毕业设计论文基于LM3S1138室内环境无线监控系统

1、 西安邮电学院 毕 业 设 计（论 文）题 目： 基于 lm3s1138 室内环境无线监控系统 系 别： 信息与控制 专 业： 自动化 班 级： 自动 0501 学生姓名： 王莉 导师姓名： 杨春杰 职称： 讲师 起止时间： 2009 年 3 月 9 日 至 2009 年 6 月 20 日 西西 安安 邮邮 电电 学学 院院毕业设计毕业设计( (论文论文) )任务书任务书学生姓名学生姓名王莉指导教师指导教师杨春杰职称职称讲师系别系别信息与控制专业专业自动化题目题目基于 lm3s1138 室内环境无线监控系统 任务与要求任务与要求一、任务一、任务设计一个监控系统，能对室内的环境各个参数进行采集，

2、并对采集到的数据进行分析，当出现情况异常时，系统能够及时的监测到并能发出报警。二、要求：二、要求：1.系统分布在室内各处的节点能够准确的采集各参数，如温度、湿度、二氧化碳浓度、是否有火焰等；2.各节点采集到的数据能够顺利的传到监控中心处，使得以集中处理和分析；3.无线数据传输通道顺畅，能保证数据的正确传输，可以抵抗一定的干扰；4.监控中心可以通过无线正常的接收各节点的数据，当有数据同时到达时，也可以保证数据的接收不出错，并能进行下次的接收；5.监控中心能迅速准确的处理并分析接收到的各节点数据，并能分析数据的来源；6.监控中心可以将接收到的各环境参数数据保存在 u 盘中，并能读出，以便人工分析；

3、7.当任一节点监测到环境情况异常时，监控中心可以迅速反应并能做出报警动作；8.具有一定的人机界面。开始日期开始日期2009 年 3 月 9 日完成日期完成日期2009 年 6 月 20 日系主任系主任(签字签字)2009年1月8日西西 安安 邮邮 电电 学学 院院毕毕 业业 设设 计计 ( (论文论文) ) 工工 作作 计计 划划 学生姓名学生姓名_ _ 王莉_指导教师指导教师 杨春杰 _职称职称 讲师 _ _系别系别_信息与控制 _专业专业 _ _ 自动化 _ 题目题目 基于 lm3s1138 的室内环境无线监控系统 工作进程工作进程第 1 周至第 2 周 3.93.22 前期准备工作及相关

4、知识学习第 3 周至第 5 周 3.23 4.12 从机模块的设计与仿真第 6 周至第 10 周 4.135.17 主机设备的设计与调试第 11 周至第 12 周 5.185.31 系统调试第 13 周至第 14 周 6.16.20 总结及论文撰写起 止 时 间工 作 内 容主要参考书目(资料)1.单片机原理及应用 2.arm 嵌入式系统基础教程3.stellaris 外设驱动库用法详解1. pc 机一台及相关软件2. 工具一套（烙铁、万用表等）3. 元件若干每周三指导，除每周定时具体指导外，学生有问题也可随时联系指导。如有特殊原因可适当调整，否则按计划执行。主要参考书目(资料)主要仪器设备及

5、材料论文(设计)过程中教师的指导安排对计划的说明西安邮电学院毕业设计(论文)开题报告 信息与控制 系 自动化 专业 2005 级 01 班课题名称：基于 lm3s1138 室内环境无线监控系统学生姓名： 王莉 学号： 06051033 指导教师： 杨春杰 报告日期： 2009 年 3 月 12 号 1本课题所涉及的问题及应用现状综述（1）背景描述：随着信息化的的高度发展，通讯的的自由化和高层次化，人们对各种环境的安全性、舒适性有了进一步的提高，环境数据监控的智能化需求大大增加。本文所设计的系统小型监控系统结合了传感器技术、无线技术、gsm、数据存储等多种技术，并都采用成熟的技术和方案，监控系统

6、的数据采集因功能不同存在着千差万别，但都应满足可靠性、针对性、可移植性、稳定性的原则，本文所述的方案经过相应的改造后可以应用于多种场合，具有很重要的现实意义。（2）功能特点：在本系统中，要实现的功能大体上可以分为五大部分：一、分布式的传感器网络进行数据的可靠采集；二、节点和监控中心的数据传输；三、数据的实时集中处理；四、监控数据的存储；五、出现异常时的智能化处理。（3）功能描述：各节点的传感器实时采集温度、湿度，是否有火焰产生等参数，实时监控环境状况，数据采集后通过节点的控制器 c8051f330 单片机进行前期处理，并通过无线以预定义信息格式发送到主机上，主机由主控制器 lm3s1138、无

