畢業(yè)論文----基于nrf905的室內(nèi)溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)材料</p><p>　　專業(yè)班級(jí) 通信工程 </p><p>　　姓 名 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　所在學(xué)院 信息科技學(xué)院 　

2、</p><p><b>　　總 目 錄</b></p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)</b></p><p><b>　　指導(dǎo)老師評(píng)語表</b></p><p><b>　　評(píng)閱人評(píng)閱表</b></p><p>&l

3、t;b>　　答辯記錄表</b></p><p><b>　　答辯委員會(huì)評(píng)語表</b></p><p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文)</p><p>　　題 目基于NRF905的室內(nèi)溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　專 業(yè) 通信工程　 &l

4、t;/p><p>　　班 級(jí) </p><p>　　姓 名 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　所在

5、學(xué)院 信息科技學(xué)院　 </p><p>　　基于NRF905的室內(nèi)溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</p><p>　　摘 要：本項(xiàng)目的目的是設(shè)計(jì)一個(gè)溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)用短信準(zhǔn)確的控制節(jié)點(diǎn)進(jìn)行溫濕度檢測，并將采集到的數(shù)據(jù)反饋到基站內(nèi)。本文首先介紹無線通信技術(shù)的背景，提出了一種基于無線射頻模塊和溫濕度傳感器，實(shí)現(xiàn)無線控制溫濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。其次

6、，根據(jù)設(shè)計(jì)方案，比較和分析的不同公司各類芯片，實(shí)現(xiàn)由STC公司單片機(jī)芯片STC89LE516RD、西門子公司TC35i-GSM模塊、NORDIC公司的NRF905模塊，瑞士Scnsirion公司sht11溫濕度傳感器等組成的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)硬件平臺(tái)。著重介紹TC35i模塊、NRF905模塊、單片機(jī)STC89LE516RD芯片、串口、電源等電路原理圖。接著，給出該硬件平臺(tái)上基站和節(jié)點(diǎn)的單片機(jī)程序流程圖，利用單片機(jī)C語言實(shí)現(xiàn)基站和節(jié)點(diǎn)程序的設(shè)

7、計(jì)。最后，給出了系統(tǒng)的實(shí)物圖。</p><p>　　該系統(tǒng)體積小、功耗低、電路簡單，可以方便安裝和實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。本系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中具有一定的可行性，可以應(yīng)用到工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等很多領(lǐng)域，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。</p><p>　　關(guān)鍵詞：單片機(jī)、NRF905、TC35I、溫濕度傳感器</p><p>　　The Design and Implementation of

8、Indoor Wireless Temperature and Humidity Control System Based on NRF905 </p><p>　　Abstract: The aim of this project is to design a temperature and humidity monitoring system. In order to using SMS accurate c

9、ontrol node detection, temperature and humidity and collected data feedback to the base station. This article first describes the background of wireless communication technology, propose a module based on radio frequency

10、 and temperature and humidity sensors, to achieve wireless control of temperature and humidity data acquisition system and the overall design. Secondly, ac</p><p>　　This is a small volume, low power consumpt

11、ion system, simple circuit , you can easily install and implement real-time monitoring. This system has certain possibilities that can be applied to industrial and agricultural production in practice , and so many areas,

12、 it has a certain application value.</p><p>　　Keywords: GSM；STC89LE516；NRF905；temperature and humidity sensors</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒 論1</b>&l

13、t;/p><p><b>　　1.1引言1</b></p><p>　　1.2無線通信技術(shù)的論述2</p><p>　　1.3論文的研究內(nèi)容4</p><p>　　1.4論文的工作5</p><p>　　2 基礎(chǔ)理論知識(shí)介紹5</p><p>　　2.1 GSM技術(shù)介

14、紹5</p><p>　　2.2 3G技術(shù)介紹6</p><p>　　2.3 WLAN（無線局域網(wǎng)技術(shù)）技術(shù)介紹6</p><p>　　2.4無線射頻技術(shù)介紹7</p><p>　　2.5 WiMax（全球微波互聯(lián)接入）技術(shù)7</p><p>　　3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)8</p><p>

15、;　　3.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)思路8</p><p>　　3.1.1基站設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.1.2節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)9</p><p>　　3.2硬件選型10</p><p>　　3.3基站電路硬件設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.3.1單片機(jī)STC89LE516結(jié)構(gòu)概述及外圍電路設(shè)計(jì)11</p>

16、<p>　　3.3.2西門子TC35i模塊介紹及外圍電路設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.3.3NRF905模塊介紹以及外圍電路設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.3.4串口電路15</p><p>　　3.3.4.1串行通信概述15</p><p>　　3.3.4.2串行通信接口RS-23216</p>&

17、lt;p>　　3.3.4.3串口通信電路設(shè)計(jì)17</p><p>　　3.3.5電源電路18</p><p>　　3.3.6基站電路硬件總圖20</p><p>　　3.4節(jié)點(diǎn)電路硬件設(shè)計(jì)20</p><p>　　3.4.1 STC89LE516外圍電路設(shè)計(jì)20</p><p>　　3.4.2 SHT1

18、1模塊介紹以及外圍電路設(shè)計(jì)21</p><p>　　3.4.3 電源模塊設(shè)計(jì)22</p><p>　　3.4.4 節(jié)點(diǎn)硬件總圖23</p><p>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)24</p><p>　　4.1節(jié)點(diǎn)程序流程24</p><p>　　4.2基站程序流程25</p><p>　　4

19、.3NRF905數(shù)據(jù)發(fā)送流程圖26</p><p>　　4.4NRF905數(shù)據(jù)接收流程圖27</p><p>　　4.5SHT11數(shù)據(jù)采集流程圖28</p><p>　　5 系統(tǒng)整體調(diào)試30</p><p>　　5.1系統(tǒng)實(shí)物圖30</p><p>　　5.2溫濕度結(jié)果圖30</p><

20、p><b>　　6 結(jié)束語32</b></p><p><b>　　致 謝33</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)34</b></p><p><b>　　1 緒 論</b></p><p><b>　　1.1引言<

21、/b></p><p>　　今天，我們已經(jīng)真正進(jìn)入一個(gè)無線技術(shù)無所不在的時(shí)代。在家中，使用便利的無繩電話；出門在外，使用手機(jī)和遠(yuǎn)方的親人通話，發(fā)短信；開車，GPS系統(tǒng)為我們導(dǎo)航指路；工作，使用無線網(wǎng)卡可以隨時(shí)隨地進(jìn)行網(wǎng)上辦公，等等。</p><p>　　在信息和知識(shí)已成為社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略資源和基本要素的時(shí)代中，人們更加需要隨時(shí)隨地獲取信息，原來點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的固定電話通信方式已遠(yuǎn)不能滿足

22、需求了。人類需要寬帶的無線通信技術(shù)，來滿足多媒體化、普及化、多樣化、全球化和個(gè)性化的信息交流。無線技術(shù)給人們帶來的影響是無可爭議的。如今每一天大約有15萬人成為新的無線用戶，全球范圍內(nèi)的無線用戶數(shù)量目前已經(jīng)超過2億。這些人包括大學(xué)教授、倉庫管理員、護(hù)士、商店負(fù)責(zé)人、辦公室經(jīng)理和卡車司機(jī)。他們使用無線技術(shù)的方式和他們自身的工作一樣都在不斷地更新。</p><p>　　隨著無線通信技術(shù)的進(jìn)步，無線通信和無線網(wǎng)絡(luò)將迅速

