基于STM32F103ZET6的无线数据监测系统毕业设计论文.docx

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基于STM32F103ZET6的无线数据监测系统毕业设计论文

中文题目

基于STM32F103ZET6的无线数据监测系统

英文题目

Wirelessdatamonitoringsystembasedonstm32f103zet6 

本科生毕业论文

学生姓名

班级

学号

学院

电子信息与机电工程学院

专业

电气工程及其自动化

指导教师

职称

摘要

此设计是基于STM32F103ZET6，由手机蓝牙遥控发射端发送指定数据，使用OV7670摄像头进行图片捕获并将图片通过nRF24L01发射到接收端，在TFTLCD液晶屏上进行显示。

使用GPS获取发射端所在位置的物理数据并将位置数据通过nRF24L01发射到接收端。

使用MQ2传感器检测发射端所在地是否存在有害气体并将数据通过nRF24L01发射到接收端。

使用DS18B20进行温度监测并将数据通过nRF24L01发射到接收端。

使用HMC5883L检测发射端方向角度并将数据通过nRF24L01发射到接收端。

此设计系统可以放在需要进行监视的环境中，例如公交车上，火车站附近，家庭使用，私家车中。

也可以用于监测危险地段的物理数据。

监测到的物理数据用以判断环境是否对身体有害。

该系统具有非常实际的应用价值。

关键词：

STM32单片机；数据无线传输；TFTLCD液晶显示

Abstract

This design is based on STM32F103ZET6, The specified data sent by the mobile phone Bluetooth remote control transmitter. The images and pictures  that are captured by OV7670 camera will be sent to the receiving end through the nRF24L01 and display on the LCD screen of TFTLCD. Use GPS to get the physical data of the position where the transmitter is located . The position data is sent to the receiving end by nRF24L01. The MQ2 sensor is used to detect the presence of a harmful gas and the data is transmitted to the receiving end through the nRF24L01. Temperature monitoring is carried out using DS18B20 and the data is transmitted to the receiving end by nRF24L01. Use  HMC5883L to detect the direction angle of the transmitter and the data is transmited to the receiving end through the nRF24L01. This designed system is placed on the environment that is need to be monitored, such as bus, train station, home using,private car. It can also be used to monitor the physical data of hazardous locations. The physical data is monitored used to determine whether the environment is harmful to the body. The system has a very practical application value.

Keywords：

stm32SCM;Datatransmissioninwireless;LCD;

第1章绪论

1.1课题研究的背景及意义

在高危地段工作处，由于我们的工作人员不能及时的了解到高危工作地段的环境变化，而导致人员伤亡事故频频发生，例如大型下水道堵塞时，不得不派遣工人进入下水道中进行作业，但下水道中是否有有害气体例如甲烷等，这时如果蓦然让工作人员进行作业是十分危险的。

再如工人在矿井中作业，这种工作环境更是危险，每个工作人员都必须随身携带装有此系统的头盔，用来保护自身安全，同时开发商也应该在矿井中安装此系统，通过接收端，监测矿井中的环境情况，从而采取必要的措施。

此类工作环境不胜枚举，因此，物理数据无线发送系统的研究课题十分必要进行，它将为工作人员的人身安全带来极大的益处。

同时随着电子技术的发展，相关课题遇到的难点也逐一得到了解决。

1.2STM32F103ZET6单片机的概述

STM32F103ZET6是32位单片机，它的时钟频率最高可达72Mhz，凭借这个优势，STM32F103ZET6普遍的投入到许多嵌入式产品中。

它骄人的运算速度和低端单片机不可比拟的稳定性以及强大的功能，都使得它在单片机家族中处于优越的地位。

[1]

STM32是一款32位单片机，它采用了Cortex-M3内核。

该内核是由ARM公司设计。

它的内部总线、外设、存储器、时钟和复位以及IO口都是由意法半导体公司设计。

STM32非常人性化的带有自己的库函数。

该库函数配置了STM32的所有功能的初始化，用户在编写程序时，都可在这个库函数中找到相应的驱动。

STM32在运行的时候电路非常稳定，它的程序在执行时可靠性很高。

STM32F103自身佩戴的资源很多。

它的SRAM有64KB。

它的FLASH容量可以达到512KB。

它的SPI口有三个。

对于定时计数器，它共有八个，在这八个中有两个是基本定时计数器、两个是高级定时计数器、还有四个是通用定时计数器。

它的FSMC接口有一。

它的DAC有12位的精度，输出的模拟量误差非常的小。

它的IIC接口有两个。

它的串口五个。

它的USB接口的速度非常快，在短暂的时间内可以传输大量的数据。

它的CAN接口有一个。

它的SPI接口有三个，每个接口稳定性极高，它的ADC的精度是12位的，测量的模拟电压误差极低，这样的ADC有三个。

它的SDIO接口有一个。

该芯片的通用IO口非常的多，共有一百一十二个。

STM32的自身的资源之丰富不必说。

通过该外部总线驱动液晶屏，可以很明显的增加液晶屏的刷屏速度。

还有一个参数十分重要，就是它的价位只需要23元左右，超过了很多其他芯片。

[1]

