領(lǐng)先于全球。其他的國家在險情監(jiān)測控制系統(tǒng)防治等方面做出了“將系統(tǒng)與城市報警系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合合作”的根本方案，該方案有利于城市對火災(zāi)報警系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)建設(shè)。同時，在該領(lǐng)域當(dāng)中取得較為豐碩成果的英美等國家，更是將險情監(jiān)控系統(tǒng)作為了一種從事安全監(jiān)測以及安全保護(hù)的重要裝置，并且在進(jìn)行遠(yuǎn)程火災(zāi)監(jiān)控過程當(dāng)中，將該系統(tǒng)與城市監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了結(jié)合使用。該種結(jié)合方式有利于城市火災(zāi)報警系統(tǒng)的建設(shè)，同時在建設(shè)的過程當(dāng)中，如果發(fā)生火災(zāi)現(xiàn)象，將能夠直接判斷火災(zāi)的起點(diǎn)以及走向，此種技術(shù)有利于迅速調(diào)配消防力量，能夠及時有效地到達(dá)現(xiàn)場完成分配計劃。1.2主要研究內(nèi)容在本次系統(tǒng)設(shè)計過程當(dāng)中，主要是研究了一款能夠基于2.4G無線通信的遠(yuǎn)程消防監(jiān)視在線監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)在進(jìn)行使用的時候，能夠起到防微杜漸的作用，可以有效地進(jìn)行監(jiān)測火災(zāi)的發(fā)生，同時能夠檢測溫濕度數(shù)據(jù)信息，能夠很好地維護(hù)建筑消防的完好率，同時能夠進(jìn)行增強(qiáng)消防設(shè)備的運(yùn)營效率，增強(qiáng)建筑物在消防領(lǐng)域方面的滅火能力，主要是通過無線通信的思維方式，結(jié)合現(xiàn)代傳感器和單片機(jī)相關(guān)技術(shù)[1]，可以有效的降低消防過程當(dāng)中人員的支出情況，本論文主要設(shè)計為消防設(shè)備狀態(tài)遠(yuǎn)程在線監(jiān)測裝置，利用無線2.4GHZ無線通信的方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測[3]，并且將檢測內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計如下。本章節(jié)還詳細(xì)地研究了無線檢測平臺研發(fā)的可行性，同時也對其重要意義進(jìn)行了詳細(xì)的研究，分析了系統(tǒng)研究過程當(dāng)中所遇到的各種問題，以及所使用的各種元器件的檢測方式，并且對單片機(jī)控制技術(shù)進(jìn)行了一定的理論分析，在本實(shí)驗(yàn)當(dāng)中對所需要使用的元器件以及整體方案均進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，同時還對消防無線控制控制技術(shù)進(jìn)行了更深層次的研究，確定在進(jìn)行系統(tǒng)傳輸?shù)倪^程當(dāng)中互聯(lián)網(wǎng)使用的重要性。2系統(tǒng)整體方案設(shè)計在本次產(chǎn)品設(shè)計過程當(dāng)中，所設(shè)計的消防設(shè)備遠(yuǎn)程在線監(jiān)測系統(tǒng)在進(jìn)行設(shè)計的過程當(dāng)中所能夠?qū)崿F(xiàn)的功能就是能夠?qū)ο涝O(shè)備的狀況信息進(jìn)行材料檢測，包括溫濕度檢測，煙霧檢測系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊的檢測，同時還能夠進(jìn)行上傳數(shù)據(jù)信息由數(shù)據(jù)終端進(jìn)行顯示，同時當(dāng)時已經(jīng)正在進(jìn)行處理信息之后還能夠?qū)纹瑱C(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行下發(fā)控制指令，使其進(jìn)行相應(yīng)的動作。該系統(tǒng)需要通過軟件設(shè)計以及應(yīng)用設(shè)計來完成整體功能的設(shè)計，同時還需要對整體功能進(jìn)行一定的驗(yàn)證。