无线通信系统课程设计

西安邮电大学通信与信息工程学院无线通信系统课程设计报告（2017~2018学年第一学期）实验名称：无线通信系统课程设计____学生姓名：___________专业：______学号：_________指导教师：_______摘要温湿度是生活生产中的重要的参数。本设计为基于单片机的温湿度检测系统，采用模块化、层次化设计。用新型的智能温湿度传感器DHT11主要实现对温度、湿度的检测，将温度湿度信号通过传感器进行信号的采集并转换成数字信号，再运用单片机STC89C52进行数据的分析和处理。然后将温湿度数据通过NRF24L01发送数据，实现点对点或多点对点的无线通信。显示部分采用LCD1602液晶显示所测温湿度值。系统电路简单、集成度高、工作稳定、调试方便、检测精度高，具有一定的实用价值。关键词：单片机；温湿度传感器；无线通信西安邮电大学课程设计目录目录1.绪论.......................................................................................................................12.课程设计任务及要求............................................22.1设计任务.............................................................22.2设计要求.............................................................23.系统总体设计方案..............................................33.1方案论证.............................................................33.2系统总体设计.........................................................33.3工作原理.............................................................44.系统硬件设计..................................................54.1.系统整体设计........................................................54.2.各单元电路设计......................................................55系统软件设计.................................................105.1.主程序流程设计.....................................................115.2.子程序设计.........................................................156系统调试.....................................................157总结.........................................................178参考文献.....................................................189附录.........................................................1911.绪论温湿度的检测与数据采集是工业生产过程必不可少的环节之一，在生产中，温湿度的高低对产品的质量影响很大。由于温湿度的检测控制不当，可能使我们导致无法估计的经济损失。为保证日常工作的顺利进行，首要问题是加强生产车间内温度与湿度的监测工作，但传统的方法过于粗糙，通过人工进行检测，对不符合温度和湿度要求的库房进行通风、去湿和降温等工作。这种人工测试方法费时费力、效率低，且测试的温度及湿度误差大，随机性大。目前，在低温条件下(通常指100℃以下)，温湿度的测量已经相对成熟。同时通过无线通信系统进行温湿度数据的收发，能够将温湿度的检测距离拉长几个数量级，而且节约了布线开销成本，利用新型单总线式数字温度传感器实现对温度的测试与控制得到更快的开发。但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、学习、生活提供更好的更方便的设施就需要从数字单片机技术入手，一切向着数字化，智能化控制方向发展。对于国内外对温湿度检测的研究，从复杂模拟量检测到现在的数字智能化检测越发的成熟，随着科技的进步，现在的对于温湿度研究，检测系统向着智能化、小型化、低功耗的方向发展。在发展过程中，以单片机为核心的温湿度控制系统发展为体积小、操作简单、量程宽、性能稳定、测量精度高，等诸多优点在生产生活的各个方面实现着至关重要的作用。22.课程设计任务及要求2.1设计任务本课程设计的主要任务是使用以STC89C52芯片为数据处理与运算模块，使用DHT11温湿度传感器为采集数据模块，使用NRF24L01为数据收发模块，实现温湿度的采集与发送、接收功能。2.2设计要求实现温湿度数据的采集以及通过点对点或两点对一点的通信来传输数据。湿度精度为±5%RH，温度±2℃，量程湿度20-90%RH，温度0~50℃。33.