毕业设计论文基于LM3S1138室内环境无线监控系统.doc

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1、西安邮电学院 毕 业 设 计（论 文）题 目： 基于LM3S1138室内环境无线监控系统 系 别： 信息与控制 专 业： 自动化 班 级： 自动0501 学生姓名： 王莉 导师姓名： 杨春杰 职称： 讲师 起止时间： 2009年3月9日 至 2009年 6月 20日 西 安 邮 电 学 院毕业设计(论文)任务书学生姓名王莉指导教师杨春杰职称讲师系别信息与控制专业自动化题目基于LM3S1138室内环境无线监控系统 任务与要求一、任务设计一个监控系统，能对室内的环境各个参数进行采集，并对采集到的数据进行分析，当出现情况异常时，系统能够及时的监测到并能发出报警。二、要求：1. 系统分布在室内各处的节

2、点能够准确的采集各参数，如温度、湿度、二氧化碳浓度、是否有火焰等；2. 各节点采集到的数据能够顺利的传到监控中心处，使得以集中处理和分析；3. 无线数据传输通道顺畅，能保证数据的正确传输，可以抵抗一定的干扰；4. 监控中心可以通过无线正常的接收各节点的数据，当有数据同时到达时，也可以保证数据的接收不出错，并能进行下次的接收；5. 监控中心能迅速准确的处理并分析接收到的各节点数据，并能分析数据的来源；6. 监控中心可以将接收到的各环境参数数据保存在U盘中，并能读出，以便人工分析；7. 当任一节点监测到环境情况异常时，监控中心可以迅速反应并能做出报警动作；8. 具有一定的人机界面。开始日期2009

3、年 3 月9 日完成日期2009年6 月20 日系主任(签字)2009年1月8日西 安 邮 电 学 院毕 业 设 计 (论文) 工 作 计 划 学生姓名_ 王莉_指导教师 杨春杰 _职称 讲师 _系别_信息与控制 _专业 _ 自动化 _ 题目 基于LM3S1138的室内环境无线监控系统 工作进程起 止 时 间工 作 内 容第1周至第2周 3.93.22 前期准备工作及相关知识学习第3周至第5周 3.23 4.12 从机模块的设计与仿真第6周至第10周 4.135.17 主机设备的设计与调试第11周至第12周 5.185.31 系统调试第13周至第14周 6.16.20 总结及论文撰写主要参考书

4、目(资料)主要参考书目(资料)1. 单片机原理及应用 2. ARM嵌入式系统基础教程3. Stellaris外设驱动库用法详解主要仪器设备及材料1. PC机一台及相关软件2. 工具一套（烙铁、万用表等）3. 元件若干论文(设计)过程中教师的指导安排每周三指导，除每周定时具体指导外，学生有问题也可随时联系指导。对计划的说明如有特殊原因可适当调整，否则按计划执行。西安邮电学院毕业设计(论文)开题报告 信息与控制 系 自动化 专业 2005 级 01 班课题名称：基于LM3S1138室内环境无线监控系统学生姓名： 王莉 学号： 06051033 指导教师： 杨春杰 报告日期： 2009年3月12号

5、1本课题所涉及的问题及应用现状综述（1） 背景描述：随着信息化的的高度发展，通讯的的自由化和高层次化，人们对各种环境的安全性、舒适性有了进一步的提高，环境数据监控的智能化需求大大增加。本文所设计的系统小型监控系统结合了传感器技术、无线技术、GSM、数据存储等多种技术，并都采用成熟的技术和方案，监控系统的数据采集因功能不同存在着千差万别，但都应满足可靠性、针对性、可移植性、稳定性的原则，本文所述的方案经过相应的改造后可以应用于多种场合，具有很重要的现实意义。（2） 功能特点：在本系统中，要实现的功能大体上可以分为五大部分：一、分布式的传感器网络进行数据的可靠采集；二、节点和监控中心的数据传输；三

6、、数据的实时集中处理；四、监控数据的存储；五、出现异常时的智能化处理。（3） 功能描述：各节点的传感器实时采集温度、湿度，是否有火焰产生等参数，实时监控环境状况，数据采集后通过节点的控制器C8051F330单片机进行前期处理，并通过无线以预定义信息格式发送到主机上，主机由主控制器LM3S1138、无线接收模块、U盘数据备份、LCD液晶显示、GSM模块组成，主机通过无线接收模块接收传感器节点的数据，送到液晶屏上进行实时的显示，可通过U盘的进行数据备份。当发生异常时，主机自动通过GSM（或GPRS）模块向房子主人短信提示以及时采取措施，并实时写入数据库。根据测量参数要求以及应用的场合不同，选用的传