2.1設(shè)計思路目前隨著5G技術(shù)的快速升級以及家用智能設(shè)備的在迅速的普及[4]，對于一般的聯(lián)網(wǎng)控制來說，具有較多的方案可供選擇，為了能夠有效的降低開發(fā)成本，提高系統(tǒng)實(shí)施的可行性，在進(jìn)行火災(zāi)檢測的過程當(dāng)中，所采用的是2.4G物聯(lián)網(wǎng)的方案，在使用個人物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行信息傳輸?shù)臅r候，能夠?qū)⒈镜匦畔l(fā)送到遠(yuǎn)程終端，同時也能夠接收遠(yuǎn)程終端的控制指令，進(jìn)而進(jìn)行本次設(shè)產(chǎn)品的設(shè)計工作，利用物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)是目前產(chǎn)品在進(jìn)行設(shè)計過程當(dāng)中最重要的技術(shù)之一，同時也是目前來說較為可靠的通信方案。在本次論文設(shè)計過程當(dāng)中，本裝置能夠采集環(huán)境參數(shù)信息，控制系統(tǒng)在進(jìn)行采集煙霧濃度的時候，則采用了煙霧濃度傳感器單元，進(jìn)行實(shí)時采集空氣當(dāng)中的煙霧濃度狀況，系統(tǒng)在進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)的控制的過程當(dāng)中，主要是利用了NRF24L01控制技術(shù)，將所采集到的設(shè)備信息上傳資源的功能，然后進(jìn)行信息處理。在檢測煙霧氣體濃度的時候，使用了煙霧濃度傳感器mq-2，該氣體傳感器能夠?qū)崟r檢測空氣當(dāng)中的煙霧濃度狀況信息，并且在檢驗(yàn)檢測監(jiān)控中的信息的時候，能夠進(jìn)行模擬電壓信號的輸出，當(dāng)模擬電壓信號越高的時候，其證明環(huán)境當(dāng)中的空氣煙霧度能夠更高，將空氣當(dāng)中的煙霧濃度降低的時候，卻輸出的模擬電壓數(shù)值將會降低，因此利用該種特性便能夠判斷出空氣當(dāng)中是否有煙霧的產(chǎn)生，以及煙霧的具體濃度。2.2功能指標(biāo)本次所設(shè)計的消防報警系統(tǒng)遠(yuǎn)程在線監(jiān)測裝置，主要安裝在各個搞成建筑以及大型商場當(dāng)中，能夠用于大氣當(dāng)中的煙霧濃度，消防系統(tǒng)的遠(yuǎn)程終端進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)的采集[4]，進(jìn)而發(fā)送到外匯模塊上進(jìn)行實(shí)時的處理，主要完成的功能如下所示：（1）該系統(tǒng)能夠?qū)崟r檢測環(huán)境參數(shù)的狀況，同時能夠?qū)⒉杉降臒熿F信息能夠進(jìn)行處理之后通過該模塊進(jìn)行上傳遠(yuǎn)程的終端后臺；（2）該系統(tǒng)能夠進(jìn)行本地智能化監(jiān)測，利用LCD1602液晶顯示器，可以實(shí)時顯示出對當(dāng)前環(huán)境所監(jiān)測到的數(shù)據(jù)信息，供本地相關(guān)人員進(jìn)行查看檢測；（3）當(dāng)檢測到系統(tǒng)當(dāng)中的煙霧濃度超標(biāo)的時候，能夠自動進(jìn)行報警；（4）利用液晶顯示器分別將兩個系統(tǒng)獲取到的信息進(jìn)行實(shí)時顯示，從而實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能；（5）單片機(jī)控制器有遠(yuǎn)程終端之間通過外模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，便能夠通過分模塊進(jìn)行發(fā)送數(shù)據(jù)信息。

2.3總體設(shè)計方案在進(jìn)行該系統(tǒng)軟件設(shè)計以及硬件設(shè)計的過程當(dāng)中，首先需要明確該系統(tǒng)一共有幾個模塊，是輸入輸出模塊還是數(shù)字處理模塊，因此根據(jù)模塊的類型以及所選擇的用機(jī)器進(jìn)行繪制應(yīng)用框圖設(shè)計，在本次硬件設(shè)計過程當(dāng)中，主要是針對于所使用到的各種技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的解釋，系統(tǒng)整體設(shè)計框圖如圖1所示：圖1總體原理框圖3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計3.1單片機(jī)控制器3.1.1STC89C52單片機(jī)簡介STC89C52單片機(jī)是