无线通信系统课程设计.doc

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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 1

2.课程设计任务及要求 2

2.1设计任务 2

2.2设计要求 2

3.系统总体设计方案 3

3.1方案论证 3

3.2系统总体设计 3

3.3工作原理 4

4.系统硬件设计 5

4.1.系统整体设计 5

4.2.各单元电路设计 5

5系统软件设计 10

5.1.主程序流程设计 11

5.2.子程序设计 15

6系统调试 15

7总结 17

8参考文献 18

9附录 19

29

1.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。

2.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℃。

3.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。

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。

4.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。

4.2.1.2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-5.5VDC

2DATA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STC89C52

STC89C52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。

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。

4.2.3.1NRF24L01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

VDD瞥涛

电源正极瞥涛

10瞥涛

D3瞥涛

数据I/O瞥涛

3瞥涛

VL瞥涛

液晶显示偏压瞥涛

11瞥涛

D4瞥涛

数据I/O瞥涛

4瞥涛

RS瞥涛

数据/命令选择瞥涛

12瞥涛

D5瞥涛

数据I/O瞥涛

5瞥涛

R/W瞥涛

读/写选择瞥涛

13瞥涛

D6瞥涛

数据I/O瞥涛

6瞥涛

E瞥涛

使能信号瞥涛

14瞥涛

D7瞥涛

数据I/O瞥涛

7瞥涛

D0瞥涛

数据I/O瞥涛

15瞥涛

BLA瞥涛

背光源正极瞥涛

8瞥涛

D1瞥涛

数据I/O瞥涛

16瞥涛

BLK瞥涛

背光源负极瞥涛

LCD1602电路连接图如图4.6所示。

瞥涛

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图4.6LCD1602模块电路图瞥涛

5.系统软件设计

5.1主程序流程设计

本系统由两个发射机A1、A2与一个接收机B组成，可以设计出发射机的总体程序流程图和接收机的总体程序流程图。

发射机程序主要是温湿度采集处理程序，NRF24L01发送程序。

接收机主要是数据接收程序，液晶显示程序。

瞥涛

5.1.1发射机的总体软件设计瞥涛

发送部分的总体设计思路为：

初始化温度传感器DHT11；传感器测得温湿度；把温湿度值写入待发射数据；初始化NRF24L01无线模块;将温湿度发送给接收机，其流程图如图5.1所示瞥涛

瞥涛

图5.1