外界环境实时检测及无线传输系统设计

陕西理工学院毕业设计I外界环境实时检测及无线传输系统设计作者：吴绪敏（陕西理工学院物理与电信工程学院通信1204班，陕西汉中723000）指导老师：李翠华[摘要]：外界环境主要包括温度、湿度、光照强度和灰尘浓度等，这些因素都会影响人们的生活，实时了解外界环境很有必要。本文主要采用主控芯片AT89S52对温湿度传感器DHT11，光敏电阻以及PM2.5传感器GP2Y1010AU的控制，实现对外界环境的检测，数模转换器采用的是ADC0832，然后通过NRF24L01的无线模块对采集的数据进行无线传输，最后显示在1602LCD屏上。该设计能够实现温度、湿度光照强度的实时检测，液晶屏上能准确显示出当前的数据。[关键字]：AT89S52，DHT11，光敏电阻，GP2Y1010AU陕西理工学院毕业设计IIRealtimeDetectionandWirelessTransmissionSystemDesignAuthor:WuXumin(Grade2012,Class4,MajorofCommunicationEngineering,SchoolofPhysicsandTelecommunicationEngineeringofShaanxiUniversityofTechnology,Hanzhong723003,Shaanxi)Tutor:LiCuihuaAbstract:Theexternalenvironmentmainlyincludestemperature,humidity,lightintensityanddustconcentration,etc.Thesefactorswillaffectpeople'slives，itisverynecessarytounderstandthereal-timeoftheexternalenvironment.ThistextmainlyusesthechipAT89S52tocontrolthesechips,suchasthetemperatureandhumiditysensorDHT11,thephotosensitiveresistanceaswellasthePM2.5sensorGP2Y1010AU,toachievethedetectionoftheexternalenvironment.DigitaltoanalogconverterusingADC0832,AndthenthroughtheNRF24L01wirelessmoduletocollectthedataforwirelesstransmission,andfinallydisplayedonthe1602LCDscreen.Thedesigncanrealizethereal-timedetectionoftemperatureandhumiditylightintensity,andthecurrentdatacanbedisplayedontheLCDscreen.Keywords:AT89S52,DHT11,Photosensitiveresistance,GP2Y1010AU陕西理工学院毕业设计III目录1绪论..................................................III2方案论证................................................22.1显示电路方案............................................22.2无线传输方案............................................22.3系统总体方案设计........................................23硬件电路设计............................................43.1控制部分................................................43.2模数转换部分............................................63.3信息采集部分............................................73.3.1温湿度采集.........................................73.2.2光照强度采集.......................................83.2.3灰尘浓度采集.......................................83.3无线传输部分............................................93.4显示电路部分...........................................104软件设计...............................................124.1软件的总体设计.........................................124.1.1无线发送模块......................................124.1.2无线接收模块......................................134.2软件的分步设计.........................................144.2.1温湿度检测软件设计................................144.2.2无线发送模块软件设计..............................15陕西理工学院毕业设计IV4.2.3无线接收模块软件设计.............................154.31602显示部分..........................................164.4ADC模数转换部分.......................................165系统调试...............................................196总结...................................................20致谢.....................................................21参考文献..................................