基于STM32W108单片机温湿度监测系统的设计与实现

摘要

无线传感器网络是由大量随处分布，具有通信与计算能力的微小传感器节点所组成的能够自主组网通信与测量功能的局部或广域的网络。传感器网络最初是由于军事需要而发展起来的，随着技术的逐步发展以及人们生活要求的提高，它的应用也越来越广泛，已经进入人们生活的方方面面。但无线传感器网络因其工作环境的限定，同时也要求它具有极低的功耗，较低成本，以及方便的使用特性等，而Zigbee协议的出现恰恰适应了时代的这种需求。
　　 本文采用意法半导体的STM32W108-Zigbee单片机、DHT11温湿度采集芯片设计并实现了温湿度监测系统。文中主要完成了STM32W108核心板、外围电路板、迂回倒F天线设计仿真、STM32W108的片内程序以及上位机程序等。本文主要研究重点是微带天线（PCB天线）的设计:设计过程中采用Cadence设计软件结合迂回倒F天线设计方法，在保证整体性能的同时使核心板在同样搭载PCB天线的Zigbee核心板中做到了最小尺寸(20mm×30mm)，并将所研究的做成实物与上位机软件进行联机显示，同时实测视线传输距离在120m左右。
　　 文中首先介绍了Zigbee技术标准和网络协议，对Zigbee特有的网络结构和各层做简单介绍;然后，结合Zigbee天线及其基本理论设计一款满足设计要求的Zigbee天线;其次，结合应用需求和本系统设计中所采用的STM32W108-Zigbee单片机的特点、优势，设计了基于STM32W108Zigbee单片机的温湿度监测系统的软硬件部分;最后，对论文进行总结，并提出今后的研究工作方向。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 温湿度系统概述

1．2 国内外研究现状

1．3 文章的主要内容及结构

第二章 Zigbee协议标准

2．1 Zigbee技术概述

2．1．1 Zigbee设备

2．1．2 Zigbee协议架构

2．2 Zigbee网络拓扑结构

2．3 Zigbee网络通信方式

2．4 本章小结

第三章 Zigbee天线理论及其设计

3．1 微波传输线理论

3．1．1 微波等效电路物理量

3．1．2 微波传输线等效电路

3．2 天线的基本概念

3．2．1 方向图

3．2．2 天线效率

3．2．3 增益

3．2．4 辐射电阻

3．2．5 匹配

3．2．6 电压驻波比

3．3 半波振子的基本特点

3．4 Zigbee天线设计

3．4．1 巴伦变换

3．4．2 Zigbee天线设计

3．4．3 Zigbee倒F天线仿真

3．5 本章小结

第四章 Zigbee温湿度监测系统模块及硬件设计

4．1 电源模块

4．1．1 供电方式介绍

4．1．2 3．3V线性稳压芯片-ASM1117-3．3

4．2 Zigbee单片机模块

4．3 温湿度模块

4．4 JTAG接口模块

4．5 串口通信模块

4．6 指示模块

4．7 滤波模块

4．8 本章小结

第五章 Zigbee温湿度监测系统的软硬件设计与实现

5．1 cadence电路板设计软件介绍

5．2 Zigbee温湿度采集系统原理图及PCB设计

5．2．1 核心板原理图及PCB板图

5．2．2 底板原理图及PCB板图

5．2．3 性能测试

5．3 Zigbee温湿度采集系统软件设计

5．3．1 STM32W108单片机程序

5．3．2 上位机程序的编写

5．4 Zigbee系统数据采集显示

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作

致谢

附录