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山东建筑大学课程设计说明书目录摘要..........................................Ⅱ1.方案设计......................................11.1总体方案设计..............................................11.2中央处理器的选择..........................................11.3总线选择..................................................21.4传感器和执行器的选择......................................31.5电源电路..................................................62.硬件选型与接口设计.............................72.1通信接口，分配通信接口的引脚分布..........................72.2有线通信方式、通信协议....................................72.3无线通信方式、通信协议....................................83.系统功能验证与联调.............................103.1单片机初始化程序..........................................103.2ESP8266模块的调试........................................144.总结与致谢....................................165.参考文献......................................17山东建筑大学课程设计说明书II摘要WIFI是一种可以将个人电脑、手持设备等终端以无线方式互相连接的技术。近几年，WIFI无线通信技术得到了迅速发展，WIFI已成为当今无线网络接入的主流标准。国内外许多地区都提供了WIFI信号覆盖域，只要随身携带的电子产品上有WIFI终端，便可接入互联网。ARM是目前进行便携式电子产品开发的主流芯片，因此，对ARM架构下WIFI无线通信终端的研究具有非常重要的意义。本次设计完成WIFI星型无线监控自组网的系统设计。运用各类传感器、执行器、单片机、I/O接口和现场总线等知识，完成该系统的硬件方案、设备选型和系统设计。系统以8-32位单片机或ARM处理器为核心，以WIFI网络系统为平台，设计以路由器为核心的星型网络，实现DHCP自动分配IP地址，并实现IP地址和设备编号的对应，能够实时查询设备状态，具备自组网功能。本设计按照电路设计的一般规范、产品设计流程进行系统设计，并依照国家标准，做到“成本低、功能强、使用方便、可靠性高”的基本要求。山东建筑大学课程设计说明书11.方案设计1.1总体方案设计按照系统需求，对本WIFI无线通信终端的总体方案进行了设计，其软硬件结构由无线移动终端由AT89C52为核心搭建而成，从功能上无线移动终端可以分成三个子系统：（1）ARM子系统：主要包括AT89C52芯片以及周边存储电路、接口转换电路和供电、晶振、复位电路组成，该部分驱动无线网卡和运行通信程序进行WIFI通信，并且提供人机交互接口，接受上位PC机和手机的监控（通过串口）；（2）WLAN子系统：主要包括EPS8266WIFI模块部分，负责无线信号的发送，功率放大/滤波，混频，基带处理等功能，并且与ARM子系统串口进行快速有效的数据通信；外加无线网卡部分，进行PC机通信（3）PC机和手机部分，主要负责2.4GHZ无线信号的接收并显示，系统结构图如下：图1.1系统总体结构图1.2中央处理器的选择中央处理器是整个计算机的大脑，它由运算器和控制器组成的，中央处理器的好坏大大决定了计算机的运算速度。所以在选择中央处理器的时候要注意以下几个问题：（1）主频：决定了计算机运行速度，同一级别内，主频越高运算速度越快（2）倍频与外频：现在市场上基本上已经把倍频给锁定死了，如果要想超频工作就必须从外频入手，倍频与外频的好坏决定了中央处理器与外部设备的交换速度。（3）接口类型：中央处理器与主板上的插座不是都一样的，所以在选择中央处理器的时候要考虑接口类型与连接的设备无线传输AT89C52＋EPS8266无线网卡PC机手机山东建筑大学课程设计说明书2（4）缓存：缓存分为一级缓存和二级缓存，选购的时候应该选择缓存容量大的。（5）制造工艺：制造工艺就是质量，中央处理器的线路和宽窄等等的一系列问题。1.3总线选择1.3.1RS485总线接口通讯协议定义标准以及管脚引脚介绍RS485总线标准是工业中（考勤，监控，数据采集系统）使用非常广泛的双向、平衡传输标准接口，支持多点连接，允许创建多达32个节点的网络；最大传输距离1200m，支持1200m时为100kb/s的高速度传输，抗干扰能力很强，布线仅有两根线很简单。RS485通信网络接口是一种总线式的结构，上位机和下位机都挂在通信总线上，RS485物理层的通信协议由RS485标准和51单片机的多机通讯方式。RS-485可以采用二线与四线方式，二线制可实现真正的多点双向通信。1.3.2RS232总线接口通讯协议定义标准以及管脚引脚介绍RS-232接口定义理解为在RS-232标准中，字符以一串行的比特串来一个接一个的串行方式传输，优点是传输线少，配线简单，传送距离可以较远。RS-232串口通信最远距离是50英尺,可做到双向传输，全双工通讯，最高传输速率20kbps.RS-232C上传送的数字量采用负逻辑，且与地对称.