7、感器可以进行相应的调整，以适应不同的应用需求。主机、从机结构框图见下图所示。从机框图主机框图2本课题需要重点研究的关键问题、解决的思路及实现预期目标的可行性分析（1） 设计思路：通过各种传感器（湿度、温度、火焰等）对室内环境的各种变量（空气湿度、室内温度、室内是否有明火等）进行监控，并通过无线将监控信息实时的发送给主机进行分析，如果某种变量异常，主机通过短信的方式告知房间的主人及时处理并在U盘中自动备份数据。主机可工作在自动模式或命令模式。（2） 应用的技术分析：本设计涉及多节点数据采集、主从机之间的无线通信、主机数据处理、主机与房主（或）之间的GSM（或GPRS）通信及监控终端的设计。数据采

8、集节点拟采用C8051F单片机；无线通信拟采用Chipcon公司的CC1100芯片，工作在433MHz下；GSM模块拟采用TC35i。（3） 技术方案比较：本类课题的实现方式的不同主要在主从机的主控制器的选择上，对于监控系统而言，主控制器可以选择ARM、单片机、FPGA等，出于处理速度、存储空间、开发复杂度考虑，系统选取了ARM作为主机控制器；对于从机而言，由于其主控芯片只需发挥收集数据并向主机传输数据的作用，选择价格较低的单片机比较适合。FPGA价格较高，在数据处理时无明显优势。ARM芯片在开发上比较复杂。采用基于传统MSC-51结构的C8051F系列单片机是一个好的选择。设计重点难点：本次

9、设计的重点应该是监控节点的设计，怎样使监控更精确及如何将实时监控数据通过无线发送给主机等；而监控中心对数据的正确接收和处理并将其存储起来则是本设计的难点。最终，监控系统的主机选择了ARM芯片LM3S1138作为控制器，从机选取了C8051F作为主控制器。3完成本课题的工作方案第一阶段：第一周至第二周 前期准备工作及相关知识学习 第二阶段：第三周至第五周 从机模块的设计及仿真 第三阶段：第六周至第十周 主机设备的设计及调试 第四阶段：第十一周至第十二周 系统调试 第五阶段：第十三周至第十四周 总结及论文的撰写 4指导教师审阅意见指导教师(签字)： 年 月 日本报告必须由承担毕业论文(设计)课题任

10、务的学生在毕业论文(设计) 正式开始的第1周周五之前独立撰写完成，并交指导教师审阅。西安邮电学院毕业设计 (论文)成绩评定表学生姓名王莉性别女学号06051033专 业班 级自动0501课题名称基于LM3S1138的室内环境无线监控系统课题类型实际应用难度难毕业设计（论文）时间2009 年3月9 日6 月20 日（共14周）指导教师杨春杰 （职称：讲师）课题任务完成情况论文 (千字)； 设计、计算说明书 (千字)； 图纸 (张)；其它(含附件)：指导教师意见说明：成绩评定参照本科毕业设计（论文）评分标准分项得分：开题调研论证 分； 课题质量（论文内容） 分； 创新 分；论文撰写（规范） 分；

11、学习态度 分； 外文翻译 分指导教师审阅成绩：指导教师(签字)： 年 月 日评阅教师意见说明：成绩评定参照本科毕业设计（论文）评分标准分项得分：选题 分； 开题调研论证 分； 课题质量（论文内容） 分； 创新 分；论文撰写（规范） 分； 外文翻译 分评阅成绩： 评阅教师(签字)： 年 月 日验收小组意见说明：成绩评定参照本科毕业设计（论文）评分标准分项得分：准备情况 分； 毕业设计（论文）质量 分； （操作）回答问题 分验收成绩：验收教师(组长)(签字)： 年 月 日答辩小组意见说明：成绩评定参照本科毕业设计（论文）评分标准分项得分：准备情况 分； 陈述情况 分； 回答问题 分； 仪表 分答辩

