中频无线数据传输系统设计.doc

毕 业 论 文（设计）题 目： 中频无线数据传输系统设计 姓 名： 学 院： 机电工程学院 专 业： 农业电气化与自动化 班 级： 学 号： 指导教师： 2010 年 6月 18日目 录摘 要IAbstractII1 绪论11.1 问题的提出11.2国内外研究现状11.3系统总体设计内容21.3.1总体目标21.3.2需要解决的问题22系统外围硬件的总体设计32.1系统设计总体方案32.2中频无线数据传输调制电路设计32.3耦合天线的功率匹配62.4信号接收部分72.4.1 SA636接收机82.4.2中频滤波器92.4.3解调信号处理放大92.4.4本振信号产生102.5传感器的选择142.5.1光电传感器的选择142.5.2温度传感器的选择143系统主控及电源部分设计173.1探测节点单片机选型及其设计173.1.1 AT89C2051的时钟电路173.1.2 AT89C2051的复位电路183.1.2 AT89C2051最小系统193.2监测终端单片机选型及其设计203.2.1监测终端单片机与PC机的通讯203.2.2监测终端显示电路213.3系统电源设计223.3.1监测终端电源设计223.3.2探测节点电源设计224 系统软件设计244.1探测节点软件设计244.2监测终端软件设计255 系统测试方案与测试结果335.1测试仪器335.2载波频率测试335.3监测终端与探测节点通信距离与响应时间测试335.4温度测量34结论35参考文献34致 谢35附 录38附录1：系统部分程序38附录2：系统硬件电路图43附录3：系统实物照片46中频无线数据传输系统设计摘 要针对中频无线环境监测系统，本文分析中频无线传输系统的原理，介绍了中频无线通信系统的调制、解调，从而提出解决方案。本系统装置由监测终端和监测节点组成，二者可进行点对点通信，又可构成具有转发功能的通信网络，同时支持在线地址更改。该套装置可以实现对周边温度和光照信息的监测与采集。该系统为半双工通信系统，系统通信载频为27MHz，采用CMOS 晶体振荡器以及数字器件做ASK 调制，用SA636 的快速RSSI 进行ASK 解调，其灵敏度高，可以实现对强度为-75dBm的ASK信号的解调。系统采用AT98c2051低功耗单片机，以及低功耗分离元器件，使得单个探测节点功耗大大降。关键词：中频信号；无线传输；环境监测；ASK调制Design of the Intermediate Frequency Wireless Data Transmission SystemAbstractIn view of the existing problems in the intermediate frequency wireless environment monitoring system, it is analyzed that the basic principles of intermediate frequency wireless transmission system in this paper, and also it is introduced that the frequency modulation of the wireless communication system. Then, solutions to existing problems are briefly discussed. Monitoring terminal and monitoring nodes which play a critical role in undertaking point-to-point communication, constituting the communication network with the function of steering performance and supporting change of address online, are just the indispensable and momentous element of the intermediate frequency wireless data transmission system, whose essential function is