23、地向我們?nèi)粘Ｉ钪械母鱾€(gè)方面擴(kuò)展。嵌入式的無線通信和無線網(wǎng)絡(luò)正在向我們走來，以無線片上系統(tǒng)為核心的低功耗、小體積、低價(jià)格嵌入式無線通信和無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)近年來得到了迅速地發(fā)展，已經(jīng)產(chǎn)生出無數(shù)的新應(yīng)用和新市場。</p><p>　　在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，為保證各項(xiàng)工作在某恒定的溫度和濕度范圍內(nèi)安全進(jìn)行，對(duì)溫濕度的測量及控制具有極其重要的意義。比如電力、電信設(shè)備及各類運(yùn)輸工具組件的過熱故障預(yù)知監(jiān)控，空調(diào)系統(tǒng)的溫濕度監(jiān)

24、控，醫(yī)療與健診的溫濕度監(jiān)控，化工、機(jī)械、溫室、大棚等設(shè)備溫濕度監(jiān)控等。對(duì)這些場合的溫濕度監(jiān)控，如果采用人工方式，不僅耗費(fèi)大量的人力、物力，而且實(shí)時(shí)性差，準(zhǔn)確度低，特別在一些存在熱源的生產(chǎn)基地，在短時(shí)間內(nèi)溫濕度可能發(fā)生劇烈的變化，無法采用人工進(jìn)行準(zhǔn)確測量和管理，否則可能造成重大事故。如果采用有線傳輸方式將傳感器與主控機(jī)相連必然使系統(tǒng)布線復(fù)雜、成本增加、故障率高且難以維修，而價(jià)格低廉、體積小、功耗低、性能穩(wěn)定、傳輸距離長的無線通信芯片的出現(xiàn)

25、，使無線溫濕度監(jiān)測成為可能[1]。</p><p>　　在這種環(huán)境下，進(jìn)一步研究無線技術(shù)，顯然是很有意義的。這次我要設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容利用無線傳輸模塊短信控制系統(tǒng)。在這次設(shè)計(jì)的硬件過程中，主要以模塊為中心設(shè)計(jì)的。</p><p>　　1.2無線通信技術(shù)的論述</p><p>　　通信技術(shù)和通信產(chǎn)業(yè)20世紀(jì)80年代以來發(fā)展最快的領(lǐng)域之一。不論是在國際還是在國內(nèi)都是如此。這

26、是人類進(jìn)入信息社會(huì)的重要標(biāo)志之一。</p><p>　　通信就是互通信息。從這個(gè)意義上來說，通信在遠(yuǎn)古的時(shí)代就已存在。人之間的對(duì)話是通信，用手勢表達(dá)情緒也可算是通信。以后用烽火傳遞戰(zhàn)事情況是通信，快馬與驛站傳送文件當(dāng)然也可是通信?，F(xiàn)代的通信一般是指電信，國際上稱為遠(yuǎn)程通信[2]。</p><p>　　1897年，馬克尼使用800Khz中波信號(hào)進(jìn)行了從英國至北美紐芬蘭的，世界上第一次橫跨大西

27、洋的無線電報(bào)的通信試驗(yàn)，開創(chuàng)了人類無線通信的新紀(jì)元。在無線通信初期，受技術(shù)條件的限制，人們大量使用長波及中波進(jìn)行通信。20世紀(jì)20年代初人們發(fā)現(xiàn)的短波通信，20世紀(jì)60年代衛(wèi)星通信興起前，他一直是遠(yuǎn)程國際通信的重要手段，并且目前對(duì)應(yīng)急通信和軍用通信依然有一定實(shí)用價(jià)值。20世紀(jì)40年代到50年代產(chǎn)生了傳輸頻帶較寬、性能較穩(wěn)定的微波通信，成為長距離大容量地面干線無線傳輸?shù)闹匾侄?。模擬調(diào)頻傳輸容量高達(dá)2700路，亦可同時(shí)傳輸高質(zhì)量彩色電視信

28、號(hào)；爾號(hào)逐步進(jìn)入中容量至大容量數(shù)字微波傳輸。80年代中期以來，隨著頻率選擇性色散衰落對(duì)數(shù)字微波傳輸中斷影響的發(fā)現(xiàn)及一系列自適應(yīng)衰落對(duì)抗技術(shù)與高狀態(tài)調(diào)制與檢測技術(shù)的發(fā)展，使數(shù)字微波傳輸產(chǎn)生了一個(gè)革命性變化。特別應(yīng)該指出的是20世紀(jì)80年代到90年代發(fā)展起來的一整套高速多狀態(tài)自適應(yīng)編碼調(diào)制解調(diào)技術(shù)與信息號(hào)處理及信號(hào)檢測技術(shù)，對(duì)現(xiàn)今衛(wèi)星通信、移動(dòng)通信、全數(shù)字hdtv傳輸、通用高速有線/無線接入，乃至高質(zhì)量磁性記錄等諸多領(lǐng)域的信號(hào)設(shè)計(jì)與信號(hào)處理

29、及應(yīng)用，發(fā)揮了重要作用。</p><p>　　隨著國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的信息化，人們要通信息化開創(chuàng)新的工作方式、管理方式、商貿(mào)方式、金融方式、思想交流方式、文化教育方式、醫(yī)療保健方式以及消費(fèi)與生活方式。無線通信也從固定方式發(fā)展為移動(dòng)方式，移動(dòng)通信發(fā)展至今大約經(jīng)歷了五個(gè)階段：</p><p>　　第一階段為20 年代初至50 年代初，主要用于艦船及軍有，采用短波頻及電子管技術(shù)，至該階段末期才出

30、現(xiàn)150MHZ VHF 單工汽車公用移動(dòng)電話系統(tǒng)MTS。</p><p>　　第二階段為50 年代到60 年代， 此時(shí)頻段擴(kuò)展至UHF450MHZ，器件技術(shù)已向半導(dǎo)體過渡，大都為移動(dòng)環(huán)境中的專用系統(tǒng)，并解決了移動(dòng)電話與公用電話網(wǎng)的接續(xù)問題。</p><p>　　第三階段為70 年代初至80 年代初頻段擴(kuò)展至800MHZ，美國Bell 研究所提出了蜂窩系統(tǒng)概念并于70 年代末進(jìn)行了AMPS

31、試驗(yàn)。</p><p>　　第四階段為80 年代初至90 年代中，為第二代數(shù)字移動(dòng)通信興起與大發(fā)展階段，并逐步向個(gè)人通信業(yè)務(wù)方向邁進(jìn)；此時(shí)出現(xiàn)了D- AMPS、TACS、ETACS、GSM/DCS、cdmaone、PDC、PHS、DECT、PACS、PCS 等各類系統(tǒng)與業(yè)務(wù)運(yùn)行。</p><p>　　第五階段為90年代中至今，隨著數(shù)據(jù)通信與多媒體業(yè)務(wù)需求的發(fā)展，適應(yīng)移動(dòng)數(shù)據(jù)、移動(dòng)計(jì)算及移動(dòng)

32、多媒體運(yùn)作需要的第三代移。移動(dòng)通信開始興起，其全球標(biāo)準(zhǔn)化及相應(yīng)融合工作與樣機(jī)研制和現(xiàn)場試驗(yàn)工作在快速推進(jìn)，包括從第二代至第三代移動(dòng)通信的平滑過渡問題在內(nèi)。</p><p>　　當(dāng)前，中國是世界各國通信技術(shù)運(yùn)營商和設(shè)備制造商關(guān)注的焦點(diǎn)，大家都希望在中國的市場上占有自己的發(fā)展空間和市場份額。移動(dòng)通信在中國發(fā)展十分迅速，中國移動(dòng)通信的走向一直為世人所矚目。1987年11月，我國廣東正式開通了第一個(gè)tacs制式模擬蜂窩移