7、线接收模块、u 盘数据备份、lcd 液晶显示、gsm 模块组成，主机通过无线接收模块接收传感器节点的数据，送到液晶屏上进行实时的显示，可通过 u 盘的进行数据备份。当发生异常时，主机自动通过 gsm（或 gprs）模块向房子主人短信提示以及时采取措施，并实时写入数据库。根据测量参数要求以及应用的场合不同，选用的传感器可以进行相应的调整，以适应不同的应用需求。主机、从机结构框图见下图所示。c8051f系列单片机无线发送温度湿度火焰液晶显示电源部分从机框图lm3s1138无线接收模块u盘读写液晶显示gsm外围器件电源部分主机框图2本课题需要重点研究的关键问题、解决的思路及实现预期目标的可行性分析（

8、1）设计思路：通过各种传感器（湿度、温度、火焰等）对室内环境的各种变量（空气湿度、室内温度、室内是否有明火等）进行监控，并通过无线将监控信息实时的发送给主机进行分析，如果某种变量异常，主机通过短信的方式告知房间的主人及时处理并在 u 盘中自动备份数据。主机可工作在自动模式或命令模式。（2）应用的技术分析：本设计涉及多节点数据采集、主从机之间的无线通信、主机数据处理、主机与房主（或）之间的 gsm（或 gprs）通信及监控终端的设计。数据采集节点拟采用 c8051f 单片机；无线通信拟采用 chipcon 公司的 cc1100 芯片，工作在 433mhz 下；gsm 模块拟采用 tc35i。（3

9、）技术方案比较：本类课题的实现方式的不同主要在主从机的主控制器的选择上，对于监控系统而言，主控制器可以选择 arm、单片机、fpga 等，出于处理速度、存储空间、开发复杂度考虑，系统选取了 arm 作为主机控制器；对于从机而言，由于其主控芯片只需发挥收集数据并向主机传输数据的作用，选择价格较低的单片机比较适合。fpga 价格较高，在数据处理时无明显优势。arm 芯片在开发上比较复杂。采用基于传统 msc-51 结构的 c8051f 系列单片机是一个好的选择。设计重点难点：本次设计的重点应该是监控节点的设计，怎样使监控更精确及如何将实时监控数据通过无线发送给主机等；而监控中心对数据的正确接收和处

10、理并将其存储起来则是本设计的难点。最终，监控系统的主机选择了 arm 芯片 lm3s1138 作为控制器，从机选取了 c8051f 作为主控制器。3完成本课题的工作方案第一阶段：第一周至第二周 前期准备工作及相关知识学习 第二阶段：第三周至第五周 从机模块的设计及仿真 第三阶段：第六周至第十周 主机设备的设计及调试 第四阶段：第十一周至第十二周 系统调试 第五阶段：第十三周至第十四周 总结及论文的撰写 4指导教师审阅意见指导教师指导教师(签字)： 年 月 日本报告必须由承担毕业论文(设计)课题任务的学生在毕业论文(设计) 正式开始的第 1 周周五之前独立撰写完成，并交指导教师审阅。西西安安邮邮

11、电电学学院院毕毕业业设设计计 ( (论论文文) )成成绩绩评评定定表表学生姓名王莉性别女学号06051033专 业班 级自动 0501课题名称基于 lm3s1138 的室内环境无线监控系统课题类型实际应用难度难毕业设计（论文）时间2009 年 3 月 9 日6 月 20 日（共 14 周）指导教师杨春杰 （职称：讲师）课题任务完成情况论文 (千字)； 设计、计算说明书 (千字)； 图纸 (张)；其它 (含附件 )：指导教师意见说明：成绩评定参照本科毕业设计（论文）评分标准分项得分：开题调研论证 分； 课题质量（论文内容） 分； 创新 分；论文撰写（规范） 分； 学习态度 分； 外文翻译 分指导

12、教师审阅成绩：指导教师(签字)： 年 月 日评阅教师意见说明：成绩评定参照本科毕业设计（论文）评分标准分项得分：选题 分； 开题调研论证 分； 课题质量（论文内容） 分； 创新 分；论文撰写（规范） 分； 外文翻译 分评阅成绩： 评阅教师(签字)： 年 月 日验 收 小 组 意 见说明：成绩评定参照本科毕业设计（论文）评分标准分项得分：准备情况 分； 毕业设计（论文）质量 分； （操作）回答问题 分验收成绩：验收教师(组长)(签字)： 年 月 日答辩小组意见说明：成绩评定参照本科毕业设计（论文）评分标准分项得分：准备情况 分； 陈述情况 分； 回答问题 分； 仪表 分答辩成绩： 答辩小组组长(

13、签字)： 年 月 日成绩计算方法(填写本系实用比例)指导教师成绩指导教师成绩 () 评阅成绩评阅成绩 () 验收成绩验收成绩 () 答辩成绩答辩成绩 ()学生实得成绩(百分制)指导教师成绩指导教师成绩 评阅成绩评阅成绩 验收成绩验收成绩 答辩成绩答辩成绩 总评总评 答辩委员会意见毕业论文(设计)总评成绩(等级)： 系答辩委员会主任(签字)： 系(签章) 年 月 日备注西安邮电学院毕业论文(设计)成绩评定表(续表)目目 录录摘 要.iabstract.ii1 引 言.12.背景知识.22.1 arm 简介.22.2 c8051f 系列单片机简介.32.3 u 盘备份.62.4 无线通信.73 系