monitoring and gathering the information of the surrounding environments temperature and illumination. This system with the frequency of communication performance being 27 MHz is actually a half-duplex communication system. By using CMOS crystal oscillator and digital devices as ASK modulation and the fast RSSI of the SA636 for ASK demodulation, it is charactered by a high sensitivity, can realize the intensity of 75dBm itinerary for - signal demodulation. AT98c2051 system adopts single-chip microcomputer, low power consumption and low consumption, make a separate components. Power greatly detecting node.Key words: Intermediate Frequency；Wireless Transmission；Environmental Monitoring； ASK Modulation.461 绪论1.1 问题的提出 在信息技术迅猛发展的时代，各种无线数字设备被用于我们的日常生活之中，它们不仅能够支持常规的语音通信而且还可作为多媒体传输装置，但这些大都工作在高频或甚高频频段。而中频频段只局限于语音通信及收音机FM调频的应用领域，在数字领域中频无线通信的研究少有突破1。虽然基于高频或甚高频频段的通信系统发展比较迅速，但是器件价格较高，这就增加了矿山、轮船等特殊行业单独设立数据采集、传输系统的成本, 由于大地是电的导体，使得电磁波在大地中衰减很快，相对成熟的无线电技术较难应用于井下通信2，因此不适合使用。而基于中频频段的无线电设备，除了中央处理器及简单的信号处理芯片之外大都采用分离元件，随着电子技术的迅速发展，其制造技术趋于简单，使得造价低廉3，从而使整个系统的成本降低。中频无线通信系统现仅局限于语音通信系统，因此将中频频段应用到无线数字系统，进行特殊环境下的监测，并尽可能的提高其传输距离，在生产生活中具有重要的实用价值，对无线通信领域的拓展也有很大的推进意义。 1.2 国内外研究现状国内外对于中频无线数据传输通信的研究主要集中于井下中频无线通信及无绳电话的应用，井下中频无线通信在美国及西方发达国家发展较成熟，应用广泛。在国内井下中频通信系统在矿井安全检测等方面的应用极少，虽然中频无线通信在井下通信系统及无绳电话的应用已经比较成熟，但这些应用也主要是以语音通信的形式工作，不能以数字形式对煤矿这种特殊环境的检测传输。我国是煤矿事故多发国家，井下矿难的发生虽然有管理上的疏漏，但技术上的不完善也是一个重要的因素。井下环境复杂，瓦斯气体的超标，二氧化碳气体的过量堆积都会引起灾难的发生。而井下环境监测技术的不完善也给事故的发生产生了隐患。因此中频无线环境监测技术的研究发展在矿井等特殊环境下必将得到极大地关注及应用。经过对国内外研究现状的分析，本设计主要将对环境监测所得到的数据以中频无线信号方式发送出去，并在接收端以数据的形式显示出来，摆脱中频波段单纯以语音形式发送接收的窘境。1.3系统总体设计内容1.3.1总体目标 本课题需要设计并制2个传输节点。节点有编号预置功能，编码预置范围为00000001B11111111B。节点能够探测其环境温度。温度测量范围为0100，绝对误差小于2；节点采用两节1.5V干电池串联，单电源供电。制作1个监测终端，用外接单电源供电。监测终端可以分别与各探测节点直接通信，并能显示当前能够通信的探测节点编号及其探测到的环境温度和光照信息。探测时延不大于5s，监测终端天线与探测节点天线的距离D不小于10cm。在010cm距离内，各探测节点与监测终端应能正常通信。