33、動(dòng)通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)電話用戶“零”的突破。1994年底，廣東又首先開通了GSM數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)，至1995年，全國已15個(gè)省、市也相繼開通了GSM移動(dòng)通信網(wǎng)。迄今為止，全國各省、自治區(qū)、直轄市面上都建設(shè)了GSM網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了國內(nèi)和國際的全自動(dòng)溫游。目前我國正在積極準(zhǔn)備在21世紀(jì)初期開展第三代移動(dòng)通信的商用試驗(yàn)。</p><p>　　從1987年至今，我國移動(dòng)電話用戶數(shù)的增長很快，尤其是GSM網(wǎng)更是以人們始料不及

34、的速度在迅猛發(fā)展。這主要是因?yàn)镚SM系統(tǒng)在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面均比tacs系統(tǒng)有較大的優(yōu)勢，更重要的是我國在GSM運(yùn)營領(lǐng)域引入了競爭機(jī)制，促進(jìn)了GSM網(wǎng)的發(fā)展。我國的移動(dòng)通信用戶已超過了8000萬，位居世界第二。截止2008年六月，中國市場上的GSM手機(jī)用戶已突破5.425億戶，目前仍在以每月850多萬的新增用戶不斷增長，目前GSM網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍已遍及全國各地村鎮(zhèn)。</p><p>　　近20年來，我國在移動(dòng)通信領(lǐng)域的

35、科研、設(shè)備生產(chǎn)等方面也取得了可喜的進(jìn)步。國產(chǎn)移動(dòng)通信設(shè)備—交換系統(tǒng)、基站和手機(jī)等都已經(jīng)投入應(yīng)用，第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的開發(fā)和研究也正與世界同步?？梢?，中國無線通信在運(yùn)營業(yè)與制造業(yè)上已取得了第一階段的成功。</p><p>　　無線通信技術(shù)的研究歷史并不長，但發(fā)展非常迅速，相比于有線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有著不可比擬的優(yōu)勢。同時(shí)，無線通信技術(shù)在商業(yè)，軍事，科研等方面的應(yīng)用上也是越來越廣，越來越受到重視。雖然如此，但是無線通信技術(shù)仍

36、然有巨大的發(fā)展和應(yīng)用空間，未來的用戶也能通過這個(gè)技術(shù)對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提出更高的要求，實(shí)現(xiàn)更多的業(yè)務(wù)。</p><p>　　1.3論文的研究內(nèi)容</p><p>　　本畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是熟悉西門子公司的GSM模塊TC35i系列，STC89LE516單片機(jī)，NRF905模塊、sht11溫濕度傳感器、電容、電阻、發(fā)光二極管等一些電路元件；掌握Protel99開發(fā)軟件的運(yùn)用，在該軟件下熟練的運(yùn)用完成各種

37、電路原理圖和PCB圖設(shè)計(jì)的要求；學(xué)會(huì)運(yùn)用各方面知識(shí)，設(shè)計(jì)室內(nèi)無線溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)。</p><p>　　這次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)原理框圖如下圖1.1所示：</p><p>　　圖1.1 系統(tǒng)原理框圖</p><p>　　本系統(tǒng)包括一個(gè)基站和多個(gè)節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)主要通過溫濕度傳感器進(jìn)行溫濕度數(shù)據(jù)的采集，并將采集的數(shù)據(jù)通過低功耗的射頻收發(fā)模塊發(fā)送給基站?；局饕ㄟ^低功耗的射頻收發(fā)模

38、塊與節(jié)點(diǎn)通信，接收來自各個(gè)節(jié)點(diǎn)采集的溫濕度數(shù)據(jù)包，通過手機(jī)模塊與用戶手機(jī)短信通信，通過串口與PC機(jī)的通信。系統(tǒng)原理框圖如圖1所示，首先，各個(gè)節(jié)點(diǎn)通過溫濕度傳感進(jìn)行溫濕度數(shù)據(jù)的采集，并將采集的數(shù)據(jù)包配置上基站的地址，當(dāng)信道空閑時(shí)將數(shù)據(jù)包發(fā)送給基站。其次，基站通過低功耗的射頻收發(fā)模塊接收來自各個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)?；窘邮盏綌?shù)據(jù)包后，對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行分析和處理。最后，基站將所有節(jié)點(diǎn)接收到的溫濕度數(shù)據(jù)匯總，通過手機(jī)模塊以短信的方式發(fā)送給用戶或者通過串口將

39、數(shù)據(jù)傳輸給上位機(jī)。</p><p><b>　　1.4論文的工作</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)是基于無線傳輸模塊，GSM模塊，溫濕度傳感器的室內(nèi)溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，首先是根據(jù)設(shè)計(jì)要求畫出設(shè)計(jì)電路框圖，然后根據(jù)框圖選者芯片類型，再根據(jù)芯片的性能，芯片的市場價(jià)格以及操作問題選者具體的芯片，之后根據(jù)選者好的芯片對(duì)各個(gè)芯片進(jìn)行解說以及和各個(gè)模塊的連接方法，最后將各個(gè)模

40、塊電路組合成一張完整的基站電路和節(jié)點(diǎn)電路，電路完成后要進(jìn)行電路的芯片的測試，必須設(shè)計(jì)幾個(gè)程序，然后進(jìn)行調(diào)試工作。最后編寫基站總程序和節(jié)點(diǎn)程序，完成整體的調(diào)試。</p><p>　　2 基礎(chǔ)理論知識(shí)介紹</p><p>　　2.1 GSM技術(shù)介紹</p><p>　　GSM全名為：Global System for Mobile Communications，中文為全

41、球移動(dòng)通訊系統(tǒng)，俗稱"全球通"，是一種起源于歐洲的移動(dòng)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是第二代移動(dòng)通信技術(shù)，其開發(fā)目的是讓全球各地可以共同使用一個(gè)移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，讓用戶使用一部手機(jī)就能行遍全球。我國于20世紀(jì)90年代初引進(jìn)采用此項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，此前一直是采用蜂窩模擬移動(dòng)技術(shù)，即第一代GSM技術(shù)（2001年12月31日我國關(guān)閉了模擬移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)）。目前，中國移動(dòng)、中國聯(lián)通各擁有一個(gè)GSM網(wǎng)，為世界最大的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。GSM系統(tǒng)包括 GSM 9

42、00：900MHz、GSM1800：1800MHz 及 GSM1900：1900MHz等幾個(gè)頻段[3]。GSM（全球移動(dòng)通信系統(tǒng)）是一種廣泛應(yīng)用于歐洲及世界其他地方的數(shù)字移動(dòng)電話系統(tǒng)。GSM使用的是時(shí)分多址的變體，并且它是目前三種數(shù)字無線電話技術(shù)（TDMA、GSM和CDMA）中使用最為廣泛的一種。 GSM將資料數(shù)字化，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，然后與其它的兩個(gè)用戶數(shù)據(jù)流一起從信道發(fā)送出去，另外的兩個(gè)用戶數(shù)據(jù)流都有各自的時(shí)隙。GSM實(shí)際上是歐洲的

43、無線電話標(biāo)準(zhǔn)，據(jù)GSM Mou聯(lián)合委員</p><p>　　GSM系統(tǒng)有幾項(xiàng)重要特點(diǎn)：防盜拷能力佳、網(wǎng)絡(luò)容量大、手機(jī)號(hào)碼資源豐富、通話清晰、穩(wěn)定性強(qiáng)不易受干擾、信息靈敏、通話死角少、手機(jī)耗電量低。目前世界上主要的兩大GSM系統(tǒng)為GSM 900及GSM1800，由于采用了不同頻率，因此適用的手機(jī)也不盡相同。前者發(fā)展的時(shí)間較早，使用的國家較多，后者發(fā)展的時(shí)間較晚，使用的國家也較少。物理特性方面，前者頻譜較低，波長較長