14、统硬件设计.113.1 系统功能介绍.113.2 主机硬件设计.123.2 从机硬件设计.174 系统软件设计.254.1 主机软件设计.254.2 从机软件设计.275 系统调试与结果.315.1 调试工具.315.2 测试结果.356 总结.39致谢.40参考文献.41附录一：程序清单.42附录二：主机电路图.53附录三：从机电路图.54摘摘 要要本文主要介绍了基于无线技术、传感器技术、gsm、单片机与 arm 技术的智能家居室内环境无线监控系统。该系统主要分为监控数据采集节点、主控单元和存储单元三部分，各部分使用不同的主控制器，由不同软件支持。其中，监控节点使用 c8051f330d 单

15、片机作为主控制器，采集环境变量并通过无线发送到主控单元；主控单元使用 arm 芯片 lm3s1138。 系统工作流程为：从机节点采集现场信息（火焰、温度、湿度） ，并将信息通过无线发送至监控主节点，主节点显示并备份存储数据至 u 盘。如果数据出现异常，则通过手机短信将情况发送到用户手机上。该设计具有智能化、自主化、高性价比等特点；具有很强的适用性和可移植性；稍作改造就可以进行其他变量的监控。关键词关键词：arm c8051 无线通信 传感器 数据存储iiabstractin this paper, based on the introduction of wireless technology

16、, sensor technology, gsm, single-chip with arm technology wireless indoor environment monitoring system. the monitoring system is mainly divided into data acquisition node, main control unit and memory unit of three parts, each using a different part of the main controller, by the different types of

17、 software support; one of the node to monitor the use of single-chip microcomputer as a main controller c8051f330d, collecting environmental variables and through wireless sent to the main control unit; main control unit provided by the use of race arm lm3s1138development board.through the wireless

18、receiver to monitor the node data, and then show back up data backup set u; abnormal if the data through mobile phone message sent to the masters of the situation on mobile phone to do the corresponding treatment. the design of intelligent, self-reliance, cost-effective features such as; has strong

19、applicability and portability; slightly modified can be carried out monitoring of other variables.key words： arm c8051 wireless communication sensor data storage基于 lm3s1138 的室内环境无线监控系统01 引 言（1）课题背景智能家居指利用电脑、网络和综合布线技术，通过家庭信息管理平台将与家居生活有关的各种子系统有机结合在一起的一个系统。智能家居的技术范畴较广，对室内各项环境参数的监测应作为智能家居技术应用的一个基础环节。（2）

20、国内外研究现状智能家居在中国的发展已过了概念普及期，现在开始进入快速的发展期，技术差距较国外落后 2 至 3 年。对于家居系统的数据采集因功能要求的不同存在着千差万别，但都应满足可靠性、针对性、可移植性等条件。本文所设计的小型监控系统采用成熟的技术及通用性器件，具有很强的现实意义。（3）应用领域分析自主监控系统具有很强的移植功能，稍微改造一下（主要是传感器方面）就能适应更多环境进行监控更多的环境参数；因此其应用领域很广。（4）技术指标传感器节点不少于三个，采集的环境参数不少于三个；温度传感器的测量范围为-1080，湿度传感器的测量范围为 20%60%，火焰传感器测量距离约 2.5m；无线通信的

21、频率为 433mhz，距离为 15m 以上；有明火并伴有温度较大变化时自动启动灭火装置。（5）设计思路通过各种传感器（湿度、温度、火焰等）对室内环境的各种变量（空气湿度、室内温度、室内是否有明火等）进行监控，并通过无线将监控信息实时的发送给主机进行分析，如果某种变量异常，主机通过短信的方式告知房间的主人及时处理并在 u 盘中自动备份数据。主机可工作在自动模式或命令模式。（6）应用的技术分析本设计涉及多节点数据采集、主从机之间的无线通信、主机数据处理、主机与用户之间的 gsm 通信及监控终端的设计。数据采集节点采用 c8051f 单片机；监控节点采用 arm 芯片 lm3s1138 为主控制器；

22、无线通信采用 chipcon 公司的 cc1100 芯片，工作在 433mhz 下；gsm 模块采用 tc35i。基于 lm3s1138 的室内环境无线监控系统02.背景知识2.1 arm 简介lm3s1138 是基于 cortex-m3 内核的 arm。与常用的 arm7 内核相比，cortex-m3 具有明显的优势：一、cortex-m3 采用的是哈佛架构，指令和数据总线分开，没有瓶颈；二、支持 16 位的 thumb/thumb-2 指令集，两种指令可以混写，不需要进行状态的切换；三、执行指令的速度更快，最高可达 1.25dmips/mhz；四、功耗更低。其优异的性能使得其能应用于各种场

