无线环境监测系统资料

0 南京邮电大学南京邮电大学 自动化自动化 学院学院 实实 验验 报报 告告 实验名称 实验名称 无线环境参数测量系统无线环境参数测量系统 课程名称 课程名称 智能仪器设计基础智能仪器设计基础 所在专业 所在专业 测控技术与仪器测控技术与仪器 学生姓名 学生姓名 林若愚林若愚 班级学号 班级学号 B12050518B12050518 任课教师 任课教师 徐国政徐国政 20142014 2015 2015 学年第学年第 二二 学期学期 实验地点 实验地点 教教 5 214 实验学时 实验学时 8 0 目录目录 摘要 2 一 实验目的 2 二 实验内容 2 三 实验设备 2 四 实验硬件介绍 3 1 STC89C52RC 3 2 STC15W4K32S4 3 3 NRF2401 4 4 LCD12864 5 5 AM2320 5 6 SD2068 5 7 BMP180 6 8 MQ135 6 五 系统实现介绍 6 1 系统结构 6 1 模块功能说明 6 2 系统框图 7 2 电路图和实物图 8 六 软件程序 10 1 软件功能说明 程序流程图 10 2 软件具体实现 10 LCD12864 h 文件内容 10 LCD12864 c 文件内容 11 Main c 内容 12 其他部分 14 七 实验数据及结果分析 15 八 总结及心得体会 17 1 摘要 摘要 无线环境参数测量系统无线环境参数测量系统 随着科技的发展 人们对自己的生活环境越来越在意 并且希望能直观的数字化参数 化地衡量当前的环境质量 本系统虽然用的是传统传感器 但是在和传感器相连的显示器 上能显示的基础之上增加了远程发送设备 能实现在测量某一点的实时环境参数的同时 在半径几米之内的任意位置都能直接直观的查看到这些数据 测量的参数包括温度湿度气 压和空气质量 能让人们对生活环境的认识更加数字化 且本系统节能省电 实现了可持 续发展 1 实验目的实验目的 1 了解并能使用 I2C 总线进行传感器数据获取 2 了解双机通信与无线通信 3 使用 labview 图形化编程软件进行上位机界面设计 2 实验内容实验内容 1 使用 STC15W4K32S4 单片机驱动多种传感器完成多参数测量 2 实现 STC15W4K32S4 与 STC89C52RC 之间的串口通信并使用 LCD12864 显示接受到的信息 3 实现 NRF24L01 进行信息无线收发 4 实现用 labview 制作上位机用来显示测量到的信息 三 实验设备三 实验设备 1 STC15W4K32S4 单片机1 只 2 2 STC89C52RC 单片机2 只 3 NRF24L01 2 只 4 LCD128641 块 5 计算机1 台 6 AM23201 只 7 BMP180模块1 个 8 MQ 135 模块1 个 9 SD2068 时钟模块 1 个 10 11 0592M 晶振 杜邦线 排针 电阻 电容 LED 灯若干 4 实验硬件介绍实验硬件介绍 1 STC89C52RC STC89C52RC RD 系列单片机具有成本低 性能高的特点 支持 ISP 在系统编程 及 IAP 在应用编程 技术 使用 ISP 技术可不需要编程器 而直接在用户系统板上烧录 用户程序 修改调试非常方便 利用 IAP 技术能将内部部分专用 Flash 当作 EEPROM 使用 实现停电后保存数据的功能 擦写次数为 100000 次以上 可省去外接 EEPROM 如 93C46 24C02 等 而且与传统 8051 单片机程序兼容 硬件无需改动 2 STC15W4K32S4 STC15W4K32S4 系列单片机是 STC 生产的单时钟 机器周期 1T 的单片机 是宽电压 高速高可靠低功耗超强抗干扰的新一代 8051 单片机 指令代码完全兼容传统 8051 单片机 但速度快 8 12 倍 内部集成高精度 RC 时钟 ISP 编程时 5MHz 30MHz 宽范围可设置 可 彻底省掉外部昂贵的晶振和外部复位电路 8 路 10 位 PWM 8 路高速 10 位 A D 转换 内 3 置 4K 字节大容量 SRAM 4 组独立的高速异步串行通信口 1 组高速同步串行通信端口 针对多串行口通信 电机控制 强干扰场合 内置比较器功能更强大 3 NRF2401 NRF24L01 是一款工作在 2 4 2 5GHz 世界通用 ISM 频段的单片收发芯片 无线收发器 包括 频率发生器 增强型 SchockBurstTM 模式控制器 功率放大器 晶体放大器 调制器 解调器 输出功率频道选择和协议的设置可以通过 SPI 接口进行设置极低的电流消耗 支持 六路通道的数据接收 1 低工作电压 1 9 3 6V 低电压工作 2 高速率 2Mbps 由于空中传输时间很短 极大的降低了无线传输中的碰撞现象 软件设 置 1Mbps 或者 2Mbps 的空中传输速率 3 多频点 125 频点 满足多点通信和跳频通信需要 4 超小型 内置 2 4GHz 天线 体积小巧 15x29mm 包括天线 5 低功耗 当工作在应答模式通信时 快速的空中传输及启动时间 