44、，穿透力較差，但傳送的距離較遠(yuǎn)，而手機(jī)發(fā)射功率較強(qiáng)，耗電量較大，因此待機(jī)時(shí)間較短；而后者的頻譜較高，波長較短，穿透力佳，但傳送的距離短，其手機(jī)的發(fā)射功率較小，待機(jī)時(shí)間則相應(yīng)地較長。 GSM及其他技術(shù)是無線移動(dòng)通信的演進(jìn)，無線移動(dòng)通信包括高速電路交換數(shù)據(jù)、通用無線分組系統(tǒng)、基于GSM網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)增強(qiáng)型移動(dòng)通信技術(shù)以及通用移動(dòng)通信服務(wù)。</p><p>　　2.2 3G技術(shù)介紹</p><p>

45、　　“3G”（英語 3rd-generation）或“三代”是第三代移動(dòng)通信技術(shù)的簡稱，是指支持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動(dòng)通訊技術(shù)。3G服務(wù)能夠同時(shí)傳送聲音(通話)及數(shù)據(jù)信息(電子郵件、即時(shí)通信等)。代表特征是提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。 相對(duì)第一代模擬制式手機(jī)(1G)和第二代GSM、CDMA等數(shù)字手機(jī) (2G)，第三代手機(jī)（3G）一般地講，是指將無線通信與國際互聯(lián)網(wǎng)等多媒體通信結(jié)合的新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)。</p><p>　　

46、3G與2G的主要區(qū)別是在傳輸聲音和數(shù)據(jù)的速度上的提升，它能夠在全球范圍內(nèi)更好地實(shí)現(xiàn)無線漫游，并處理圖像、音樂、視頻流等多種媒體形式，提供包括網(wǎng)頁瀏覽、電話會(huì)議、電子商務(wù)等多種信息服務(wù)，同時(shí)也要考慮與已有第二代系統(tǒng)的良好兼容性。為了提供這種服務(wù)，無線網(wǎng)絡(luò)必須能夠支持不同的數(shù)據(jù)傳輸速度，也就是說在室內(nèi)、室外和行車的環(huán)境中能夠分別支持至少2Mbps(兆比特/每秒)、384kbps(千比特/每秒)以及144kbps的傳輸速度（此數(shù)值根據(jù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境

47、會(huì)發(fā)生變化)。</p><p>　　2.3 WLAN（無線局域網(wǎng)技術(shù)）技術(shù)介紹</p><p>　　無線局域網(wǎng)絡(luò)(Wireless Local Area Networks； WLAN)是相當(dāng)便利的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，它利用射頻(Radio Frequency； RF)的技術(shù)，取代舊式礙手礙腳的雙絞銅線(Coaxial)所構(gòu)成的局域網(wǎng)絡(luò)，使得無線局域網(wǎng)絡(luò)能利用簡單的存取架構(gòu)讓用戶透過它，達(dá)到「信息

48、隨身化、便利走天下」的理想境界。</p><p>　　無線局域網(wǎng)技術(shù)WLAN（Wi－Fi），其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為802.11，可實(shí)現(xiàn)十幾兆至幾十兆的無線接入。我國目前發(fā)展的主要是802.11b標(biāo)準(zhǔn)的WLAN 網(wǎng)絡(luò)，支持11Mbps的無線接入。作為近年來的一項(xiàng)新技術(shù)，WLAN在歐美等國快速發(fā)展，在我國近兩年也得到了幾大運(yùn)營商的追捧。</p><p>　　2.4無線射頻技術(shù)介紹</p>

49、<p>　　無線射頻譯自英文Radio Frequency Identification，簡稱為RFID，是20世紀(jì)90年代興起的一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。射頻技術(shù)（RFID） 相對(duì)于傳統(tǒng)的磁卡及IC卡技術(shù)具有非接觸、閱讀速度快、無磨損等特點(diǎn)。</p><p>　　無線射頻技術(shù)在閱讀器和射頻卡之間進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)傳輸，以達(dá)到目標(biāo)識(shí)別和數(shù)據(jù)交換的目的。閱讀器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)射頻卡

50、進(jìn)入發(fā)射天線工作區(qū)域時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流，射頻卡獲得能量被激活；射頻卡將自身編碼等信息通過卡內(nèi)置發(fā)送天線發(fā)送出去；系統(tǒng)接收天線接收到從射頻卡發(fā)送來的載波信號(hào)，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到閱讀器，閱讀器對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼然后送到后臺(tái)主系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理；主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運(yùn)算判斷該卡的合法性，針對(duì)不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。與傳統(tǒng)的條型碼、磁卡及IC卡相比，射頻卡具有非接觸、閱讀速度快、無磨損、不受環(huán)境影響、壽命長、便

51、于使用的特點(diǎn)和具有防沖突功能，能同時(shí)處理多張卡片。在國外，射頻識(shí)別技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、商業(yè)自動(dòng)化、交通運(yùn)輸控制管理等眾多領(lǐng)域。</p><p>　　目前生產(chǎn)射頻技術(shù)RFID產(chǎn)品的很多公司都采用自己的標(biāo)準(zhǔn)，國際上還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。目前，可供射頻卡使用的幾種射頻技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有ISO10536、 ISO14443、ISO15693和ISO18OOO。應(yīng)用最多的是ISO14443和ISO15693，這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都由物

52、理特性、射頻功率和信號(hào)接口、初始化和反碰撞以及傳輸協(xié)議四部分組成。</p><p>　　2.5 WiMax（全球微波互聯(lián)接入）技術(shù)</p><p>　　WiMAX全稱為Worldwide Interoperability for Microwave Access,即全球微波互聯(lián)接入。WiMAX的另一個(gè)名字是802.16。WiMAX是一項(xiàng)新興的寬帶無線接入技術(shù)，能提供面向互聯(lián)網(wǎng)的高速連接，數(shù)

53、據(jù)傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)50km。WiMAX還具有QoS保障、傳輸速率高、業(yè)務(wù)豐富多樣等優(yōu)點(diǎn)。WiMAX的技術(shù)起點(diǎn)較高，采用了代表未來通信技術(shù)發(fā)展方向的OFDM/OFDMA、AAS、MIMO等先進(jìn)技術(shù)，隨著技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，WiMAX逐步實(shí)現(xiàn)寬帶業(yè)務(wù)的移動(dòng)化，而3G則實(shí)現(xiàn)移動(dòng)業(yè)務(wù)的寬帶化，兩種網(wǎng)絡(luò)的融合程度會(huì)越來越高。WiMAX是一種廣域網(wǎng)(WAN)技術(shù)。 服務(wù)供應(yīng)商部署一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的塔，這啟用訪問過許多英里。 互聯(lián)網(wǎng)連接后內(nèi)的任何地方可立即使用覆

54、蓋區(qū)域。</p><p><b>　　3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)思路</p><p>　　根據(jù)圖3.1的系統(tǒng)原理框圖，這個(gè)系統(tǒng)主要包含兩大模塊：基站和節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)模塊主要通過溫濕度傳感器進(jìn)行溫濕度數(shù)據(jù)的采集，并將采集的數(shù)據(jù)通過低功耗的射頻收發(fā)模塊發(fā)送給基站。基站模塊主要通過低功耗的射頻收發(fā)模塊與節(jié)點(diǎn)通信，接

55、收來自各個(gè)節(jié)點(diǎn)采集的溫濕度數(shù)據(jù)包，通過手機(jī)模塊與用戶手機(jī)短信通信，通過串口與PC機(jī)的通信。下面對(duì)這兩個(gè)模塊作詳細(xì)的介紹：</p><p>　　圖3.1 系統(tǒng)原理框圖</p><p><b>　　3.1.1基站設(shè)計(jì)</b></p><p>　　基站是整個(gè)系統(tǒng)的核心模塊。主要功能是是實(shí)現(xiàn)與用戶短信通信，與節(jié)點(diǎn)通信，與上位機(jī)的通信，是系統(tǒng)數(shù)據(jù)的處理中

