2.2.2 无线数据传输模块的选型
方案一：NRF24L01的工作频率在2.4~2.5GHz范围，是目前通用的一种基于ISM频段的无线数据收发器芯片。nRF24L01无线通信模块可以通过软件程序对通讯的通道及输出功率进行配置，不仅内部融合了ShockBurst技术，而且内部继承了多种功能模块，包括频率合成电路、功率放大器及振荡器和解调器等。并且可以通过SPI通讯协议进行模块的驱动，编程方法简单，稳定性高。
方案二：蓝牙模块是一种目前近距离数据传输比较常用的一种方式，蓝牙模块的数据传输距离在10cm～10m左右，如果外加相关功率放大电路或某些外设，蓝牙的传输距离可以达到几十米。目前蓝牙技术虽然被描述的前景非常广阔，但是蓝牙技术现在还不是非常的成熟，其稳定性能不是很好，并且抗干扰能力也比较差，因此该技术还需要实际应用的严格考验。虽然蓝牙的通讯速率不是很高，但是在这个发展迅速的信息化和智能化时代，也有可能会对它的发展有一定的影响。
经过对比nRF24L01无线收发模块有较强的抗干扰能力，并且其稳定性和可靠性都优于蓝牙模块。为了实现系统的功能要求，本设计的无线传输模块最终选用nRF24L01芯片。 2.2.3 系统供电电源的选型
方案一：通过单相变压器将AC220V的交流电降压到AC12V之后，再经过由单向不可控二极管搭建的桥式整流电路对其进行进一步的电压整流处理，然后再将整流后的电压通过三端稳压电源芯片和相关滤波电路对其电压进行进一步的处理。例如可以LM7805稳压芯片实现稳压功能，该芯片的3脚可以将整流后的12V电压通过稳压芯片内部的稳压整流电路转
换为DC5V的电压传输给系统供电，这个稳压电路的搭建相对简单，但是其稳定性和转换精度不高。
方案二：采用电源适配器，电源适配器能够很好的输出较为平稳的直流电压，其输出电流也相对稳定，并且电源适配器有塑料外壳能够起到电源芯片的防尘和防爆作用，其内部电路的功耗较低，稳定性也相对比较好，携带也比较方便。电源适配器一般都具有多种自我保护功能，使用更加安全可靠。
经过对以上两种方案的对比，最终选择方案二作为本系统的供电方式，
因为方案一在整个电路搭建过程比较复杂，成本较高，而且稳定性和安全性都低于电源适配器。 2.2.4 单片机系统的选型
方案一： STM32F103C8T6单片机，工作电压为3.3V，且含有32位的高速处理芯片。其运算和运行速度都非常快，编程环境是Keil uVision4，编程界面较为简单并且改控制器的强大之处在于其代码的移植非常方便，能够很好的进行编程。Cortex-M3系列的单片机的内部资源和接口非常强大，拥有多路串口、A/D接口、SPI接口及外部中断，能够很好的应用到系统中，并且该单片机的价格便宜，工作也稳定。
方案二： AT89C51单片机，该单片机的外部IO资源和内部寄存器的资源相对较少，是目前市场上功能较为落后的一款控制芯片，但是该芯片是上市比较早的一款高性能的8位微处理器芯片，并且该芯片的市场价位相对较低，比较适合用于对系统稳定性和精度要求不是很苛刻的场合，而且该芯片的编程方法比较简单，非常适合刚开始接触微控制器的初学者。该该芯片的运算速度相对于STM32单片机来说有一定的差距，而且其外部IO资源和寄存器较少，与STM32单片机相比较显得有些不足。
经过对本系统的功能分析，因为本系统在整个工作过程中需要不断地对数据通过SPI接口发送和接收，对系统的运算速度有很高的要求，并且还用到了很多内部定时器及中断资源，因此选用STM32F103C8T6单片机作为系统的控制器芯片。 2.2.5 人机显示模块的选型
方案一：人机交互界面在每个系统中都有很重要的作用，LCD12864液晶显示就是一种常见的人机界面显示方式，LCD12864的显示功能比较强大，不仅仅能显示中文和英文，而且一些较为复杂的图形符号都可以通过编程的方式在液晶屏上显示出来，LCD12864液晶屏与单片机的连接方式有串行连接和并行连接，可以根据不同场合和显示数据量的大小进行选择。并行连接的数据显示和传输速度快，适合对显示速度要求高的场合，但是IO资源占用的较多；串行连接的数据显示和传输速度相对较慢，但是其IO资源占用较少，对显示速度要求不高的场合可以选用串行方式连接。并且LCD12864液晶屏的显示程序比较简单，与外部控制器的电路设计连接非常方便，能够很好的嵌入到系统中。