12、成绩： 答辩小组组长(签字)： 年 月 日成绩计算方法(填写本系实用比例)指导教师成绩 () 评阅成绩 () 验收成绩 () 答辩成绩 ()学生实得成绩(百分制)指导教师成绩 评阅成绩 验收成绩 答辩成绩 总评 答辩委员会意见毕业论文(设计)总评成绩(等级)： 系答辩委员会主任(签字)： 系(签章) 年 月 日备注西安邮电学院毕业论文(设计)成绩评定表(续表)目 录摘 要IABSTRACTII1 引 言12.背景知识22.1 ARM简介22.2 C8051F系列单片机简介32.3 U盘备份62.4无线通信73 系统硬件设计113.1系统功能介绍113.2 主机硬件设计123.2 从机硬件设计1

13、74 系统软件设计254.1 主机软件设计254.2 从机软件设计275 系统调试与结果315.1 调试工具315.2测试结果356 总结39致谢40参考文献41附录一：程序清单42附录二：主机电路图53附录三：从机电路图54摘 要本文主要介绍了基于无线技术、传感器技术、GSM、单片机与ARM技术的智能家居室内环境无线监控系统。该系统主要分为监控数据采集节点、主控单元和存储单元三部分，各部分使用不同的主控制器，由不同软件支持。其中，监控节点使用C8051F330D单片机作为主控制器，采集环境变量并通过无线发送到主控单元；主控单元使用ARM芯片LM3S1138。 系统工作流程为：从机节点采集现场

14、信息（火焰、温度、湿度），并将信息通过无线发送至监控主节点，主节点显示并备份存储数据至U盘。如果数据出现异常，则通过手机短信将情况发送到用户手机上。该设计具有智能化、自主化、高性价比等特点；具有很强的适用性和可移植性；稍作改造就可以进行其他变量的监控。关键词：ARM C8051 无线通信 传感器 数据存储AbstractIn this paper, based on the introduction of wireless technology, sensor technology, GSM, single-chip with ARM technology wireless indoor en

15、vironment monitoring system. The monitoring system is mainly divided into data acquisition node, main control unit and Memory unit of three parts, each using a different part of the main controller, by the different types of software support; one of the node to monitor the use of single-chip microco

16、mputer as a main controller C8051F330D, collecting environmental variables and through wireless sent to the main control unit; main control unit provided by the use of race ARM LM3S1138development board.Through the wireless receiver to monitor the node data, and then show back up data backup set U;

17、abnormal if the data through mobile phone message sent to the masters of the situation on mobile phone to do the corresponding treatment. The design of intelligent, self-reliance, cost-effective features such as; has strong applicability and portability; slightly modified can be carried out monitori

18、ng of other variables.Key Words： ARM C8051 wireless communication sensor Data Storage1 引 言（1） 课题背景智能家居指利用电脑、网络和综合布线技术，通过家庭信息管理平台将与家居生活有关的各种子系统有机结合在一起的一个系统。智能家居的技术范畴较广，对室内各项环境参数的监测应作为智能家居技术应用的一个基础环节。（2） 国内外研究现状智能家居在中国的发展已过了概念普及期，现在开始进入快速的发展期，技术差距较国外落后2至3年。对于家居系统的数据采集因功能要求的不同存在着千差万别，但都应满足可靠性、针对性、可移植性等

19、条件。本文所设计的小型监控系统采用成熟的技术及通用性器件，具有很强的现实意义。（3） 应用领域分析自主监控系统具有很强的移植功能，稍微改造一下（主要是传感器方面）就能适应更多环境进行监控更多的环境参数；因此其应用领域很广。（4） 技术指标传感器节点不少于三个，采集的环境参数不少于三个；温度传感器的测量范围为-1080，湿度传感器的测量范围为20%60%，火焰传感器测量距离约2.5M；无线通信的频率为433MHz，距离为15m以上；有明火并伴有温度较大变化时自动启动灭火装置。（5） 设计思路通过各种传感器（湿度、温度、火焰等）对室内环境的各种变量（空气湿度、室内温度、室内是否有明火等）进行监控，

