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 西西 安安 邮邮 电电 学学 院院 毕业设计毕业设计( (论文论文) )任务书任务书 学生姓名学生姓名王莉指导教师指导教师杨春杰职称职称讲师 系别系别信息与控制专业专业自动化 题目题目基于 LM3S1138 室内环境无线监控系统 任务与要求任务与要求 一、任务一、任务 设计一个监控系统，能对室内的环境各个

2、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：二、要求： 1.系统分布在室内各处的节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

3、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。 开始日期开始日期2009 年 3 月 9 日完成日期完成日期2009 年 6 月 20 日 系主任系主任(签字签字)2009年1月8日 西西 安安 邮邮 电电 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 ( (论文论文) ) 工工 作作 计计 划划 学生姓名学生姓名_ _ 王莉_指导教师指导教师 杨春杰 _职称职称 讲师 _ _ 系别系别_信息与控制 _专业专业 _ _ 自动化 _ 题目题目 基于 LM3S1138 的室内环境无线监控系统 工作进程工作进

4、程 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 起 止 时 间工 作 内 容 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 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 每周三指导，除每周定时具体指导外，学生有问题也可随

5、时联系指导。 如有特殊原因可适当调整，否则按计划执行。 主要参考书目(资料) 主要仪器设备及材料 论文(设计)过程中教师的指导安排 对计划的说明 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 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

6、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、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

7、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。 C8051F系列单片机 无线发送 温度 湿度 火焰 液晶显示 电源部分

8、 从机框图 LM3S1138无线接收模块 U盘读写 液晶显示 GSM 外围器件 电源部分 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

9、信及监控终端的设计。 数据采集节点拟采用 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

10、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

11、总结及论文的撰写 4指导教师审阅意见 指导教师指导教师(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。 西西安安邮邮电电学学院院毕毕业业设设计计 ( (论论文文) )成成绩绩评评定定表表 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

12、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； 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

13、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) 指导教师成绩指导教师成绩 () 评阅成绩评阅成绩 () 验收成绩验收成绩 () 答辩成绩答辩成绩 () 学生实得成绩(百分 制) 指导教师成绩指导教师成绩 评阅成绩评阅成绩 验收成绩验收成绩 答辩成绩答辩成绩 总评

14、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) 目目 录录 摘 要.I ABSTRACT.II 1 引 言.1 2.背景知识2 2.1 ARM 简介.2 2.2 C8051F 系列单片机简介.3 2.3 U 盘备份.6 2.4 无线通信.7 3 系统硬件设计.11 3.1 系统功能介绍.11 3.2 主机硬件设计12 3.2 从机硬件设计17 4 系统软件设计.25 4.1 主机软件设计25 4.2 从机软件设计27 5 系统调试与结果.31 5.1 调试工具31

15、5.2 测试结果.35 6 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 摘摘 要要 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：从机节点采集现场信息（火焰、温度、湿度） ，并将信息通过 无线发送至监

16、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。 关键词关键词：ARM C8051 无线通信 传感器 数据存储 II Abstract In this paper, based on the introduction of wireless technology, sensor technology, GSM, single-chip with ARM technology wireless indoor environment mo

17、nitoring 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 microcomputer as a

18、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; abnormal if

19、 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 monitoring of other

20、 variables. Key Words： ARM C8051 wireless communication sensor Data Storage 基于 LM3S1138 的室内环境无线监控系统 0 1 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

21、存在着千差 万别，但都应满足可靠性、针对性、可移植性等条件。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

22、、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。 （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 TC35

23、i。 基于 LM3S1138 的室内环境无线监控系统 0 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 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

24、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 基于 LM3S1138 的室内环境无线监控系统 1 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

25、 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-51 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 80

26、51 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） 基于 LM3S1138 的室内环境无线监控系统 2 转换速率可达 200ksps 可多达 16 个外部单端或差分输入 VREF 可在内部 VREF、外部引脚或 VDD 中选择 内部或外部转换启动源 内

27、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 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 速度可达 25MIPS（时钟频率为 25MHz 时） 扩展的中断系统 3.存储器 768 字节内部数据 RAM（256+512） 8KB FLASH；可在系统编程，扇区大小为 512 字节 4.数字外设 17 个端口 I/O；均耐 5V 电压，大灌电流 硬件增强型 UART、SMBus 和增强型 SPI 串口 4 个通用 16 位计数器/定时器 16 位可编程计数器/定时器阵列（PCA） ，有 3 个捕捉/比较模块 使