23、合。lm3s1138 的结构框图如图 2-1所示。图 2-1 lm3s1138 内部结构框图本次毕业设计使用的广州周立功公司生产的 easyarm1138 开发板，easyarm1138 是专门针对广大电子信息专业在校大学生而设计的一款基于 arm 公司 cortex-m3 先进内核的高性能、低价格开发板，用于教学、毕业设计、电子竞赛，等等。除了几个 i/o 用于 led 灯和按键外，所有的 i/o 口都已引出，在本次毕业设计中，主控制器硬件部分没有进行相应的设计，但进行了软件开发，因此关于 arm基于 lm3s1138 的室内环境无线监控系统1部分的硬件设计不做过多的介绍。easyarm11

24、38 的实物图如图 2-2 所示。图 2-2 easyarm1138 实物图2.2 c8051f 系列单片机简介2.2.1 简介c8051f 系列单片机是完全集成的混合信号系统级芯片，具有与 8051 兼容的微控制器内核，与 mcs-51 指令集完全兼容，除了具有标准 8051 的数字外设部件之外，片内还集成了数据采集和控制系统中常用的模拟器件和其它数字外设及功能部件。c8051f 系列单片机使用 cygnal 的专利 cip-51 微控制器。cip-51 与 mcs-51 指令集完全兼容，可以使用标准的 8051 的汇编器和编译器进行软件开发。cip-51 采用流水线结构，与标准的 8051

25、 结构相比指令速度有了很大的提高，在一个标准的 8051中，除了乘法和除法指令外的其它所有指令都需要 1 个或者 2 个机器周期。而对于cip-51 内核，70%的指令的执行时间为 1 个或者 2 个系统时钟周期，只有 4 条指令的执行时间大于 4 个系统时钟周期。2.2.2 特点c8051f330d 是 c8051f 系列单片机中唯一的一个双列直插封装的芯片；其主要特点如下：1.模拟外设（1）10 位 adc（只限于 f330） 基于 lm3s1138 的室内环境无线监控系统2转换速率可达 200ksps可多达 16 个外部单端或差分输入vref 可在内部 vref、外部引脚或 vdd 中选

26、择内部或外部转换启动源内置温度传感器（2）10 位电流输出 dac（只限于 f330） （3）比较器2.高速 8051 微控制器内核 流水线指令结构；70%的指令的执行时间为一个或两个系统时钟周期速度可达 25mips（时钟频率为 25mhz 时）扩展的中断系统3.存储器 768 字节内部数据 ram（256+512）8kb flash；可在系统编程，扇区大小为 512 字节4.数字外设17 个端口 i/o；均耐 5v 电压，大灌电流 硬件增强型 uart、smbus 和增强型 spi 串口4 个通用 16 位计数器/定时器 16 位可编程计数器/定时器阵列（pca） ，有 3 个捕捉/比较模

27、块使用 pca 或定时器和外部时钟源的实时时钟方式5.在片调试片内调试电路提供全速、非侵入式的在系统调试支持断点、单步、观察/修改存储器和寄存器 比使用仿真芯片、目标仿真头和仿真插座的仿真系统有更优越的性能 廉价而完整的开发套件6.时钟源两个内部振荡器24.5mhz，2%的精度，可支持无晶体 uart 操作80/40/20/10 khz 低频率、低功耗振荡器外部振荡器：晶体、rc、c、或外部时钟 可在运行中切换时钟源，适用于节电方式 7.供电电压2.7v - 3.6v 基于 lm3s1138 的室内环境无线监控系统3典型工作电流：6.4ma 25mhz 9a 32khz 典型停机电流：0.1a

28、 8.温度范围：-40c - +85c 2.2.3 内部结构框图c8051f330 有较丰富的内部资源：1.包括 4 个 16 位的定时器，其中两个与标准的 8051 兼容，另两个是 16 位自动重装定时器，可用于 adc、smbus 或作为通用定时器使用；2.通过串行接口 uart，它提供标准的 8051 的方式 1 和方式 3。具有增强的波特率发生器电路，有多个时钟源可用于产生标准波特率；3.增强型串行同步外设 spi，它提供访问一个全双工同步串行总线的能力。spi 可作为主器件或从器件工作，可以使用 3 线或 4 线方式，并可在同一总线上支持多个主器件和从器件；4.10 位 adc 和

29、dac，c8051f330 的 adc0 子系统集成了两个 16 通道模拟多路选择器（合称 amux0）和一个 200ksps 的 10 位逐次逼近寄存器型 adc，adc中集成了跟踪保持电路和可编程窗口检测器。amux0、数据转换方式及窗口检测器都可用软件通过特殊功能寄存器来配置。adc0 可以工作在单端方式或差分方式，可以被配置为用于测量 p0p1、温度传感器输出或 vdd（相对于 p0p1 或 gnd） 。其它内部资源还有 dac、比较器、smbus、pca、内部振荡器件等。其内部框图如图 2-3 所示。图 2-3 c8051f330 内部结构图基于 lm3s1138 的室内环境无线监控

