光照检测装置.doc

河海大学计算机及信息工程学院（常州）课程设计报告 题 目 基于Po188光照采集装置专 业 通信工程授课班号 270401 学生姓名 周亚彬 指导教师 姚澄完成时间 2011年07月05日 目 录前 言 2第一章 系统设计 3第一节 课题目标及总体方案.3第二节 系统各功能模块的实现.42.1 MCU核心控制模块的实现.4 2.1.1 MCU核心控制单元的选定. .4 2.1.2 MCU控制I/O口资源分配. 52.1.3 MCU软件开发平台. . . 5 2.2 电源模块.72.3光照度检测模块. . 72.4无线收发模块. . . . . 82.5液晶显示模块. . . . . 8第二章 实验（测试）结果及讨论.9第一节 课程设计前期准备. . . 9第二节 作品照片.10第三章 结论. 11心得体会13参考文献 14附 录 15 一、源程序15 二、PCB29前 言光在日常生活中是不可或缺的物理量之一。而光污染已经成为继废水污染、大气污染、噪声污染、固体废物污染后的第五大污染，是21世纪直接影响人类健康的又一环境杀手。在城市中，光污染随处可见。目前，人们对光污染这一隐形杀手了解的还不够，防范措施还不够。相对于此，本文设计并研发了无线检测光照度系统。光照度，衡量光强度的物理量之一。通过实时的检测环境中的光通量的大小来达到及时了解环境中光的强度的变化。并能够及时的告知环境中的光照是否达到光污染的等级。光照采集控制系统是在嵌入式系统设计的基础上发展起来的。嵌入式系统虽然起源于微型计算机时代，但是微型计算机的体积、价位、可靠性，都无法满足广大对象对嵌入式系统的要求，因此，嵌入式系统必须走独立发展道路。这条道路就是芯片化道路。将计算机做在一个芯片上，从而开创了嵌入式系统独立发展的单片机时代。本设计就是基于Po188光敏传感器件而设计的光照度检测系统第一章 系统设计第一节 课题目标及总体方案新型光照传感器的种类繁多，本次课程设计采用模拟光照传感器PO188，与各种微处理器的I/O接口相连接，组成自动光照检测系统。 本课题的完整设计目标为：从机利用PO188采集光照信息并将该信息反馈给单片机，单片机通过液晶显示采集到的光照值并将该值信息通过XL905无线发送给主机，主机将光照值信息通过液晶显示。其总体方案设计如图1所示：图1. 无线温度检测装置系统框图在课题设计过程中，将本系统分为硬件和软件部分两个部分，其中硬件部分分为以下几个模块：MCU核心控制单元、电源模块、液晶显示模块和NRF无线收发模块；软件部分为MCU软件开发平台和相关程序编写。硬件部分需要利用Protel99se画出原理图和PC，软件部分需要利用KeiluVision2作为程序编辑环境。下载程序时使用STC89C51处理器ISP程序下载器。第二节 系统各功能模块的实现2.1 MCU核心控制模块的实现 2.1.1 MCU核心控制单元的选定在本课题研究中MCU核心控制器采用宏晶公司的40引脚STC89C52RC系列单片机实现，封装及引脚功能如图2.所示：图2. MCU核心控制器STC89C52RC封装及其引脚功能图所选用的40引脚STC89C52RC单片机具有以下特性:1.高速：6T单片机；增强型8051内核，工作频率：0-40MHZ，比普通8051单片机快2倍以上；宽电压5.5-3.4V，低功耗设计：空闲模式(可由任意一个中断唤醒)，掉电模式(可由外部中断唤醒)。2.8通道，8bit高速ADC；8K10万次以上Flash程序存储器；1280SRAM数据存储器；芯片内擦写次数10万次以上EEPROM功能。3.无需编程器/仿真器；兼容8051串口。4.可设置成4种模式的36个通用I/O口。2.1.2 MCU控制I/O口资源分配下表1.即为对40引脚STC89C52RC单片机I/O口的资源分配表：I/O口接口控制分配P0.0-P0.7LCD8路数据data接口P2.0-P2.5NRF24L01SPI和控制接口P3.4-P3.5LCD控制接口P3.6DS18B20控制口表1. I/O口的资源分配表2.1.3 MCU软件开发平台虽然STC系列单片机没有专门的程序开发环境，但STC单片机采用的CPU内核是8051。任何支持8051的如KeilC51、IAR和Medwin等编译器/汇编器都可以支持STC系列单片机的开发。在课题研究中国，使用了KeiluVision2作为程序编辑环境如图3.所示。图3. STC89C51处理器KeiluVision2程序编辑、编译环境在KeiluVision2开发环境下对程序进行编辑编译后，使用STC公司提供的STC-ISP程序下载器将编译好的十六进制代码(.HEX)文件通过RS232接口下载到单片机即可，下载器操作界面如图4.所示。图4. STC89C51处理器ISP程序下载器2.2 电源模块本设计方案采用7.2V电池给LM117-5稳压芯片产生+5V直流稳压电源为单片机、PO188芯片供电,采用LM117-3.3为XL905、Nokia5110液晶提供3.3V稳压电源。