28、用 PCA 或定时器和外部时钟源的实时时钟方式 5.在片调试 片内调试电路提供全速、非侵入式的在系统调试 支持断点、单步、观察/修改存储器和寄存器 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 廉价而完整的开发套件 6.时钟源 两个内部振荡器 24.5MHz，2%的精度，可支持无晶体 UART 操作 80/40/20/10 kHz 低频率、低功耗振荡器 外部振荡器：晶体、RC、C、或外部时钟 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 基于 LM3S1138 的室内环境无线监控系统 3 典型工作电流：6.4mA 25MHz 9A 32KHz 典型停

29、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 持多个主器件和从

30、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

31、结构图 基于 LM3S1138 的室内环境无线监控系统 4 2.3 U 盘备份 2.3.1 CH375 概述 CH375 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

32、 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。 CH375 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 US

33、B 主机及 USB 设备芯片接口框图 2.3.2 CH375 特点 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。 低速和全速 USB 设备接口，完全兼容 CH372 芯片，支持动态切换主机与设 备方式。 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 基于 LM3S1138 的室内环境无线监控系统 5 1.5Mbps 低速设备。 支持 USB 设备的控制传输、批量传输、中断传输。 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。 内置控制传输的协议处理器，简化常用的控制传输。 内置固件处理海量

34、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） 。 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。 并行接口包含 8 位数据总线，4 线控制：读选通、写选通、片选输入、中断输 出。 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。 支持 5V 电源电压和 3.3V 电源电压，支持低功耗模式。 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.

35、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CH375B 2.4 无线通信 2.4.1 功能特性概述 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 基于 LM3S1138 的室内环境无线监控系统 6 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

36、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(

37、-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）可通过 SPI 接口控制。 2.4.2 SPI 接口 1.概述 SPI 是 Serial P

38、eripheral 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件直接连接，该接口一 般使用 4 条线：串行时钟

39、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 基于 LM3S1138 的室内环境无线监控系统 7 （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

40、.4.3 CC1100 的主要特点 1.体积小（QLP 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-

41、FSK，GFSK 和 MSK 支持 2.4.4 内部框图 当通过 CC1100 发送无线数据时，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 基于 LM3S1138 的室内环境无线监控系统 8 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 基于 LM3S1138 的室内环境无线监控系统 9 3 系统硬件设计 3.1 系统功能介绍 3.1

42、.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、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。 C8051F单片机 温度信息 电源 外围器件 液晶显示 无线发送 LM3S11

43、38 电源 外围器件 液晶显示 无线接收 GSM单元U盘 从从机机（节节点点）框框图图 主主机机框框图图 火焰信息湿度信息 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 基于 LM3S1138 的室内环境无线监控系统 10 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

44、.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

45、U 盘。 3.1.2 无线通信电路设计 根据 CC1100 手册上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。 123456 A B C D 654321 D C B A T itle N umberR evisio nSize B D ate:3-Ju n-2 00 9 Sh eet of File:C :D ocumen ts and S etting sA dmin istrato r业业业业业业业业-业业

46、业业业业-业业.D dbD raw n By: SC L K 1 SO (G D O 1) 2 G DO 2 3 D VD D 4 D CO U PL 5 GDO0 6 CSN 7 XOSC-Q1 8 AVDD 9 XOSC-Q2 10 A VD D 11 R F-P 12 R F-N 13 A VD D 14 A VD D 15 GND 16 RBIAS 17 DGUARD 18 GND 19 SI 20 U 9 C C1 10 0 R 171 56 K C 51 10 0n C 81 27 p C 101 27 p C 131 3.9p C 121 3.9pC 122 8.2p C 123

47、 5.6p Y 2 26 M L 131 27 n L 122 22 n L 123 27 n L 121 27 n E 1 50 O hm +3.3 V +3.3 V +3.3 V +3.3 V +3.3 V +3.3 V C 124 22 0p C 125 22 0p SC L K SO G DO 2 GDO0 CSN SI C 41 10 0n C 91 10 n C 111 10 n C 151 22 0p C 141 10 0n C 181 22 0p 基于 LM3S1138 的室内环境无线监控系统 11 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

48、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。 123456 A B C D 654321 D C B A T itle Num berRevisionSize B Date:17-Mar-2009Sheet of File:G:业业业业业业Z LG -ARM业业业业业业业业业业业业.DdbDrawn By: P0.0/V RE F 4 GN D 5 VD D 6 RST /C2CK 7 P2.0/C2D 8 P1.7 9 P1.6 10 P1.5 11 P1.4 12 P1.3 13 P1.2 14 P1.1 15 P1.0 16 P0.7 17 P