方案二：选用数码管对数据显示。数码管一般都是七段数码管，分为共阴极数码管和共阳极数码管，其编程方式采用循环扫描将不同的数据和变量在数码管上显示出来，数码管的市场价格相对便宜，而且编程简单，但是该模块只能显示简单的英文字母和阿拉伯数字，其显示效果相对较差，并且外围电路的搭建较为复杂，需要配合595等类型的锁存器使用，较为复杂。但是数码管的显示对单片机的初学者能起到很好的编程思路学习，但是本系统设计要求较高，不适应用数码管进行显示。
经过对系统分析，最终选择方案一作为本系统的人机交互显示方式的模块。
第3章 系统硬件电路设计
3.1 硬件系统的组成
本课题的硬件系统由一个主机和两个从机硬件电路组成，主机系统的电路由七部分组成，分别包括：CPU主控模块、DHT11温湿度一体传感器、nRF24L01通讯模块、LCD12864液晶显示模块、蜂鸣语音报警模块、模拟继电器LED指示模块以及电源驱动模块。两个从机电路与主机电路有一定的差异，从机电路设计由五个电路模块组成，分别包括：单片机主控模块、温湿度传感检测模块、无线数据收发通讯模块、模拟继电器LED指示模块以及电源驱动模块。主机与从机的主要区别在于主机系统有人机显示界面，能够通过主机上的LCD12864液晶模块监控从机一和从机二所检测的传感节点位置的当前环境参数，起到整个系统的监控作用。
3.2 CPU主控模块
此次设计的芯片采用的是STM32F103C8T6单片机，由于STM32系列基于ARM Cortex-M3内核的高性能单片机，其工作频率高达72MHz，芯片内部集成有高速存储器，丰富的I/O接口。内部包括多路ADC接口、串口、中断定时器、硬件SPI、CAN通信以及外部中断等多种资源接口。STM32F103C8T6单片机的温度工作范围很宽，能够在零下40摄氏度到零上105摄氏度的范围里面正常工作。并且该单片机的工作电压一般在3.3V左右就能正常工作，其功耗非常低，因此能够很好的嵌入到大部分系统中。STM32单片机的系统原理图如图3-1所示。
在单片机系统的设计过程中，设计者都非常注重复位电路的设计，因为复位系统是保证单片机系统在启动之后能否正常工作的一个重要过程，如果复位电路设计的不合理，甚至不正确，那么系统就无法正常启动，更无法运行后续的程序设计，导致整个系统程序停止，因此在系统复位电路的设计非常重要的一部分。复位电路设计如图3-1右下图所示。
STM32单片机晶振电路是CPU工作的心脏，所以在设计系统的晶振电路时一定要对单片机的内部机构性能有非常详细的了解，才能保证单片机能够正常的在系统中起到核心控制的作用，STM32单片机有两个晶振时钟源，一个是系统时钟源工作电路，该电路采用8M频率的晶振作为起振电路，外接两个22pF的电容辅助晶振电路的正常工作；另一个时钟源是STM32单片机特有的RTC时钟源，该单片机内部集成有RTC时钟电路，能够较容易的使用程序驱动内部RTC时钟的工作，使系统在对实时时间的程序编写及硬件电路的设计简化了很多问题。
图3-1 STM32F103C8T6最小系统原理图
3.3 温湿度传感检测模块
DHT11传感器是一款能够输出温度和湿度的数字式温湿度一体传感器，并且该传感器的输出信号已经经过校准后输出给控制器。为了确保该传感器的可靠性和稳定性，器内部采用了专用的温湿度传感技术和数字模块采集技术。该传感器采用单总线的数据传输方式，并且其体积小，功耗低，传输距离能达到20米以上，能够很好的与单片机进行连接嵌入到系统中。DHT11温湿度传感器的湿度检测范围是20％~90％RH；±5％RH的测量精度；温度检测的范围是0~50℃，±2℃的测量精度，其额定供电电压在3.0至5.5V均可，供电范围较宽，响应时间短，最长不超过5秒，DHT11
(完整版)多传感器数据采集与传输电路设计毕业设计