由我國國內(nèi)生產(chǎn)廠商所生產(chǎn)的一款8位處理器CPU[5]，該設(shè)備已經(jīng)在進(jìn)行使用的過程當(dāng)中，能夠使用其進(jìn)行產(chǎn)品的開發(fā)以及降低開發(fā)的難度，網(wǎng)絡(luò)上具有大量的參考資源以及可供學(xué)習(xí)的資料能夠進(jìn)行使用，豐富的經(jīng)濟(jì)資源有利于大大縮減開發(fā)的時間，在該單片機(jī)的內(nèi)部有一個8k字節(jié)flash存儲器，在利用該存儲器的時候，能夠?qū)纹瑱C(jī)所下載的程序以及所運(yùn)行的結(jié)果存儲到該程序當(dāng)中，同時該單片機(jī)采用了40個引腳，能夠作為輸入以及輸出進(jìn)行使用，在進(jìn)行使用的時候，只需要對該音標(biāo)進(jìn)行定義即可，在該單片機(jī)的內(nèi)部就有其他的一些應(yīng)用資源，例如單片機(jī)串口通信以及單片機(jī)仿真和單片機(jī)各種出現(xiàn)過的產(chǎn)品，該單片機(jī)控制器在進(jìn)行生產(chǎn)的時候，主要是采用了CMOS工藝，該工藝所生產(chǎn)的設(shè)備具有體積小機(jī)純度高以及低功耗的特點(diǎn)，STC89C52單片機(jī)還提供多種內(nèi)部資源，例如定時器，計數(shù)器以及中斷，可以通過配置相應(yīng)的指令來進(jìn)行使用各種不同的計數(shù)器，同時該設(shè)備也能夠支持1000余次反復(fù)程序的下載。當(dāng)單片機(jī)在低功耗模式下經(jīng)常使用的時候，該系統(tǒng)處于停機(jī)狀態(tài)，但是此時的單片機(jī)能夠正常的運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)外部中斷出發(fā)的時候，能夠快速進(jìn)入到運(yùn)行狀態(tài)。3.1.2單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)在進(jìn)行運(yùn)行的過程當(dāng)中，主要的一個功能是可以為單片機(jī)的運(yùn)行提供具體的時鐘頻率，同時也能夠?yàn)閱纹瑱C(jī)的運(yùn)行提供外部的硬件環(huán)境，支持單片機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，使得單片機(jī)按照程序進(jìn)行運(yùn)行，同時也能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)的功能，一個最小系統(tǒng)的穩(wěn)定性將會決定整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，由于只有系統(tǒng)的工作質(zhì)量將是整體運(yùn)行的保證，因此在進(jìn)行設(shè)計最小系統(tǒng)以及自小系統(tǒng)各個應(yīng)用電路的時候，需要特別進(jìn)行注意處理，如圖2為單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計原理圖。圖2單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖3.1.3單片機(jī)復(fù)位電路在單片機(jī)最小系統(tǒng)電路當(dāng)中，其最重要的組成部分為單片機(jī)時鐘電路，單片機(jī)時鐘電路是單片機(jī)運(yùn)行時的基本保障，能夠?yàn)閱纹瑱C(jī)的運(yùn)行提供一定的時鐘，如果沒有該部分電路，則單方機(jī)內(nèi)部的程序?qū)o法運(yùn)行，STC89C52單片機(jī)在進(jìn)行運(yùn)行的時候，其實(shí)中所能夠選擇的范圍是0~40兆赫茲之間，由于STC89C52有過在進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的時候，需要采用9600的波特率，因此經(jīng)過慎重的選擇決定使直使用11.0592mhz的晶振，如圖3為單片機(jī)時鐘電路設(shè)計按鈕。圖3單片機(jī)時鐘電路原理圖3.1.4單片機(jī)復(fù)位電路在一般情況下，單片機(jī)如果在運(yùn)行的過程當(dāng)中，可能會受到外界環(huán)境的干擾和外界環(huán)境干擾，主要包含溫度的干擾或者是電磁信號的干擾，當(dāng)受到外界電磁信號干擾的時候，有可能會造成單片機(jī)死機(jī)狀況的情況，因此為了能夠使單片機(jī)重新運(yùn)行程序則需要通過上電復(fù)位，雙邊復(fù)位是指當(dāng)按下按鍵的時候，由于單片機(jī)的復(fù)位音角連接上高電平之后發(fā)生的一種復(fù)位現(xiàn)象，各種復(fù)位能夠使單片機(jī)進(jìn)行高效率的運(yùn)行，如圖4為單片機(jī)復(fù)位電路原理圖。