完整版基于无线环境监测系统的毕业设计论文Word文档格式.docx

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设计一个无线环境监测系统，以ATmega16单片机为控制核心，制作一个终端和2个节点，整个系统采用无线监测系统调制方式，终端能从节点获取节点的环境温度和光照信息，并且节点能够实现中继转发的功能。

实践结果表明，该系统能够通过无线的方式对环境温度进行监测。

环境监测是指通过对影响环境质量因素的代表值的测定，确定环境质量（或污染程度）及其变化趋势。

随着科技的不断进步，特别是计算机技术和网络技术的不断发展，环境检测由经典的化学分析向仪器与计算机和网络相结合的方式，实现了无线环境的检测。

本文中设计了一个无线环境检测系统.以ATmega16单片机为控制核心实际制作一个终端和2个节点，终端能从节点获取节点的环境温度和光照信息，并且节点能够实现中继转发的功能。

整个系统采用无线调制方式，收发都使用一个天线，终端发射信号时.将欲传输的信息通过串口输出的电平控制本振的开断从而实现无线调制，后级使用丙类功放发射，接收端节点将天线上的信号进行放大，然后倍压检波，通过自适应比较器解调出数据，最后再向终端回传环境信息。

系统以ATmega16单片机作为终端和节点的主控芯片，光照探测山光敏电阻来实现，温度可由单片机内部自带的温度传感器得到，数据的调制、接收采用串口通信，使用VU口来控制天线的收发模式。

关键词：

ATmega16单片机1602液晶显示无线温度传感

摘要I

第一章绪论1

第二章总体设计方案3

2.1无线环境监测方案论证3

2.2无线环境监测系统框图3

第三章系统硬件设计5

3.1单片机最小系统电路设计5

3.1.1单片机的选型5

3.1.2ATmega16性能指标5

3.1.3ATmega16的引脚5

3.1.4ATmega16最小系统电路设计6

3.2显示电路设计7

3.2.1显示器件的选择7

3.2.21602管脚功能7

3.2.3ATmega16与1602的接口电路8

3.3无线监测电路设计9

3.3.1DS18B20无线温度传感器9

3.3.2DS18B20结构框图9

3.3.3DS18B20无线温度传感器与单片机的接口电路10

3.4稳压电源电路设计11

3.4.1稳压电源电路框图11

3.4.2稳压电源工作原理12

第四章系统软件设计13

4.1系统软件设计分析13

4.2ADC转换程序设计13

4.3显示程序流程图14

第五章总结与展望15

致谢17

参考文献19

附录1原理图21

附录2源程序23

第一章绪论

近年来，随着无线传感器网络技术的迅猛发展，以及人们对于环境保护和环境监督提出的更高要求，越来越多的企业和机构都致力于在环境监测系统中应用无线传感网络技术的研究。

无线传感器网络是由大量分布的不同规格和功能的具有感知、计算和通信能力的微型传感器节点，通过自组织的方式构成的一个以数据为中心的无线网络。

大量传感器节点通过相互之间的分工协作，可实时感知、监测和采集分布区域内的监测对象或周围环境的信息。

在国防安全、工农业领域各种控制、城市管理、生物医疗、环境监测、抢险救灾、防恐反恐、危险区域远程控制等许多领域都有着重要的科研价值和实用价值，具有十分广阔的应用前景。

在工农业生产中，对环境的温度和光照等参数常常会提出一些特殊的要求，甚至要求实现对温度和光照的实时监视和控制。

该无线环境监测系统智能化程度高，可实现对周边环境温度和光照信息的探测，并实时显示数据，将采集到的数据进行保存和分析处理，每个探测节点可与监测终端进行无线传输。

第二章总体设计方案

2.1无线环境监测方案论证

方案一：

由于本设计是环境监测电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行AD转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到AD转换电路，感温电路比较麻烦。

方案二：

考虑到用无线温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用无线传感器，所以这是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。

从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案二。

2.2无线环境监测系统框图

无线环境监测总体设计方框图如图2－1所示，控制器采用单片机ATmega16，温度传感器采用DS18B20，用1602来实现温度显示。

在整个系统的设计过程中，终点和节点都需要一个主控芯片进行处理。

主芯片选用ATmega16系列单片机。

在信号调制方面采用了无线传感器调制方案。

第三章系统硬件设计

3.1单片机最小系统电路设计

3.1.1单片机的选型

ATmega16作为温度测试系统设计的核心器件。

ATmega16是基于增强的AVRRISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。

由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16的数据吞吐率高达1MIPSMHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。

