無線溫濕度采集系統(tǒng)設(shè)計說明

1、無線溫濕度采集系統(tǒng)設(shè)計xx 指導(dǎo)老師：xx農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院 xx級電子信息工程 230036摘要：溫濕度測量廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，為了避免傳統(tǒng)布線安裝的測量不便，以與所引起的電磁干擾和信號衰減，達(dá)到對溫濕度的精確測量,設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了一種無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該采集系統(tǒng)是以AT89S52單片機(jī)為核心，利用數(shù)字式溫濕度傳感器SHT10進(jìn)行測量，將測量數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)AT89S52，經(jīng)過處理從無線發(fā)送模塊nRF905發(fā)射出去，單片機(jī)通過模擬SPI口實(shí)現(xiàn)與nRF905之間的通信，因?yàn)閚RF905兼具發(fā)射和接收功能，經(jīng)過一定距離的傳輸，無線接收模塊將接收到的數(shù)據(jù)送單片機(jī)串口，進(jìn)行數(shù)據(jù)識別以與通過LCD1602顯

2、示溫濕度，成功地實(shí)現(xiàn)了無線溫濕度的數(shù)據(jù)采集。關(guān)鍵詞：nRF905 AT89S52 AHT101 引言溫度、濕度是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要環(huán)境參數(shù)，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中占有重要地位，對其進(jìn)行適時準(zhǔn)確的測量具有重要意義。而傳統(tǒng)的溫濕度傳感器需通過較復(fù)雜的電路才能將溫度信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，且遠(yuǎn)距離傳輸會引起較大的誤差。本系統(tǒng)采用單總線數(shù)字溫濕度傳感器SHT10，直接將溫濕度變?yōu)閿?shù)字信號，配合單片機(jī)與無線通信模塊nRF905進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸，達(dá)到實(shí)時采集的目的。利用單片機(jī)對溫、濕度控制具有控溫、濕精度高、功能強(qiáng)、體積小、價格低，簡單靈活等優(yōu)點(diǎn)，很好的滿足了工藝要求。本文介紹了利用AT89S52單片機(jī)進(jìn)行溫度和濕

3、度檢測的智能化方法。2 設(shè)計要求無線溫度、濕度采集系統(tǒng)是家庭信息智能化的一個部分，也獨(dú)立應(yīng)用于農(nóng)業(yè)大棚溫濕度監(jiān)控。傳統(tǒng)的布線安裝給使用帶來很大不便，為了解決這一問題，本設(shè)計需要設(shè)計一款無線溫濕度采集系統(tǒng)，通過無線的方式實(shí)現(xiàn)主機(jī)對各采樣點(diǎn)的溫度、濕度信息進(jìn)行監(jiān)控。本設(shè)計是實(shí)現(xiàn)溫度和濕度的測量和實(shí)時監(jiān)控，通過單片機(jī)(AT89C52)直接連接SHT10，將測量得到的溫度和濕度數(shù)據(jù)顯示在液晶屏上。上位機(jī)的數(shù)據(jù)經(jīng)過無線傳輸與顯示后再被傳輸至接受端的89S52單片機(jī)中，然后再由單片機(jī)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可以由液晶顯示板1602顯示的數(shù)據(jù)。3 系統(tǒng)總體方案無線溫濕度采集系統(tǒng)是一種基于射頻技術(shù)的無線濕溫度檢測裝置。本

4、系統(tǒng)由傳感器和接收機(jī)，以與顯示芯片組成。傳感器部分由數(shù)字溫濕度度傳感器芯片SHT10，單片機(jī)AT89S52，低功耗射頻傳輸單元nRF905和天線等組成。傳感器采用電源供電，接收機(jī)接收來自傳感器的溫度數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理、保存后在LCD1602上顯示，所存儲的溫度數(shù)據(jù)可以通過串行口連接射頻裝置與接收端進(jìn)行交換。單片機(jī)對nRF905 的對外接口進(jìn)行SPI 讀寫操作，以此來控制nRF905 的工作模式以與相關(guān)收發(fā)數(shù)據(jù)的操作，從而完成無線數(shù)據(jù)傳輸。 nRF905 溫濕度 M 433MHZ M 傳感器 C 無線發(fā)射 無線接收 C 液晶顯示 電源 U U 采集模塊 接收模塊PreambleAddressPay_