1.3.2需要解决的问题（1）中频无线发射电路的设计制作（2）天线功率的匹配与制作（3）中频本振信号的设计制作（4）传感器的选择（5）中频无线接收电路的设计制作（6）中频无线数据传输距离的扩展（7）独立电源的设计制作（8）主控电路设计及制作（9）控制系统软件设计2 系统外围硬件的总体设计2.1系统设计总体方案系统总体方案框图如图2-1所示。系统总体方案中，ASK信号的调制、解调、信号处理部分探测节点及监测终端基本相同，探测节点由于功率的限制没有显示部分，不具备独立的显示功能；监测终端可显示探测节点通过中频无线数据传输接收到的信息，而不具备独立的环境监测的能力，因此没有信息采集部分。所设计系统由外围硬件部分与主控系统部分组成，外围硬件部分包括晶体ASK发射机、匹配天线、接收机、模拟信号处理及信息采集装置；主控系统由单片机最小系统及液晶显示部分够成。本章主要介绍系统外围硬件部分的方案和参数设计。主控系统及系统电源部分将放在第3章中进行叙述。接收机晶体振荡器双工器匹配天线晶体ASK发射机主控系统模拟信号处理电路监测终端显示电路探测节点信息采集图2-1 系统总体框图2.2 中频无线数据传输调制电路设计调制与解调电路是构成数据传输装置的关键部什, 没有完善而可靠的传输装置与传输途径, 数据处理装置要远距离传输信息就不可能实现。1、中频无线调制发射电路的种类（1）用DDS实现中频线性调频脉冲信号：直接数字频率合成(DDS)技术是近年来迅速发展起来的新型频率合成技术,它由相位累加器、只读存储器ROM、DAC数模转换器及低通滤波器组成。相位累加器把频率控制字转换成代表输出信号相位的相位码去寻址ROM。通过查表把数字相位信息转换成数字式幅度值,通过D/A变成模拟信号4。用DDS可以产生任意的信号波形,也就是说它不但能合成信号的频率,而且可以合成信号的波形。DDS是实现中频线性调频脉冲信号的想的器件。设参考时钟频率为fc,相位累加器的字长为N,则DDS输出频率的大小为: 公式（2-1）式(2-1)中K的大小是由控制电路来预置的,当时钟频率与相位累加器位数N一定时,输出频率的大小仅仅取决于K,称K为频率控制字。 公式（2-2）根据不同时宽和带宽的中频线性调频脉冲信号的要求计算每个瞬时频率控制字,并将其每个瞬时频率控制字K值存放在EPROM中,通过时钟实时地送到DDS的频率控制字寄存器中就能产生中频线性调频脉冲信号5。（2）基于DSP+FPGA硬件平台产生中频脉冲信号调制：使用软件方法来实现调制解调、信道编解码，交织解交织等模块功能，通过加载相应的软件模块，并与标准化的射频模块结合，实现数据收发等功能。采用DSP+FPGA结构，能够灵活地对中频信号进行处理，便予各种算法的实现。同时由于受DSP处理速度限制，必须先将高速的射频信号混频至中频(该中频不宜过高，一般为几十kHZ到几MHz)，然后再进行处理。基于DSP+FPGA硬件平台产生中频脉冲信号调制具有多种调制方式，可以根据不同的环境，选择合适的调制方式进行传输，支持多种速率的数据传输；基于软件无线电的体系结构，具有开发和灵活的软硬件接口，方便程序模块的升级和扩展。比如可以增加更多的调制方式，改变纠错编码方法，改进或删简交织模式等等。但是由于受到DSP处理速度的限制。这种调制方法所产生的中频调制信号频率不能太大。因此限制了它在信号调制上的应用。（3） 有源晶振及LC震荡电路调制发射：通过有源晶振产生一个高频载波信号，同时把数据信息和载波信息加到模拟开关上面，通过模拟开关的通断，实现ASK的调制。由实际制作的线圈天线，用LCR电桥测量可知，根据 公式（2-3）算得在发射频率为27MHZ的情况下需要并联一个23.17uF的电容可以使天线线圈基本处于谐振状态。模拟开关采用高频开关器件。图2-2 LC震荡调制发射电路（4）运用或非门数字器件产生ASK调制信号：由非门振荡器产生27MHZ的载波信号，运用或非门数字器件实现符合逻辑要求的ASK已调信号。发射功率大于6.5mW。考虑到功耗问题及逻辑电路的稳定工作，发射机在发送数据之前10ms启动晶体振荡，然后进行调制发送。图2-3 或非门信号调制电路2、方案确定综合稳定性，复杂程度，成本以及手工制作的可行性等多方面因素，本课题选择了或非门ASK调制方式进行中频信号的发送。此方式相对于采用DDS直接产生中频信号调制与DSP+FPGA硬件平台产生中频脉冲信号调制程序实现更加简单，对于采用LC振荡发射电路更加稳定，因此采用此或非门ASK调制方式进行数据的发送。