56、心。</p><p>　　圖3.2基站原理框圖</p><p>　　基站的原理框圖如圖3.2所示。圖中可知，基站主要有單片機(jī)，GSM模塊，無線射頻模塊，串口3個(gè)部分組成。GSM模塊是典型的GSM終端，通過單片機(jī)的AT指令控制可直接與手機(jī)用戶進(jìn)行短信通信。無線射頻模塊是近距離通信模塊，通過單片機(jī)的控制與其他節(jié)點(diǎn)通信。串口是基站與上位機(jī)的通信接口，接收上位機(jī)數(shù)據(jù)或把各種數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)，以便做

57、進(jìn)一步的處理。單片機(jī)是系統(tǒng)的CPU，完成系統(tǒng)初始化，GSM模塊的短信收發(fā)控制，無線射頻模塊的數(shù)據(jù)收發(fā)控制。</p><p><b>　　3.1.2節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　節(jié)點(diǎn)主要是進(jìn)行溫濕度數(shù)據(jù)的采集。其功能是通過溫濕度傳感器進(jìn)行溫濕度信息的采集，再通過無線傳輸模塊將采集進(jìn)來的溫濕度信息發(fā)送給基站。</p><p>　　圖3.3

58、節(jié)點(diǎn)原理框圖</p><p>　　節(jié)點(diǎn)原理框圖如圖3.3所示。從圖可知，節(jié)點(diǎn)主要有單片機(jī)，無線射頻模塊，溫濕度傳感器3個(gè)部分組成。無線射頻模塊和基站一樣，是近距離通信模塊，主要是通過單片機(jī)的控制完成接收基站命令包和反饋采集的溫濕度數(shù)據(jù)包發(fā)送給基站。溫濕度傳感器能對(duì)節(jié)點(diǎn)周圍的環(huán)境進(jìn)行高精度的溫濕度測量。單片機(jī)是系統(tǒng)的CPU，主要完成系統(tǒng)上電初始化，通過無線射頻模塊接收到數(shù)據(jù)并進(jìn)行譯碼，如果接收到的數(shù)據(jù)為控制指令，單

59、片機(jī)則根據(jù)控制指令進(jìn)行溫濕度的測量，測量完成后再通過無線射頻模塊發(fā)送溫濕度數(shù)據(jù)包給基站。</p><p><b>　　3.2硬件選型</b></p><p>　　目前市場上GSM模塊種類比較多，西門子的TC35系列模塊性價(jià)比很高，操作簡單，并且已經(jīng)有國內(nèi)的無線電設(shè)備入網(wǎng)證。因此本項(xiàng)目的GSM模塊選用西門子TC35i。無線數(shù)據(jù)傳輸模塊市場上也是比較多的，其中NRF905

60、配置簡單，并且功耗低，傳輸距離相對(duì)較遠(yuǎn)，所以無線射頻傳輸模塊采用基于NRF905的無線射頻模塊。由于STC89LE516單片機(jī)芯片1280字節(jié)的RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，63K字節(jié)的Flash程序存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)器容量大，操作簡單，可通過串口直接擦寫程序等優(yōu)點(diǎn)，因此單片機(jī)芯片選用STC89LE516RD。由于溫濕度傳感器SHT11 集溫度傳感器和濕度傳感器于一體，采用SHT11 進(jìn)行溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)測的系統(tǒng)具有精度高、成本低、體積小、接口簡單等優(yōu)點(diǎn)；另

61、外SHT11 芯片內(nèi)部。集成了14 位A／D 轉(zhuǎn)換器，且采用數(shù)字信號(hào)輸出，抗干擾能力也比同類芯片高，因此溫濕度傳感器采用sht11芯片。系統(tǒng)硬件原理框圖如下：</p><p><b>　　基站硬件原理框圖</b></p><p>　　圖3.4 基站硬件原理框圖</p><p><b>　　節(jié)點(diǎn)硬件原理框圖</b></

62、p><p>　　圖3.5 節(jié)點(diǎn)硬件原理框圖</p><p>　　3.3基站電路硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　3.3.1單片機(jī)STC89LE516結(jié)構(gòu)概述及外圍電路設(shè)計(jì)</p><p>　　STC89LE516是具有帶ISP功能的Flash EPROM的低功耗微控制器。ISP功能的Flash EPROM可用于固件升級(jí)。它的指令集同標(biāo)準(zhǔn)的8051指令

63、集完全兼容。STC89LE516包含64K字節(jié)的FLASH存儲(chǔ)器；1280字節(jié)片內(nèi)RAM；4個(gè)8位雙向、可位尋址的I/O口；一個(gè)附加的4位I/O口P4；3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器及一個(gè)串行口。為了方便用戶進(jìn)行編程和驗(yàn)證，STC89LE516內(nèi)含的存儲(chǔ)器允許電編程和電讀寫，通過串口進(jìn)行燒寫程序。</p><p>　　這次設(shè)計(jì)主要選用STC LE516作為控制器，用來對(duì)GSM模塊數(shù)據(jù)的輸出與輸入和控制NRF905模塊。其

64、外圍電路如下圖3.6。</p><p>　　圖3.6 單片機(jī)STC89LE516外圍電路</p><p>　　STC89LE516由40個(gè)引腳組成，本次設(shè)計(jì)中有1個(gè)引腳接地，1個(gè)引腳接3.3V電壓，RXD和TXD分別與GSM模塊TC35i的RXD和TXD直接相連用來數(shù)據(jù)的輸出與輸入，P0口接8個(gè)LED用來顯示控制的狀態(tài)，P2口用來接外接按鍵，引腳9、18、19外接電容、晶振、電阻、按鍵共

65、同構(gòu)成了單片機(jī)最小系統(tǒng)。</p><p>　　3.3.2西門子TC35i模塊介紹及外圍電路設(shè)計(jì)</p><p>　　目前，國內(nèi)已經(jīng)開始使用的GSM模塊有很多，而且這些模塊的功能、用法差別不大。本設(shè)計(jì)采用的是西門子TC35系列的TC35i。TC35i模塊主要由GSM基帶處理器、GSM射頻模塊、供電模塊（ASIC）、閃存、ZIF連接器、天線接口六部分組成。通過ZIF連接器與單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電路接口，

66、通過該接口讀取或發(fā)送TC35i模塊中的數(shù)據(jù)，將是TC35i模塊的應(yīng)用核心[4]。</p><p>　　TC35i的主要特性與技術(shù)指標(biāo)包括以下幾點(diǎn)：</p><p>　　(1)頻帶：雙頻EGSM900和GSM1800( GSM Phone 2 + )；</p><p>　　(2)支持?jǐn)?shù)據(jù)、語音、短消息和傳真；</p><p>　　(3)高集成度

67、(54.5mm×36mm×6.85mm)；</p><p>　　(4)重量：18g；</p><p>　　(5)電源電壓：單一電壓3.3～5.5V；</p><p>　　(6)波特率：可選波特率 300bps～115kbps,自動(dòng)波特率4.8～115kbps；</p><p>　　(7)電流消耗：空閑模式小于3.5mA,語

68、音模式平均300mA,峰值2.3A ,掉電模式（Power down) 100μA；</p><p>　　(8)溫度范圍:正常操作-20～+55℃,存放-30～+85℃；</p><p>　　(9)SIM電壓：3V/1.8V；</p><p>　　TC35i共有40個(gè)引腳,通過一個(gè)ZIF( Zero Insertion Force) 連接器引出[7]。這40個(gè)引腳可