该部分电路如图5所示：图5. 电源部分电路图2.3光照度检测模块采用集成式光电传感器PO188，由于具有结构简单，外接电路简单，可用AD转换芯片对其进行数据采集，并且具有体积小，转换快等优点。该部分电路如图6.所示：图6.光照度采集模块2.4无线收发模块本课题研究中采用XL905实现主机和从机之间通信，该芯片具有以下功能：1.增强型 ShockBurst；2.自动应答及自动重发功能；3.地址及CRC检验功能；4.宽工作电压输入。该部分电路如图7.所示：图7.NRF24L01无线收发模块2.5液晶显示模块 本课题采用Nokia 5110液晶作为整个系统的显示模块。可以显示84*48点，能显示3行中文，每行7个汉字(使用新的显示方法，可以显示4行中文)。使用PCD8544驱动芯片。串口速率达到4Mbit/S。并且其价格便宜，性价比较高。编程方便。该部分电路如图8.所示：图8.Nokia5110液晶显示模块第二章 实验（测试）结果及讨论第一节 课程设计前期准备周三下午两点在图书馆一起研究、分析课程设计的题目。通过参考相关方面的书籍以及查阅网络资源，将本次课程设计的重点集中在软硬件结合上，因为这样不仅能够提高动手能力，培养综合素质，而且也为以后的毕业设计打下坚实的基础。进而确定课题为基于PO188光照度检测装置，在确定了课题之后，进行了合理有序的分工，各司其职，以保证每一个小组成员都能通过这次课设学到知识，达到课设的要求。然后展开了各项的准备工作。有人负责收集准备相应文献资料，有人负责元器件的购买，各个模块之间的关系等。经过了近一天的准备工作，大家怀着激动的心情正式开始了这次的课设之旅。第二节 作品照片 经过反复调试最终，本系统实现了基本功能和要求，能够进行短距离无线收发和进行光照度采集。图9.为系统总体实物图：图9.系统总体实物图 图10和图11分别为从机和主机实物图：图10.从机实物图图11.主机实物图第三章 结 论1.本课程设计的特点 在本设计中集合了MCU的高效性、PO188和XL905的高集成度和优良性能，实现了对光照度的无线采集。2.本课程设计的主要贡献随着科技的进步，光照检测与控制显得尤为重要，尤其在精确度上要求很高。例如在农业领域对温度的精确性要求很高，如果光照检测不准确可能会带来巨大的损失。对于本次课程设计基于MCU的光照检测系统可以通过增加新的功能，利用在各行各业。本系统以STC89C52RC单片机为核心，利用PO188光敏传感器进行光照度测量，组成一个集光照、显示为一身的闭环控制系统，并可进行短距离无线控制，系统实现功能如下： 能对01000Lux范围内的各种环境光照度进行精确测量，测量精确度为0.1 Lux； 能对所测环境进行实时显示；3.评估结果 本系统在通电后的运行状况良好并且能够自主检测光照变化。4.改善建议经过反复的调试，最终实现了基于MCU的无线光照检测装置的功能，达到了本次课程设计的基本要求。反观这次设计与制作过程，对单片机及无线通信的应用有了一个初步的了解，掌握了一个基于单片机的光照检测系统的基本原理以及功能的实现。在调试中发现基于MCU的光照检测系统可以比较精确的测量环境光照。在此基础上可以进行如下改进：改进一：加上报警装置，当光照超过一定范围后自动启动报警装置；改进二：加上键盘显示电路，依靠键盘提取需要知道的物理量。心得体会课程设计完成了，在这个过程中我学到了很多东西。首先通过此次课程设计，提高了动手能力以及提出问题、思考问题、解决问题的能力。加深了对单片机应用知识的理解，进一步熟悉了对Protel绘图软件的使用，掌握了编写程序的思想，能够编写部分小程序。当然，此次课程设计令我感受颇深的是程序编写过程中的一些体会，我觉得最能考验耐心的是软硬件的调试，在程序的编写过程中，刚开始是从网上下载了相关DAC0832的参考程序，通过修改，基本格式语法上的错误已经没有，但是却无法实现我们需要的功能，经过再一次研读其芯片资料，修改了部分程序，但是却出现一个很“有趣”的现象，在液晶显示屏上显示的数据总是在乱跳，最终通过单步的运行才发现了程序中的逻辑问题。 通过这件事我发现要想编出完美的程序，一个人除了要耐心外，还要求一定要细心，程序中的一个小小错误都会酿成一个大错，这要求我们再做以后的事情中一定要沉着细心，尽量避免错误的出现。此次课程设计让我加深了对团队观念的理解，一个优秀的团队需要团队中的每个成员都要优秀，优秀的成员共同奋斗才能够做出一件完美的作品。我认为团结协作也是我们此次课设成功的一项非常重要的保证。此次课程设计也为我以后的毕业设计做了充分的准备，让我深切的感受到理论与实际的必要性，我们一定要将课本上学到的理论知识应用到实际中。在以后的学习生活中，我会将这种严谨的做事态度一直继续下去，我相信只要脚踏实地的做事，我们会从身边的事情中学到好多，得到好多。