5、LoadCRC32 bit32 bit圖1 系統(tǒng)通訊方式與總體框圖4 采集模塊硬件電路設(shè)計本系統(tǒng)采用AT89S52單片機(jī)作為主控制器，顯示單元采用LCD1602液晶顯示，通過溫濕度度傳感器SHT10實(shí)現(xiàn)溫濕度的采集，通過射頻芯片nRF905實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸和接收。采集模塊框圖2所示。溫濕度傳感器 M C無線發(fā)送模塊電源 U圖2 采集模塊框圖4.1 電源模塊的設(shè)計輸出+5V直流電源為設(shè)計中各個分電路、器件供電。如圖3所示。圖3 電源模塊電路圖4.2 SHT10溫濕度傳感器傳統(tǒng)的溫濕度傳感器將溫濕度轉(zhuǎn)換成可以測量的電壓或電容進(jìn)行計算，雖然價格便宜，但可靠性不高，而且電路復(fù)雜，需要通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)

6、換才能將電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。而數(shù)字式傳感器測量得到的是數(shù)字量，可以直接與單片機(jī)相連。因此本設(shè)計傳感器選擇的是數(shù)字式溫濕度傳感器SHT10。數(shù)字單總線溫度傳感器是目前最新的測溫器件，它集溫度測量，A/D轉(zhuǎn)換于一體，具有單總線結(jié)構(gòu)，數(shù)字量輸出，直接與微機(jī)接口等優(yōu)點(diǎn)。既可用它組成單路溫度測量裝置，也可用它組成多路溫度測量裝置，文章介紹的單路溫度測量裝置已研制成產(chǎn)品,產(chǎn)品經(jīng)測試在-10-70間測得誤差為0.25,80T105時誤差為0.5,當(dāng)T>105誤差為增大到1左右。傳統(tǒng)的模擬式濕度傳感器一般都要設(shè)計信號調(diào)理電路并需要經(jīng)過復(fù)雜的校準(zhǔn)和標(biāo)定過程，因此測量精度難以保證，且在線性度、重復(fù)性、互換

7、性、一致性等方面往往不盡人意。為了克服這些缺點(diǎn)，本設(shè)計采用瑞士Sensirion公司生產(chǎn)的具有I2C總線接口的單片全校準(zhǔn)數(shù)字式相對濕度和溫度傳感器SHT10。該傳感器采用獨(dú)特的CMOSensTM技術(shù)，具有數(shù)字式輸出、免調(diào)試、免標(biāo)定、免外圍電路與全互換的特點(diǎn)。圖4 溫濕度采集模塊單片機(jī)與SHT10接口電路部分：SHT10的SCK口和DATA口分別與單片機(jī)的P1.6口和P1.7口連接，DATA需要一個外部的上拉電阻(4.7k)將信號提拉至高電平，只有當(dāng)DATA為高電平時，SHT10才開始工作，如圖4所示。4.3 AT89S52芯片介紹AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，可以與M

8、CS-51單片機(jī)產(chǎn)品可以兼容。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片晶振與時鐘電路?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。AT89S52是片有ROM/EPROM的單片機(jī)，因此，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡單、可靠。用AT單片機(jī)構(gòu)成最小系統(tǒng)時，只要將單片機(jī)接上時鐘電路和復(fù)位電路即可，如圖 AT89S52單片機(jī)最小系統(tǒng)所示。由