圖4單片機(jī)復(fù)位電路原理圖3.2液晶顯示器電路設(shè)計在進(jìn)行該系統(tǒng)軟件設(shè)計以及硬件設(shè)計的過程當(dāng)中，首先需要明確該系統(tǒng)一共有幾個模塊，是輸入輸出模塊還是數(shù)字處理模塊，因此根據(jù)模塊的類型以及所選擇的用機(jī)器進(jìn)行繪制應(yīng)用框圖設(shè)計，在本次硬件設(shè)計過程當(dāng)中，主要是針對于所使用到的各種技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的解釋，系統(tǒng)整體設(shè)計框圖如圖5所示：圖5總體原理框圖3.3蜂鳴器電路模塊在本設(shè)計當(dāng)中，當(dāng)檢測到煙霧濃度超標(biāo)的時候，為了能夠進(jìn)行有效的提醒，則采用風(fēng)靡期報警電路，蜂鳴器在報警電路設(shè)計的時候主要分為兩種蜂鳴器，分別為有源蜂鳴器以及無源蜂鳴器，經(jīng)過選擇本次設(shè)計過程當(dāng)中，選擇的為有蜂鳴器，有源分配器在進(jìn)行使用的時候，需要連接三極管放大器，同時還需要利用限流電阻，蜂鳴器報警電路連接原理圖如圖6所示：圖6蜂鳴器報警電路圖3.4NRE24L01芯片此芯片能夠工作頻段范圍為2.43GHz～2.55GHz，是一種單片機(jī)射頻式可收發(fā)通信模塊。在其內(nèi)部配置有調(diào)制器、晶體振蕩器、放大器以及合成器等多種模塊，并且與shockburst進(jìn)行了相關(guān)的結(jié)合。另外，一方面在接收時，其工作電流僅有12.3mA；另一方面，在發(fā)射時，工作電流也僅9mA，功耗極低[6]。此芯片具有多種低功率條件下的工作模式，與WiFi的距離相比，其在進(jìn)行輸出的傳輸時距離更遠(yuǎn)，便于實(shí)現(xiàn)節(jié)能設(shè)計。相應(yīng)的實(shí)物圖如圖7所示。相關(guān)具體性能參數(shù)如下：◆體積較小，使用QFN204x4mm進(jìn)行封裝◆\t"/item/nrf24l01/_blank"工作時芯片的溫度區(qū)間為-40℃～+80℃◆寬電壓下的工作范圍為1.9V~3.6V，輸入\t"/item/nrf24l01/_blank"引腳部分能夠支持最多5V電壓輸入◆發(fā)射功率有以下選項(xiàng)，0dBm、-6dBm、-12dBm和-18dBm◆\t"/item/nrf24l01/_blank"數(shù)據(jù)的傳輸速率有1Mbps和2Mbps兩種[7]◆工作頻率范圍為2.40GHz～2.53GHz◆有126個通訊通道，6個數(shù)據(jù)通道，可以滿足調(diào)頻的需要以及多點(diǎn)通訊功能[8]◆每次傳一個數(shù)據(jù)包，這個數(shù)據(jù)包可傳送1～32字節(jié)的數(shù)據(jù)◆使用軟件編碼能夠進(jìn)行通訊地址的設(shè)置◆“ShockBurst”增強(qiáng)型工作模式，硬件中的CRC循環(huán)冗余\t"/item/nrf24l01/_blank"校驗(yàn)和涉及點(diǎn)對多點(diǎn)情況下的地址控制◆功耗非常低，在接收時，其工作電流僅12.3mA；以0dBm的功率發(fā)射時，其工作電流11.3mA；如果處在掉電模式，工作電流只有900nA◆通訊端口為4線SPI，最高不超過8Mbps的通訊速率，能夠同多種MCU進(jìn)行連接，軟件編碼比較容易圖7NRF24L01芯片實(shí)物圖3.5煙霧氣體傳感器在本次進(jìn)行硬件電路設(shè)計的時候，為了能夠完成所有的功能，則需要進(jìn)行選擇合適的元器件，元器件的選擇是整個設(shè)計過程中重要的環(huán)節(jié)之一。由于在本設(shè)計當(dāng)中需要使用和調(diào)試仿真軟件，但是在仿真環(huán)境當(dāng)中有些不具備該種模塊，則在該種情況下則使用電動機(jī)進(jìn)行替代，為了能夠使該系統(tǒng)的煙霧信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號[9]，采用MQ-2氣體煙霧濃度傳感器。在氣體感應(yīng)檢測模塊設(shè)計中，選用了MQ-2氣體傳感器檢測火災(zāi)信息。