基于單片機的無線傳感器網絡Proteus仿真研究

摘 要：為了實現對無線傳感器網絡的顯示效果，提出了一種基于單片機的Proteus仿真的測試系統設計方案，并完成系統的軟硬件設計。該系統的硬件部分主要采用Proteus虛擬儀器模擬仿真，軟件部分采用單片機c語言進行編程，能夠完成對整個系統的顯示效果仿真。實際應用表明，該仿真電路具有操作簡便、測試準確的特點，達到了系統設計要求。

關鍵詞：無線傳感器網絡；仿真；Proteus；單片機

中圖分類號：TP368.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2015） 02-0000-01

傳感器作為人們感官的延伸，在現代社會中得到了越來越廣泛的應用。隨著通信技術、嵌入式技術、傳感器技術的發展，傳感器正逐漸向智能化、微型化、無線網絡化發展。本文以多功能跑馬燈系統為例，使用模塊化設計思路，實現了一個無線傳感器網絡。這種傳感器網絡綜合了嵌入式技術、傳感器技術、短程無線通信技術，多功能跑馬燈可以應用到裝飾當中去裝飾一些東西，更具有吸引力、漂亮。熟悉掌握SPI接口的應用，還有利用SPI對74HC595的控制學會如何編寫具有連發功能的按鍵，如何控制16個LED[1，2]。

一、系統設計分析

多功能跑馬燈的具體要求如下：（1）顯示效果使用16個LED；（2）設置三個按鍵，K1-模式鍵，通過按鍵調整顯示結果，要求有8種模式；K2-加速鍵，提高走馬燈顯示效果的速度；K3-減速鍵，放慢走馬燈的顯示效果速度；（3）8種模式通過一個共陰型數碼管顯示出來，比如，走馬燈的顯示效果為模式一時，數碼管顯示數字“1”。

在電路的連接與安裝當中沒出現什么問題，電路連接好后，下載程序，一切運行正常，LED具有八種顯示模式。分別如下：

模式1：LED從左到右循環點亮，只有一個燈亮。模式2：LED從右到左循環點亮，只有一個燈亮。模式3：LED從左到右，然后從右到左，只有一個燈亮。模式4：一個燈從左到右滅，然后從右到左，循環滅。模式5：LED燈從左到右滅，然后從右到左滅，再接著就是從右到左點亮，從左到右點亮。模式6：四個LED點亮，從左到右，然后從右到左，每次循環到一個燈亮時，就重新循環。模式7：四個LED滅，從左到右，然后從右到左，每次循環到一個燈滅時，就重新循環。模式8：六個LED燈亮，從左到又，到達邊界時立即返回，不停留。

二、總體設計

該系統結構控制器采用51系列單片機，通過按鍵模塊作為輸入端口，對二極管陣列進行操作，同時控制數碼管顯示功能現象。

三、Proteus仿真電路圖

仿真電路多樣化，本系統采用并排發光管陣列，通過總線連接方式布線，是整體看起來美觀大方，效果更加明顯，給視覺上的感覺更加逼真，無需實際器件。在算法效果上達到與實際一致，測試上省時省力。

仿真系統直接加載算法設計程序代碼生成的HEX文件，跟實際運行效果一致，無需多余操作，方便初學者應用。

四、測試系統軟件設計

該測試系統的軟件采用高級語言C編程，編程平臺是keil，keil平臺是目前常見的免費軟件開發平臺。該平臺不僅提供了對C語言及匯編語言的支持，還具有各種測試、通信、控制和數值分析的能力，具有控制功能強大、庫函數豐富、實時性強、編程容易等優點。為了日后的更新、維護與拓展，在設計過程中采用模塊化的思想，整個系統由按鍵模塊、顯示模塊、發光二極管檢測模塊、定時中斷模塊和初始化模塊等組成。

本系統采用89C52單片機設計，主要通過按鍵開關對跑馬燈進行控制，包括跑馬燈模式的選擇、跑馬燈模式的顯示、跑馬燈速度變化控制。

定時器中斷延時程序設計：采用delay（）函數進行的延時是不精確的，主要有以下兩個原因。（1）該類型的delay（）函數采用的延時是通過對變量進行遞減或遞增實現的，很難計算精確的延時時間；（2）由于跑馬燈的狀態函數和延時函數是和主任務耦合到一起的，因此主任務的執行時間要對延時的時間產生影響。假設一個跑馬燈的延時函數的延時時間是1s，但是由于主函數可能存在不同的分支，因此當主函數執行不同分支程序時，實際的跑馬燈延時時間是不一樣的；（3）系統應用到P0口做I/O口，要接上拉電阻；（4）使用萬用表排查電路中是否存在斷路或者短路情況。筆者在制作外部接口電路時使用的是排針，焊接時容易出現管腳之間短路，所以在上電以前必須先排查電路；（5）編輯一個簡單程序，上電運行，檢查單片機是否正常工作，復位電路是否正確。

如果比較結果不正確，需要檢查修改電路后重新進行檢測。通過實際應用發現，該測試系統測試結果準確、穩定可靠。

五、實驗應用

單片機最小系統電路包括電源、復位電路、外部時鐘震蕩電路、單片機和外部接口電路。調試過程需要注意以下幾點：（1）檢查電源是否完好；（2）單片機電源要連接正確，并且保證單片機的31號引腳接高電平。單片機的31號引腳是外部程序存儲器選擇信號端，當該引腳為高電平時，單片機會一直從片內程序存儲器內取指令；（3）系統應用到P0口做I/O口，要接上拉電阻；（4）使用萬用表排查電路中是否存在斷路或者短路情況。筆者在制作外部接口電路時使用的是排針，焊接時容易出現管腳之間短路，所以在上電以前必須先排查電路；（5）編輯一個簡單程序，上電運行，檢查單片機是否正常工作，復位電路是否正確。

如果比較結果不正確，需要檢查修改電路后重新進行檢測。通過實際應用發現，該測試系統測試結果準確、穩定可靠。

六、結束語

該測試系統采用常見器件為硬件平臺，軟件設計采用模塊化設計思想，提高了系統的可靠性和維護性。該測試系統已用于大型活動裝飾進行測試，實際應用表明該測試系統具有測試準確、穩定可靠、人機界面友好等特點，達到了設計要求。

參考文獻：

[1]肖洪兵.跟我學用單片機[M].北京：北京航空航天大學出版社，2012（08）.

[2]彭偉.單片機C語言程序設計實訓100例——基于8051+Proteus仿真[M].北京：電子工業出版社，2012.

[3]趙曉安.MCS-51單片機原理及應用[M].天津：天津大學出版社，2011（03）.

[4]李廣第.單片機基礎[M].北京：北京航空航天大學出版社，2009.

[5]徐惠民，安德寧.單片微型計算機原理接口與應用[M].北京：北京郵電大學出版社，2006.

[作者簡介]聶增麗（1985-），女，重慶人，講師，碩士，研究方向：通信技術、無線傳感器網絡。

[基金項目]重慶工程學院2013年校內科研基金項目《最小跳數的無線傳感器網絡能耗均衡路由算法研究》（項目編號：2013xzky07）。