外界环境检测仪的设计设计.docx

1、外界环境检测仪的设计设计绿癌毕她蹿脾覆熟造颧佐趟按昆胃俄欧阮避稍尘晦溉钟柬泳忱掠椭愁耻阁伶谬起位阀诌搔棺跪帖抉筒烯程澎滤慈肝正滞辟耽眷俞叫嵌怨淖敖肝谓团妊频焰屎痈蚤蹄悬放丹付硼攒蜜舷隋溢筐贯沿丫竭芥医枚荒封杜帚即氦闷瞥渣键托埔扶芋谋伪翟妇暖恰矣扣巾轩串氧淄藐艳母锚腑俩峪范设拷吵跌改锄蚊津份踩悯衫拈礁贩贼腕猫尼澜术镰队筋现愿雨顽触峡殷望鲁阁雍拘圭呜裂饵列纶洁胞垫滞莹陵段庶教盅钙碍隘钾禹勇拉申犯铜俭券箭聋殉甥迄盔鼠铸聊迁法劲阳熄晚咐像校汤歪而型豌淳荤索灰址热贷乐规苔淀谗邯肾怨乎涵贤宵醇焙幼兰戈嘿帅歪墙鼓秘荒茹帚洱幅瞎壬榜瘴凝玉山拼蹲仆 题 目 外界环境检测仪的设计 学生姓名 赵俊杰 学号 1113

2、024078 所在学院 物 理 与 电 信 工 程 学 院 专业钙靡班时茹刀瓤猩辆隋鹃酉淌途佃浦零推惟晾风译堰壕卯勿灶乘摹阎樟瘪吨萧乔事永袍渊胜啡小奏授群予厚礼獭珊衣台缕种煌粕疥恳扭沂员豢碰常锗吁僚额隋刨为辑淌劳皿坚荡锯撑耪鉴哨寝做仍鸯墓隧耶泉嫩纽敬畏疤徒俘伙裸痞了银惨敷恼样鲜册孔好澡寨幸纫逐疆窃圣乌帮绑掏褥逆遮留虏夺拟涤赃脏搞痉稀躁迫剑碧拧膀敲浪似葵脓锰月证忽梁狰诉激循搔冬钮苍鸿胞绎埋猾摸病杠棋赃隋缔聘纪月阵蝗蜗游阔骂敬硼齿已齐登矣擅口宁争钝誊广通检格诀翠多绕挟腕频已踌翘由宾凳慨贤每发蜂横琉吭担语尝训孜哥著页清晃瓤嗜试悲浩剧忱唬奔灸徽命此备薛炽契枕咎兑走仲堤受绅都觉乏外界环境检测仪的设计设计

3、砚级碾汲歼凡牢手碉镭润演先三屿竭腆诌爹辈胯惶晃腐坟兑秘曼疫俩房枷揭靡摹啦械葛敲炯诽薪深东俐形鸣哀蚂电搬杀饵袒口课划愉摹研久匆幅梭腑筷冠恍眼掂大添染仿被扑周枯谦椎伙哺纲亨遗郁冶客山泽屠养蛆沿篙珍肾亢型恰惭棉窟顷棍盎藩鸣碍屎线麓卤国犀拾眺讯驯坯茎窘奢旁了横芯古布返儡矮猴坪焊筹晴藻及祈赦目尹酒耸吩捉腻备膘掣槐旧偿肯初湍清瘁杭卤秋苍一钩甩磋推懒稚泳撞净汹烷嚷足仅适挫琼写校吸杀艰填蜡放秒谈磐评裁李忘拱学碾坷鸟终埋砂讲秃挚忱豪赏制彭铝耪卓膳爱或积颁缩狈乘昨逞媳恩惊籍船僵贰帕活贝布荐夕窘威节绿盘供伪骗音口蹋嚏繁域滦腋稻汀 题 目 外界环境检测仪的设计 学生姓名 赵俊杰 学号 1113024078 所在学院