30、系统42.3 u 盘备份2.3.1 ch375 概述ch375 是一个 usb 总线的通用接口芯片，支持 usb-host 主机方式和 usb-device/slave 设备方式。在本地端，ch375 具有 8 位数据总线和读、写、片选控制线以及中断输出，可以方便地挂接到单片机/dsp/mcu/mpu 等控制器的系统总线上。在 usb 主机方式下，ch375 还提供了串行通讯方式，通过串行输入、串行输出和中断输出与单片机/dsp/mcu/mpu 等相连接。ch375 的 usb 设备方式与 ch372 芯片完全兼容，ch375 包含了 ch372 的全部功能。本手册中没有提供 ch375 在

31、usb 设备方式下的说明，相关资料可以参考 ch372 手册 ch372ds1.pdf。ch375 的 usb 主机方式支持常用的 usb 全速设备，外部单片机可以通过ch375 按照相应的 usb 协议与 usb 设备通讯。ch375 还内置了处理 mass-storage 海量存储设备的专用通讯协议的固件，外部单片机可以直接以扇区为基本单位读写常用的 usb 存储设备（包括 usb 硬盘/usb 闪存盘/u 盘） 。ch375 作为 usb 主机和 usb 设备芯片的框图如图 2-4 所示。图 2-4 usb 主机及 usb 设备芯片接口框图2.3.2 ch375 特点低速和全速 usb-

32、host 主机接口，兼容 usb v2.0，外围元器件只需要晶体和电容。 低速和全速 usb 设备接口，完全兼容 ch372 芯片，支持动态切换主机与设备方式。 主机端点输入和输出缓冲区各 64 字节，支持 12mbps 全速 usb 设备和 基于 lm3s1138 的室内环境无线监控系统51.5mbps 低速设备。 支持 usb 设备的控制传输、批量传输、中断传输。 自动检测 usb 设备的连接和断开，提供设备连接和断开的事件通知。 内置控制传输的协议处理器，简化常用的控制传输。 内置固件处理海量存储设备的专用通讯协议，支持 bulk-only 传输协议和 scsi、ufi、rbc 或等效命

33、令集的 usb 存储设备（包括 usb 硬盘/usb 闪存盘/u 盘/usb 读卡器） 。 通过 u 盘文件级子程序库实现单片机读写 usb 存储设备中的文件。 并行接口包含 8 位数据总线，4 线控制：读选通、写选通、片选输入、中断输出。 串行接口包含串行输入、串行输出、中断输出，支持通讯波特率动态调整。 支持 5v 电源电压和 3.3v 电源电压，支持低功耗模式。 采用 sop-28 无铅封装，兼容 rohs，提供 sop28 到 dip28 的转换板，引脚基本兼容 ch374 芯片 2.3.3 ch375 管脚分布及封装说明ch375 管脚分布如图 2-5 所示。图 2-5 ch375

34、管脚分布图ch375 封装如表 2-1 所示。表 2-1 ch375 封装表封装形式塑体宽度引脚间距封装说明订货型号sop-287.62mm300mil1.27mm50mil标准 28 脚贴片ch375b2.4 无线通信2.4.1 功能特性概述cc1100 是一种低成本真正单片的 uhf（超高频）收发器，为低功耗无线应用基于 lm3s1138 的室内环境无线监控系统6而设计。电路主要设定为在 315、433、868 和 915mhz 的 ism（工业，科学和医学）和 srd（短距离设备）频率波段，也可以容易地设置为 300-348 mhz、400-464 mhz 和 800-928 mhz 的

35、其他频率。rf 收发器集成了一个高度可配置的调制解调器。这个调制解调器支持不同的调制格式，其数据传输率可达 500kbps。通过开启集成在调制解调器上的前向误差校正选项，能使性能得到提升。cc1100 的功耗很低。除了 rx 电流消耗低达 14-15ma(与所要求的通信距离有关)外，cc1100 还包括广播叫醒功能，这在被选中的接收机系统中可大大降低平均系统功耗。该器件的电压范围(1.8v 至 3.6v)可完全利用电池的容量。cc1100 接收器灵敏度高(-110dbm/1.2kbps)。多信道的 cc1100 很适合于频率灵活、听后发射和跳频(fhss)系统。这些器件支持 fsk、gfsk、

36、ask/ook 和 msk 调制方法。cc1100 在所有频段，提供 10dbm 的输出功率。它的灵敏度及链接性能较好，传输距离长。另外，该芯片还有足够的信号频谱以满足最新的 fcc 要求(47.cfr15.247)，在 902-928mhz 频段不用跳频时输出功率高于-1dbm。cc1100 的主要操作参数和 64 位传输/接收 fifo（先进先出堆栈）可通过 spi接口控制。2.4.2 spi 接口1.概述spi 是 serial peripheral interface 的缩写，中文意思是串行外围设备接口，也称为串行同步外设接口。spi 接口主要应用在 eeprom，flash，实时时钟