调制发射电路如图2-3所示。2.3耦合天线的功率匹配图2-4 天线线圈等效电路如图2-4天线线圈等效电路所示，其中表示线圈电感量，表示线圈的等效串联电阻，表示线圈的分布电容。用LCR电桥测量结果为：，。天线的品质因数是天线正常调谐和所获得性能的一个重要特性，所制线圈的品质因数由公式 公式（2-4） 计算得出为10178.8。而根据天线的几何形状，的值通常在50100之间。要进行正确的数据传输这个值还要减少，由带宽 ，以及时间与带宽乘积规定，得出。由于元件的容差通常取35，所以要降低原始因数，须传入一个外部电阻，由公式 公式（2-5）计算得出外部补偿电阻值为7.24，将线圈匹配到50。又由公式 公式（2-6）计算得，取。外部补偿电容由公式 公式（2-7）计算得，取。天线匹配电路如图2-5所示。图2-5 天线功率匹配电路 2.4 信号接收部分信号接收部分包括ASK调制信号的接收及ASK信号的解调电路。此部分以SA636为主芯片组成的接收机进行数据信号的接收，并由中频滤波电路、解调信号的处理放大共同组成。2.4.1 SA636接收机SA636是一款低电压供电，带有高速接收信号强度指示（RSSI）输出的FM接收机芯片，分析其内部结构框图，如图2-6所示，射频信号进入SA636与本振信号混频得到中频，然后经中频滤波器，进入中频放大器，再次对中频滤波，然后经中频限幅放大器输出，而SA636芯片内部的快速RSSI根据中频放大器和中频限幅放大器获取RSSI信号。由于本系统采用的ASK调制，则可以通过RSSI轻松实现ASK信号的解调，RSSI的转换速率可轻松满足系统的最高通信速率。图2-6 SA636内部框图 图2-7 信号接收电路由图2-7 SA636接收部分电路可以看到天线接收到的ASK信号经SA636的一口进入，四口接外部本振信号，由七口得到RSSI信号。2.4.2 中频滤波器根据中频晶体ASK发射机及晶体振荡器的频率，接收机中频选取11MHZ，运用双调谐回路搭建带通滤波器。通过查阅技术手册可得出各器件参数，工作电路如图2-8所示。图2-8 中频滤波器2.4.3 解调信号处理放大SA636高速接收信号强度指示（RSSI）输出的信号非常微弱和稳定，因此必须经过信号的处理与放大才能够得到TTL电平送给单片机。受供电电压及信道的影响我们选取低噪声，低电压运算放大器MAX492。MAX492是美信公司出品的双路运算放大器，MAX492高精度性能加上宽的输入和输出信号动态范围、低压供电电压，并且具有非常低的静态工作电流，使它成为理想的首选电池供电系统放大器。MAX492具有高的电压增益，最高可达108bB。MAX492可以灵活设计其工作方式，方便的对其放大倍数进行配置。MAX492性能参数：l 高电压增益：最高108dBl 宽供电范围：+2.7V+6Vl 静态工作电流：150uAl 高共模抑制比：90dBl 高噪声抑制比：110dB 图2-9 MAX492引脚图解调信号处理电路如图2-10所示。图2-10 解调信号处理电路在图2-10中，第一级运放做电压跟随，稳定工作电压；第二级运放微分、限幅放大、 低通有源滤波；第三级运放做比例放大、有源低通滤波；第四级运放做滞回比较，将RSSI信号转换为数字信号。2.4.4 本振信号产生本振信号产生电路如图2-11所示，晶体振荡器采用考比兹改进振荡电路，选取稳定的静态工作点，使其稳定工作在电压3V左右，产生38MHZ的本振信号。它带一个基频率晶体，其频率为38MHz，晶振并联在电容C12、C19两端。射极分压电阻R16提供基本的反馈信号，反馈受电容分压器C20、C18的控制。晶振起振工作后输入给三极管VT1基极38MHZ正弦波信号，由VT1射极输出，使晶振稳定工作。经耦合电容C12送入三极管VT2基极，经三极管VT2一级缓冲放大处理后，送入后级滤波电路。图2-11 本振信号产生电路本振信号的滤波电路采用50MHZ切比雪夫低通滤波器。切比雪夫滤波器是在通带或阻带上频率响应幅度等波纹波动的滤波器。切比雪夫滤波器和理想滤波器的频率响应曲线之间的误差最小，但是在通频带内有幅度波动。这种滤波器来自切比雪夫多项式，因此而得名6。计算切比雪夫滤波器元器件参数采用切比雪夫多项式来逼近所希望的 。切比雪夫滤波器的频率在通带范围内是等幅起伏的，所以在同样的通常内衰减要求下，其阶数较巴特沃兹滤波器要小。