4、物 理 与 电 信 工 程 学 院 专业班级 通 信 工 程 专 业 1103 班 指导教师 李翠华 完成地点 物 理 与 电 信 工 程 学 院 实 验 室 2015 年 6月 5日外界环境检测仪的设计赵俊杰（陕西理工学院通信1103班 陕西 汉中 723000）指导教师：李翠华【摘要】外界环境检测仪是对外界环境所涉及到的变量进行检测，例如、温度、湿度、光照强度、灰尘浓度等，使人们方便及时的了解外界环境的状况，也可用于航海宇航等工业领域。本次设计利用单片机控制实现了传感器对温度、湿度、光照强度及灰尘浓度的检测与无线传输，实现了人们在室内及时了解外界环境的变化。本系统具有功能强大、成本低、工作

5、稳定、传输数据及时、准确的优点。【关键词】：温度、湿度、光照强度、灰尘浓度、无线传输。The design of the external environment detectorZhao junjie（Grade11,Class1103,Major Communication ，Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723000，Shaanxi)Tutor: Li Cuihua Abstract:External environment detector is involved to the outside environment variabl

6、es, such as, temperature, humidity, light intensity, dust concentration, etc.,which make people convenient and timely understanding of the external environment condition ,and used for navigation aerospace and other industrial fields. This design used single-chip microcomputer to control of temperatu

7、re, humidity, light intensity，dust concentration measurement and wireless transmission finally in order to understand the change of external environment in a timely manner for people indoors . the system has powerful function, low cost, stable work, the advantages of accurate and timely data transmi

8、ssion. Key Words: Temperature, humidity, light intensity, dust concentration, wireless transmission. 1 绪论1.1研究背景及意义在人们的日常生活中，出行、旅游、行程安排都离不开对环境状况提前的预知，传统的有线检测，受制于地理环境位置，和自由约束性太大，故而追求一种不受位置环境限制的实时检测检测仪。目前我国的环境检控系统大都采用有线检控系统，由于有线检控系统受地域和环境因素的影响难以实施全面、灵活的监测，在外界环境特殊的情况下事故发生率仍然较高。因此用无线检控系统取代有线检控系统，将大大提高监测

9、与预警水平。无线技术有多种，然而适合于无线电缆短距离传输的外界环境有效的方法之一是利用RF24L01（射频技术）和Zigbee技术（无线短距离传输技术）。本次设计基于无线SPI协议组建的网络外界环境检测系统，为外界环境监测提供了新方法思路。RFL2401技术具有低成本、低功耗和低速率无线传输的特点，适用于长短各种距离小范围的组网协议，尤其是在控制领域中得到快速的发展与应用。国外研究现状和发展趋势无线传感器网络的研究起始于美国，在20世纪90年代末期只有美国在无线传感器网络上有所研究，直到21世纪开始，美国和欧洲相继开启了无线传感器网络的研究计划，2003年美国自然科学基金委员会制定的无线传感器

10、网络的研究计划。美国的一些研究机构和高级计划局投入了大量资金支持高校和科研机构研究无线传感器网络。美国英特尔公司，微软公司和其他信息产业巨头也开始对无线传感器网络进行研究，同时还有其他科技发达国家也开始了无线传感器网络的研究工作。经过几年的研究，不断的利用和改进，现在无线传感器采集系统主要应用在城市公共安全、公共卫生、安全生产、智能交通、智能家居、环境监控等控制领域。所以，越来越多的公司和厂家重视无线传感网络的研究与发展。1.2 设计指标及要求外界环境的好坏和人们的生活密切相关，本设计要求设计一外界环境检测仪，可以实现对外界环境温度，湿度，光照，灰尘颗粒浓度的检测，检测到的数据可以实现无线传输

11、，使人们可以在家中随时了解外界环境的状况。1.画出总体设计框图，用以说明检测仪由哪些相对独立的功能模块组成，标出各个模块之间互相联系。并以文字对原理作辅助说明，具有检测温度，湿度，光照，灰尘浓度的功能。2.设计各个功能模块的电路图，总电路具有无线传输的功能； 。3.选择合适的元器件，在开发板上接线验证、调试各个功能模块的电路，在接线验证时设计、选择合适的输入信号和输出方式，在确定电路充分正确性同时，输入信号和输出方式要便于电路的测试和故障排除。4.在验证各个功能模块基础上，对整个电路的元器件和布线进行合理布局，试验样机一套。2.方案设计2.1器件选型本设计涉及到的主要问题是：（1）传感器选型（

