Journal of Information and Electronics of Guangdong Ocean University
Vol.1, No.1, March 2014, pp 38－42
广东海洋大学电子信息学刊
2014
年
3
月第
1
卷
基于无线的环境监测系统
温碧伟
1+
1
(广东海洋大学
信息学院 电气工程及其自动化
1113
班)
The Environmental monitoring system based on wireless
Biwei Wen
1+
1
(Class Electrical engineering and its automation 1113, Information Insititute, GuangDong Ocean University)
+ Corresponding author: Phone: 13726934904,E-mail:
397337354@qq.com
,
http://www.gdou.edu.cn
Abstract:
This passage mainly describes a kind of environmental monitoring systems based on 2.4GHz wireless and
Android Bluetooth，introduces the overall design and system structure.
Key words:
nRF24Le1;Android Bluetooth
摘
要：本文主要描述的是一种基于
2.4GHz
无线和
Android
蓝牙的环境监测系统，介绍其整½的设计方案和系
统结构。
关键词：nRF24Le1；Android
蓝牙
1
简介
本系统的主要功½：数据采集设备采集数据存储在中心站中，用户通过手机的蓝牙连接中心站设备，获
取存储在中心站的数据，然后手机在将数据上传至云服务器中进行备½，以备日后所需。数据采集端可以挂
½½多个不同的传感器，用来监测周围环境的数据。这种无线的连接给安装和½用场合带来了很大的方便，是
智½家居的可选途径之一。
1.1
总½设计方案
系统的总½方案如图一，从图中看以清晰的看到整个的系统工½流程。中心站与各个数据采集端是通过
2.4G 无线进行数据传输，用户则通过蓝牙与中心站连接，获取中心站的数据。
图一 系统总½设计方案
温碧伟:基于无线的环境监测系统
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2
系统的功½模块
整个系统的下½机由中心站设备和数据采集端组成，其中，中心站由四个功½模块组成，分别是充电管
理模块、稳压模块、无线单片机模块、蓝牙模块；数据采集端由稳压模块、无线单片机模块、Ds18b20 传感
器组成。整个下½机系统的功½模块连接框图如图二。下面将对主要模块进行叙述。
图二 系统功½模块
2.1
nRF24Le1模块
下½机的主控制是采用带无线的单片机 nRF24Le1，这是一款由 NORDIC 公司生产的 2.4GHz 无线芯片，其
内½增强型 8051 高速单片机。是 NORDIC 推出的一款½成本、高性½、内嵌入微处理器的射频收发单芯片，
是为超½功耗无线应用设计的单片无线收发系统，片内 16KB Flash 存储器， 1KB 数据空间（片内 RAM),1KB
非易失存储器空间， 512 字节 非易失数据存储，½功耗振荡器，实时计数器，AES 硬件加密等模块功½，以
及为½功耗设计的多种电源模式，支持硬件调试，NRF24LE1 提供了一个理想的无线协议平台，具有协议的无
缝连接，高安全性，½功耗以及搞抗干扰的优良性½
。
图三
nRF24Le1
模块
2.2
蓝牙模块
蓝牙模块实物如下，该模块支持 SPP 蓝牙串口协议，½用 AT ½令进行控制，具有½功耗、½积小、收发
灵敏等优点，还可以简化通行结构。
图四 串口蓝牙模块
40
2.3
充电管理及稳压模块
广东海洋大学电子信息学刊
Vol.1, No.1, March 2014
考虑便于携带与½用，这里的设备½采用锂电池供电，支持
5V
直流电源进行充电，这样即方便又环保。
所以这里就要一个充电保护模块了，这里采用
tp4057
这个
500mA
的锂电池充电
IC，电路简单，指示明确。
下面提供其经典电路。
图五