MQ-2輸出的為模擬信號，所以在仿真設(shè)計中用滑動變阻器來代替，不斷改變滑動變阻器的阻值，以此來模擬模擬信號的實(shí)時變化，連接在AD轉(zhuǎn)換器接口IN0表示輸入。3.6溫濕度采集3.6.1溫濕度采集方案的選擇在設(shè)計過程當(dāng)中，為了能夠采集火災(zāi)發(fā)生時的參數(shù)變化信息，其重要的物理量是溫度，在進(jìn)行溫度采集時，由于火災(zāi)發(fā)生時的工作狀況比較惡劣，因此需要選用比較穩(wěn)定性較高的溫度傳感器，一下兩種方案選擇一種進(jìn)行使用。方案一：利用dht11溫濕度傳感器，該種傳感器的內(nèi)部集成有感應(yīng)溫度模塊以及感應(yīng)濕度模塊，能夠?qū)⑺杉降臏囟刃畔⒁约皾穸刃畔⑦M(jìn)行集成，通過單數(shù)字總線的技術(shù)發(fā)送到單片機(jī)上進(jìn)行使用，該溫濕度傳感器在進(jìn)行控制的時候，還需要將其采集的信息與單片機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換，以達(dá)到能夠精準(zhǔn)傳送的目的。方案二：采用ds18b20型號傳感器，該溫度傳感器能夠?qū)崟r檢測溫度消耗信息，將溫度這種物流量信號轉(zhuǎn)化為電信號進(jìn)行輸出，在進(jìn)行使用該溫度傳感器時，該溫度傳感器能夠提升多種風(fēng)浪風(fēng)勢，在烘干機(jī)內(nèi)部進(jìn)行使用時，可以利用鋁合金外殼的封裝方式進(jìn)行溫度的采集，再進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程當(dāng)中，與單片機(jī)之間也是采用了單數(shù)的總線，將采集到的溫度信息以及濕度信息上傳至單片機(jī)進(jìn)行使用，該溫度傳感器采集的溫度范圍較廣，能夠采集，最低零下40度，最高零上125度[10]，其采集的溫度范圍能夠滿足一般的烘干機(jī)使用需求，因此該種溫度傳感器具有較好的使用價值.由于在實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中，需要采集烘溫度信息以及濕度信息，為了能夠方便開發(fā)以及后期進(jìn)行程序的更改，因此決定使用DHT11方案一內(nèi)部的傳感器進(jìn)行本次設(shè)計。3.6.2DHT11電路圖的設(shè)計在DHT11與單片機(jī)進(jìn)行電路圖設(shè)計的過程當(dāng)中，可以先了解該模塊所具有的引腳標(biāo)識，由查閱資料可得，該模塊一共就有三個引腳[11]，分別為電源的正極電源的負(fù)極以及數(shù)據(jù)輸出線，在進(jìn)行連接單片機(jī)的過程當(dāng)中，如果數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)線大于20米，則應(yīng)該外接上拉電阻，進(jìn)行提高程序的穩(wěn)定性。當(dāng)模塊的外部芯片引腳，電平為低電平的時候，DHT11不進(jìn)行讀寫數(shù)據(jù)，此時處于忙碌狀態(tài)[12]。DHT11的電路連接圖如下圖所示，其正極連接電源的正，負(fù)極連接電源的地段，中間連接單片機(jī)的引腳，圖8為DHT11電路設(shè)計原理圖。圖8DHT11溫濕度電路原理圖4系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1主程序設(shè)計流程圖在本次軟件設(shè)計模塊中，第一步必須對整個系統(tǒng)進(jìn)行初始化操作。當(dāng)單片機(jī)將各個引腳初始化完畢之后開始進(jìn)行煙霧濃度采集，將煙霧濃度模塊以及水溫濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到數(shù)字電壓，同時進(jìn)行液晶顯示和數(shù)據(jù)上傳，與此同時得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如果是超出預(yù)知之后，將會啟動蜂鳴器進(jìn)行報警，同時LED燈進(jìn)行閃爍[13]。圖9為整體軟件設(shè)計流程圖。圖9蜂鳴器報警電路圖4.2液晶顯示子程序設(shè)計流程圖單片機(jī)在上電之后開始子程序的初始化設(shè)置，將與液晶連接的端口進(jìn)行初始化，然后單片機(jī)對其發(fā)送清屏指令，將液晶顯示屏上的內(nèi)容全部進(jìn)行清空。待全部清空完成后，單片機(jī)向該LCD1602液晶顯示器發(fā)送寫指令，將ADC0832采集得到的數(shù)據(jù)信息發(fā)送到液晶上顯示[14]。圖10為液晶設(shè)計流程圖。