参考文献1 康光华，陈大钦，张林电子技术基础 模拟部分(第五版)华中科技大学电子技术课程组，20052 刘光斌，刘冬，姚志成单片机系统实用抗干扰技术【M】北京：人民邮电出版社20033 张友德，赵志英，涂时亮单片机微型机原理、应用与实验（第五版）复旦大学出版社附 录一、源程序：发送部分：/*AD部分头文件*/#ifndef _AD_H_#define _AD_H_sbit acc0=ACC0;sbit acc1=ACC1;sbit ADC0832_CLK=P20;sbit ADC0832_DIO=P21;sbit ADC0832_CS=P22;void start()ADC0832_CS=1;_nop_();ADC0832_CLK=0;_nop_();ADC0832_CS=0;_nop_();ADC0832_DIO=1;_nop_();ADC0832_CLK=1;_nop_();ADC0832_DIO=0;ADC0832_CLK=0;_nop_(); /转换启动位，在第一个下降沿时DI端应为1uchar adc_read(uchar mode)uchar i;start();/启动转换开始ACC=mode;ADC0832_DIO=acc1;/输出控制位1ADC0832_CLK=1;_nop_();ADC0832_DIO=0;ADC0832_CLK=0;ADC0832_DIO=acc0;/输出控制位1ADC0832_CLK=1;_nop_();ADC0832_DIO=1;ADC0832_CLK=0;/到此clk输出了三个脉冲，输入模式和通道号已经选择ADC0832_CLK=1;ACC=0;for(i=8;i0;i-)ADC0832_CLK=0;ACC=ACC=2.0)Lux_Value_Real=800.0+(Lux_Value-2.0)*666.7;if(Lux_Value=1.5&Lux_Value=1.1&(Lux_Value=0.5&(Lux_Value1.1)Lux_Value_Real=100.0+(Lux_Value-0.5)*333.3;if(Lux_Value0.5)Lux_Value_Real=Lux_Value*200.0;Lux_Value_Real=Lux_Value_Real*10.0;/提取出小数点后一位return Lux_Value_Real; #endif/*延时函数部分头文件*/#ifndef _DELAY_H_#define _DELAY_H_#define uchar unsigned char #define uint unsigned intvoid delay_1ms(void) /1ms延时函数uchar i;for(i=0;i50;i+); void long_delay(void) /1ms延时函数uchar i;for(i=0;i100;i+)delay_1ms();#endif/*LCD部分头文件*/#ifndef _LCD_H_#define _LCD_H_#include #include sbit res = P37; /复位,0复位sbit sce = P36; /片选sbit dc = P35; /1写数据，0写指令sbit sdin= P34; /数据sbit sclk= P33; /时钟#define uchar unsigned char #define uint unsigned intvoid LCD_write_byte(uchar dt,uchar command)/dt:写入的数据;command:写数据/命令选择uchar i; sce=0;dc=command;for(i=0;i8;i+) if(dt&0x80) sdin=1;else sdin=0;dt=dt1;sclk=0; sclk=1; dc=1;sce=1;sdin=1;void LCD_init(void) /初始化res=0; delay_1ms(); res=1; LCD_write_byte(0x21,0);/初始化Lcd,功能设定使用扩充指令LCD_write_byte(0xC0,0);/设定液晶偏置电压LCD_write_byte(0x06,0);LCD_write_byte(0x13,0);LCD_write_byte(0x20,0);/使用基本指令LCD_write_byte(0x0C,0);/设定显示模式，正常显示void LCD_set_XY(uchar X, uchar Y)/设置坐标 X:0-83 Y:0-5LCD_write_byte(0x40|Y,0);/ columnLCD_write_byte(0x80|X,0);/ row void LCD_clear(void) /清屏uchar t,k;LCD_set_XY(0,0);for(t=0;t6;t+)for(k=0;k84;k+)LCD_write_byte(0x00,1); void LCD_write_shu(uchar row,uchar page,uchar c)/row:列 page:页 dd:字符uchar i; LCD_set_XY(row*8, page);/ 列，页 