69、以劃分為5類，即電源、數(shù)據(jù)輸入/輸出、SIM卡、音頻接口和控制。第1～14腳為電源部分，其中1～5為電源電壓輸入端VCC+，6～10為電源地GND,11、12充電引腳 , 13 對(duì)外輸出電壓(供外電路使用)，14為ACCU-TEMP接負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻；24～29為SIM卡引腳，分別為CCIN、CCRST、CCIO、CCCLK、CCVCC和CCGND；33～40為語音接口用來接電話手柄；15、30、31和32腳為控制部分，15為點(diǎn)火線

70、IGT(Ignition)，當(dāng)TC35i通電后必須給IGT一個(gè)大于 100ms低電平，模塊才啟動(dòng)，30為RTC backup，31為Power down，32為SYNC；16～23位數(shù)據(jù)輸入/輸出分別為DSR0、RING0、RxD0、TxD0、CTS0、RTS0、DTR0和DCD0。</p><p>　　TC35i外圍電路見圖3.7。</p><p>　　圖3.7 TC35i外圍電路&l

71、t;/p><p>　　TC35i的18腳RXD和單片機(jī)的RXD第10腳連接，TC35i的19腳TXD和單片機(jī)的TXD第11腳連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入/輸出。TC35i的啟動(dòng)端第15引腳連接按鍵，上電后可以給一個(gè)低電平信號(hào)TC35i就會(huì)登陸GSM網(wǎng)絡(luò)，登陸成功通過32引腳連接著的LED可以查看，如果登陸成功D1 LED就會(huì)閃爍[5]。TC35i的1～5接電源4.4V，6～10接地。TC35i使用外接式SIM卡, 24～29為

72、SIM卡引腳，SIM卡同TC35i是這樣連接的：SIM上的C_IO、C_CLK、C_RST、GND和C_VCC通過SIM卡閱讀器與TC35i的同名端直接相連。TC35i上的CCIN與CCVCC相連，這種連接方式是由SIM卡閱讀器決定的。ZIF連接座的CCIN引腳用來檢測SIM卡是否插好，如果連接正確，則CCIN引腳輸出高電平，否則為低電平。</p><p>　　3.3.3NRF905模塊介紹以及外圍電路設(shè)計(jì)<

73、;/p><p>　　NRF905模塊如圖3.8所示。</p><p>　　圖3.8 NRF905模塊</p><p>　　NRF905模塊主要是由32管腳的NRF905芯片，在外部接無線射頻線路，以及系統(tǒng)晶振和信號(hào)輸出排針引腳組成，NRF905工作在433/868/915Mhz的ISM頻段。NRF905芯片由一個(gè)完全集成的頻率調(diào)制器，一個(gè)解調(diào)器的接收器，一個(gè)功率放大器，

74、一個(gè)晶體振蕩器和一個(gè)調(diào)節(jié)器組成。NRF905有4種工作方式：1）、典型ShockBurst TX模式 2）、典型ShockBurst RX模式 3）、掉電模式 4）、STANDBY模式。因?yàn)樾酒ぷ麟妷涸?.9V-3.6V，因此系統(tǒng)中采用3.3V的電壓供電。</p><p>　　NRF905在基站電路中的運(yùn)用主要是通過采用針插的方式。本身NRF905芯片是32管腳，但是實(shí)際需要的只有14管腳，所以在考慮到整體電路

75、的方便性和實(shí)用性，在實(shí)際電路中結(jié)合NRF905模塊各個(gè)腳功能只需設(shè)計(jì)成14管腳的插口。NRF905外圍擴(kuò)展電路圖如3.9所示。</p><p>　　NRF905模塊的工作電壓采用3.3V供電，該模塊可分為三種接口：模式控制接口、SPI接口、狀態(tài)輸出接口。模式控制接口由 PWR 、TRX_CE、TX_EN組成控制由NRF905組成的高頻頭的四種工作模式：掉電和 SPI 編程模式；待機(jī)和SPI編程模式；發(fā)射模式；接收

76、模式。SPI 接口由 CSN、SCK、MOSI以及MISO組成。在配置模式下單片機(jī)通過SPI接口配置高頻頭的工作參數(shù)；在發(fā)射/接收模式下單片機(jī)SPI接口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。狀態(tài)輸出接口為：提供載波檢測輸出CD，地址匹配輸出AM，數(shù)據(jù)就緒輸出DR。</p><p>　　圖3.9 NRF905電路</p><p><b>　　3.3.4串口電路</b></p>

77、<p>　　3.3.4.1串行通信概述</p><p>　　數(shù)據(jù)通信的基本方式可分為并行通信與串行通信兩種：</p><p>　　并行通信：是指利用多條數(shù)據(jù)傳輸線將一個(gè)數(shù)據(jù)的各位同時(shí)傳送。</p><p>　　特點(diǎn)：傳輸速度快，適用于短距離通信。</p><p>　　串行通信：是指利用一條傳輸線將數(shù)據(jù)一位位地順序傳送。</p&

78、gt;<p>　　特點(diǎn)：通信線路簡單利用電話或電話線路就可以實(shí)現(xiàn)通信，降低成本，適用于遠(yuǎn)距離通信，但傳輸速度慢。</p><p><b>　　串行通信方式</b></p><p>　　串行通信：分為同步通信（SYNC）與異步通信（ASYNC）兩種方式。</p><p>　?。?）異步通信及其協(xié)議</p><p&

79、gt;　　異步通信以一個(gè)字符為傳輸單位，通信中兩個(gè)字符間的時(shí)間間隔是不固定的，然而在同一個(gè)字符中的兩個(gè)相鄰代碼間的時(shí)間間隔是固定的。</p><p>　　通信協(xié)議（通信規(guī)則）：是通信雙方約定的一些規(guī)則。</p><p>　?。?）同步串行通信及其規(guī)程</p><p>　　同步通信以一幀為傳輸單位，每個(gè)幀中包含有多個(gè)字符。在通信過程中，每個(gè)字符間的時(shí)間間隔是相等的，而

80、且每個(gè)字符中各相鄰代碼間的時(shí)間間隔也是固定的。</p><p><b>　?。?）數(shù)據(jù)傳送方式</b></p><p>　　根據(jù)數(shù)據(jù)傳送方向的不同有以下三種方式如圖3.10所示：</p><p>　　（a）單工方式 （b）半雙工方式 （c）全雙工方式</p><p>　　圖3.

81、10串口數(shù)據(jù)傳輸方式</p><p>　?、?單工方式：只允許數(shù)據(jù)按照一個(gè)固定的方向傳送，即一方只能作為發(fā)送站，另一方只能作為接收站。</p><p>　　② 半雙工方式：數(shù)據(jù)能從A站傳送到B站，也能從B站傳送到A站，但是不能同時(shí)在兩個(gè)方向上傳送，每次只能有一個(gè)站發(fā)送，另一個(gè)站接收。通信雙方可以輪流地進(jìn)行發(fā)送和接收。</p><p>　?、?全雙工方式：允許通信雙方

82、同時(shí)進(jìn)行發(fā)送和接收。這時(shí)，A站在發(fā)送的同時(shí)也可以接收，B站亦同。全雙工方式相當(dāng)于把兩個(gè)方向相反的單工方式組合在一起，因此它需要兩條傳輸線。</p><p>　　3.3.4.2串行通信接口RS-232</p><p>　?。?）RS-232C標(biāo)準(zhǔn)介紹</p><p>　　RS-232是由美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）正式公布的，在異步串行通信中應(yīng)用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)總線。RS-