极大的降低了电流消 耗 6 低应用成本 NRF24L01 集成了所有与 RF 协议相关的高速信号处理部分 比如 自动重 发丢失数据包和自动产生应答信号等 NRF24L01 的 SPI 接口可以利用单片机的硬件 SPI 口连接或用单片机 I O 口进行模拟 内部有 FIFO 可以与各种高低速微处理器接口 便于使 用低成本单片机 7 便于开发 由于链路层完全集成在模块上 非常便于开发 自动重发功能 自动检测和 重发丢失的数据包 重发时间及重发次数可软件控制自动存储未收到应答信号的数据包自 动应答功能 在收到有效数据后 模块自动发送应答信号 无须另行编程载波检测 固定 频率检测内置硬件 CRC 检错和点对多点通信地址控制数据包传输错误计数器及载波检测功 4 能可用于跳频设置可同时设置六路接收通道地址 可有选择性的打开接收通道标准插针 Dip2 54MM 间距接口 便于嵌入式应用 4 LCD12864 带中文字库的 128X64 是一种具有 4 位 8 位并行 2 线或 3 线串行多种接口方式 内部含有国标一级 二级简体 中文字库的点阵图形液晶显示模块 其显示分辨率为 128 64 内置 8192 个 16 16 点汉字 和 128 个 16 8 点 ASCII 字符 集 利用该模块灵活 的接口方式和简单 方便的操作指令 可构成全中文人机交互图形界面 可以显示 8 4 行 16 16 点 阵的汉字 也可完成图形显示 低电压低功耗是其又一显著特点 由该模块构 成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶 显示模块相比 不论硬件电路结构或显示程序 都要简洁得多 且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块 5 AM2320 AM2320 数字温湿度传感器是一款含有己校准数字信号输出的温湿度复合型传感器 采用专用的温湿度采集技术 确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性 传感器包 括一个电容式感湿元件和一个高精度集成测温元件 并与一个高性能微处理器相连接 该 产品具有品质卓越 超快响应 抗干扰能力强 性价比极高等优点 AM2320 通信方式采用单总线 标准 I2C 两种通信方式 标准单总线接口 使系统集 成变得简易快捷 超小的体积 极低的功耗 信号传输距离可达 20 米以上 使其成为各类 应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选择 I2C 通信方式采用标准的通信时序 用户可直 接挂在 I2C 通信总线上 无需额外布线 使用简单 两种通信方式都采用直接输出经温度 补偿后的湿度 温度及校验 CRC 等数字信息 用户无需对数字输出进行二次计算 也无需 要对湿度进行温度补偿 便可得到准确的温湿度信息 两种通信方式可自由切换 用户可 自由选择 使用方便 应该领域广泛 产品为 4 引线 连接方便 特殊封装形式可根据用 5 户需求而提供 6 SD2068 SD2068 是一种具有标准 IIC 接口的实时时钟芯片 CPU 可使用该接口通过 5 位地址寻 址来读写片内 32 字节寄存器的数据 包括时间寄存器 报警寄存器 控制寄存器 通用 SRAM 寄存器 SD2068 内置单路定时 报警中断输出 报警中断时间最长可设至 100 年 内 置时钟精度数字调整功能 可以在很宽的范围内校正时钟的偏差 189ppm 189ppm 分辨 率 3 05ppm 并通过外置的温度传感器可设定适应温度变化的调整值 实现在宽温范围内高 精度的计时功能 该芯片可满足对实时时钟芯片的各种需要 为工业级产品 是在选用实 时时钟 IC 时的理想选择 7 BMP180 BMP180 是一款高精度 小体积 超低能耗的压力传感器 可以应用在移动设备中 它的性能卓越 绝对精度最低可以达到 0 03hPa 并且耗电极低 只有 3 A BMP180 采 用强大的 8 pin 陶瓷无引线芯片承载 LCC 超薄封装 可以通过 I2C 总线直接与各种微 处理器相连 8 MQ135 MQ135 气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡 SnO2 当传感器所处环境中存在污染气体时 传感器的电导率随空气中污染气体浓度的增加而增 大 使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号 MQ135 传感器对氨气 硫化物 苯系蒸汽的灵敏度高 对烟雾和其它有害的监测也很理想 这种 传感器可检测多种有害气体 是一款适合多种应用的低成本传感器 五 系统实现介绍五 系统实现介绍 6 1 系统结构系统结构 1 模块功能说明 1 传感器数据收集模块 使用 STC15W4K32S4 单片机从四个传感器上用 I2C 以及 AD 采集方式获取响应的数据 并通过串口以一定的格式向 STC89C52RC 发送 该部分由同组成员董鸿祥负责 2 