wifi星形无线监控自组网系统设计学位论文.docx
- 文档编号:28226954
- 上传时间:2023-07-09
- 格式:DOCX
- 页数:25
- 大小:345.88KB
wifi星形无线监控自组网系统设计学位论文.docx
《wifi星形无线监控自组网系统设计学位论文.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《wifi星形无线监控自组网系统设计学位论文.docx(25页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
wifi星形无线监控自组网系统设计学位论文
目录
摘要..........................................Ⅱ
1.方案设计......................................1
1.1总体方案设计..............................................1
1.2中央处理器的选择..........................................1
1.3总线选择..................................................2
1.4传感器和执行器的选择......................................3
1.5电源电路..................................................6
2.硬件选型与接口设计.............................7
2.1通信接口,分配通信接口的引脚分布..........................7
2.2有线通信方式、通信协议....................................7
2.3无线通信方式、通信协议....................................8
3.系统功能验证与联调.............................10
3.1单片机初始化程序..........................................10
3.2ESP8266模块的调试........................................14
4.总结与致谢....................................16
5.参考文献......................................17
摘要
WIFI是一种可以将个人电脑、手持设备等终端以无线方式互相连接的技术。
近几年,WIFI无线通信技术得到了迅速发展,WIFI已成为当今无线网络接入的主流标准。
国内外许多地区都提供了WIFI信号覆盖域,只要随身携带的电子产品上有WIFI终端,便可接入互联网。
ARM是目前进行便携式电子产品开发的主流芯片,因此,对ARM架构下WIFI无线通信终端的研究具有非常重要的意义。
本次设计完成WIFI星型无线监控自组网的系统设计。
运用各类传感器、执行器、单片机、I/O接口和现场总线等知识,完成该系统的硬件方案、设备选型和系统设计。
系统以8-32位单片机或ARM处理器为核心,以WIFI网络系统为平台,设计以路由器为核心的星型网络,实现DHCP自动分配IP地址,并实现IP地址和设备编号的对应,能够实时查询设备状态,具备自组网功能。
本设计按照电路设计的一般规范、产品设计流程进行系统设计,并依照国家标准,做到“成本低、功能强、使用方便、可靠性高”的基本要求。
1.方案设计
1.1总体方案设计
按照系统需求,对本WIFI无线通信终端的总体方案进行了设计,其软硬件结构由无线移动终端由AT89C52为核心搭建而成,从功能上无线移动终端可以分成三个子系统:
(1)ARM子系统:
主要包括AT89C52芯片以及周边存储电路、接口转换电路和供电、晶振、复位电路组成,该部分驱动无线网卡和运行通信程序进行WIFI通信,并且提供人机交互接口,接受上位PC机和手机的监控(通过串口);
(2)WLAN子系统:
主要包括EPS8266WIFI模块部分,负责无线信号的发送,功率放大/滤波,混频,基带处理等功能,并且与ARM子系统串口进行快速有效的数据通信;外加无线网卡部分,进行PC机通信
(3)PC机和手机部分,主要负责2.4GHZ无线信号的接收并显示,系统结构图如下:
无线传输
AT89C52
+EPS8266
无线网卡
PC机
手机
图1.1系统总体结构图
1.2中央处理器的选择
中央处理器是整个计算机的大脑,它由运算器和控制器组成的,中央处理器的好坏大大决定了计算机的运算速度。
所以在选择中央处理器的时候要注意以下几个问题:
(1)主频:
决定了计算机运行速度,同一级别内,主频越高运算速度越快
(2)倍频与外频:
现在市场上基本上已经把倍频给锁定死了,如果要想超频工作就必须从外频入手,倍频与外频的好坏决定了中央处理器与外部设备的交换速度。
(3)接口类型:
中央处理器与主板上的插座不是都一样的,所以在选择中央处理器的时候要考虑接口类型与连接的设备
(4)缓存:
缓存分为一级缓存和二级缓存,选购的时候应该选择缓存容量大的。
(5)制造工艺:
制造工艺就是质量,中央处理器的线路和宽窄等等的一系列问题。