20、并通过无线将监控信息实时的发送给主机进行分析，如果某种变量异常，主机通过短信的方式告知房间的主人及时处理并在U盘中自动备份数据。主机可工作在自动模式或命令模式。（6） 应用的技术分析本设计涉及多节点数据采集、主从机之间的无线通信、主机数据处理、主机与用户之间的GSM通信及监控终端的设计。数据采集节点采用C8051F单片机；监控节点采用ARM芯片LM3S1138为主控制器；无线通信采用Chipcon公司的CC1100芯片，工作在433MHz下；GSM模块采用TC35i。2.背景知识2.1 ARM简介LM3S1138是基于Cortex-M3内核的ARM。与常用的ARM7内核相比，Cortex-M3

21、具有明显的优势：一、Cortex-M3采用的是哈佛架构，指令和数据总线分开，没有瓶颈；二、支持16位的Thumb/Thumb-2指令集，两种指令可以混写，不需要进行状态的切换；三、执行指令的速度更快，最高可达1.25DMIPS/MHz；四、功耗更低。其优异的性能使得其能应用于各种场合。LM3S1138的结构框图如图2-1所示。图2-1 LM3S1138内部结构框图本次毕业设计使用的广州周立功公司生产的EasyARM1138开发板，EasyARM1138是专门针对广大电子信息专业在校大学生而设计的一款基于ARM公司Cortex-M3先进内核的高性能、低价格开发板，用于教学、毕业设计、电子竞赛，等

22、等。除了几个I/O用于LED灯和按键外，所有的I/O口都已引出，在本次毕业设计中，主控制器硬件部分没有进行相应的设计，但进行了软件开发，因此关于ARM部分的硬件设计不做过多的介绍。EasyARM1138的实物图如图2-2所示。图 2-2 EasyARM1138实物图2.2 C8051F系列单片机简介2.2.1 简介C8051F系列单片机是完全集成的混合信号系统级芯片，具有与8051兼容的微控制器内核，与MCS-51指令集完全兼容，除了具有标准8051的数字外设部件之外，片内还集成了数据采集和控制系统中常用的模拟器件和其它数字外设及功能部件。C8051F系列单片机使用Cygnal的专利CIP-5

23、1微控制器。CIP-51与MCS-51指令集完全兼容，可以使用标准的8051的汇编器和编译器进行软件开发。CIP-51采用流水线结构，与标准的8051结构相比指令速度有了很大的提高，在一个标准的8051中，除了乘法和除法指令外的其它所有指令都需要1个或者2个机器周期。而对于CIP-51内核，70%的指令的执行时间为1个或者2个系统时钟周期，只有4条指令的执行时间大于4个系统时钟周期。2.2.2 特点C8051F330D是C8051F系列单片机中唯一的一个双列直插封装的芯片；其主要特点如下：1. 模拟外设（1） 10位ADC（只限于 F330） l 转换速率可达200kspsl 可多达16个外部

24、单端或差分输入l VREF可在内部VREF、外部引脚或VDD中选择l 内部或外部转换启动源l 内置温度传感器（2） 10 位电流输出 DAC（只限于 F330） （3） 比较器2. 高速 8051 微控制器内核 l 流水线指令结构；70%的指令的执行时间为一个或两个系统时钟周期l 速度可达25MIPS（时钟频率为25MHz 时）l 扩展的中断系统3. 存储器 l 768字节内部数据RAM（256+512）l 8KB FLASH；可在系统编程，扇区大小为512字节4. 数字外设l 17个端口I/O；均耐5V电压，大灌电流 l 硬件增强型UART、SMBus和增强型SPI串口l 4个通用16位计数

25、器/定时器 l 16 位可编程计数器/定时器阵列（PCA），有3个捕捉/比较模块l 使用 PCA 或定时器和外部时钟源的实时时钟方式5. 在片调试l 片内调试电路提供全速、非侵入式的在系统调试l 支持断点、单步、观察/修改存储器和寄存器 l 比使用仿真芯片、目标仿真头和仿真插座的仿真系统有更优越的性能 l 廉价而完整的开发套件6. 时钟源l 两个内部振荡器l 24.5MHz，2%的精度，可支持无晶体UART操作l 80/40/20/10 kHz低频率、低功耗振荡器l 外部振荡器：晶体、RC、C、或外部时钟 l 可在运行中切换时钟源，适用于节电方式 7. 供电电压2.7V - 3.6V l 典型