83、232C標(biāo)準(zhǔn)（協(xié)議）的全稱是EIA-RS-232C 標(biāo)準(zhǔn)，其中EIA(Electronic Industry Association)代表美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)，其中RS是Recommended Standard的縮寫，代表推贈(zèng)標(biāo)準(zhǔn)，232是標(biāo)識(shí)符，C代表RS-232的最新一次修改（1969年），在這之前，有過RS-232A、RS-232B標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定連接電纜和機(jī)械、電氣特性、信號(hào)功能及傳送過程?，F(xiàn)在，計(jì)算機(jī)上的串行通信端口（RS-232）是

84、標(biāo)準(zhǔn)配置端口，已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，計(jì)算機(jī)上一般都有1～2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)RS-232C串口，即通道COM1和COM2。</p><p>　?。?）RS-232C電氣特性</p><p>　　EIA-RS-232C對(duì)電器特性、邏輯電平和各種信號(hào)線功能都作了明確規(guī)定。</p><p>　　在TXD和RXD引腳上電平定義：邏輯1(MARK) ＝-3V～-15V；邏輯0(SPACE)＝

85、+3～+15V</p><p>　　在RTS、CTS、DSR、DTR 和DCD等控制線上電平定義：</p><p>　　信號(hào)有效（接通，ON狀態(tài)，正電壓）＝+3V～+15V；信號(hào)無效（斷開，OFF狀態(tài)，負(fù)電壓)=-3V～-15V</p><p>　　以上規(guī)定說明了RS-232C 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)邏輯電平的定義。對(duì)于數(shù)據(jù)（信息碼）：邏輯“1”的傳輸?shù)碾娖綖?3V～-15V，邏輯

86、“0”傳輸?shù)碾娖綖?3V～+15V；對(duì)于控制信號(hào)；接通狀態(tài)（ON）即信號(hào)有效的電平為+3V～+15V，斷開狀態(tài)(OFF)即信號(hào)無效的電平為-3V～-15V，也就是當(dāng)傳輸電平的絕對(duì)值大于3V時(shí)，電路可以有效地檢查出來；而介于-3～+3V之間的電壓即處于模糊區(qū)電位，此部分電壓將使得計(jì)算機(jī)無法準(zhǔn)確判斷傳輸信號(hào)的意義，可能會(huì)得到0，也可能會(huì)得到1，如此得到的結(jié)果是不可信的，在通信時(shí)候體現(xiàn)的是會(huì)出現(xiàn)大量誤碼，造成通信失敗[19]。因此，實(shí)際工作時(shí)

87、，應(yīng)保證傳輸?shù)碾娖皆?#177;(3～15)V之間。 </p><p>　　（3）RS-232C機(jī)械連接器及引腳定義</p><p>　　目前，大部分計(jì)算機(jī)的RS-232C通信接口都使用了DB9連接器，本設(shè)計(jì)就是采用DB9連接器，下表3.1來介紹DB9和輸出接口的引腳定義。</p><p>　　表3.1 DB9和輸出接口的引腳定義</p><p&

88、gt;　　3.3.4.3串口通信電路設(shè)計(jì)</p><p>　　RS-232C規(guī)定的邏輯電平與一般微處理器、單片機(jī)的邏輯電平是不同的，例如：RS-232的邏輯“1”是以-3～-15V來表示的，而單片機(jī)的邏輯“1”是以+5V來表示的，兩者完全不同。因此，單片機(jī)系統(tǒng)要和電腦的RS-232接口進(jìn)行通信，就必須把單片機(jī)的信號(hào)電平（TTL電平）轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)的RS-232C電平，或者把計(jì)算機(jī)的RS-232C電平轉(zhuǎn)換成單片機(jī)的T

89、TL電平，通信時(shí)候必須對(duì)兩種電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換。實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的方法可以使用分立元件，也可以使用專用RS-232電平轉(zhuǎn)換芯片。目前較為廣泛地使用專用電平轉(zhuǎn)換芯片，如MC1488、MC1489、MAX232等電平轉(zhuǎn)換芯片來實(shí)現(xiàn)RS-232電平到TTL電平的轉(zhuǎn)換。</p><p>　　MAX232是單電源雙RS-232發(fā)送/接收芯片，采用單一+5V電源供電，外接只需4個(gè)電容，便可以構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的RS-232通信接口，硬件接口簡單

90、，所以被廣泛采用。單片機(jī)和計(jì)算機(jī)RS-232接口電路如下圖3.11所示： </p><p><b>　　圖3.11串口電路</b></p><p>　　圖中的C13、C14、C10、C11是電荷泵升壓及電壓反轉(zhuǎn)部分電路，產(chǎn)生V+、V-電源供RS-232電平轉(zhuǎn)換使用，C12是VCC對(duì)地去耦電容，其值為0.1µF，五個(gè)電容安裝時(shí)必須盡量靠近MAX232芯片引腳，

91、以提高抗干擾能力。</p><p><b>　　3.3.5電源電路</b></p><p>　　電源的設(shè)計(jì)如下圖3.12。除提供整個(gè)模塊的3.3V工作電壓外，最主要的是為TC35i模塊提供4.4V工作電壓。</p><p>　　圖3.12 電源電路1</p><p>　　圖3.13電源電路2</p><

92、;p>　　TC35i模塊工作電壓為3.3～5 V，穩(wěn)定工作電壓4.4V左右，在啟動(dòng)連接登陸網(wǎng)絡(luò)的傳輸過程中要求電源能提供2A的峰值電流、不大于400 mV的壓降，因?yàn)樵跀?shù)據(jù)傳輸過程中當(dāng)電壓的波動(dòng)大于400 mV時(shí)，TC35i模塊認(rèn)為工作電壓過低而自動(dòng)關(guān)閉TC35i模塊，因此在設(shè)計(jì)TC35i模塊的電源時(shí)必須考慮電壓下降的可能性，保證最小電壓高于4V。</p><p>　　如圖3.13，NRF905模塊需要3.

93、3V電源，因此我們用AMS1117芯片，轉(zhuǎn)化成3.3V的直流電源。</p><p>　　3.3.6基站電路硬件總圖</p><p>　　圖3.14 基站整體電路</p><p>　　基站電路包含TC35i接口、Sim卡接口，單片機(jī)STC89LE516RD，NRF905接口，串口電路、電源電路、按鍵、指示燈等部分，具體電路如圖3.14。</p><

94、p>　　3.4節(jié)點(diǎn)電路硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　節(jié)點(diǎn)的硬件電路設(shè)計(jì)主要包括：NRF905模塊接口電路，STC89LE516單片機(jī)電路，電源電路，sht11芯片電路、按鍵等等。由于節(jié)點(diǎn)中的NRF905模塊接口電路、串口電路和基站中的類似，只是管腳不同，因此在節(jié)點(diǎn)模塊設(shè)計(jì)中不做重復(fù)。</p><p>　　3.4.1 STC89LE516外圍電路設(shè)計(jì)</p><p&

95、gt;　　STC89LE516RD外圍電路設(shè)計(jì)如圖3.15所示</p><p>　　圖3.15 STC89LE516RD外圍電路設(shè)計(jì)</p><p>　　STC89LE516RD單片機(jī)的工作電壓在3.3.V。P0口到P3口，均用排針外部引出，18，19管腳為外接晶振管腳。P35-P37和P2口外接NRF905模塊。</p><p>　　3.4.2 SHT11模塊介紹

96、以及外圍電路設(shè)計(jì)</p><p>　　SHT11 是瑞士 Scnsirion 公司推出的一款數(shù)字溫濕度傳感器芯片。該芯片廣泛應(yīng)用于暖通空調(diào)、汽車、消費(fèi)電子、自動(dòng)控制等領(lǐng)域。主要特點(diǎn)如下：</p><p>　　◆高度集成，將溫度感測、濕度感測、信號(hào)變換、A／D 轉(zhuǎn)換和加熱器等功能集成到一個(gè)芯片上；</p><p>　　◆提供二線數(shù)字串行接口 SCK 和 DATA，接口