for(i=0;i8;i+) LCD_write_byte(shuzic*16+i,1); LCD_set_XY(row*8, page+1);/ 列，页 for(i=8; i16;i+) LCD_write_byte(shuzic*16+i,1); void LCD_write_hanzi(uchar row, uchar page,uchar c) /row:列 page:页 dd:字符uchar i; LCD_set_XY(row*8, page);/ 列，页 for(i=0; i16;i+) LCD_write_byte(hanzic*32+i,1); LCD_set_XY(row*8, page+1);/ 列，页 for(i=16; i32;i+) LCD_write_byte(hanzic*32+i,1); #endif/*LCD部分字库头文件*/#ifndef _ZIKU_H_#define _ZIKU_H_#define uchar unsigned char #define uint unsigned intuchar code shuzi=/ 0 00x00,0xE0,0x10,0x08,0x08,0x10,0xE0,0x00,0x00,0x0F,0x10,0x20,0x20,0x10,0x0F,0x00,/ 1 10x00,0x10,0x10,0xF8,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x20,0x20,0x3F,0x20,0x20,0x00,0x00,/ 2 20x00,0x70,0x08,0x08,0x08,0x88,0x70,0x00,0x00,0x30,0x28,0x24,0x22,0x21,0x30,0x00,/ 3 30x00,0x30,0x08,0x88,0x88,0x48,0x30,0x00,0x00,0x18,0x20,0x20,0x20,0x11,0x0E,0x00,/ 4 40x00,0x00,0xC0,0x20,0x10,0xF8,0x00,0x00,0x00,0x07,0x04,0x24,0x24,0x3F,0x24,0x00,/ 5 50x00,0xF8,0x08,0x88,0x88,0x08,0x08,0x00,0x00,0x19,0x21,0x20,0x20,0x11,0x0E,0x00,/ 6 60x00,0xE0,0x10,0x88,0x88,0x18,0x00,0x00,0x00,0x0F,0x11,0x20,0x20,0x11,0x0E,0x00,/ 7 70x00,0x38,0x08,0x08,0xC8,0x38,0x08,0x00,0x00,0x00,0x00,0x3F,0x00,0x00,0x00,0x00,/ 8 80x00,0x70,0x88,0x08,0x08,0x88,0x70,0x00,0x00,0x1C,0x22,0x21,0x21,0x22,0x1C,0x00,/ 9 90x00,0xE0,0x10,0x08,0x08,0x10,0xE0,0x00,0x00,0x00,0x31,0x22,0x22,0x11,0x0F,0x00,/ : 100x00,0x00,0x00,0xC0,0xC0,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x30,0x30,0x00,0x00,0x00,/ . 110x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x30,0x30,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,/ l 120x00,0x08,0x08,0xF8,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x20,0x20,0x3F,0x20,0x20,0x00,0x00,/ u 130x80,0x80,0x00,0x00,0x00,0x80,0x80,0x00,0x00,0x1F,0x20,0x20,0x20,0x10,0x3F,0x20,/ x 140x00,0x80,0x80,0x00,0x80,0x80,0x80,0x00,0x00,0x20,0x31,0x2E,0x0E,0x31,0x20,0x00,;uchar code hanzi = / 光 00x00,0x40,0x42,0x44,0x5C,0xC8,0x40,0x7F,0x40,0xC0,0x50,0x4E,0x44,0x60,0x40,0x00,0x00,0x80,0x40,0x20,0x18,0x07,0x00,0x00,0x00,0x3F,0x40,0x40,0x40,0x40,0x78,0x00,/ 照 