圖10液晶顯示流程圖4.3無線模塊程序流程圖在進(jìn)行無線模塊通訊串口設(shè)計的時候，該模塊與單片機(jī)之間主要是采用了SPI通信原理，以主從方式工作。主器件數(shù)據(jù)輸出是MOSI(SDO)，它從器件進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入；主器件數(shù)據(jù)輸入為MISO(SDI)，它從器件進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出。由主器件產(chǎn)生sclk時鐘信號，SCLK是由主器件所產(chǎn)生的時鐘信號，SPI串行傳輸是數(shù)據(jù)一位一位從MSB或LSB開始傳輸，產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖沿時，MOSI和MISO才進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；從器件受主器件控制，其使能端信號為CS，是否選中控制芯片CS，僅當(dāng)片選信號是實(shí)現(xiàn)約定的低電位或者高電位的使能端信號，這個時候才是對芯片的有效操作。在進(jìn)行串口通信時串口通信主要是用到了串口中斷[15]，當(dāng)通道初始化完畢之后，開始進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候采用的指令為at指令，這個指令應(yīng)用在PC應(yīng)用和具體\t"/item/AT%E6%8C%87%E4%BB%A4/_blank"終端設(shè)備之間，用來實(shí)現(xiàn)通信與連接的功能。其中，At是Attention的縮寫。在每一個at命令行中，最多不能超過一個at指令；而在發(fā)送at指令時，最大接收長度為1056個字符（at這兩個字符除外，但包含最后位置上的空字符在內(nèi)）。該指令將所需要發(fā)送的數(shù)據(jù)信息以及所需要配置的信息發(fā)送到NRF24L01模塊上，在進(jìn)行配置的時候，包括模塊的工作模式以及連接碼等多種指令，如圖11為該模塊與單片機(jī)之間進(jìn)行連接時簡要的程序設(shè)計圖。圖11NRF24L01軟件設(shè)計流程圖5軟硬件調(diào)試5.1硬件系統(tǒng)調(diào)試本套所設(shè)計的裝置在進(jìn)行硬件測試時，主要是根據(jù)電路原理圖進(jìn)行電路線路的檢查，在進(jìn)行電路原理圖設(shè)計的過程中，以保證各個通路都能夠正常工作，首先是進(jìn)行各個模塊的檢測，以保證各個模塊之間不會發(fā)生互相短路現(xiàn)象，其次在夜間進(jìn)行工作的時候，需要對液晶顯示器各個引腳之間進(jìn)行數(shù)據(jù)查驗(yàn)，保證能夠正常顯示，在整個系統(tǒng)測試完畢之后，需要對電源端進(jìn)行檢查，防止其發(fā)生短路現(xiàn)象。5.2軟件系統(tǒng)調(diào)試在進(jìn)行軟件測試時，所享用的編譯軟件為keil4

該軟件所使用C語言進(jìn)行程序的編寫，為了能夠更加方便的進(jìn)行檢驗(yàn)各個模塊的功能，因此在進(jìn)行編寫具體的程序時，也使用非模塊化的語言進(jìn)行具體的編寫，通過單片機(jī)對液晶的控制，進(jìn)而確定單片機(jī)控制液晶程序是否能夠正常使用，然后進(jìn)行檢測轉(zhuǎn)換芯片是否正常工作，當(dāng)所有程序進(jìn)行調(diào)試完畢之后，可以下載到單片機(jī)，進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試，已達(dá)到軟硬兼容的目的。6結(jié)語此次設(shè)計主要目的是進(jìn)行兩個單片機(jī)的通訊，從而將電子和通信進(jìn)行很好地結(jié)合。設(shè)計的主要功能有實(shí)現(xiàn)不低于1000米距離傳輸、能夠進(jìn)行大棚或者雞舍環(huán)境參數(shù)的傳輸、傳輸溫濕度和煙霧濃度，并且遠(yuǎn)程控制打開通風(fēng)系統(tǒng)，能夠進(jìn)行自動補(bǔ)光。STC89C52型號單片機(jī)為主控芯片，NRF24LO1模塊作為無線通信模塊，剩余需要設(shè)計的主要有輸入和輸出顯示設(shè)備。輸入設(shè)備常用的主要有按鍵和串口，采用按鍵實(shí)現(xiàn)0和1兩種信號作為輸入，傳遞出計算機(jī)所有的信息，實(shí)現(xiàn)要求的無線通信系統(tǒng)。