切比雪夫滤波器的振幅平方函数为 公式（2-8） c有效通带截止频率 与通带波纹有关的参量， 大，波纹大 0 1 N阶切比雪夫多项式 公式（2-9） 时， 时，随的增大而增大切比雪夫滤波器的振幅平方特性如图2-12所示。通带内，的变化范围为当 时，随的增大迅速趋近于0当时 公式（2-10）N若为偶数，得到min 公式（2-11）N若为奇数，得到max 公式（2-12）：与通带波纹有关的参数，通带波纹表示为 公式（2-13）所以，设定通带波纹值分贝数后可求得。N为奇数时 N为偶数时图2-12 切比雪夫滤波器的振幅平方特性参数N、确定后，查阅模拟滤波器手册，便可确定元件参数7。本振信号滤波器如图2-13所示。图2-13 本振信号滤波电路2.5传感器的选择本设计主要用到光照传感器及温度传感器，传感器的选择主要按照成本低廉、设计简单的原则进行。2.5.1 光电传感器的选择光电传感器由光通量对光电元件的作用原理不同所制成的光学测控系统是多种多样的，按光电元件(光学测控系统)输出量性质可分二类，即模拟式光电传感器和脉冲(开关)式光电传感器，模拟式光电传感器是将被测量转换成连续变化的光电流，它与被测量间呈单值关系。模拟式光电传感器按被测量(检测目标物体)方法可分为透射(吸收)式，漫反射式，遮光式(光束阻档)三大类，所谓透射式是指被测物体放在光路中，恒光源发出的光能量穿过被测物，部份被吸收后，透射光投射到光电元件上；所谓漫反射式是指恒光源发出的光投射到被测物上，再从被测物体表面反射后投射到光电元件上；所谓遮光式是指当光源发出的光通量经被测物光遮其中一部份；使投射刭光电元件上的光通量改变，改变的程度与被测物体在光路位置有关。由于模拟式光电传感器产生的信号要经过放大处理后再经A/D转换后才能由单片机进行处理，成本高，不易实现，所以我们选择脉冲(开关)式光电传感器E3F-DS10C4，来模拟有无光照的变化。实物如图2-14。图2-14 E3F-DS10C4型光电传感器2.5.2 温度传感器的选择温度传感器有四种主要类型：热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器(RTD)和IC温度传感器。IC温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型。热电偶传感器有自己的优点和缺陷，它灵敏度比较低，容易受到环境干扰信号的影响，也容易受到前置放大器温度漂移的影响，因此不适合测量微小的温度变化。由于热电偶温度传感器的灵敏度与材料的粗细无关，用非常细的材料也能够做成温度传感器。也由于制作热电偶的金属材料具有很好的延展性，这种细微的测温元件有极高的响应速度，可以测量快速变化的过程。在众多IC温度传感器的种类中，高精度、高可靠性的场合 DALLAS（达拉斯）公司生产的 DS18B20 温度传感器当仁不让。超小的体积，超低的硬件开消，抗干扰能力强，精度高，附加功能强，使得 DS18B20 更受欢迎。使用热电偶传感器测量温度就必须做放大电路及A/D转换装置，因此在低功耗小型化的场合受到了极大地约束。因此我们选用简单的IC温度传感器DS18B20。DS18B20 的主要特征： l 全数字温度转换及输出。 l 先进的单总线数据通信。 l 最高 12 位分辨率，精度可达土 0.5摄氏度。 l 12 位分辨率时的最大工作周期为 750 毫秒。 l 可选择寄生工作方式。 l 检测温度范围为55 +125 内置 EEPROM，限温报警功能。 l 64 位光刻 ROM，内置产品序列号，方便多机挂接。 l 多样封装形式，适应不同硬件系统 图2-15 18B20引脚 与前一代产品不同，新的产品支持3V5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便。更适合小型独立系统的使用。DS1820通过一个单线接口发送或接收信息，因此在中央微处理器和DS1820之间仅需一条连接线，更加方便灵活的运用。因为每个DS1820都有一个独特的片序列号，所以多只DS1820可以同时连在一条单线总线上这样就可以把温度传感器放在许多不同的地方。这一特性在HVAC环境控制、探测建筑物、仪器或机器的温度以及过程监测和控制等方面非常有用。应用电路如图2-16所示。图2-16 18B20应用电路3系统主控及电源部分设计系统主控部分单片机的选择要考虑主机监测终端及从机节点的功率及信息处理速度问题，因此主机与从机采用不同的单片机来实现系统主控部分的设计。 