10x00,0x00,0xFE,0x22,0x22,0xFE,0x40,0x21,0xD1,0x4F,0x41,0x51,0x61,0xDF,0x00,0x00,0x40,0x60,0x3B,0x01,0x09,0x33,0x60,0x00,0x0F,0x32,0x62,0x02,0x0A,0x37,0x60,0x00,/ 度 20x00,0x00,0xFC,0x04,0x24,0x24,0xFC,0xA5,0xA6,0xA4,0xFC,0x24,0x24,0x24,0x04,0x00,0x80,0x60,0x1F,0x80,0x80,0x42,0x46,0x2A,0x12,0x12,0x2A,0x26,0x42,0xC0,0x40,0x00,;#endif/*XL905无线部分头文件*/#ifndef _WUXIAN_H_#define _WUXIAN_H_#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define BYTE_BIT00x01#define BYTE_BIT70x80bdata unsigned char DATA_BUF;#define DATA7 (DATA_BUF&BYTE_BIT7) != 0)#define DATA0 (DATA_BUF&BYTE_BIT0) != 0)sbit flag=DATA_BUF7;sbit flag1=DATA_BUF0;#define TxRxBuf_Len 4/unsigned char TxRxBufTxRxBuf_Len=0x29,0x30,0x31,0x32,;unsigned char TxRxBufTxRxBuf_Len=0x00,0x01,0x02,0x03,;code TxAddress4=0xcc,0xcc,0xcc,0xcc;char tf;sbit TXEN=P10;sbit TRX_CE=P11;sbit PWR=P12;sbit MISO=P13;sbit MOSI=P14;sbit SCK=P26;sbit CSN=P27;sbit AM=P30;sbit DR=P31;sbit CD=P32;#define WC0x00#define RC0x10#define WTP0x20#define RTP0x21#define WTA0x22#define RTA0x23#define RRP0x24unsigned char idata RFConf11= 0x00, 0x5f, 0x0c, 0x44, 0x05,0x05, 0xCC,0xCC,0xCC,0xCC, 0x58, ;void nrf905_Delay(int n)uint i;while(n-)for(i=0;i80;i+);unsigned char SpiRead(void)unsigned char j;for (j=0;j8;j+) DATA_BUF=DATA_BUF1;SCK=1;if (MISO)DATA_BUF|=BYTE_BIT0;elseDATA_BUF&=BYTE_BIT0;SCK=0; 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nrf905_Delay(1);TRX_CE=0;/ Set nRF905 in standby mode nrf905_Delay(100); TRX_CE=0;CSN=0;/ Spi enable for write a spi command nrf905_Delay(1);SpiWrite(RRP);for (i = 0 ;i 4 ;i+) TxRxBufi=SpiRead();/ Read data and save to buffer CSN=1; nrf905_Delay(10);TRX_CE=1;void RX(void) SetRxMode(); nrf905_Delay(10); RxPacket();#endif/*发送部分主函数*/#include #include #include #include #include #include #include #include #include void main(void)uchar k;uint LUX,LUX_MAX=0;uchar sum=0; res=0;for(k=0;k10;k+);res=1; LCD_init(); /初始化LCD模块 LCD_clear(); /清屏幕 nRF905Init(); Config905();LCD_write_hanzi(0,0,0); /光LCD_write_hanzi(2,0,1); /照LCD_write_hanzi(4,0,2); /度LCD_write_shu(6,0,10); /:LCD_write_shu(6,2,12); /lLCD_write_shu(7,2,13); /uLCD_write_shu(8,2,14); /x while(1)/LUX = DTrans_To_Lux();for(k=0;kLUX_MAX) LUX_