另外，本設(shè)計闡述的只是一些初步的研究與開發(fā)，如何提高傳輸距離，實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離更多信息的更精準(zhǔn)檢測應(yīng)該是一個艱巨的挑戰(zhàn)。這次畢業(yè)設(shè)計，使得我將所學(xué)知識與實(shí)踐充分結(jié)合，學(xué)會了將所學(xué)的零散知識聯(lián)系在一起解決問題的方法，鍛煉了自己的動手能力。經(jīng)過長時間的硬件設(shè)計和軟件調(diào)試，本系統(tǒng)基本完成要求的功能。但在硬件的穩(wěn)定性、系統(tǒng)界面人性化還存在一些不足。這次畢業(yè)設(shè)計中，我基本上掌握了原理圖繪制軟件的使用方法，通過硬件電路搭建的過程，讓我進(jìn)一步熟悉了一些元器件的功能和屬性，也真正接觸到了控制系統(tǒng)的設(shè)計，學(xué)會了如何綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)知識，如何查閱相關(guān)資料，并從中提取有用信息來幫助完成設(shè)計，如LCD1602液晶顯示器，按鍵鍵盤等，同時提高了我對問題的分析和解決能力。雖然這是一個有關(guān)人們生活的小系統(tǒng)，但也讓我從中明白了在設(shè)計過程中除了注重基本功能的實(shí)現(xiàn)，還應(yīng)該注意實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性等許多問題。盡管在制作過程中，有因長時間做不出來的焦慮和懊惱，但是每當(dāng)成功實(shí)現(xiàn)一步時所收獲的開心也是難以言喻的。從一開始的選題，到后面的期中小結(jié)、實(shí)物制作，以及最后的論文編寫和修改，在整個過程中，老師、同學(xué)和家人們都給了我極大的幫助。古之學(xué)者必有師，得幸?guī)煆挠谛路f老師。首先謹(jǐn)以最誠摯的敬意感謝指導(dǎo)老師于老師。本論文從選題、實(shí)驗(yàn)設(shè)計及結(jié)果分析直至論文撰寫均凝結(jié)了于老師的心血。于老師是一位良師益友，她嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲袘B(tài)度，淵博的知識和樸實(shí)無華的人格讓我心生敬仰和欽佩。此次畢業(yè)設(shè)計是在于新穎老師的悉心指導(dǎo)下得以完成的。感謝老師的幫助和支持，使得我在開題、制作實(shí)物以及撰寫畢業(yè)論文時克服了很多困難，也解決了我的很多疑惑。進(jìn)一步增強(qiáng)了我論文的嚴(yán)密性和可讀性。在完成畢業(yè)設(shè)計期間，于老師一直以身作則，用語言和行動感染并激勵著我。由衷感謝老師長期以來的支持和幫助。此外，還要感謝大學(xué)其他任課老師和一起學(xué)習(xí)的同學(xué)，正是由于他們的幫助和配合，使得我在大學(xué)期間學(xué)習(xí)了很多專業(yè)知識，克服了一個一個的困難和疑惑，度過了一個愉快的大學(xué)生活。父母之恩，水不能溺，火不能滅。感謝父母，妹妹及家人們對我無微不至的照顧和關(guān)懷，以及對我求學(xué)路上的支持和陪伴，這些一直溫暖著我。我一定會帶著你們的期許繼續(xù)成長。祝我的家人們未來幸福安康。飲水思源，愛國榮校。感謝山西大學(xué)商務(wù)學(xué)院，給我提供了求學(xué)的機(jī)會，也期望未來的我能夠?yàn)槟感＜皣邑暙I(xiàn)自己的一份力量。韶光易逝，終有別離。大學(xué)畢業(yè)是學(xué)生時代的一個終點(diǎn)，也是實(shí)現(xiàn)人生價值的起點(diǎn)，感恩所有相遇，前路漫漫，今后的歲月里，我會不斷進(jìn)步，不斷成就自己的夢想和精彩的人生。參考文獻(xiàn)[1]王曉芬．基于GSM的防盜報警系統(tǒng)的研究[J]．現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化，2015，5(7)：87-88．[2]鮑國全．雙波段紅外光可燃?xì)怏w探測器研究[[D]．吉林：吉林大學(xué)，2009．[3]曲紅梅．基于接觸燃燒式CH4傳感器的報警器研制[D]．吉林：吉林大學(xué)，2014．[4]王鵬毅著．超寬帶抗干擾通信定位技術(shù)研究[D]．北京：北京郵電大學(xué)，2017．[5]麥浩前著．制造車間無線傳感網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸策略研究[D]．廣東：廣東工業(yè)大學(xué)，2016．[6]吳曉蝶，于金麗，李勝楠．一種車輛入庫自動循跡停車系統(tǒng)的方案設(shè)計[J]．電腦知識與技術(shù)，2019，15(31)：242-244．