迪瑞杯-無線監(jiān)控系統(tǒng)

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1、無線監(jiān)控系統(tǒng)參賽學(xué)生：吳立立王海洋牛連生2010年10月10日摘要：本文介紹了一種無線監(jiān)控系統(tǒng)的硬件和軟件的設(shè)計(jì)方法,它以C8051F020為主控中心，以C8051F410為節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)中心,對(duì)感應(yīng)器采集到的煙、光、溫度及濕度進(jìn)行處理，通過控制nRF2401A的無線傳輸電路，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)與主控中心之間的通信。電路主要分為無線收發(fā)模塊、顯示模塊、報(bào)警提示模塊、溫濕度傳感器模塊、光敏傳感器模塊、鍵盤控制模塊及煙霧傳感器模塊等多個(gè)部分?；谶@些完備而可靠的硬件設(shè)計(jì)，使用了一套完善的軟件編程，實(shí)現(xiàn)了無線監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能及發(fā)揮部分的一些功能系統(tǒng)

2、。從硬件和軟件兩方面進(jìn)行了抗干擾設(shè)計(jì)，使其具有較好的抗干擾能力，完成系統(tǒng)的可靠工作。本文闡述了無線監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理、總體設(shè)計(jì)方案，并對(duì)系統(tǒng)內(nèi)各模塊進(jìn)行分析選擇。該系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性、可靠性、安裝、維護(hù)及操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。本系統(tǒng)設(shè)備可用于監(jiān)測(cè)控制多個(gè)房間內(nèi)的各項(xiàng)功能指標(biāo)，以達(dá)到智能控制的目的。[關(guān)鍵詞]:C8051F020，nRF2401A，無線傳輸，溫濕度傳感器，煙霧傳感器。一．無線監(jiān)控系統(tǒng)方案論證比較與論證1.1系統(tǒng)基本方案系統(tǒng)分為中心控制節(jié)點(diǎn)、監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)。中心控制節(jié)點(diǎn)主要有：主控中心、無線收發(fā)模塊、顯示模塊及報(bào)警模塊；監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)部分

3、有：煙霧感應(yīng)模塊、溫濕度感應(yīng)模塊、無線收發(fā)模塊以及光敏傳感器模塊。工作過程：傳感器將各種信息采集送入監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的單片機(jī)中，初步處理后通過無線收發(fā)模塊發(fā)送出去?？刂乒?jié)點(diǎn)的單片機(jī)通過無線收發(fā)模塊把信息接收并處理。將信息利用顯示模塊，顯示不同節(jié)點(diǎn)的溫度和濕度及煙霧光照強(qiáng)度。再和控制節(jié)點(diǎn)的溫濕度上下限、煙霧光照強(qiáng)度上下限進(jìn)行比較（各項(xiàng)參數(shù)上下限可以通過鍵盤設(shè)置），如超出警戒上下限，報(bào)警器報(bào)警、指示燈被相應(yīng)點(diǎn)亮。最后通過無線模塊控制監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的燈光強(qiáng)度、溫濕度及排氣扇的啟停，以達(dá)到無線監(jiān)測(cè)、控制的目的。系統(tǒng)方框圖如圖。單片機(jī)控制節(jié)點(diǎn)煙霧濃度光

4、線強(qiáng)弱指示燈顯示無線收發(fā)無線收發(fā)單片機(jī)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)溫濕度采集鍵盤設(shè)置報(bào)警器排氣扇啟停溫濕度調(diào)節(jié)燈光調(diào)節(jié)1.2模塊方案比較(1)無線收發(fā)模塊方案一：采用PT2262/2272加無編碼的發(fā)射與接收頭，該電路采用超再聲發(fā)射電路，采用315MHZ的發(fā)射頻率，但它的天線較大，發(fā)射距離較短，而且只能單向通訊，單位時(shí)間傳輸數(shù)據(jù)較少，很不方便。方案二：采用NRF2401A無線收發(fā)模塊，該電路采用2.4GHz全球開放頻段，無須向有關(guān)部門申請(qǐng)頻率的使用，發(fā)射距離遠(yuǎn)，內(nèi)置天線，體積小，抗干擾能力強(qiáng)、低功耗1.9-3.6V工作。可以通過軟件改變地址編碼識(shí)別

5、不同的監(jiān)控點(diǎn)，在調(diào)試時(shí)比較容易實(shí)現(xiàn)，易于觀察。方案比較：鑒于PT2262/2272只能單向通信，且通訊數(shù)據(jù)量小，而NRF2401A無線收發(fā)模塊傳輸數(shù)據(jù)量大，方便快捷，在調(diào)試時(shí)比較容易實(shí)現(xiàn)，易于觀察且性能相當(dāng)，決定采用方案二。（2）溫濕度采集模塊方案一：由于本設(shè)計(jì)是測(cè)溫濕度電路，可以使用熱敏、濕敏電阻之類的器件利用其感溫濕效應(yīng)，再將隨著被測(cè)溫濕度變化的電壓或電流采集過來，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，就可以將測(cè)溫濕度顯示出來。這種設(shè)計(jì)需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，測(cè)溫濕度電路比較復(fù)雜。方案二：DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款

6、含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)。傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡(jiǎn)易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號(hào)傳輸距離可達(dá)20米以上。我們通過比較選擇方案二（3）顯示方案選擇方案一：溫濕度及其他數(shù)據(jù)的顯示可以用數(shù)碼管，但數(shù)碼管的只能顯示簡(jiǎn)單的數(shù)字，其電路復(fù)雜，占用資源較多，顯示信息少

7、，不宜顯示大量信息。方案二：我們?cè)O(shè)計(jì)的系統(tǒng)需要顯示的信息多，所以應(yīng)選用顯示功能更好的液晶顯示，要求能顯示更多的數(shù)據(jù)，增加顯示信息的可讀性，看起來更方便。而液晶LCD1602有明顯的優(yōu)點(diǎn)：微功耗，尺寸小，超薄輕巧，顯示信息量大，字跡美觀，視覺舒適，而且容易控制。所以選擇方案二。（4）光敏傳感器模塊方案一：光敏二極管，是利用半導(dǎo)體材料的光特性實(shí)現(xiàn)二極管的開關(guān)功能。他對(duì)電壓，光譜要求很高，不容易采集信息。方案二：光敏電阻的性能好，對(duì)光譜要求低，容易采集光信息可見光波和大氣透過的幾個(gè)窗口都適合光敏電阻采集，利用光敏電阻制成的光控開關(guān)在我

8、們的生活中隨處可見。所以選擇方案二。（5）煙霧傳感器模塊MQ-2煙霧傳感器內(nèi)部采用離子式煙霧傳感，離子式煙霧傳感器是一種技術(shù)先進(jìn)，靈敏度高，工作穩(wěn)定可靠的傳感器，被廣泛運(yùn)用到各種消防報(bào)警系統(tǒng)中，性能遠(yuǎn)優(yōu)于氣敏電阻類的火災(zāi)報(bào)警器。二、各系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)2.1系