3.1探测节点单片机选型及其设计由于探测节点要求采用两节1.5V干电池串联，单电源供电。要求功率较小，因此选择功耗小的单片机AT89C2051。AT89C2051是Philips公司生产的一种低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含2k bytes的可反复擦写的只读Flash程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大AT89C2051单片机可以满足小型系统的设计要求。3.1.1 AT89C2051的时钟电路本设计中的单片机控制器中的时序电路是采用内部时钟方式产生的，2051内部有一个高增益反向放大器，用于构成振荡器，引脚XTAL1和XTAL2分别是放大器的输入端和输出端。在XTAL1和XTAL2两端跨接晶体或陶瓷谐振器，就构成了稳定的自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内部时钟发生器。设计中采用的晶振是11.0592MHz，因为外接的是晶振，所以C1、C2通常选择为15pF-30pF左右。同时为了减少寄生电容，更好的保证振荡器稳定可好地工作，谐振器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近。内部时钟发生器实质上是一个二分频的触发器，其输出是单片机工作所需要的时钟信号。图3-1 单片机时钟电路图3.1.2 AT89C2051的复位电路复位操作可是使单片机初始化，也可以使死机状态下的单片机重新启动，因此非常重要。单片机的复位都是靠复位电路来实现的，在时钟电路工作后，只要在单片机RESET引脚上出现24个时钟振荡脉冲（两个机器周期）以上的高电平，单片机就能实现复位。单片机的一般的复位电路分为上电复位和手动复位两种。图3-2是常用的上电复位电路，这种上电复位利用电容器充电来实现。当加电时，电容C充电，电路有电流流过，构成了回路，在电阻R上产生压降，RESET引脚为高电平；当电容C充满电后，电路相当于断开，RESET的电位与地相同，复位结束。可见复位的时间与充电的时间有关，充电时间越长复位时间越长，增大电容或增大电阻都可以增加复位时间。图3-2 上电复位电路图图3-3是按键式复位电路。它的上电复位功能与图2-15相同，但它还可以通过按键实现复位，按下键后，通过和形成回路，使RESET端产生高电平。按键的时间决定了复位时间。图3-3 按键式复位电路图本系统采用的是按键式复位电路，图3-4为复位电路原理图。图3-4 复位电路原理图3.1.2 AT89C2051最小系统单片机P89V51RD2时钟电路和复位电路构成了单片机的最小系统，最小系统的原理图如图3-5所示：图3-5 AT89C2051最小系统3.2 监测终端单片机选型及其设计监测终端采用AT89S52，AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程 Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程Flash，使得 AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。完全能够满足设计要求。监测终端最小系统的时钟电路与复位电路与从机系统相同。3.2.1 监测终端单片机与PC机的通讯AT89S52在进行设计时需要人机界面的交流，而单片机完成与上位机通信，能对单片机进行程序的调试和修改。图3-6是串行接口RS-232通信接口原理图。图3-6 单片机RS-232通信接口原理图3.2.2 监测终端显示电路监测终端显示电路由12864液晶显示，液晶显示模块是12864点阵的汉字图形型液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字（1616点阵） 、128个字符（816点阵）及16256 点阵显示RAM（GDRAM）。可与CPU直接接口，提供两种界面来连接微处处理机： 8-位并行及串行两种连接方式。具有多种功能：光标显示、画面移位、睡眠模式等。显示电路如图3-7所示，RD为串口、并口选择方式，本设计采用并口方式显示，RD为高点平。