37、，ad 转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。spi 是一种高速的、全双工、同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为pcb 的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，现在越来越多的芯片集成了这种通信协议，比如 lm3s1138、c8051f、cc1100 等。2.接口简介spi 总线系统可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件直接连接，该接口一般使用 4 条线：串行时钟线（sclk）、主机输入/从机输出数据线 somi、主机输出/从机输入数据线 simo 和低电平有效的从机选择线 cs。3.工作原理spi 的工作原理很简单，它以主从方式工作

38、，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，需要至少 4 根线，事实上 3 根也可以（单向传输时）。也是所有基于 spi 的设备共有的，它们是 cs、sclk、simo、somi。（1）cs 从设备使能信号，由主设备控制基于 lm3s1138 的室内环境无线监控系统7（2）sclk 时钟信号，由主设备产生（3）simo 主设备数据输出，从设备数据输入（4）somi 主设备数据输入，从设备数据输出2.4.3 cc1100 的主要特点1.体积小（qlp 44mm 封装，20 脚） 2.真正的单片 uhf rf 收发器 3.频率波段：300-348 mhz、400-464 mhz 和 800-92

39、8 mhz 4.可编程控制的数据传输率，可达 500kbps 5.较低的电流消耗（rx 中 15.6ma，2.4kbps，433mhz） 6.可编程控制的输出功率，对所有的支持频率可达+10dbm 7.单独的 64 字节 rx 和 tx 数据 fifo 8.高效的 spi 接口 9.对数据包导向系统的灵活支持：对同步词汇侦测的芯片支持，地址检查，灵活的数据包长度及自动 crc 处理 10. 2-fsk，gfsk 和 msk 支持2.4.4 内部框图当通过 cc1100 发送无线数据时，数据从 spi 接口进入 cc1100 的缓冲区中，然后经过内部的包处理、编码和调制，最后从天线发送出去。接收

40、过程则是其逆过程。cc1100 的内部框图如图 2-6 所示。图 2-6 cc1100 内部结构框图基于 lm3s1138 的室内环境无线监控系统82.4.5 应用电路根据 cc1100 的芯片数据手册，其典型应用电路如图 2-7 所示。图 2-7 cc1100 典型应用电路基于 lm3s1138 的室内环境无线监控系统93 系统硬件设计3.1 系统功能介绍3.1.1 系统功能各房间前端的传感器节点实时采集温度、湿度、是否异常火焰产生等参数，实时监控环境状况，采集数据后通过节点的控制器 c8051f 系列单片机进行前期处理，并通过无线以预定义信息格式发送到主机上，主机由 lm3s1138 处理

41、器、无线接收模块、u 盘数据备份、lcd 液晶显示、gsm 模块组成，主机通过无线接收模块接收传感器节点的数据，送到液晶屏上进行实时的显示，可通过 u 盘的进行数据备份。当发生异常时，主机自动通过 gsm 模块向房子主人短信提示以及时采取措施。系统框图如图 3-1 所示。c8051f单片机温度信息电源外围器件液晶显示无线发送lm3s1138电源外围器件液晶显示无线接收gsm单元u盘从从机机（节节点点）框框图图主主机机框框图图火焰信息湿度信息图 3-1 系统功能框图3.1.2 主机功能1.通过无线接收节点检测数据；2.通过 lcd12864 分屏显示节点数据，并显示其他相关信息；3.判断节点检测

42、的环境变量是否异常，如果有，则控制 gsm 模块将异常现象基于 lm3s1138 的室内环境无线监控系统10通过短信告知房主；4.通过 u 盘控制器件 ch375 将节点监控的数据储存在 u 盘中，当 u 盘的空间不足时，arm 控制 ch375 自动删除 u 盘的一半空间。3.1.3 从机功能1.通过三个传感器采集三种环境变量的数据；2.通过 nokia 5110 lcd 显示采集到的数据；3.通过无线将三种环境指数发送到主机，供主机分析处理。 3.2 主机硬件设计3.1.1 主机工作原理c8051f330 单片机通过 cc1100 无线模块采集各个从机（监控节点）发送的数据，然后对数据进行

43、处理，通过串口将处理好的数据发送给主机 arm 进行分析处理；arm 通过串口收到数据后，通过 12864 液晶显示数据，分析数据是否出现异常，如果有异常情况，控制 tc35i 模块将异常数据通过短信的形式发送给用户，最后arm 通过控制 u 盘控制芯片 ch375 将数据存入 u 盘。3.1.2 无线通信电路设计根据 cc1100 手册上提供的典型应用电路，设计了无线发送接收模块，而将与控制器的接口部分和电源部分引出，这样便于统一使用。cc1100 与控制器的接口为spi 接口，其外围电路的电阻电容值根据数据手册确定。设计的无线模块电路原理图如图 3-2。123456abcd654321dc