26、工作电流：6.4mA 25MHz 9A 32KHz l 典型停机电流：0.1A 8. 温度范围：-40C - +85C 2.2.3 内部结构框图C8051F330有较丰富的内部资源：1. 包括4个16位的定时器，其中两个与标准的8051兼容，另两个是16位自动重装定时器，可用于ADC、SMBus或作为通用定时器使用；2. 通过串行接口UART，它提供标准的8051的方式1和方式3。具有增强的波特率发生器电路，有多个时钟源可用于产生标准波特率；3. 增强型串行同步外设SPI，它提供访问一个全双工同步串行总线的能力。SPI可作为主器件或从器件工作，可以使用3线或4线方式，并可在同一总线上支持多个主

27、器件和从器件；4. 10位ADC和DAC，C8051F330的ADC0子系统集成了两个16通道模拟多路选择器（合称AMUX0）和一个200ksps的10位逐次逼近寄存器型ADC，ADC中集成了跟踪保持电路和可编程窗口检测器。AMUX0、数据转换方式及窗口检测器都可用软件通过特殊功能寄存器来配置。ADC0可以工作在单端方式或差分方式，可以被配置为用于测量P0P1、温度传感器输出或VDD（相对于P0P1或GND）。其它内部资源还有DAC、比较器、SMBus、PCA、内部振荡器件等。其内部框图如图2-3所示。图2-3 C8051F330内部结构图2.3 U盘备份2.3.1 CH375概述CH375

28、是一个USB总线的通用接口芯片，支持USB-HOST主机方式和USB-DEVICE/SLAVE 设备方式。在本地端，CH375 具有8 位数据总线和读、写、片选控制线以及中断输出，可以方便地挂接到单片机/DSP/MCU/MPU等控制器的系统总线上。在USB 主机方式下，CH375还提供了串行通讯方式，通过串行输入、串行输出和中断输出与单片机/DSP/MCU/MPU 等相连接。CH375 的USB 设备方式与CH372 芯片完全兼容，CH375 包含了CH372 的全部功能。本手册中没有提供CH375 在USB 设备方式下的说明，相关资料可以参考CH372 手册CH372DS1.PDF。CH37

29、5 的USB主机方式支持常用的USB全速设备，外部单片机可以通过CH375按照相应的USB 协议与USB 设备通讯。CH375 还内置了处理Mass-Storage 海量存储设备的专用通讯协议的固件，外部单片机可以直接以扇区为基本单位读写常用的USB 存储设备（包括USB 硬盘/USB 闪存盘/U 盘）。CH375作为USB主机和USB设备芯片的框图如图2-4所示。图2-4 USB主机及USB设备芯片接口框图2.3.2 CH375特点l 低速和全速USB-HOST主机接口，兼容USB V2.0，外围元器件只需要晶体和电容。 l 低速和全速USB设备接口，完全兼容 CH372 芯片，支持动态切换

30、主机与设备方式。 l 主机端点输入和输出缓冲区各64字节，支持 12Mbps 全速 USB 设备和 1.5Mbps 低速设备。 l 支持USB设备的控制传输、批量传输、中断传输。 l 自动检测USB设备的连接和断开，提供设备连接和断开的事件通知。 l 内置控制传输的协议处理器，简化常用的控制传输。 l 内置固件处理海量存储设备的专用通讯协议，支持 Bulk-Only传输协议和 SCSI、UFI、RBC 或等效命令集的USB存储设备（包括 USB 硬盘/USB 闪存盘/U 盘/USB 读卡器）。 l 通过U盘文件级子程序库实现单片机读写USB 存储设备中的文件。 l 并行接口包含8位数据总线，4

31、线控制：读选通、写选通、片选输入、中断输出。 l 串行接口包含串行输入、串行输出、中断输出，支持通讯波特率动态调整。 l 支持5V电源电压和3.3V电源电压，支持低功耗模式。 l 采用SOP-28无铅封装，兼容RoHS，提供 SOP28到 DIP28的转换板，引脚基本兼容CH374芯片 2.3.3 CH375管脚分布及封装说明CH375管脚分布如图2-5所示。图2-5 CH375管脚分布图CH375封装如表2-1所示。表2-1 CH375封装表封装形式塑体宽度引脚间距封装说明订货型号SOP-287.62mm300mil1.27mm50mil标准28脚贴片CH375B2.4无线通信2.4.1 功