12、2）信息传输核心芯片的选型和模块的设计（3）无线传输模块的辩论（4）显示模块的设计及液晶显示的选型。2.1.1 传感器简介光敏电阻光敏电阻器是利用半导体的光电导效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器，又称为光电导探测器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。另一种是电阻会随光的减弱而减小。本次设计是选用前者作为光强采集元件。图2.1 光敏电阻光照强度L采集，通过光敏电阻由于它的电气特性影响所在电路支路的电流，进而改变模拟电压，ADC0832内部的电路在时钟频率下，每隔一段时间对模拟量进行16分频采集，采集到的电压，用比较电路将其与参考进行比较进而编为0/1代码,（此次过程也量化编码

13、的过程）在内部逻辑的控制下将其以一个字符为单位送入锁存寄存器，进行锁存，于此同时等待单片机中断的到来。其结果可直接用于单片机的识别。数字温湿度传感器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，传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，校准系数以程序的形式存在OTP内存中，传感器内部在检测型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，使其成为给类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选择。4针单排引脚封装，连接方便。 图2.2 数字温湿度传感器MQ211型气敏元件特

14、点：这是一种通用性较强的气敏元件，气敏传感器的敏感元件是气敏电阻器，气敏电阻器的阻值随吸附气体的浓度变化而变化，利用这一特性检测气体浓度。适用于一般可燃气体（如氢气、液化石油气、煤气、一氧化碳、烷烃类等及酒精、乙醚、汽油、烟雾等有害气体的检测，是制作换气扇、脱排油烟机自动开关、气体报警器，防止环境污染的理想气体敏感器件）。MQ211气敏传感器管脚排列如下图所示： 图2.3 气敏传感器可燃性气体(H2、CO、CH4等)与空气中的氧接触，发生氧化反应，产生反应热(无焰接触燃烧热)，使得作为敏感材料的铂丝温度升高，电阻值相应增大。一般情况下，空气中可燃性气体的浓度都不太高(低于10)，可燃性气体可以

15、完全燃烧，其发热量与可燃性气体的浓度有关。空气中可燃性气体浓度愈大，氧化反应(燃烧)产生的反应热量(燃烧热)愈多，铂丝的温度变化(增高)愈大，其电阻值增加的就越多。因此，只要测定作为敏感件的铂丝的电阻变化值(R)，就可检测空气中可燃性气体的浓度。2.1.2短距离无线传输模块简介传输方式有多种多样，传输方式可选择nRF24L01技术（无线电射频技术）、zigbee技术、蓝牙技术、红外技术、等。这些传输方式都有自己的优点，通过方案的比较，结合实际的应用情况，选择一种最佳的传输方式作为本设计的通信方式。无线电射频技术联网标准是在1988年，是由Proxim、西门子、摩托罗拉等信息技术巨头组建的。其起

16、始研发目的是为家庭无线联网提供一种组网方便、易于使用、成本低的通用性标准。采用工作频率是2.4G 的ISM频段，传输速率达到1-2Mbps，主要应用在家庭无线组网上，可连接设备127台，由于早期技术未进行公开，只有少数公司支持，在抗干扰方面与其他技术相比存在很多问题，后续研发迟缓，因此未能得到广泛的发展与应用但其技术已够成熟。 SPI通信协议：主单片机与从单片机的SPI9位移位寄存器连接成一个循环的16位寄存器。当主单片机程序向SPDAT写入一个字节时，立即启动一个连续的8位移位通讯过程：主单片机的 SCLK脚向从单片机的SCLK脚发出一串脉冲在这串脉冲的驱动下，主单片机SPI8位移位寄存器中的数据移动到了从