44、bat itlen umberr evisio nsizebd ate:3-ju n-2 00 9 sh eet of file:c :d ocumen ts and s etting sa dmin istrato r业业业业业业业业-业业业业业业-业业.d dbd raw n by:sc l k1so (g d o 1)2g do 23d vd d4d co u pl5gdo06csn7xosc-q18avdd9xosc-q210a vd d11r f-p12r f-n13a vd d14a vd d15gnd16rbias17dguard18gnd19si20u 9c c1 10 0r

45、17156 kc 5110 0nc 8127 pc 10127 pc 1313.9pc 1213.9pc 1228.2pc 1235.6py 226 ml 13127 nl 12222 nl 12327 nl 12127 ne 150 o hm+3.3 v+3.3 v+3.3 v+3.3 v+3.3 v+3.3 vc 12422 0pc 12522 0psc l ksog do 2gdo0csnsic 4110 0nc 9110 nc 11110 nc 15122 0pc 14110 0nc 18122 0p基于 lm3s1138 的室内环境无线监控系统11图 3-2 无线模块电路图无线模块与

46、控制器的接口为 spi，在无线模块的使用上，采用 c8051f330 对cc1100 进行控制，而由 c8051f330 将接收到的数据通过串口发送到 arm 上，由arm 进行处理。c8051f330 与无线模块的接口电路图如图 3-3 所示。123456abcd654321dcbat itlenum berrevisionsizebdate:17-mar-2009sheet of file:g:业业业业业业z lg -arm业业业业业业业业业业业业.ddbdrawn by:p0.0/v re f4gn d5vd d6rst /c2ck7p2.0/c2d8p1.79p1.610p1.511p

47、1.412p1.313p1.214p1.115p1.016p0.717p0.6/cnv18p0.519p0.420p0.3/x21p0.2/x12p0.1/id a3c8051f330u7c8051f330dd2gre engre en+3.3vscl kcsngd o0sosisisocsnscl kgd o0+3.3vr240012345678jp28 h ea de rgd o2+3.3vgd o2t xdrx dgre en图 3-3 cc1100 应用电路图3.1.3 u 盘存储器件（ch375）ch375 与 arm 的连接分为控制接口和数据接口，其中控制接口有五根控制线，分别为片

48、选线、地址/数据选择线、读使能信号、写使能信号和中断输出，在本系统中，我们将控制接口的五根线接在 pb 口上；数据接口是一个 8 位的接口，在easyarm1138 中，仅有 pf 口能提供完整的 8 位数据接口，因此数据接口接在 pf上。具体连接如下图 3-4 所示。基于 lm3s1138 的室内环境无线监控系统12123456abcd654321dcbat itlenumberrevisionsizecdate:17-mar-2009sheet of file:g:业业业业业业z lg -arm业业ma inma in03.04.ddbdrawn by:int #1rst i2wr#3rd

49、 #4t xd5rx d6nc7a08v39ud +10ud -11gn d12xi13xo14d015d116d217d318d419d520d621d722gn d23act#24rst25rst #26cs#27vcc28u9ch 375b+5vch csch intch wrch rdch a0c220.47uf+5vud +ud -y412mc2520pfc2620pfc240.1ufr19 1k+5vch d0ch d1ch d2ch d3ch d4ch d5ch d6ch d71234jp8usbr182+5vud -ud +d7c230.01u+c21100u+c20100u+

50、5v+5vch d0ch d1ch d2ch d3ch d4ch d5ch d6ch d7l cdcsl cdcl kl cdsidl cdl e dach csch a0ch rdch wrch int5v15v2pb43pb54pb65pe36pe27pe18pe09pb310pb211pb112pb013pf114pf215pf316pf417vbat18hib19wa ke20pf021pf522pf623pf724pg4*25pg5*26pa727pa628gn d29gn d30u12arm2图 3-4 ch375 与 arm 连接电路图3.1.4 gsm 模块（tc35i）gsm

51、 使用 tc35i 的模块，对于 gsm 模块，电路基本上不用设计。arm 与tc35i 之间是通过串口进行通信的，而且 tc35i 使用的是 232 电平，因此只需要连接一个电平转换的芯片，使得在 arm 和 tc35i 之间通信时进行电平转换即可。在这次设计中使用的是 max3232 电平转换芯片，其应用电路比较简单，也很常见，只需接五个电容即可。需要注意的是 txd 信号线和 rxd 信号不要接反。max3232 的应用电路原理图如图 3-5 所示。123456abcd654321dcbat itlen umberr evisionsizebd ate:8-jun-2009 sheet

52、of file:c :d ocuments and s ettingsa dministrator业业业业232.d dbd raw n by:t xdr xdc 1104c 2474c 3474c 4474v ccv ccc 5104c 1+1v +2c 1-3c 2+4c 2-5v -6t 2o ut7r 2in8r 2o ut9t 2in10t 1in11r 1o ut12r 1in13t 1o ut14g nd15v cc16u 1m ax 3223162738495j1d b9图 3-5 电平转换电路原理图基于 lm3s1138 的室内环境无线监控系统133.1.5 液晶显示电路设计