错误!未定义书签。附录A....................................................23附录B....................................................32附录C....................................................33附录D....................................................41陕西理工学院毕业设计第1页共42页1绪论数字温度传感器（温度传感器）是在20世界90年代中期出现的。它是由微电子技术、计算机技术和自动测试技术（ATE）组成的芯片。目前，国际上已研发出很多数字智能温度传感器系列产品芯片。数字智能温度传感器的内部主要包含温度传感器、信号处理器、A/D转换器、存储器（或寄存器）和接口电路等。有的芯片还自带多路选择器、随机存取存？储器中央控制器、只读存储器。数字智能温度传感器的特点是输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器；并且在一定的基础上通过软件来实现测试功能的，它的检测智能化程度由软件开发水平来决定。20世界90年代中期，最先产生的数字智能温湿度传感器用的是8位A/D转换器，其测试温度精度较低、分辨力较差，会产生很大的误差。现在国内外已陆续推出多种高精度、高分辨力的智能数字温度传感器，其用的是9—12位A/D转换器。由美国DALLAS半导体公司新研制的DS1624型高分辨力的数字智能温度传感器，能输出13位二进制数据，其分辨力高达0.03125度，测温精度为±2度，为了提高多通道的智能温度传感器的转换速率，有的芯片采用高速逐近逼近式A/D转换器。新型数字智能温度传感器的测试功能也在不断增强，另外，智能数字温度传感器正从单通道向多通道的转换，这就为研发多路温度测控系统创造了良好条件。智能温度传感器的总线技术也达到了标准化、规范化的标准，它所采用的总线主要有单线总线、I2C总线、SMBvs总线和SPI总线。所谓外界环境，主要指的是温度，湿度，灰尘浓度，光照强度等。这些因素对人们的出行与生活产生重大影响，实时了解外界环境的状况在生活中很必要。温度控制广泛应用于人们的生产和生活中，人们使用温度计来测量温度，通过人工操作来加热、通风和降温设备来控制温度，这样不但控制精度低、实时性差，而且操作人员的劳动强度大。即使有采用半导体二极管作温度传感器的，但由于其互换性差，效果也不理想，在某些行业中对温度的要求较高，也不能很好的实现温度的实时检测和传输，由于工作环境不合理而引发的事故时有发生，对工业生产可靠进行造成影响，甚至操作人员的安全，因此，对传感器的要求也越来越高。为了避免这些缺点，需要在某些特定的环境里安装数字温度测量及控制设备。本设计采用的是AT89S52单片机作为核心的微处理器，通过单片机控制温湿度传感器实现外界的温度湿度的检测，利用光敏电阻实现对光照强度的检测，利用PM2.5传感器实现对灰尘浓度的检测。无线模块采用的NRF24L01，实现对温湿度、光照强度、灰尘浓度的传输，各个指标的显示采用的是1602液晶屏。由于采用了新型单片机对温度进行控制，以其测量精度高，操作简单。可运行性强，价格低廉等优点，特别适用于生活，医疗，工业生产等方面的温度测量及控制。通过对外界环境的检测让人们直观的看到各种情况下的影响，并找出最佳的外界环境，对种植大棚蔬菜有重大意义，以及观察各种生物的最佳的生活状态有重大影响。比如温室大棚蔬菜，通过对温度湿度光照等的观察，找出蔬菜的最佳的生长环境。这次的设计主要分为五部分，首先就是课题研究的背景意义目的等的简介；其次就是方案的选择和对比，以及各种方案的优劣势等；第三部分就是本次设计的重点了，硬件电路设计，包括主要的控制芯片单片机，采集数据所用的各种传感器，传输数据的无线模块，以及最后显示数据的显示模块；第四部分是软件设计流程，根据各个模块的工作原理和工作顺序对系统的软件进行设计，最后主要是对整个设计的硬件电路进行调试了。陕西理工学院毕业设计第2页共42页2方案论证本此设计中单片机的检测电路需要完成的基本任务有：①数据自动采集，传感器将外界环境中的温湿度、光照强度、灰尘浓度的数据检测到，直接送给单片机需经过A/D转换和专门的数据采集部分；实时监测：在24小时内是实时地检测出外界环境的数据；自动显示：有数码管自动地显示检测的数据；无线传输：将接收的数据通过无线模块进行传输。2.1显示电路方案方案一：采用数码管动态显示使用七段LED数码管，采用动态显示的方法来显示各项指标，此方法虽然价格成本低，但是显示单一，且功耗较大。方案二：采用LCD液晶显示采用1602LCD液晶显示，此方案显示内容相对丰富，且价格不高，接口简单。综合上述原因，采用方案二，使用LCD液晶作显示电路。2.2无线传输方案方案一：nRF24L01无线芯片；nRF24L01是一款新型单片射频收发器件的芯片,工作频段在2.4GHz～2.5GHz之间。内部含有频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块,并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。nRF24L01功耗低