基于51单片机和蓝牙模块的无线通信系统设计.docx
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基于51单片机和蓝牙模块的无线通信系统设计
1、设计内容
主要是利用微控制器和蓝牙模块制作一个无线数据收发系统,主要内容包括:
1.器件如何选型,2如何编写相应的程序。
2、方案论证
2.1温度采集方案
方案一:
模拟温度传感器。
热敏电阻,温度值转换为电压值通过抽真空操作放大A/D转换器将模拟信号转换为数字信号,然后通过比较计算出的温度由微控制器。
优点:
应用范围广,特别是在工程领域,采用不同的热敏电阻可实现超低温测量。
缺点:
必须使用高速A/D转换器,系统复杂,成本高,而且还引入非线性误差,所不同的是通过软件修正。
方案二:
采用DHT11温湿度传感器,该传感器采用单总线接口,能方便的与单片机通信。
测温范围从0°到+50°,测温精度为±2°,完全满足本设计的要求。
缺点:
不能实现高温与低温测量。
从上各种因素,我们采用DHT11温湿度传感器方案。
2.2无线数据传送方案
方案一:
使用GSM模块。
GSM(公共数字移动通信网络)系统是基于在移动通信系统中的时分多址技术比较成熟,完美,最广泛使用的系统,该设计可用于发送短消息业务的温度数据。
优点:
网络覆盖范围,实现远距离传输。
缺点:
成本高,无法实现实时。
方案二:
该采用蓝牙无线传输模块ATK-HC05-V11,它是一款高性能的主从一体蓝牙串口模块,可与各种电脑,蓝牙主机,手机,PDA,PSP和与蓝牙配对等智能终端,该模块支持很宽的范围的波特率:
4800-1382400,模块是5V或3.3V兼容单片上系统,可以很容易与您的产品连接。
非常灵活,使用方便,接口功能,支持的波特率TTL,3.3V/5V兼容的微控制器系统4800、9600、19200、38400、57600、115200、230400、460800、921600、1382400,具有主从一体,
指令切换,默认为从机,带状态指示灯,带配对状态输出等特点,通信距离达到
10M模块尺寸,工作电压为DC3.3V~5.0V,模块通过6个2.54mm间距的排针与外
部连接间距引脚与外部连接模块和微控制器的连接只需要最低限度的四行可以:
VCC,GND,TXD,RXD,VCC和GND为电源的模块,该模块被连接到微控制器的RXDTXD和RXD和TXD可以。
该模块是5V和3.3V的微控制器系统兼容,可以方便地连接到你的系统里面去,和ATK-HC05模块是非常紧凑的。
所以基于上述考虑,采用方案二。
2.3显示界面方案
方案一:
采用数字显示,优点:
结构简单,成本低。
缺点:
只能显示有限的测量点和符号。
方案二:
采用LCD显示屏。
英文操作提示可以方便的人机交流。
多点温度值可同时显示,可以通过键盘或显示器浏览一个测量点的温度快速滚动。
本系统设计为多点温度采集情况,所以选择LCD显示。
3、系统总体设计
3.1系统总体分析
无线温度数据采集系统是一个基于微控制器的RF无线温度检测装置,通过收购部分的温度设计,发送/接收的显示元件的温度采集部分由8线数字温度传感器,AT89C51单片机,电源电路的一部分,看门狗电路,复位电路,1602LCD电路,收集在单芯片处理在数字显示器上的温度数据,并传输到接收单元。
送无线传输的一部分ATK-HC05-V1.0模块集成了高频发射,高频接收,PLL合成,FSK调制,参量放大,功率放大,频道切换等功能,微控制器不能直接与沟通一无线模块,通过串行电路所需的数据传输,串口电路采用RS232串口通信电路,显示部分采用1602液晶显示屏,AT89C51单片机以及单片机的外围电路由独立按键电路,晶振电路,复位电路组成。
系统设计框图如下:
图3.1.1发送模块系统框图
3.2设计原理
图3.1.2接收模块系统框图
无线温度采集系统是一个基于蓝牙无线模块上的温度检测装置。
该系统由温度获取部分和发射器/接收器,以及显示芯片。
温度采集部分由温度传感器DHT11,单片机AT89C51,低功耗无线收发模块等组成,采用寄生电源VDD传感器和GND同样的方式,地面,温度传感器连接在P1.0口。
打开电源后,本系统由单片机AT89C51向单线数字温度传感器DHT11芯片发出指令进行测温根据DHT11的通讯协议,主机控制DHT11温度转换必须通过三个步骤完成:
DHT11必须重新设置之前,每次读,写,一个成功的ROM命令后发送一个复位,最后一个命令发
送的RAM,这样才能开展DDHT11预定的操作。
复位请求数据线下来的主CPU500微秒,然后释放,等待约DHT11的信号后,收到了16到60微秒到240微秒60低脉冲存在的问题后,主CPU收到此信号表示成功复位。
在硬件上,使用寄生电源微控制器DHT11的连接,然后UDD,GND接地,I/O的微控制器连接到微控制器的I/O。
然后将数据传送给单片机AT89C51,8个数据传输两次,然后可以通过编程来从数字显示四个数据,因为有一个51单片机的全双工串行通信口,所以模块之间的微控制器和无线收发器的串行通信。
正负温度数据的第一序列,当前温度是与3后小数点。
数据也被提供到用于无线传输的低功率无线传输模块。
通信满足一定的条件,如计算机的串口是RS232电平,而单片机串口的TTL电平,必须有两者之间的电平转换电路,我们使用一个专用芯片MAX232进行转换。
无线传输温度数据主要是基于低功耗无线传输模块PTR2000无线数据传输模块是关键设备的无线收发芯片,设计选择的蓝牙模块HC-06。
接收数据,发送AT89C51单片机控制。
首先,系统必须被初始化,从而使微控制器在串行通信,利用单片机的中断响应,相应的引脚蓝牙模块的控制,接收或发送数据。
通过无线发送和接收的数据被转移到AT89C51单片机的接收结束之前,显然后的数据到微控制器的数据表1602可以通过液晶显示器显示出来。