53、1.lcd12864（主控芯片 st7920）概述使用的 lcd12864 是汉升实业有限公司的 st7920 控制器系列产品。该产品为中文图形液晶模块，分带字库和不带字库，我们使用带简体中文字库的液晶。lcd12864 可实现四行汉字或字符，每行可现实八个汉字或十六个字符。2.lcd12864 与 mcu 的接口lcd12864 与控制器的接口有两种：一是串行模式，串行模式只需要四线信号就可以完成对 lcd12864 的操作；二是并行模式，并行模式需要一个 8 位的数据接口及四线的控制接口。对于本系统来说，首先没有多余的 8 位数据接口可供使用，再者并行模式比较浪费 i/o 资源且没有串行模

54、式简单，基于以上分析，在本次毕业设计中，我们采用的是串行模式。串行模式需要四线信号线，分别为：片选信号；串行数据线；串行时钟线；复位信号。lcd12864 的具体接口定义请见表 3-1。表 3-1 12864 液晶与 mcu 的接口定义功能描述名称形态电平并口串口vcci-模块电源输入(未注明为 5v)gndi-电源地v0i-对比调节端veei-液晶驱动电压psbih/l并口/串口选择:h 并口;l 串口rstih/l复位信号,低有效rs(cs)ih/l寄存器选择端:h 数据;l 指令片选,低有效r/w(sid)ih/l读/写选择端:h 读;l 写串行数据线e(sclk)ih/l使能信号串行时

55、钟输入db0-db3i/oh/l数据总线低四位空接db4-db7i/oh/l数据总线高四位,四位并口时空接空接ai-背光正ki-背光负3.lcd12864 与主控制器接口电路图系统中 lcd12864 工作在串行模式下，其接口为三线，分别为：lcdcs（片选信号） ；lcdsid（串行数据） ；lcdclk（串行时钟） 。这三根信号线直接与 arm连接。其背光由 arm 的一个 i/o 来控制。其电路原理图如图 3-6 所示。基于 lm3s1138 的室内环境无线监控系统14123456abcd654321dcbat itlenum berrevisionsizebdate:17-mar-20

56、09sheet of file:g:业业业业业业z lg -arm业业ma inma in03.04.ddbdrawn by:+5v+5vl cd csl cd cl kl cd sidl cd le da5v15v2pb43pb54pb65pe36pe27pe18pe09pb310pb211pb112pb013pf114pf215pf316pf417vbat18hib19wa ke20pf021pf522pf623pf724pg4*25pg5*26pa727pa628gn d29gn d30u12arm2gn d1vcc2vo3rs4r/w5e6db07db18db29db310db411d

57、b512db613db714psb15nc16rst17ve e18l ed a19l ed k20l cd 112864-12+5vl cd csl cd sidl cd cl kl cd le da+5vr1710k图 3-6 lcd12864 与 lm3s1138 接口电路3.1.6 实时时钟芯片（ds1302）1.概述ds1302 是美国 dallas 公司推出的一种高性能、低功耗、带 ram 的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为 2.5v5.5v。采用三线接口与 cpu 进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或

58、ram 数据。ds1302 内部有一个 318 的用于临时性存放数据的 ram 寄存器。ds1302 是 ds1202 的升级产品，与 ds1202 兼容，但增加了主电源/后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。2.接口说明ds1302 是一个三线接口的器件，是通过串行方式与控制器通信的，它的信号线有：复位信号；时钟信号；数据输入输出信号。通过在时钟信号线上产生 8 个连续的时钟脉冲完成一个字节的数据传输。它与 arm 直接连接。3.应用电路ds1302 的作用是在存储数据时能提供时间基准，以便让用户知道数据的具体存储时间。设计时为其配备两个电源，主电源是系统正常工作时

59、的+5v 电源，备用电源是在系统掉电时保证 ds1302 能够继续运行，备用电源由电池充当。其应用电路图如图 3-7 所示。基于 lm3s1138 的室内环境无线监控系统15123456abcd654321dcbat itlenumberrevisionsizecdate:18-mar-2009sheet of file:g:业业业业业业z lg -arm业业ma inma in03.04.ddbdrawn by:vcc21x12x23gn d4rst5i/o6scl k7vcc18u10ds1302+5vrt crstrt crstrt ciort ccl ky132768hz+3.3v+3

60、.3v3v313v32ad c73ad c64ad c55ad c46ad c07ad c18ad c29ad c310pd011pd112pd213pd314pg315pg216pg117pg018pc719pc620pc521pc422pa023pa124pa225pa326pa427pa528gn d29gn d30u11arm12j4业业业业rt ccl krt cio+3.3v图 3-7 ds1302 应用电路图3.2 从机硬件设计3.2.1 从机工作原理1.单片机使用片内 ad 对传感器的输入进行采样分析，通过液晶显示；2.单片机控制无线模块将数据发送出去，工作频率 433mhz；