[7]羅強(qiáng)．氣動高速無線通信系統(tǒng)的可用性研究[D]．四川：電子科技大學(xué)，2017．[8]徐森．自動控制系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)控制器的設(shè)計[D]．西安：西安科技大學(xué)，2016．[9]李征．分布式無線通信系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)層關(guān)鍵技術(shù)研究[D]．北京：北京郵電大學(xué)，2015．[10]蔣秋紅．移動通信信道建模與仿真的研究[D]．天津：天津大學(xué)，2014．[11]龍肖虎，趙新勝．分布式無線電和蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[J]．電子學(xué)報，2014，32(12A)：16-21．[12]聶磊，裴雪．物聯(lián)網(wǎng)引發(fā)系統(tǒng)設(shè)計新趨勢[J]．大眾文藝，2013，56(18A)：16-21．[13]張雪麗．天線的設(shè)計[J]．無線通信技術(shù)，2015，10(7)：45-46．[14]熊中剛．基于STM32和2.4G無線通信技術(shù)的環(huán)境監(jiān)測與控制系統(tǒng)設(shè)計[J]．桂林航天工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2019，76(3)：167-172．[15]ChungYL，TsaiZ.Performanceevaluationofdynamicspectrumsharingfortwowirelesscommunicationnetworks[J]．IETCommunications，2010，4(4)：452-462．附錄相關(guān)程序代碼warningoffall;I1=Image_Normalize(I,1);hsize=[33];sigma=0.5;I2=Image_Smooth(I1,hsize,sigma,1);I3=Gray_Convert(I2,1);bw2=Image_Binary(I3,1);imshow(bw2,[]);[~,~,xy_long]=Hough_Process(bw2,I1,1);angle=Compute_Angle(xy_long);[I4,bw3]=Image_Rotate(I1,bw2,angle*1.8,1);[bw4,Loc1]=Morph_Process(bw3,1);[Len,XYn,xy_long]=Hough_Process(bw4,I4,1);[bw5,bw6]=Region_Segmation(XYn,bw4,I4,1);[stats1,stats2,Line]=Location_Label(bw5,bw6,I4,XYn,Loc1,1);function[Dom,Aom,Answer,Bn]=Analysis(stats1,stats2,Line,Img,flag)ifnargin<5flag=1;endaw=['A''B''C''D'];fori=1:length(stats1)temp=stats1(i).Centroid;fori1=1:length(Dom)Loc=Dom(i1).Loc;iftemp(2)>=Loc(1)&&temp(2)<=Loc(2)x=Dom(i1).x;y=Dom(i1).y;i_y=(i1-1)*20;fori2=1:length(x)xt=x{i2};fori3=1:length(xt)-1iftemp(1)>=xt(i3)&&temp(1)<=xt(i3+1)i_x=(i2-1)*5+i3;break;endendendendendAnswer(i_n).Loc=[Answer(i_n).Loc;temp];Answer(i_n).no=i_n;Answer(i_n).aw=[Answer(i_n).awi_a];endLoc1=Aom(1).Loc;x1=Aom(1).x;y1=Aom(1).y;Loc2=Aom(2).Loc;x2=Aom(2).x;y2=Aom(2).y;Loc3=Aom(3).Loc;x3=Aom(3).x;y3=Aom(3).y;iftemp(2)>=Loc3(1)&&temp(2)<=Loc3(2)&&temp(1)>=x3(1)&&temp(1)<=x3(2)fori1=1:length(y3)-1iftemp(2)>=y3(i1)&&temp(2)<=y3(i1+1)Bn(3).Loc=[Bn(3).Loc;temp];Bn(3).result=[Bn(3).result;strs(i1,:)];