97、簡單，支持 CRC 傳輸校驗(yàn)，傳輸可靠性高；</p><p>　　◆測量精度可編程調(diào)節(jié)，內(nèi)置 A／D 轉(zhuǎn)換器(分辨率為 8～12 位，可以通過對(duì)芯片內(nèi)部寄存器編程米選擇)；</p><p>　　◆測量精確度高，由于同時(shí)集成溫濕度傳感器，可以提供溫度補(bǔ)償?shù)臐穸葴y量值和高質(zhì)量的露點(diǎn)計(jì)算功能；</p><p>　　◆封裝尺寸超小(7.62 mm×5.08mm&#

98、215;2.5 mm)，測量和通信結(jié)束后，自動(dòng)轉(zhuǎn)入低功耗模式；</p><p>　　◆高可靠性，采用 CMOSens 工藝，測量時(shí)可將感測頭完全浸于水中。</p><p>　　溫濕度傳感器 SHT11 將溫度感測、濕度感測、信號(hào)變換、A／D 轉(zhuǎn)換和加熱器等功能集成到一個(gè)芯片上，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。該芯片包括一個(gè)電容性聚合體濕度敏感元件和一個(gè)用能隙材料制成的溫度敏感元件。這兩個(gè)敏感元件

99、分別將濕度和溫度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，該電信號(hào)首先進(jìn)入微弱信號(hào)放大器進(jìn)行放大；然后進(jìn)入一個(gè) 14 位的 A／D 轉(zhuǎn)換器；最后經(jīng)過二線串行數(shù)字接口輸出數(shù)字信號(hào)。</p><p>　　SHT11在基站電路中的運(yùn)用主要是通過采用針插的方式。本身SHT11芯片是8管腳，但是實(shí)際需要的只有4管腳，所以在考慮到整體電路的方便性和實(shí)用性，在實(shí)際電路中結(jié)合SHT11模塊各個(gè)腳功能只需設(shè)計(jì)成4管腳的插口。SHT11外圍擴(kuò)展電路圖如3.16

100、所示。</p><p>　　圖3.16 SHT11電路</p><p>　　由于SHT11是屬于直插式溫濕度傳感器，并且采集進(jìn)來的溫濕度數(shù)據(jù)能自動(dòng)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，因此在sht11的電路設(shè)計(jì)中只需要做一個(gè)4腳的排針，不需要A/D電路就可以直接將溫濕度數(shù)據(jù)通過PD2和PB4傳輸給單片機(jī)（PD2是連接SHT11的SCK管腳，PB4是連接SHT11的DATA管腳），另外SHT11的工作電壓在2.4

101、V~5.5V，因此節(jié)點(diǎn)里的3.3V的電壓能保證SHT11正常工作。</p><p>　　3.4.3 電源模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　在節(jié)點(diǎn)中的設(shè)計(jì)中各個(gè)模塊的工作電壓統(tǒng)一在3.3V。如圖3.17所示</p><p>　　圖3.17 節(jié)點(diǎn)電源設(shè)計(jì)</p><p>　　電源電路中，首先通過外接一個(gè)5V的電壓從J9進(jìn)入，經(jīng)過電容C1和電容C2的濾

102、除交流電壓，再通過7805芯片的5V穩(wěn)壓作用，最后輸入給AMS1117芯片，轉(zhuǎn)化成3.3V的直流電源，然后供給各個(gè)模塊使用。</p><p>　　3.4.4 節(jié)點(diǎn)硬件總圖</p><p>　　圖3.18 節(jié)點(diǎn)電路原理總圖</p><p>　　如圖，中間是STC89LE516RD單片機(jī)，周圍分布節(jié)點(diǎn)其他硬件電路。</p><p><b&g

103、t;　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　4.1節(jié)點(diǎn)程序流程</b></p><p>　　節(jié)點(diǎn)程序流程圖如下圖4.1所示。節(jié)點(diǎn)模塊上電復(fù)位后，進(jìn)行模塊的初始化。單片機(jī)通過配置SCK和DATA腳給溫濕度傳感器的發(fā)送啟動(dòng)通信時(shí)序，再給溫濕度傳感發(fā)送命令進(jìn)行溫濕度的測量，如果2秒內(nèi)沒有完成測量就會(huì)提示錯(cuò)誤并進(jìn)行重新測量直到測量正確為止；如果測

104、量完成，單片機(jī)就能將溫濕度數(shù)據(jù)通過DATA管腳采集進(jìn)來。單片機(jī)此時(shí)再將NRF905配置成數(shù)據(jù)發(fā)送模式，將采集到的溫濕度數(shù)據(jù)發(fā)送給基站。發(fā)送完成后，對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測量時(shí)間延時(shí)，延時(shí)完成后則返回系統(tǒng)初始化。 </p><p>　　圖4.1節(jié)點(diǎn)程序流程圖</p><p><b>　　4.2基站程序流程</b></p><p>　　基站程序設(shè)計(jì)的如圖4.2

105、所示，基站系統(tǒng)上電后，首先進(jìn)行各個(gè)模塊的配置和初始化，將NRF905設(shè)置成數(shù)據(jù)接收模式，等待節(jié)點(diǎn)發(fā)送過來的溫濕度數(shù)據(jù)?；臼盏焦?jié)點(diǎn)的溫濕度數(shù)據(jù)包后，對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行分析和處理，判斷出節(jié)點(diǎn)的編號(hào)并保存內(nèi)容，如果接收到的內(nèi)容無效則刪除接收到的數(shù)據(jù)，并且返回繼續(xù)等待節(jié)點(diǎn)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)。其次數(shù)據(jù)保存好后，基站繼續(xù)等待接收其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，其他節(jié)點(diǎn)的溫濕度數(shù)據(jù)發(fā)送給基站后，基站對(duì)數(shù)據(jù)的分析和處理和前面的流程一樣。當(dāng)基站接收到所有的節(jié)點(diǎn)溫濕度數(shù)據(jù)時(shí)，基站

106、則將所有節(jié)點(diǎn)的溫濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和匯總，如果節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)里面有超過預(yù)警值的，基站就將超過預(yù)警值的節(jié)點(diǎn)編號(hào)以及該節(jié)點(diǎn)的溫濕度數(shù)據(jù)以短信的形式發(fā)送給用戶，如果各個(gè)節(jié)點(diǎn)溫濕度都正常，則不給用戶發(fā)送短信。最后再將匯總的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送給上位機(jī)。這樣基站就實(shí)現(xiàn)了能在節(jié)點(diǎn)所在的環(huán)境里進(jìn)行溫濕度的監(jiān)控。</p><p>　　圖4.2 基站程序流程圖</p><p>　　4.3NRF905數(shù)據(jù)發(fā)送流程圖&

107、lt;/p><p>　　典型的 RF905 發(fā)送流程分以下幾步： </p><p>　　A. 當(dāng)微控制器有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，通過 SPI 接口，按時(shí)序把接收機(jī)的地址和要發(fā)送的數(shù)據(jù)送傳給 RF905，SPI 接口的速率在通信協(xié)議和器件配置時(shí)確定； </p><p>　　B. 微控制器置高 TRX_CE 和 TX_EN，激發(fā) RF905 的 ShockBurstTM發(fā)送模式

108、； </p><p>　　C. RF905 的 ShockBurstTM 發(fā)送： </p><p>　　(1) 射頻寄存器自動(dòng)開啟； (2) 數(shù)據(jù)打包(加字頭和 CRC 校驗(yàn)碼)； </p><p>　　(3) 發(fā)送數(shù)據(jù)包； (4) 當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送完成，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳被置高；</p><p>　　D. AUTO_RETR