32、能特性概述CC1100是一种低成本真正单片的UHF（超高频）收发器，为低功耗无线应用而设计。电路主要设定为在315、433、868和915MHz的ISM（工业，科学和医学）和SRD（短距离设备）频率波段，也可以容易地设置为300-348 MHz、400-464 MHz和800-928 MHz的其他频率。RF收发器集成了一个高度可配置的调制解调器。这个调制解调器支持不同的调制格式，其数据传输率可达500kbps。通过开启集成在调制解调器上的前向误差校正选项，能使性能得到提升。CC1100的功耗很低。除了RX电流消耗低达14-15mA(与所要求的通信距离有关)外，CC1100还包括广播叫醒功能，这

33、在被选中的接收机系统中可大大降低平均系统功耗。该器件的电压范围(1.8V至3.6V)可完全利用电池的容量。CC1100接收器灵敏度高(-110dBm/1.2kbps)。多信道的CC1100很适合于频率灵活、听后发射和跳频(FHSS)系统。这些器件支持FSK、GFSK、ASK/OOK和MSK调制方法。CC1100在所有频段，提供10dBm的输出功率。它的灵敏度及链接性能较好，传输距离长。另外，该芯片还有足够的信号频谱以满足最新的FCC要求(47.CFR15.247)，在902-928MHz频段不用跳频时输出功率高于-1dBm。CC1100的主要操作参数和64位传输/接收FIFO（先进先出堆栈）可

34、通过SPI接口控制。2.4.2 SPI接口1. 概述SPI是Serial Peripheral Interface的缩写，中文意思是串行外围设备接口，也称为串行同步外设接口。SPI接口主要应用在 EEPROM，FLASH，实时时钟，AD转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。SPI是一种高速的、全双工、同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，现在越来越多的芯片集成了这种通信协议，比如LM3S1138、C8051F、CC1100等。2. 接口简介SPI总线系统可直接与各个厂家生产的多种标准外围器

35、件直接连接，该接口一般使用4条线：串行时钟线（SCLK）、主机输入/从机输出数据线SOMI、主机输出/从机输入数据线SIMO和低电平有效的从机选择线CS。3. 工作原理SPI的工作原理很简单，它以主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，需要至少4根线，事实上3根也可以（单向传输时）。也是所有基于SPI的设备共有的，它们是CS、SCLK、SIMO、SOMI。（1） CS从设备使能信号，由主设备控制（2） SCLK时钟信号，由主设备产生（3） SIMO主设备数据输出，从设备数据输入（4） SOMI主设备数据输入，从设备数据输出2.4.3 CC1100的主要特点1. 体积小（QLP

36、 44mm封装，20脚） 2. 真正的单片UHF RF收发器 3. 频率波段：300-348 MHz、400-464 MHz和800-928 MHz 4. 可编程控制的数据传输率，可达500kbps 5. 较低的电流消耗（RX中15.6mA，2.4kbps，433MHz） 6. 可编程控制的输出功率，对所有的支持频率可达+10dBm 7. 单独的64字节RX和TX数据FIFO 8. 高效的SPI接口 9. 对数据包导向系统的灵活支持：对同步词汇侦测的芯片支持，地址检查，灵活的数据包长度及自动CRC处理 10. 2-FSK，GFSK和MSK支持2.4.4内部框图当通过CC1100发送无线数据时，

37、数据从SPI接口进入CC1100的缓冲区中，然后经过内部的包处理、编码和调制，最后从天线发送出去。接收过程则是其逆过程。CC1100的内部框图如图2-6所示。图2-6 CC1100内部结构框图2.4.5应用电路根据CC1100的芯片数据手册，其典型应用电路如图2-7所示。图2-7 CC1100典型应用电路3 系统硬件设计3.1系统功能介绍3.1.1系统功能各房间前端的传感器节点实时采集温度、湿度、是否异常火焰产生等参数，实时监控环境状况，采集数据后通过节点的控制器C8051F系列单片机进行前期处理，并通过无线以预定义信息格式发送到主机上，主机由LM3S1138处理器、无线接收模块、U盘数据备份

38、、LCD液晶显示、GSM模块组成，主机通过无线接收模块接收传感器节点的数据，送到液晶屏上进行实时的显示，可通过U盘的进行数据备份。当发生异常时，主机自动通过GSM模块向房子主人短信提示以及时采取措施。系统框图如图3-1所示。图3-1 系统功能框图3.1.2主机功能1. 通过无线接收节点检测数据；2. 通过LCD12864分屏显示节点数据，并显示其他相关信息；3. 判断节点检测的环境变量是否异常，如果有，则控制GSM模块将异常现象通过短信告知房主；4. 通过U盘控制器件CH375将节点监控的数据储存在U盘中，当U盘的空间不足时，ARM控制CH375自动删除U盘的一半空间。3.1.3从机功能1.