RS、RW、EN为液晶显示初始化端口，DB0DB7为显示数据口。图3-7 12864液晶显示电路3.3 系统电源设计系统电源的设计分为监测终端电源的设计及探测节点电源的设计。由于监测终端所以可以使用220V工频电设计系统电源；探测节点采用两节1.5V干电池设计系统电源，由于要提高天线发射功率，因此必须考虑电源的转换效率等因素。3.3.1监测终端电源设计监测终端电源使用220V，50HZ交流电主机系统采用5V电源工作，220V工频交流电，通过变压器进行第一次降压处理，电压降为9V左右。经电压变换后的输出电压进入整流滤波模块。在整流滤波模块，通过整流二极管连接成的整流桥对电流进行全波整流，输出直流电流。经整流滤波后的电流进入DC/DC（变换器）模块，进行斩波处理。经斩波处理，电流仍为直流电，电压得到进一步降低和固定。此时得到的电流在进入滤波模块进行滤波，出去一些杂波，得到较为稳定的直流5V电压输出。电源模块设计电路如图3-8所示。图3-8 监测终端电源电路3.3.2探测节点电源设计探测节点由于采用使用3V电池供电，而发射电路采用5V供电因此必须提高电源电压，本设计采用专用DC-DC电压转换模块，产生稳定的5V电压供电，电路原理图如图3-9所示。图3-9 探测节点电源模块电路如图，电池电源为3V，经两级电容滤波后送入DC-DC3V到5V电源升压模块，升压后由3、4脚输出5V电压，经电容匹配滤波后输出给探测节点系统供电，设计选择1W功率输出完全能够满足探测节点的功率要求。4 系统软件设计4.1 探测节点软件设计系统探测节点不需要进行探测结果的显示，只对周边环境温度、光照情况监测，因此探测节点与监测终端程序设计中最大的不同就在于显示与数据的检测。探测节点程序流程框图如图4-1所示。开始预置地址初始化是否收到数据帧Yes检验是否正确Yes读取传感器数据发送数据NONO图4-1 从机系统软件流程框图探测节点系统开机初始化并预置地址，等待接收数据帧，收到数据帧以后验证是否正确，验证数据帧正确读取温度及光照传感器数据，控制或非门进行ASK调制发送数据信息，返回等待接收数据帧。监测节点系统主程序：#include/#include#include#include/#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar q7=love010;void delay();uchar n=0;int i=0;uchar z=k;int len;unsigned char dian=0;void ds1820disp()/温度值显示 uchar flagdat; if(tflag=0) flagdat=0x20;/正温度不显示符号 else flagdat=0x2d;/负温度显示负号:-if(tvalue=1000) disdata1=0x20;/tvalue/1000+0x30;/百位数 else disdata1=0x30; if(tvalue%1000100) disdata2=tvalue%1000/100+0x30;/十位数 else disdata2=0x30; if(tvalue%10010) disdata3=tvalue%100/10+0x30;/个位数 else disdata3=0x30; disdata4=.; disdata5=tvalue%10+0x30;/小数位 disdata0=flagdat; /*if(disdata1=0x30) disdata1=0x20;/如果百位为0，不显示 if(disdata2=0x30) disdata2=0x20;/如果百位为0，十位为0也不显示 */*GotoXY(1,1);Print(disdata);GotoXY(7,1);Print( );*/ /*主程序*/void InitUART(void) TMOD = 0x20; SCON = 0x50; TH1 = 0xFA; TL1 = TH1; PCON = 0x80; EA = 1; ES = 1; TR1 = 1;void delay100ms(uchar d) /误差 0us 延时100ms unsigned char b,c,s;for(s=0;s0;c-) for(b=10;b0;b-);void ComOutStr(unsigned char *Str)/while(*Str != 0x00) /判断是否到了字符串的尾部 unsigned int i=0; unsigned char sum=0xff;for (i=0;i6;i+)SBUF = *Str; /输出字符while(!TI); /空语句判断字符是否发完TI = 0; /清TIStr+; /字符串指针加一/ComOutChar(sum);/ComOutEnter(); /*unsigned char ComInChar()4.2 监测终端软件设计监测终端不具备环境监测功能，程序设计主要功能是进行数据帧的发送、对探测节点发送的监测数据进行接收，并在12864液晶上进行显示。监测终端程序流程图如图4-2所示。开始初始化预置地址100ms延时到？发送数据请求指令是否收到数据帧检验是否正确显示信息YesYesYesNONONO图4-2 主机系统程序流程图监测终端系统开机初始化并预置地址，延时100ms发送数据请求指令，等待从机发送数据帧。收到数据帧验证是否正确，显示探测节点环境信息。监测终端主程序：#include #include #define uint unsigned int#define uchar unsigned charunsigned char dian;uchar a10=love;uchar q6=tempre;uchar z=0,i=0,k;uchar temp,sn=0;uchar v=0,b=0,x;int len,m;sbit S1=P14; #include sbit key0=P10;sbit key1=P11;#define DATA P0#define CONTROL P2sbit E = P22; sbit RW = P21; sbit RS = P20; sbit PSB = P23;sbit RST = P24;#define SETB(x,y) (x|=(1y)#define CLRB(x,y) (x&=(1y)#define CHKB(x,y) (x&(1y)/*测忙碌*/测忙碌子程序/RS=0,RW=1,E=H,D0-D7=状态字/*/void chek_busy(void) unsigned char temp1;/状态信息（判断是否忙） RS = 0; RW = 1; E = 1; dotemp1 = DATA;DATA=0xFF; while(temp1&0x80); E = 1; DATA=0xFF;/*写命令*/写命令子程序/*/void send_com(unsigned char cmd)/*写命令*/ chek_busy();RS = 0;RW = 0;DATA = cmd;E = 1;E = 0;/*写数据*/写数据子程序/*/void send_data(unsigned char dat) chek_busy();RS = 1;RW = 0;DATA = dat;E = 1;E = 0;/*初始化*/复位、通讯方式选择/*/void lcd_init(void) RST=1;PSB =1;send_com(0x30);/功能设置，一次送8位数据，基本指令集send_com(0x0C);/0000,1100 整体显示，游标off，游标位置offsend_com(0x01);/0000,0001 清DDRAMsend_com(0x02);/0000,0010 DDRAM地址归位send_com(0x80);/1000,0000 设定DDRAM 7位地址000，0000到地址计数器AC/*/ 设置显示位置 xpos(116),tpos(14)/*/void set_xy(unsigned char xpos,unsigned char ypos)switch(ypos) case 1: send_com(0X80|xpos);break; case 2: send_com(0X90|xpos);break; case 3: send_com(0X88|xpos);break; case 4: send_com(0X98|xpos);break; default:break;/*/ 在指定位置显示字符串/*/void print(unsigned char x,unsigned char y,char* str) unsigned char lcd_temp; s