9、于集成度的限制，單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)只能作一些小型的控制單元。其應(yīng)用特點(diǎn)：有可供用戶使用的大量I/O口線； 部存儲器容量有限；應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性。圖5 單片機(jī)引腳圖4.3.1 時鐘電路AT89S52雖然有部振蕩電路，但要形成時鐘，必須外部附加電路。AT89S52單片機(jī)的時鐘產(chǎn)生方法有兩種，一種是部方式，利用時鐘部的振蕩電路產(chǎn)生時鐘信號；另一種是外部方式，時鐘信號由外部引入。本設(shè)計采用部時鐘方式，利用芯片部的振蕩電路，在XTAL1、XTAL2引腳上外接定時元件，部的振蕩電路便產(chǎn)生自激振蕩。本設(shè)計采用最常用的部時鐘方式，即用外接晶體和電容組成的并聯(lián)諧振電路。振蕩晶體可以在1.2MHZ到24MHZ

10、之間選擇，常用的晶振頻率有6MHZ、12MHZ和11.0592MHZ。電容CX1和CX2主要是幫助起振，稱為諧振電容，電容值無嚴(yán)格要求，但電容的取值對振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小、振蕩電路起振速度有少許影響，CX1、CX2可在20pF到100pF之間取值，當(dāng)時鐘頻率為12MHZ時典型值為30pF。所以本設(shè)計中振蕩晶體采用12MHZ，電容選擇30pF。4.3.2 復(fù)位電路AT89S52的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器來抑制噪聲，在每個機(jī)器周期的S5P2,斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到部復(fù)位操作所需要的信號。圖6 單片機(jī)最小系統(tǒng)4.4 nRF

11、905功能的實(shí)現(xiàn)nRF905單片無線收發(fā)器工作由一個完全集成的頻率調(diào)制器，一個帶解調(diào)器的接收器，一個功率放大器，一個晶體震蕩器和一個調(diào)節(jié)器組成。ShockBurst工作模式的特點(diǎn)是自動產(chǎn)生前導(dǎo)碼和CRC，可以很容易通過SPI接口進(jìn)行編程配置。nRF905系統(tǒng)原理圖見附錄C。4.4.1 nRF905的接口nRF905主要包括三種接口：1）、模式控制接口：該接口由PWR、TRX_CE、TX_EN組成控制由nRF905組成的高頻頭的四種工作模式：掉電和SPI編程模式；待機(jī)和SPI編程模式 ；發(fā)射模式；接收模式。2）、SPI接口：SPI 接口由 CSN、SCK、MOSI以與MISO組成。在配置模式下單

12、片機(jī)通過SPI接口配置高頻頭的工作參數(shù)；在發(fā)射/接收模式下單片機(jī)SPI接口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。3）、狀態(tài)輸出接口：提供載波檢測輸出CD，地址匹配輸出AM，數(shù)據(jù)就緒輸出DR。表1 nRF905的引腳說明管腳名稱管腳功能說明1VCC電源電源+3.33.6V DC2TX_EN數(shù)字輸入TX_EN=1 TX模式 TX_EN=0 RX模式3TRX_CE數(shù)字輸入使能芯片發(fā)射或接收4PWR_UP數(shù)字輸入芯片上電5uCLK時鐘輸出本模塊該引腳廢棄不用，向后兼容6CD數(shù)字輸出載波檢測7AM數(shù)字輸出地址匹配8DR數(shù)字輸出接收或發(fā)射數(shù)據(jù)完成9MISOSPI接口SPI輸出10MOSISPI接口SPI輸入11SCKSPI時鐘

13、SPI時鐘12CSNSPI使能SPI使能13GND地接地14GND地接地4.4.2 nRF905的工作模式nRF905有兩種工作模式和兩種節(jié)能模式。兩種工作模式分別是ShockBurstTM接收模式和ShockBurstTM發(fā)送模式，兩種節(jié)能模式分別是關(guān)機(jī)模式和空閑模式。nRF905的工作模式由TRX_CE、TX_EN、PWR_UP三個引腳決定。表2 nRF905的工作模式PWR_UPTRX_CETX_EN工作模式0XX掉電和SPI編程10XStandby和SPI編程110ShockBurst EX111ShockBurst TX與射頻數(shù)據(jù)包有關(guān)的高速信號處理都在nRF905片進(jìn)行，數(shù)據(jù)速率由