39、通过三个传感器采集三种环境变量的数据；2. 通过NOKIA 5110 LCD显示采集到的数据；3. 通过无线将三种环境指数发送到主机，供主机分析处理。 3.2 主机硬件设计3.1.1主机工作原理C8051F330单片机通过CC1100无线模块采集各个从机（监控节点）发送的数据，然后对数据进行处理，通过串口将处理好的数据发送给主机ARM进行分析处理；ARM通过串口收到数据后，通过12864液晶显示数据，分析数据是否出现异常，如果有异常情况，控制TC35i模块将异常数据通过短信的形式发送给用户，最后ARM通过控制U盘控制芯片CH375将数据存入U盘。3.1.2无线通信电路设计根据CC1100手册上

40、提供的典型应用电路，设计了无线发送接收模块，而将与控制器的接口部分和电源部分引出，这样便于统一使用。CC1100与控制器的接口为SPI接口，其外围电路的电阻电容值根据数据手册确定。设计的无线模块电路原理图如图3-2。图3-2无线模块电路图无线模块与控制器的接口为SPI，在无线模块的使用上，采用C8051F330对CC1100进行控制，而由C8051F330将接收到的数据通过串口发送到ARM上，由ARM进行处理。C8051F330与无线模块的接口电路图如图3-3所示。图3-3 CC1100应用电路图3.1.3 U盘存储器件（CH375）CH375与ARM的连接分为控制接口和数据接口，其中控制接口

41、有五根控制线，分别为片选线、地址/数据选择线、读使能信号、写使能信号和中断输出，在本系统中，我们将控制接口的五根线接在PB口上；数据接口是一个8位的接口，在EasyARM1138中，仅有PF口能提供完整的8位数据接口，因此数据接口接在PF上。具体连接如下图3-4所示。图3-4 CH375与ARM连接电路图3.1.4 GSM模块（TC35i）GSM使用TC35i的模块，对于GSM模块，电路基本上不用设计。ARM与TC35i之间是通过串口进行通信的，而且TC35i使用的是232电平，因此只需要连接一个电平转换的芯片，使得在ARM和TC35i之间通信时进行电平转换即可。在这次设计中使用的是MAX32

42、32电平转换芯片，其应用电路比较简单，也很常见，只需接五个电容即可。需要注意的是TXD信号线和RXD信号不要接反。MAX3232的应用电路原理图如图3-5所示。图3-5 电平转换电路原理图3.1.5液晶显示电路设计1. LCD12864（主控芯片ST7920）概述使用的LCD12864是汉升实业有限公司的ST7920控制器系列产品。该产品为中文图形液晶模块，分带字库和不带字库，我们使用带简体中文字库的液晶。LCD12864可实现四行汉字或字符，每行可现实八个汉字或十六个字符。2. LCD12864与MCU的接口LCD12864与控制器的接口有两种：一是串行模式，串行模式只需要四线信号就可以完成

43、对LCD12864的操作；二是并行模式，并行模式需要一个8位的数据接口及四线的控制接口。对于本系统来说，首先没有多余的8位数据接口可供使用，再者并行模式比较浪费I/O资源且没有串行模式简单，基于以上分析，在本次毕业设计中，我们采用的是串行模式。串行模式需要四线信号线，分别为：片选信号；串行数据线；串行时钟线；复位信号。LCD12864的具体接口定义请见表3-1。表3-1 12864液晶与MCU的接口定义名称形态电平功能描述并口串口VCCI-模块电源输入(未注明为5V)GNDI-电源地V0I-对比调节端VEEI-液晶驱动电压PSBIH/L并口/串口选择:H 并口;L 串口RSTIH/L复位信号,低有效RS(CS)IH/L寄存器选