串口收发及数据显示模块 使用 STC89C52RC 单片机收到数据 并使用 LCD12864 显示 并驱动 NRF24L01 向上 位机发送接收到的数据 主要由本人负责 3 无线接受及上位机显示模块 使用 STC89C52RC 单片机驱动 NRF2401 接收下位机发送而来的数据 并通过串口将 该数据发送至计算机 通过在 Labview 上用直观的图像和显示控件来显示接收到的数据 该部分由同组成员侯贺雨负责 2 系统框图 图 1 整体系统框图 7 2 电路图和实物图电路图和实物图 图 2 串口收发及数据显示模块电路图 图 3 串口收发及数据显示模块实物图 8 图 4 下位机整体实物图 图 5 上位机部分实物图 9 六 软件程序六 软件程序 1 软件功能说明 程序流程图 图 6 模块实现流程图 2 软件具体实现 LCD12864 h 文件内容文件内容 ifndef LCD12864 H define LCD12864 H include sbit RS P2 2 RS 0 为执行指令 RS 1 为执行数据 sbit RW P2 1 读写 sbit E P2 0 使能 sbit PSB P2 3 低电平 串口驱动 高电平 并口驱动 10 sbit RST P2 5 LCD 复位 void Init lcd 初始化液晶 void lcd busy 忙标志查询 void delayus uint z 延时程序 void write uchar x uchar Data 写单字节函数 void Show uchar address uchar L uchar STR1 endif LCD12864 c 文件内容文件内容 include uchar t p void delayus uint z 延时函数 uint x y for x z x 0 x for y 110 y 0 y void lcd busy void 判忙函数 uchar busy P0 0 xff RS 0 RW 1 do E 1 busy P0 E 0 while busy 0 x7f void write uchar x uchar Data 写入函数 将写入数据和命令参数化写在一个函数 中 lcd busy 忙查询 if x 0 RS 0 RW 0 写单字节命令字 else if x 1 RS 1 RW 0 写单字节数据 11 E 1 P0 Data E 0 P0 0 xff void Init lcd void 初始化 delayus 20 启动等待 等 LCM 讲入工作状态 PSB 1 并口驱动模式 RST 0 delayus 4 RST 1 复位 LCD write 0 0 x30 8 位介面 基本指令集 write 0 0 x0c 显示打开 光标关 反白关 write 0 0 x01 清屏 将 DDRAM 的地址计数器归零 void Show uchar address uchar L uchar STR1 显示函数 uchar i write 0 address for i 0 i L i write 1 STR1 i Main c 内容内容 include include include uchar flag 0 i 0 j c receive 17 0 temp 16 0 adress 0 code uchar aq2 4 优 良 中 差 code uchar empty 16 0 void UartInit void 9600bps 11 0592MHz PCON 0 x00 波特率不倍速 SCON 0 x50 8 位数据 可变波特率 TMOD 0 x20 设定定时器 1 为 8 位自动重装方式 TL1 0 xfd 设定定时初值 TH1 0 xfd 设定定时器重装值 ET1 0 禁止定时器 1 中断 TR1 1 启动定时器 1 void dis uchar a 12 switch a case 0 adress 0 x80 break 第一行显示内容 case 1 adress 0 x90 break 第二行显示内容 case 2 adress 0 x88 break 第三行显示内容 case 3 adress 0 x98 break 第四行显示内容 default return Show adress 16 temp void main 首位置 第一行 0 x80 第二行 0 x90 第三行 0 x88 第四行 0 x98 uint result 计算环境质量 UartInit 初始化串口 init NRF24L01 初始化 2401 Init lcd 初始化 12864 EA 1 打开主中断 ES 1 打开串口中断 LED 0 LED1 0 Show 0 x80 16 系统初始化中 Delay 6000 while 1 if flag 当接收到 17 个字符时 flag 置 1 并开始处 理 ES 0 for j 0 j700 Show 0 x9e 2 aq2 3 else if result 300 Show 0 x9e 2 aq2 2 else if