1.3总线选择
1.3.1RS485总线接口通讯协议定义标准以及管脚引脚介绍
RS485总线标准是工业中(考勤,监控,数据采集系统)使用非常广泛的双向、平衡传输标准接口,支持多点连接,允许创建多达32个节点的网络;最大传输距离1200m,支持1200 m时为100kb/s的高速度传输,抗干扰能力很强,布线仅有两根线很简单。
RS485通信网络接口是一种总线式的结构,上位机和下位机都挂在通信总线上,RS485物理层的通信协议由RS485标准和51单片机的多机通讯方式。
RS-485可以采用二线与四线方式,二线制可实现真正的多点双向通信。
1.3.2RS232总线接口通讯协议定义标准以及管脚引脚介绍
RS-232接口定义理解为在RS-232标准中,字符以一串行的比特串来一个接一个的串行方式传输,优点是传输线少,配线简单,传送距离可以较远。
RS-232串口通信最远距离是50英尺,可做到双向传输,全双工通讯,最高传输速率20kbps.RS-232C上传送的数字量采用负逻辑,且与地对称.逻辑1:
-3 ~-15V;逻辑0:
+3~+15
串行通信中,线路空闲时,线路的TTL电平总是高,经反向RS232的电平总是低。
一个数据的开始RS232线路为高电平,结束时Rs232为低电平。
数据总是从低位向高位一位一位的传输。
示波器读数时,左边是数据的高位.RS-232指定了20个不同的信号连接,由25个D-sub(微型D类)管脚构成的DB-25连接器。
很多设备只是用了其中的一小部分管脚,出于节省资金和空间的考虑不少机器采用较小的连接器,特别是9管脚的D-sub或者是DB-9型连接器被广泛使用绝大多数自IBM的AT机之后的PC机和其他许多设备上。
基于以上两点,对于本系统中的主机CPU选择51单片机,其主要特点:
51单片机是在一块集成电路芯片上集成有CPU、程序存储器、数据存储器、输入/输出接口电路、定时/计数器、中断控制器、模/数转换器、数/模转换器、调制解调器等部件。
单板机是把微型计算机的整个功能体系电路(CPU、ROM、RAM、输入/输出接口电路以及其他辅助电路)全部组装在一块印制电路板上,再用印制电路将各个功能芯片连接起来。
其体积小、功耗低、成本低、性能高。
图1-251单片机原理图
1.4传感器和执行器的选择
本系统是无线监控自组网系统,要求对其进行温度、湿度、及视频监控。
所以要选择传感器。
1.4.1温度传感器
本系统中我们选择DS18B20数字温度传感器,其主要特点如下:
DS18B20数字温度传感器接线方便,封装成后可应用于多种场合,如管道式,螺纹式,磁铁吸附式,不锈钢封装式,型号多种多样,有LTM8877,LTM8874等等。
主要根据应用场合的不同而改变其外观。
封装后的DS18B20可用于电缆沟测温,高炉水循环测温,锅炉测温,机房测温,农业大棚测温,洁净室测温,弹药库测温等各种非极限温度场合。
耐磨耐碰,体积小,使用方便,封装形式多样,适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。
安装方式:
独特的一线接口,只需要一条口线通信多点能力,简化了分布式温度传感应用无需外部元件可用数据总线供电,电压范围为3.0V至5.5V无需备用电源测量温度范围为-55度至+125度。
华氏相当于是-67华氏度到257华氏度-10度至+85度范围内精度为±0.5度。
温度传感器可编程的分辨率为9~12位,温度转换为12位数字格式最大值为750毫秒。
图1-3DS18B20温度传感器原理图
1.4.2湿度传感器的选择
本系统选择湿度传感器DHT11数字湿度传感器,其主要参数如下:
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。
DHT11的供电电压为3-5.5V。
传感器上电后,要等待1s以越过不稳定状态在此期间无需发送任何指令。
电源引脚(VDD,GND)之间可增加一个100nF的电容,用以去耦滤波.
图1-4DHT11温湿度传感器原理图
1.4.3红外探头的选择
我们本系统要求对其有监控功能,对其进行实时监控,所以我们选择HX1838,其主要参数如下:
HX1838宽电压适应、低功耗、高灵敏度、优良的抗干扰特性应用广泛:
家用电器、空调、玩具等红外遥控接收;
极限参数:
表1-1
电源电压
VCC(v)
6.0
工作温度
TOPR(℃)
-25—+85
功耗
PD(mw)
35
储存温度
TSTG(℃)
-40—+125
光电参数:
(T=25℃VCC=5Vf0=38KHZ)
表1-2
参数
符号
测试条件
Min
Type
Max
单位
工作电压
Vcc
2.7
5.5
V
接收距离
L
L5IR5IF=300mA
(测试信号)
10
17
M
载波频率
f0
38k
HZ
接收角度
θ1/2
距离衰减1/2
+/-45
Deg
BMP宽度
fBW
-3DbBandwidth
2
3.3
5
kHz
静态电流
ICC
无信号输入时
----
0.8
1.5
mA
低电平输出
VOL
Vin=0VVcc=5V
0.2
0.4
V
高电平输出
VOH
Vcc=5V
4.5
Vcc
V
输出脉冲
宽度
TPWL
Vin=500μVp-p※
500
600
700
μS
TPWH
Vin=50mVp-p※
500
600
700
μS
1.5电源电路
