WIFI星形无线监控自组网系统设计

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)

3.2 ESP8266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：

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

无线传输

AT89C52

＋EPS8266 无线网卡

PC 机 手机

（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

1.3.1 RS485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。

1.3.2 RS232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