1602液晶显示模块是一个缓慢的显示,所以在执行之前,每个指令必须确认模块的忙标志为低,这意味着忙,否则该命令将失败。
输入所显示的字符首地址显示字符,这是哪里的人物告诉模块显示。
最后,通过比较液晶屏和手机屏上的温度数据,以确定数据的无线传输的温度是正确的。
4、各个元器件及芯片简介
4.1AT89C51单片机介绍
4.1.1AT89C51单片机简介
AT89C51是一种4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。
单片机的EEPROM可反复擦除100次。
该设备采用了高密度非易失性存储器ATMEL公司的制造技术,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于CPU8和多功能组合在一个单一的闪存芯片,ATMEL公司的AT89C51单片机是一种高效,AT89C2051是它的一个简化版本。
图4.1.1AT89C51单片机实物图
4.1.2主要特性:
①与MCS-51兼容
②4K字节可编程闪烁存储器
③一千个字/擦循环数据能保留120个月之久。
④全静态工作,0Hz-24Hz·三级程序存储器锁定
⑤128*8位内部RAM32可编程I/O线
⑥两个16位定时器/计数器
⑦5个中断源
⑧片内振荡器和时钟电路
4.1.3主要管脚说明:
P0口:
P0口是一个8位漏极开路双向I/O口,每个引脚可以吸收8TTL栅极电流。
当该引脚为第一个写1P1口被定义为一个高阻抗输入。
P0可用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址第八。
P1口:
P1口是一个内部上拉电阻来提供的8位双向I/O口,P1口输出缓冲器接收4TTL门电流。
之后的P1口引脚1写入,内部拉高,可作为输入,P1口被外部拉低,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。
P2口:
P2口是一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,四TTL输出门极电流,当P2口被写“1”,该引脚在内部上拉电阻拉起,并作为输入。
并因此作为输入时,P2口pins被外部拉低时将输出电流。
当P2口用于外部程序存储器或16位外部数据存储器地址的访问高八P2口输出地址。
P3口:
P3口引脚的上拉电阻8与能接收四TTL输出门极电流内部双向I/O口。
当P3口写入“1”后,他们被拉高内部并用作输入。
由于输入被拉低外部,P3口输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。
4.2DHT11温度传感器简介
DHT11数字温湿度传感器的温湿度复合传感器的校准的数字信号输出。
它使用一个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和卓越的长期稳定性。
传感器包括一个电阻元件和湿NTC温度测量装置感,并与一个高性能的8位微控制器相连接。
因此,该产品具有优良的品质,响应速度快,抗干扰能力强,性价比极高等优点。
每个DHT11传感器校准精确的湿度校验室。
存储在程序的OTP存储器,内部传感器检测信号的过程中要调用这些校准系数的形式的校准系数。
单线串行接口,使系统集成变得简单和快捷。
超小尺寸,低功耗,信号传输距离可达20米,使得各类应用甚至最为苛刻的应用的最佳选择是。
产品为4针单排引脚封装。
连接方便,可根据用户需求和提供特殊包装。
图4.2.1DHT11传感器实物
4.2.1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
2Dout 输出 单总线,数据输入/输出引脚
3NC空 空脚,扩展未用
4 GND 地 电源地
4.2.2电源引脚
3-5.5VDHT11的电源电压。
功率传感器后,稍等1s可以在此期间跨越一个不稳定的状态,而不会发送任何命令。
电源引脚(VDD,GND)一个100nF的电容去耦滤波的增加。
4.2.3串行接口(单线双向)
DATA是用于微处理器和DHT11和同步,单总线数据格式,因此通信时间为4ms之间的通信,在用户发送一个起始信号的MCU,从低功耗模式到高速模式下,主机DHT11过渡等待开始信号后,DHT11发送响应信号时,发送40位的数据,并触发信号的采集时,用户可以选择将读出的数据的一部分。
从模式下,DHT11接收启动信号触发一个温湿度采集,如果没有收到,主机发送一个开始信号,DHT11温湿度不会主动过渡到低速数据采集模式后的聚集地。
图4.2.1串行接口
4.3蓝牙模块介绍
4.3.1蓝牙概述
蓝牙无线技术是一种短距离通信系统,可用来代替便携式设备和/或固定电子设备的电缆的连接。
蓝牙无线技术的主要特点是功能强大,功耗低,成本低。
许多核心规范的功能是可选功能,以实现产品的多元化。
蓝牙核心系统包括一个无线电频率收发器,基带和协议栈。
该系统可以被连接到提供服务的设备,并支持数据的各种类别的这些设备之间的交换。
操作概述蓝牙无线电(物理层),而无需申请许可证来运行2.4GHz的ISM频段。
系统采用了跳频收发器,以防止干扰和衰落,并提供多种FHSS(跳频扩频)携带者。
蓝牙无线技术是一种短距离通信系统,可用来代替便携式设备和/或固定电子设备的电缆的连接。
蓝牙无线技术的主要特点是功能强大,功耗低,成本低。
许多核心规范的功能是可选功能,以实现产品的多元化。
蓝牙核心系统包括一个无线电频率收发器,基带和协议栈。
该系统
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