逻辑1：-3～-15V;逻辑0：+3～+15串行通信中，线路空闲时，线路的TTL电平总是高，经反向RS232的电平总是低。一个数据的开始RS232线路为高电平，结束时Rs232为低电平。数据总是从低位向高位一位一位的传输。示波器读数时，左边是数据的高位.RS-232指定了20个不同的信号连接，由25个D-sub（微型D类）管脚构成的DB-25连接器。很多设备只是用了其中的一小部分管脚，出于节省资金和空间的考虑不少机器采用较小的连接器，特别是9管脚的D-sub或者是DB-9型连接器被广泛使用绝大多数自IBM的AT机之后的PC机和其他许多设备上。基于以上两点，对于本系统中的主机CPU选择51单片机，其主要特点：51单片机是在一块集成电路芯片上集成有CPU、程序存储器、数据存储器、输入/输出接口电路、定时/计数器、中断控制器、模/数转换器、数/模转换器、调制解调器等部件。单板机是把微型计算机的整个功能体系电路（CPU、ROM、RAM、输入/输出接口电路以及其他辅助电路）全部组装在一块印制电路板上，再用印制电路将各个功能芯片连接起来。其体积山东建筑大学课程设计说明书3小、功耗低、成本低、性能高。图1-251单片机原理图1.4传感器和执行器的选择本系统是无线监控自组网系统，要求对其进行温度、湿度、及视频监控。所以要选择传感器。1.4.1温度传感器本系统中我们选择DS18B20数字温度传感器，其主要特点如下：DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多样，有LTM8877，LTM8874等等。主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的DS18B20可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。山东建筑大学课程设计说明书4安装方式：独特的一线接口，只需要一条口线通信多点能力，简化了分布式温度传感应用无需外部元件可用数据总线供电，电压范围为3.0V至5.5V无需备用电源测量温度范围为-55度至+125度。华氏相当于是-67华氏度到257华氏度-10度至+85度范围内精度为±0.5度。温度传感器可编程的分辨率为9~12位，温度转换为12位数字格式最大值为750毫秒。图1-3DS18B20温度传感器原理图1.4.2湿度传感器的选择本系统选择湿度传感器DHT11数字湿度传感器，其主要参数如下：DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此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。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，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则。产品为4针单排引脚封装。连接方便，特殊封装形式可根据用户需求而提供。DHT11的供电电压为3－5.5V。传感器上电后，要等待1s以越过不稳定状态在此期间无需发送任何指令。电源引脚（VDD，GND）之间可增加一个100nF的电容，用以去耦滤波.山东建筑大学课程设计说明书5图1-4DHT11温湿度传感器原理图1.4.3红外探头的选择我们本系统要求对其有监控功能，对其进行实时监控，所以我们选择HX1838，其主要参数如下：HX1838宽电压适应、低功耗、高灵敏度、优良的抗干扰特性应用广泛：家用电器、空调、玩具等红外遥控接收；极限参数：表1-1电源电压VCC(v)6.0工作温度TOPR(℃)-25—+85功耗PD(mw)35储存温度TSTG(℃)-40—+125光电参数：(T=25℃VCC=5Vf0=38KHZ)表1-2参数符号测试条件MinTypeMax单位工作电压Vcc2.75.5V接收距离LL5IR5IF=300mA（测试信号）1017M载波频率f038kHZ接收角度θ1/2距离衰减1/2+/-45DegBMP宽度fBW-3DbBandwidth23.35kHz静态电流ICC无信号输入时----0.81.5mA山东建筑大学课程设计说明书6低电平输出VOLVin=0VVcc=5V0.20.4V高电平输出VOHVcc=5V4.5VccV输出脉冲宽度TPWLVin=500μVp-p※500600700μSTPWHVin=50mVp-p※500600700μS1.5电源电路在该系统中，需要使用3.3V、1.2V的直流稳压电源。为简化系统电源电路设计，要求整个系统的输入电压为高质量的5V直流稳压电源。因此我们用电源适配器和电源转换来实现。原理图如下：图1-5电源转换模块原理图图1-6电源适配器原理图山东建筑大学课程设计说明书72.硬件选型与接口设计2.1通信接口，分配通信接口的引脚分布在现场数据采集和数据传输中大量采用接口方式，监控系统涉及较多的是串行通信接口和网络接口。2.1.1串行通信协议计算机与外设或计算机之间的通信通常有两种方式：并行通信和串行通信。并行通信指数据的各位同时传送。并行方式传输数据速度快，但占用的通信线多，传输数据的可靠性随距离的增加而下降，只适用于近距离的数据传送。串行通信是指在单根数据线上将数据一位一位地依次传送。发送过程中，每发送完一个数据，再发送第二个，依此类推。接受数据时，每次从单根数据线上一位一位地依次接受，再把它们拼成一个完整的数据。在远距离数据通信中，一般采用串行通信方式，它具有占用通信线少、成本低等优点。2.1.2分配通信接口的引脚分布总线选用RS232形式，具体参数上文已经叙述。具体引脚情况如下：RS-232物理接口标准可分成25芯和9芯D型插座两种，均有针、孔之分。其中TX（发送数据）、RX（接受数据）和GND（信号地）是三条最基本的引线，就可以实现简单的全双