通信系统综合设计报告——光照强度监测系统设计

目录

第一章概述 (2)

第一节课题背景与意义 (2)

第二节课题设计要求与指标 (2)

第二章系统方案选择与确定 (3)

第一节硬件系统方案选择 (3)

一、光照采集模块方案选择 (3)

二、无线传输模块方案选择 (3)

三、 LCD显示模块方案选择 (4)

四、 MCU模块方案选择 (4)

第二节软件系统方案选择 (4)

第三章系统硬件设计与实现 (6)

第一节采集端硬件设计 (6)

一、光照采集模块设计 (7)

二、ATmega16L最小系统模块设计 (8)

三、无线传输模块设计 (9)

第二节终端硬件设计 (10)

一、LCD显示模块设计 (11)

二、变压电路设计 (12)

第四章系统软件设计与实现 (13)

第一节程序整体设计 (13)

第二节光照采集与AD转换程序设计 (13)

第三节无线传输程序设计 (14)

第四节LCD显示程序设计 (16)

第五节程序下载 (17)

第四章测试结果及讨论 (18)

第一节LCD显示测试 (18)

第二节光照采集与显示测试 (19)

心得体会 (21)

参考文献 (22)

附录 (23)

一、器件清单 (23)

二、工具清单 (23)

三、实物图 (24)

四、程序代码 (24)

第一章概述

第一节课题背景与意义

在现代农业和工业领域，经常需要对一些环境参数进行监测，以做出相应处理，确保设备和系统运行在最佳状态。随着科技的发展，对环境参数监测系统的要求也越来越高；因此基于传感器、单片机和无线通信芯片设计出一种无线环境参数监测系统十分的重要。

光照强度是一个重要的环境参数，在工业和农业领域有着重要的应用，本课程设计介绍一种可以应用在许多领域的无线光照强度监测系统，实现对环境中的光照强度进行实时采集处理、无线传输与显示的功能。

本文的主要研究工作集中在光照强度监测系统的设计上，通过C语言编程对单片机进行控制，使单片机控制光照采集传感器、无线通信芯片和LCD，实现系统功能。在本课题的基础上可以设计完成一个高速、方便、稳定的环境数据监测采集和传输系统，可以广泛应用于现代农业和工业领域。

第二节课题设计要求与指标

本系统以环境光照强度为研究对象，应满足的要求与指标为：

1、监测点光照强度测量精确，精度大于0.1lux；

2、将监测点的参数数据以无线方式发送至汇节点，并LCD显示，要求分立元件实现的无线传输距离大于20cm，无线传输模块实现的传输距离大于1km；

3、无线传输设备具有较强的抗干扰能力；

4、设备具有较高的实时性；

5、设备功耗功耗较低。

第二章系统方案选择与确定

第一节硬件系统方案选择

系统硬件部分主要分为采集端和终端两个部分，采集端应包含：光照采集模块、MCU模块、无线传输模块；终端应包括：MCU模块、无线传输模块、LCD 显示模块。针对各个模块，分别有几种不同的方案，本节将各个模块的方案进行比较并确定最终方案。

一、光照采集模块方案选择

系统要求采集环境内实时光照强度，并有一定的精确度，光照采集模块有下列两种方案：

方案一：采用光敏电阻及相关的外围电路，设计成的自制光照采集模块，用于采集环境光照信息。使用光敏电阻的电路结构简单、实时性高、成本低，但是一般的光敏电阻精确度较低，难以达到课题的要求。

方案二：采用光照传感器Po188采集环境的光照信息。使用光照传感器Po188的电路结构简单、实时性好、成本较低，灵敏度高、电流随光照度增强呈线性变化，采集精确度高，符合课题要求。故采用该方案。

二、无线传输模块方案选择

系统要求采集端通过无线的方式将采集到的光照强度信息发送到终端，终端也是采用无线的方式接受采集端发来的数据。无线通信模块方案有下列几种方案：

方案一：通过自制的无线通信模块，但是由于是采用分立元件设计的自制无线通信模块，工作不稳定，抗干扰性差，不满足题目的要求，故不采用该方案。

方案二：采用无线串口进行无线数据通信，具有接口简单，只需利用单片机的串口就可建立无线通信，采用该模块成本较高，虽然能够满足题目要求，但是考虑到系统的成本，不采用该方案。

方案三：采用无线收发模块nRF24L01，该模块采用SPI接口可以很方便的与MCU建立通信，发送与接受只需通过简单的将控制指令通过SPI接口写入nRF24L01就可以发送和接收数据。具有低的系统费用(低速微处理器也能进行高速射频发射)，数据在空中停留时间短，抗干扰性高。故采用该方案。

三、LCD显示模块方案选择

系统的终端需要实时地将环境光照强度信息显示出来，选择1602液晶模块，该模块能够显示32个ASCII码，并且电路结构简单，能够满足系统的数据显示要求，故采用液晶1602进行数据显示。

四、MCU模块方案选择

方案一：采用51系列单片机及其最小系统作为MCU模块，其特点是结构简单，使用的是CISC指令系统，冯诺依曼总线结构，系统功能易于实现，成本低，但是处理速度较慢，故不采用此方案。

方案二：采用A VR系列单片机及其最小系统作为MCU模块，其特点是结构简单，使用的是RISC指令系统，哈佛结构总线结构，处理速度较快，更好的满足系统实时性的要求，同时功耗较低。故采用该方案，我们选用的是ATmega16L 单片机。

第二节软件系统方案选择

软件系统采用模块化设计思想，分别使用C语言对对采集端和终端的MCU 进行编程。