在该系统中,需要使用3.3V、1.2V的直流稳压电源。
为简化系统电源电路设计,要求整个系统的输入电压为高质量的5V直流稳压电源。
因此我们用电源适配器和电源转换来实现。
原理图如下:
图1-5电源转换模块原理图图1-6电源适配器原理图
2.硬件选型与接口设计
2.1通信接口,分配通信接口的引脚分布
在现场数据采集和数据传输中大量采用接口方式,监控系统涉及较多的是串行通信接口和网络接口。
2.1.1串行通信协议
计算机与外设或计算机之间的通信通常有两种方式:
并行通信和串行通信。
并行通信指数据的各位同时传送。
并行方式传输数据速度快,但占用的通信线多,传输数据的可靠性随距离的增加而下降,只适用于近距离的数据传送。
串行通信是指在单根数据线上将数据一位一位地依次传送。
发送过程中,每发送完一个数据,再发送第二个,依此类推。
接受数据时,每次从单根数据线上一位一位地依次接受,再把它们拼成一个完整的数据。
在远距离数据通信中,一般采用串行通信方式,它具有占用通信线少、成本低等优点。
2.1.2分配通信接口的引脚分布
总线选用RS232形式,具体参数上文已经叙述。
具体引脚情况如下:
RS-232物理接口标准可分成25芯和9芯D型插座两种,均有针、孔之分。
其中TX(发送数据)、RX(接受数据)和GND(信号地)是三条最基本的引线,就可以实现简单的全双工通信。
DTR(数据终端就绪)、DSR(数据准备好)、RTS(请求发送)和CTS(清除发送)是最常用的硬件联络信号。
(1) DB9、DB25管脚信号定义
9针25针 信号名称 信号流向 简称 信号功能
3 2 发送数据 DTE —>DCE TxD DTE发送串行数据
2 3 接收数据 DTE <—DCE RxD DTE接受串行数据
7 4 请求发送 DTE —>DCE RTS DTE请求切换到发送方式
8 5 清除发送 DTE <—DCE CTS DCE已切换到准备接受
6 6 数据设备就绪 DTE <—DCE DSR DCE准备就绪可以接受
5 7 信号 地 GND 公共信号地
1 8 载波检测 DTE <—DCE DCD DCE已接受到远程载波
4 20 数据终端就绪 DTE —>DCE DTR DTE准备就绪可以接受
9 22 振铃指示 DTE <—DCE RI 通知DTE,通讯线路已接通
2.2有线通信方式、通信协议
有线通信方式本系统中采用了RS232串行通信,具体的参数特点上述已经分析。
通信协议采用UART,其主要的特点如下:
UART即通用异步收发传输器,工作于数据链路层(协议层之一)。
包含了RS-232、RS-422、RS-485串口通信和红外等等。
UART协议作为一种低速通信协议,广泛应用于通信领域等各种场合。
UART基本可分为并口通信及串口通信两种。
异步串口通信协议,工作原理是将传输数据的每个字符以串行方式一位接一位的传输。
其中每一位(bit)的意义如下:
(1)起始位:
先发出一个逻辑“0”的信号,表示传输字符的开始。
(2)数据位:
紧跟起始位之后。
数据位的个数可以是4、5、6、7、8等,构成一个字符。
通常采用ASCII码。
从最低位开始传送,靠时钟来定位。
(3)奇偶校验位:
数据位加上这一位后(跟在数据位尾部),使得“1”的位数应为偶数(偶校验)或奇数(奇校验),以此来校验数据传送的正确性。
(4)停止位:
它是一个字符数据的结束标志。
可以是1位、1.5位、2位的高电平(逻辑“1”)。
(5)空闲位:
处于逻辑“1”状态,表示当前线路上没有数据的传送。
2.3无线通信方式、通信协议
本系统中无线模块选择ESP8266,ESP8266是一个完整且自成体系的Wi-Fi网络解决方案,能够搭载软件应用,或通过另一个应用处理器卸载所有Wi-Fi网络功能。
ESP8266在搭载应用并作为设备中唯一的应用处理器时,能够直接从外接闪存中启动。
内置的高速缓冲存储器有利于提高系统性能,并减少内存需求。
另外一种情况是,无线上网接入承担Wi-Fi适配器的任务时,可以将其添加到任何基于微控制器的设计中,连接简单易行,只需通过SPI/SDIO接口或中央处理器AHB桥接口即可。
ESP8266强大的片上处理和存储能力,使其可通过GPIO口集成传感器及其他应用的特定设备,实现了最低前期的开发和运行中最少地占用系统资源。
ESP8266高度片内集成,包括天线开关balun、电源管理转换器,因此仅需极少的外部电路,且包括前端模块在内的整个解决方案在设计时将所占PCB空间降到最低。
装有ESP8266的系统表现出来的领先特征有:
节能VoIP在睡眠/唤醒模式之间的快速切换、配合低功率操作的自适应无线电偏置、前端信号的处理功能、故障排除和无线电系统共存特性为消除蜂窝/蓝牙/DDR/LVDS/LCD干扰。
无线通信方式为WI-FI。
其特点如下:
WI-FI属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术,无线保真技术。
使用标准不同,传输速度也不同,IEEE802.11b可以达到11Mbps;IEEE802.11a和IEEE802.11有线距离也很长,同时也与已有的各种802.11DSSS设备兼容。
WI-FI的覆盖范围则可达300英左右(约合90米)现在IEEE802.11b这个标准已被统称为WI-FI频段使用很多,有2.4GHz和5GHz的.