3.1.2ATmega16性能指标

（1）高性能、低功耗的8位AVR微处理器

（2）先进的RISC结构：

32个8位通用工作寄存器

（3）非易失性程序和数据存储器：

可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密

（4）JTAG接口：

支持扩展的片内调试功能

（5）外设特点：

两个具有独立预分频器和比较器功能的8位定时器计数器；

两个可编程的串行USART

（6）特殊的处理器特点：

片内片外中断源；

6种睡眠模式：

空闲模式、ADC噪声抑制模式、省电模式、掉电模式、Standby模式以及扩展的Standby模式

（7）I0和封装：

32个可编程的I0口

（8）工作电压：

ATmega16L：

2.7-5.5V；

ATmega16：

4.5-5.5V

（9）速度等级

8MHzATmega16L；

0-16MHzATmega16

（10）ATmega16L在1MHz，3V，25℃时的功耗

正常模式：

1.1mA；

空闲模式：

0.35mA

3.1.3ATmega16的引脚

ATmega16的引脚图，如图3-1所示。

图3-1ATmega16的引脚图

3.1.4ATmega16最小系统电路设计

ATmega16单片机的最小硬件系统，包括：

复位电路、晶振电路、AD转换滤波电路、串口电平转换电路、JTAG仿真接口，电源。

ATmega16最小系统电路图，如图3-2所示。

图3-2ATmega16最小系统电路图

ATmega16内置了上电复位设计，并且在熔丝位里可以设置复位时的额外时间，故AVR外部的复位线路在上电路时，可以设计的很简单：

直接拉一只10K的电阻到VCC即可（Rrst）。

为了可靠复位，再加上一只0.1uF的电容（Crst）以消除干扰、杂波。

IN4148（Drst）的作用有两个：

（1）将复位输入的最高电压钳在Vcc+0.5V左右；

（2）系统断电时，将Rrst（10K）电阻短路，让Crst快速放电，从而当下一次通电时，能产生有效的复位。

在AVR单片机工作期间，按下S-RST（复位按钮）开关再松开时，将在复位脚产生一个低电位的复位脉冲信号，触发AVR单片机复位。

ATmega16还内置了RC振荡线路，可以产生1M、2M、4M、8M的振荡频率。

不过，内置的毕竟是RC振荡，在一些对时间参数要求较高的场合，比如有要使用AVR单片机的UART与其它的单片机系统或PC机通信时，为了实现高速可靠的通信，就需要比较精确时钟来产生精确的通信波特率，这时就要使用精度高的片外晶体振荡电路作为AVR单片机系统的工作时钟。

3.2显示电路设计

3.2.1显示器件的选择

显示电路使用1602液晶显示模块，它有以下几个优点：

（1）显示质量高：

由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不像阴极射线显示器那样需要不断刷新新亮点。

因此，液晶显示器画质高且不会闪烁。

（2）数字式接口：

液晶显示器是数字式的，和单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便。

（3）体积小、重量轻：

通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来得到显示的目的，在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。

（4）功耗低：

液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上，因而耗电量比其它显示器要少得多。

3.2.21602管脚功能

1602的管脚图，如图3-3所示。

图3-31602的管脚图

1602字符型LCD通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD，多出来的2条线是背光电源线。

VCC（15脚）和地线GND（16脚），其控制原理与14脚的LCD完全一样，其中由表3.1可见。

表3.1引脚与功能

引脚

符号

功能说明

1

VSS

一般接地

2

VDD

接电源（+5V）

3

V0

液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。

4

RS

RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。

5

RW

RW为读写信号线，高电平

（1）时进行读操作，低电平（0）时进行写操作。

6

E

E（或EN）端为使能（enable）端，下降沿使能。

7

DB0

底4位三态、双向数据总线0位（最低位）

8

DB1

底4位三态、双向数据总线1位

9

DB2

底4位三态、双向数据总线2位

10

DB3

底4位三态、双向数据总线3位

11

DB4

高4位三态、双向数据总线4位

12

DB5

高4位三态、双向数据总线5位

13

DB6

高4位三态、双向数据总线6位

14

DB7

高4位三态、双向数据总线7位（最高位）（也是busyflag）

15

BLA

背光电源正极

16

BLK

背光电源负极

寄存器选择控制表，由表3.2可见

表3.2寄存器选择控制表

操作说明

写入指令寄存器（清除屏等）

读busyflag（DB7），以及读取位址计数器（DB0~DB6）值

写入数据寄存器（显示各字型等）

从数据寄存器读取数据

注：

关于E=H脉冲——开始时初始化E为0，然后置E为1，再清0。

busyflag（DB7）：

在此位为被清除为0时，LCD将无法再处理其他的指令要求。

3.2.3ATmega16与1602的接口电路

ATmega16与液晶模块1602的接口电路，如图3-4所示

图3-4液晶显示1602与ATmega16的接口电路

3.3无线监测电路设计

3.3.1DS18B20无线温度传感器

DS18B20温度传感器是美国DAL