1.3nRF24L01的概述

nRF24L01模块是用来进行无线通信的。

它工作在二点四兆赫兹到二点五兆赫兹频段。

2.4~2.5GHz频段是世界通用的，属于合法频段，不会干扰到其他频段的数据。

nRF24L01消耗的电流非常小：

当它在发射模式下运行时消耗的电流是九毫安，当它在接收模式下运行时小号带电流是12.3mA。

当它工作在掉电模式电流更低。

nRF24L01在无线传输数据时非常的稳定，不过有时偶尔会丢失一些数据，但不影响数据的快速准确的传输。

它的无线传输距离能够满足该毕业设计的使用。

nRF24L0l模块使用五伏供电，电源连接简单。

它的地址及CRC检验功能具有无线速率：

1或2Mbps，具有SPI接口速率：

0~8Mbps。

此速度基本符合数据传输的速度需求。

因此，nRF24L01具有极其广阔的发展前景。

1.4系统功能

（1）彩色液晶屏进行实时显示；

（2）能无线传输图片；

（3）能无线传输GPS定位；

（4）能无线传输温度数据；

（5）能无线传输电子罗盘角度数据；

（6）能无线传输有害气体浓度数据；

（7）能通过手机蓝牙发送指令进行功能的转变；

1.5目录的篇章设计

该系统可以分成3块内容：

第1块是发送数据的电路板，将五种监测到的数据，使用无线发送模块发送出去；第2块是接收部分，以STM32F103RCT6作为核心，以TFTLCD显示监测的相关数据，通过nRF24L01进行数据的接收，最后一块是通过手机蓝牙进行控制发射端发送的数据类型。

该设计文共7个大章，每1大章的内容如下：

第一章：

介绍了该系统的设计目的、意义和STM32以及nRF24L01的概述。

第二章：

介绍无线数据传输系统的方案分析与选择。

第三章：

介绍无线数据传输系统发射端的硬件与软件设计。

第四章：

介绍无线数据传输系统接收端的硬件与软件设计。

第五章：

介绍了该设计的软件部分以及发射端和接收端的流程图。

第六章：

进行了软件仿真验证了电路的焊接方案和程序的设计方案。

第七章：

对该系统的整体评价及展望。

第2章数据无线传输的方案分析与选择

2.1主控芯片的选取

方案一：

使用89c51作为主要的控制芯片。

优点：

（1）外部电路设计简单。

（2）该单片机市场价格比较低

缺点：

（1）flash存储器的容量比较小，大量的数据没有地方存储。

（2）自身的资源比较缺乏。

（3）IO口驱动能力不足。

方案二：

使用ATmega16L单片机作为主控芯片。

优点：

（1）使用IO口的驱动能力相对较强。

（2）可以进行在线调试。

（3）内部时钟可达到八兆赫兹。

缺点：

（1）运行时不够稳定。

（2）外设接口资源较少。

（3）flash存储器只有16k，不利于存放大量数据信息。

方案三：

使用FPGA作为主控芯片。

优点：

（1）工作频率之高可以到达惊人的程度。

（2）时钟区域可以进行变化。

（3）具备并行处理能力。

缺点：

（1）市场价格比较高。

（2）编程的难度系数较大。

方案四：

使用STM32作为主控芯片。

优点：

（1）它的flash的性能高，容量大，可进行上万次擦写。

（2）stm32的I/O口驱动能力非常的强。

（3）stm32的外围硬件电路简单。

（4）片上资源十分丰富。

（5）价格实惠，性价比非常高。

缺点：

（1）该芯片的自带的iic不是很稳定

由于进行多种数据采集，不仅需要比较快的引脚时钟运行速度，而且需要大量的存储空间，因此方案1不可行。

同时该系统没有过分的追求速度，FPGA增加了设计的难度，同时该系统不需要FPGA的超高速状态，因此方案3可以删除。

对于发射端来说，采集数据较多，并且要采集图片，所以使用STM32F103ZET6；对于数据接收端来说，只实现图片显示和数据显示功能，无需太多资源，所以使用STM32F103RCT6。

综合分析了四个方案，得出方案四可执行性最高，因此采用方案四，使用STM32F103ZET6为监测数据的主控发送芯片，使用STM32F103RCT6作为接收端的主控芯片。

2.2液晶屏的选择

方案一：

使用液晶屏12864。

优点：

（1）相连的引脚相对较少。

（2）自带汉字库，使用比较简单。

缺点：

不具有彩色的显示功能，图片的显示效果不好。

方案二：

使用2.8寸的TFTLCD。

优点：

（1）16位真彩显示

（2）320*240的分辨率，图片显示效果很好。

缺点：

（1）相连的引脚较多。

（2）使用复杂

由于本作品需要显示彩色图片，所以只能选择方案二，满足设计需求。

2.3数据无线传输模块的选择

方案一：

使用PM201无线485通讯模块。

优点：

（1）较远传输距离、通信可靠性高。

缺