系统总体设计方案3.1方案论证本系统使用PCB作为电路板，核心器件是STC89C52芯片、DHT11温湿度传感器以及NRF24L01。依靠DHT11采集数据、STC89C52处理数据、NRF24L01传输数据实现采集温湿度数据并无线传输至接收端的功能。系统电路简单、集成度高、工作稳定、调试方便、检测精度高，具有一定的实用性。3.2系统总体设计图3.1系统总体设计图图3.1为实现两点对一点的温湿度数据无线通信系统总设计图。此系统分为三个子系统，分别是左上角的发送端1、右上角的发送端2和下方的接收端。每个子系统又分为三个模块，分别是主芯片模块、液晶显示模块以及温湿度传感器模块。最后如有需要，还可以在接收端的输出口连接PC上位机，以实现数据在PC上的处理。4图3.2发射端程序流程图图3.3接收端程序流程图3.3工作原理本系统是以STC89C52单片机为核心的一套多点温湿度采集和无线传输系统，由温湿度采集、数据传输、数据处理三个部分组成，主要包括单片机系统，无线传输系统，电源电路，复位电路，温湿度检测，显示系统等模块。单片机STC89C52是整个硬件电路的核心，它一方面控制无线传输模块NRF24L01发送、接受数据；另一方面，将收到的数字温湿度数据送到LCD1602显示器显示，可以直观的看到测量点的温湿度并进行监测。整个系统的软件设计是通过c语言程序对发射机、接收机的STC89C52编程来实现其控制功能。54.系统硬件设计4.1.系统整体设计图4.1系统硬件总体结构用新型的智能集成温温度传感器DHT11主要实现检测温度、湿度的检测，将温度湿度信号通过传感器进行信号的采集并转换成数字信号，再运用单片机STC89C52进行数据的分析和处理，之后一方面送入无线传输器件NRF24L01进行信号的发送，另一方面送入显示器显示；接收端则是通过NRF24L01接收数据后送入STC89C52后再送入显示器显示。4.2.各单元电路设计4.2.1温湿度传感器4.2.1.1DHT11产品概述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中进行校准。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。64.2.1.2引脚说明：引脚号引脚名称类型引脚说明1VCC电源正电源输入，3V-5.5VDC2DATA输出单总线，数据输入/输出引脚3NC空空脚，扩展未用4GND地电源地图4.2DHT11连接图4.2.2单片机STC89C52STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS八位微控制器，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ROM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，使其为众多嵌入式控制应用系统提供灵活的解决方案。STC89C52的功能以及引脚完全可以满足本系统对于控制核心的要求，且其成本低，应用广泛，相关技术的使用已经很成熟，开发难度相对不高，所以，选择其作为发射机、接收机的主控芯片。7EA/VP31X119X218RESET9P37/RD17P36WR16P32/INT012P33/INT113P34/T014P35/T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30P31/TXD11P30/RXD10GND20VCC40U1STC89C52图4.3STC89C52引脚图图4.4单片机的复位与晶振电路4.2.3NRF24L01无线模块本系统设计采用无线方式向终端传输温湿度数据。本系统无线输模块采用单片射频收发芯片NRF24L01。84.2.3.1NRF24L01的管脚瞥涛NRF24L01有8个引脚，各个引脚的具体说明如表4.1所示。瞥涛表4.1NRF24L01各个引脚说明瞥涛管脚瞥涛名称瞥涛管脚功能瞥涛方向瞥涛pin1瞥涛VDD瞥涛正电源输入瞥涛瞥涛pin2瞥涛CE瞥涛工作模式选择，RX或TX瞥涛I瞥涛Pin3瞥涛CSN瞥涛SPI片选使能，低电平使能瞥涛I瞥涛pin4瞥涛SCK瞥涛SPI时钟瞥涛I瞥涛pin5瞥涛MOSI瞥涛SPI输入瞥涛I瞥涛pin6瞥涛MISO瞥涛SPI输出瞥涛O瞥涛pin7瞥涛IRQ瞥涛中断输出瞥涛O瞥涛pin8瞥涛GND瞥涛电源地瞥涛瞥涛4.2.3.2无线传输模块的硬件设计本系统中两个发射机各有一个无线发射模块，一个接收机含有一个无线接收模块。由于NRF24L01兼备发送与接收功能，所以发射、接受模块全部采用NRF24L01,与主机STC89C52的硬件连接也全部相同。NRF24L01无线模块直接与STC89C52连接，电路图如图4.5所示。瞥涛图4.5NRF24L01无线模块电路图瞥涛4.2.4显示模块瞥涛LCD1602液晶显示是一种常用的显示方式。LCD1602显示内容十分丰富，能够显示字母，符号和数字等192种字符，且可同时显示16x2个字符，满足了本系统对于9多组数据同时显示的要求。显示屏共有16个引脚，节省了单片机的大量I/O口，且电路连接简单，容易焊接。此种显示方式响应也较快，亮度可调，成本低，是显示终端的最佳选择。瞥接收机收到温湿度数据后，利用LCD1602显示两个监测点A1、A2的温湿度信息。LCD1602液晶显示芯片采用标准的16脚接口,其各个引脚及说明如表3.6所示。瞥涛表4.2LCD1602各个引脚的说明瞥涛编号瞥涛符号瞥涛引脚说明瞥涛编号瞥涛符号瞥涛引脚说明瞥涛1瞥涛VSS瞥涛电源地瞥涛9瞥涛D2瞥涛数据I/O瞥涛2瞥涛