最新外界环境检测仪的设计设计

外界环境检测仪的设

计设计

题目外界环境检测仪的设计

学生姓名赵俊杰学号 1113024078所在学院物理与电信工程学院

专业班级通信工程专业 1103 班

指导教师李翠华

完成地点物理与电信工程学院实验室

2015 年 6月 5日

外界环境检测仪的设计

赵俊杰

（陕西理工学院通信1103班陕西汉中 723000）

指导教师：李翠华

【摘要】外界环境检测仪是对外界环境所涉及到的变量进行检测，例如、温度、湿度、光照强度、灰尘浓度等，使人们方便及时的了解外界环境的状况，也可用于航海宇航等工业领域。本次设计利用单片机控制实现了传感器对温度、湿度、光照强度及灰尘浓度的检测与无线传输，实现了人们在室内及时了解外界环境的变化。本系统具有功能强大、成本低、工作稳定、传输数据及时、准确的优点。

【关键词】：温度、湿度、光照强度、灰尘浓度、无线传输。

The design of the external environment detector

Zhao junjie

（Grade11,Class1103,Major Communication ，Shaanxi University of Technology，

Hanzhong 723000，Shaanxi)

Tutor:Li Cuihua

Abstract:External environment detector is involved to the outside environment variables, such as, temperature, humidity, light intensity, dust concentration,

etc.,which make people convenient and timely understanding of the external environment condition ,and used for navigation aerospace and other industrial fields. This design used single-chip microcomputer to control of temperature, humidity, light intensity，dust concentration measurement and wireless transmission finally in order to understand the change of external environment in a timely manner for people indoors . the system has powerful function, low cost, stable work, the advantages of accurate and timely data transmission.

Key Words: Temperature, humidity, light intensity, dust concentration, wireless transmission.

目录

1 绪论 0

1.1研究背景及意义 0

1.2 设计指标及要求 0

2.方案设计 (1)

2.1器件选型 (1)

2.1.1 传感器简介 (1)

2.1.2短距离无线传输模块简介 (2)

2.1.3 LCD1602显示: (3)

2.2本系统设计方案 (4)

2.2.1传感器选型 (4)

2.2.2无线模块方案论证 (4)

2.2.3显示模块方案论证 (4)

3.系统硬件电路的设计 (5)

3.1设计思路与总体框图. (5)

3.2传感器电路设计 (6)

3.3无线传输模块 (7)

3.4 显示电路 (8)

4系统软件设计 (11)

4.1主程序 (11)

4.2传感器信息采集 (14)

4.3 无线射频nRF24L01 (15)

4.3.1无线发射程序流程文字详叙 (18)

4.3.2无线接收程序流程文字详叙 (18)

4.3 LCD1602显示模块设计 (18)

5软硬件调试 (22)

5.1 软件调试 (22)

5.2硬件电路调试 (23)

致谢 (25)

参考文献 (26)

附录A：外文资料 (27)

附录B 外文翻译 (29)

附录C (31)

附录D ：元器件清单 (50)

附录E：实物图 (51)

1 绪论

1.1研究背景及意义

在人们的日常生活中，出行、旅游、行程安排都离不开对环境状况提前的预知，传统的有线检测，受制于地理环境位置，和自由约束性太大，故而追求一种不受位置环境限制的实时检测检测仪。目前我国的环境检控系统大都采用有线检控系统，由于有线检控系统受地域和环境因素的影响难以实施全面、灵活的监测，在外界环境特殊的情况下事故发生率仍然较高。因此用无线检控系统取代有线检控系统，将大大提高监测与预警水平。无线技术有多种，然而适合于无线电缆短距离传输的外界环境有效的方法之一是利用RF24L01（射频技术）和Zigbee技术（无线短距离传输技术）。本次设计基于无线SPI协议组建的网络外界环境检测系统，为外界环境监测提供了新方法思路。RFL2401技术具有低成本、低功耗和低速率无线传输的特点，适用于长短各种距离小范围的组网协议，尤其是在控制领域中得到快速的发展与应用。

国外研究现状和发展趋势

无线传感器网络的研究起始于美国，在20世纪90年代末期只有美国在无线传感器网络上有所研究，直到21世纪开始，美国和欧洲相继开启了无线传感器网络的研究计划，2003年美国自然科学基金委员会制定的无线传感器网络的研究计划。美国的一些研究机构和高级计划局投入了大量资金支持高校和科研机构研究无线传感器网络。美国英特尔公司，微软公司和其他信息产业巨头也开始对无线传感器网络进行研究，同时还有其他科技发达国家也开始了无线传感器网络的研究工作。

经过几年的研究，不断的利用和改进，现在无线传感器采集系统主要应用在城市公共安全、公共卫生、安全生产、智能交通、智能家居、环境监控等控制领域。所以，越来越多的公司和厂家重视无线传感网络的研究与发展。

1.2 设计指标及要求

外界环境的好坏和人们的生活密切相关，本设计要求设计一外界环境检测仪，可以实现对外界环境温度，湿度，光照，灰尘颗粒浓度的检测，检测到的数据可以实现无线传输，使人们可以在家中随时了解外界环境的状况。

1. 画出总体设计框图，用以说明检测仪由哪些相对独立的功能模块组成，标出各个模块之间互相联系。并以文字对原理作辅助说明，具有检测温度，湿度，光照，灰尘浓度的功能。

2. 设计各个功能模块的电路图，总电路具有无线传输的功能；。

3. 选择合适的元器件，在开发板上接线验证、调试各个功能模块的电路，在接线验证时设计、选择合适的输入信号和输出方式，在确定电路充分正确性同时，输入信号和输出方式要便于电路的测试和故障排除。

4. 在验证各个功能模块基础上，对整个电路的元器件和布线进行合理布局，试验样机一套。

2.方案设计

2.1器件选型

本设计涉及到的主要问题是：（1）传感器选型（2）信息传输核心芯片的选型和模块的设计（3）无线传输模块的辩论（4）显示模块的设计及液晶显示的选型。

2.1.1 传感器简介

光敏电阻

光敏电阻器是利用半导体的光电导效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器，又称为光电导探测器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。另一种是电阻会随光的减弱而减小。本次设计是选用前者作为光强采集元件。

图2.1 光敏电阻

光照强度L采集，通过光敏电阻由于它的电气特性影响所在电路支路的电流，进而改变模拟电压，ADC0832内部的电路在时钟频率下，每隔一段时间对模拟量进行16分频采集，采集到的电压，用比较电路将其与参考进行比较进而编为0/1代码,（此次过程也量化编码的过程）在内部逻辑的控制下将其以一个字符为单位送入锁存寄存器，进行锁存，于此同时等待单片机中断的到来。其结果可直接用于单片机的识别。

数字温湿度传感器

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，传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，校准系数以程序的形式存在OTP内存中，传感器内部在检测型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，使其成为给类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳

选择。4针单排引脚封装，连接方便。