tp4057
应用电路
关于
3.3V_LDO
稳压模块，这里没有½用
ASM1117-3.3，是考虑到整个系统的½功耗的设计。因为
ASM-1117
的静态电流有
5~10mA，
是不适合在½功耗产品上应用的。而是采用同样具有三端接口的
HT7113，
这是一种采用
CMOS
技术的½功耗电压的调整器，½输入输出电压差为
40mV，静态功耗电流为 1.5uA，输
出负½½电流为
30mA，这已经完全满足了系统的要求。所以在系统进入休眠期，其损耗是很小的，这样就从
本质上降½了系统的功耗，符合½功耗的设计理念。
3
硬件电路设计
3.1
PCB图
考虑到整个系统要符合½功耗的设计理念,硬件设计上多东西½已经省去，
下面分别就是采集终端设备和
中心站设备的
PCB
图。
图六 采集终端设备
图七 中心站设备
3.2
实物图
下½机的实物如下：
图八 采集终端设备
图九中心站设备
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41
4
½件设计
½件的设计主要就是上½机和下½机的编程两部分。由于是下½机先完成，所以主要是上½机来匹配下
½机的接口。下½机留有接口，用来和上½机进行通信及数据传输。
4.1 下½机流程图
下½机的½件编程重点是如½实现两个
nRF24Le1
模块的通信及数据传输，还有就是中心站如½区别数
据是哪个数据终端的发送的。所以这里对终端设备发送的数据进行了处理，就是在数据里进行了标定，表明
数据是哪个设备发送的，这里只是实现采集发送的数据，½两者的最终程序的流程图应如下：
图十 采集终端程序流程图
图十一 中心站程序流程图
4.2 手机上½机
这里涉及的就是android手机蓝牙编程了，先简单介绍一下，具½的就不详述了，因为写起来的话可½又
是一篇文章了。android手机蓝牙有8个类，其中主要用到的有四个类，分别是：
（1）BluetoothAdapter 蓝牙适配器，在建立蓝牙连接前用到它，主要是获取蓝牙的信息，打开、关闭蓝牙等；
（2）BluetoothDevice 蓝牙设备，主要是用UUID创建并返回一个BluetoothSocket；
（3）BluetoothServerSocket 蓝牙服务端，这个本人没有用过，应该是和Socke差不多的；
（4）BluetoothSocket 蓝牙客户端，用来连接设备，传输数据和断开连接的；
Android蓝牙连接的通用步骤：
（1）检测是否有蓝牙设备；
（2）激活蓝牙；
（3）扫描设备；
（4）建立连接；
（5）数据传递；
Android蓝牙开发其实还是很多知识点的，比如½连接多个设备，如½在两个设备中进行高速率的数据传
输等。笔者现在列出下面几个需要在开发中注意的问题：
（1）注意在代码中添加蓝牙的½用的权限，这是本人开始的时候犯的一个错误，整个程序编译下½½½没有错
误，½是一旦尝试打开手机蓝牙就是强制退出程序。
（2）就是数据的处理，因为我一开始以为不用线程就可以解决的，½是总是接收失败，有时候严重的时候手
机自动重启。后来找到资料说在连接蓝牙后和接收传输数据的时候最½就是创建一个线程，提高程序的
稳定性。
（3）在扫描周围蓝牙设备的后，需要注册BroadcastReceiver，用来接收查找到的蓝牙设备信息，不然即½查
找到了，也不会有任½信息。
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本项目的Android蓝牙上½机界面如下，这里只是一个雏½，主要的功½就是连接中心站，获取数据和存
储数据。
图十二 手机端上½机
5
结束语
整个项目½件到硬件的设计基本已经成，整½的设计还不是很完善。不足之处就是云服务器方面还未实
现，现在正在往这方面探索。½件算法还有待完善，设备的外壳还未设计，这些½要在后期的工½中不断完
成。
参考文献：
[1] nRF24Le1
数据手册.pdf
[2] Ds18b20
数据手册.pdf
[3]
高洪岩编著
Android
学习精要 清华大学出版社
[4] Android
蓝牙编程.doc
温碧伟(1991-
)广东河源
人，广东海洋大学，信
息学院，电气工程及其
自动化
1113
班，兴趣方
向为嵌入式系统开发，
自动化控制
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