无线通信协议为WI-FI技术,主要信息如下;
无线宽带是WI-FI的俗称。
所谓WI-FI就是IEEE802.11b的别称,它是一种短程无线传输技术,能够在数百英尺范围内支持互联网接入的无线电信号。
WI-FI速率最高可达11Mb/s,电波的覆盖范围可达200m左右。
优势:
⑴覆盖广。
其无线电波的覆盖范围广,穿透力强。
可以方便地为整栋大楼提供无线的宽带互联网的接入。
⑵速度高。
WI-FI技术的传输速度非常快,通信速度可达300Mb/s,能满足用户接入互联网,浏览和下载各类信息的要求。
不足:
安全性不好。
由于WI-FI设备在通信中没有使用跳频等技术,虽然使用了加密协议,但还是存在被破解的隐患.
3.系统功能验证与联调
3.1单片机初始化程序
#include"ZLG7289.h"
unsignedlongnum=0;
unsignedcharKey_num=0;//键值
unsignedcharmode=0;//模式
unsignedintkey=0xff;
unsignedintnum1=0;//设定电压十位、个位和小数位
unsignedintnum2=6;
unsignedintnum3=0;
unsignedintnum4=0;//输出电压十位、个位和小数位
unsignedintnum5=0;
unsignedintnum6=0;
unsignedintnum7=0;
unsignedintnum8=0;//输出电流百位、十位和个位
unsignedintnum9=0;
unsignedintnum10=0;
unsignedintkey_flag=0;
doublesum=0;
unsignedintsam_v=0;//扩单10倍输出电压
unsignedintsam_c=0;//以mA为单位的电流
unsignedinta=0;
unsignedintb=0;
unsignedintc=0;//计算转换采样值后得到的输出电压
sfr16DAC0=0xD2;
sfr16ADC0=0XBE;
#defineref2.434
voidDelayMs(unsignedinti)//延时MS
{
unsignedintj;
for(;i>0;i--)
for(j=1000;j>0;j--);
}
voidSystemInit()//看门狗配置
{
//禁止看门狗
EA=0;
WDTCN=0xDE;
WDTCN=0xAD;
EA=1;
}
voidSYSCLK_Init()
{
inti;
OSCXCN=0X77;//配置系统时钟为12Mhz
for(i=0;i<256;i++);
while(!
(OSCXCN&0x80));//外部晶振起振且运行稳定
OSCICN=0x88;
}
voidPORT_Init()
{XBR0=0x04;//交叉开关不分配其他设备
XBR1=0x00;
XBR2=0x40;//使能交叉开关
}
voidInterruptInit()//中断7初始化
{
EIE2=0x20;//外部中断7中断允许
P3IF=0x00;//下降沿触发,软件清零
EA=1;//中断总开关
}
voidT0_A/Dgengxin_1ms_init(void)//T0初始化
{
CKCON&=0xf7;//T0M=0,12分频
TMOD=0x10;//T0方式一16位定时/计数器
TH0=(65536-1000)/256;
TL0=(65536-1000)%256;//定义初值
}
voidT1_ZLGxianshi_500ms_init(void)//T1初始化
{
CKCON&=0xef;//T1M=0,12分频
TMOD=0x01;//T1方式一
TH1=(65536-50000)/256;
TL1=(65536-50000)%256;//定义初值
}
voidTimer0_ISR(void)interrupt1//T0溢出进入中断服务程序
{
TH0=(65536-1000)/256;
TL0=(65536-1000)%256;
}
voidtimer1interrupt()interrupt3//定时器1中断
{
unsignedlongtotal=0;//循环变量
TH1=65536-50000/256;//计数器重装
TL1=65536-50000%256;
total++;
while(total==10)//循环10次计时500ms
{
total=0;
}
}
sum=0;
DelayMs(1000);
}
voidcurrent(void)
{
num=(2.4402*(ADC0H*256+ADC0L)/4096)*1000/0.5;
ZLG7289_Download(1,4,0,0);
ZLG7289_Download(1,5,0,,num/1000);
ZLG7289_Download(1,6,0,(num/100)%10);
ZLG7289_
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- wifi星形无线监控自组网系统设计 学位论文 wifi 星形 无线 监控 组网 系统 设计 学位 论文