14、微控制器配置的SPI接口決定，數(shù)據(jù)在微控制器中低速處理，但在nRF905中高速發(fā)送，因此中間有很長時間的空閑，這很有利于節(jié)能。由于nRF905工作于ShockBurstTM模式，因此使用低速的微控制器也能得到很高的射頻數(shù)據(jù)發(fā)射速率。在ShockBurstTM接收模式下，當(dāng)一個包含正確地址和數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包被接收到后，地址匹配(AM)和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好(DR)兩引腳通知微控制器。在ShockBurstTM發(fā)送模式，nRF905自動產(chǎn)生字頭和CRC校驗(yàn)碼，當(dāng)發(fā)送過程完成后，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳通知微處理器數(shù)據(jù)發(fā)射完畢。由以上分析可知，nRF905的ShockBurstTM收發(fā)模式有利于節(jié)約存儲器和微控制器資源，同

15、時也減小了編寫程序的時間。 （1）nRF905的發(fā)送流程A. 當(dāng)微控制器有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，通過SPI接口，按時序把接收機(jī)的地址和要發(fā)送的數(shù)據(jù)送傳給nRF905，SPI接口的速率在通信協(xié)議和器件配置時確定； B. 微控制器置高TRX_CE和TX_EN，激發(fā)nRF905的ShockBurstTM發(fā)送模式； C. nRF905的ShockBurstTM發(fā)送： 射頻寄存器自動開啟； 數(shù)據(jù)打包(加字頭和CRC校驗(yàn)碼)； 發(fā)送數(shù)據(jù)包； 當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送完成，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳被置高； D. AUTO_RETRAN被置高，nRF905不斷重發(fā)，直到TRX_CE被置低； E. 當(dāng)TRX_CE被置低，nRF905發(fā)送過程完

16、成，自動進(jìn)入空閑模式。ShockBurstTM工作模式保證，一旦發(fā)送數(shù)據(jù)的過程開始，無論TRX_EN和TX_EN引腳是高或低，發(fā)送過程都會被處理完。只有在前一個數(shù)據(jù)包被發(fā)送完畢，nRF905才能接受下一個發(fā)送數(shù)據(jù)包。 （2）nRF905的節(jié)能模式 nRF905的節(jié)能模式包括關(guān)機(jī)模式和空閑模式。 在關(guān)機(jī)模式，nRF905的工作電流最小，一般為2.5uA。進(jìn)入關(guān)機(jī)模式后，nRF905保持配置字中的容，但不會接收或發(fā)送任何數(shù)據(jù)?？臻e模式有利于減小工作電流，其從空閑模式到發(fā)送模式或接收模式的啟動時間也比較短。在空閑模式下，nRF905部的部分晶體振蕩器處于工作狀態(tài)。nRF905在空閑模式下的工作電流跟

17、外部晶體振蕩器的頻率有關(guān)。4.4.3 器件配置 所有配置字都是通過SPI接口送給nRF905。SIP接口的工作方式可通過SPI指令進(jìn)行設(shè)置。當(dāng)nRF905處于空閑模式或關(guān)機(jī)模式時，SPI接口可以保持在工作狀態(tài)。 （1）SPI接口配置 SPI接口由狀態(tài)寄存器、射頻配置寄存器、發(fā)送地址寄存器、發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器和接收數(shù)據(jù)寄存器5個寄存器組成。狀態(tài)寄存器包含數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳狀態(tài)信息和地址匹配引腳狀態(tài)信息；射頻配置寄存器包含收發(fā)器配置信息，如頻率和輸出功能等；發(fā)送地址寄存器包含接收機(jī)的地址和數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)；發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器包含待發(fā)送的數(shù)據(jù)包的信息，如字節(jié)數(shù)等；接收數(shù)據(jù)寄存器包含要接收的數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)等信息。 （2

18、）射頻配置 射頻寄存器的各位的長度是固定的。然而，在ShockBurstTM收發(fā)過程中，TX_PAYLOAD、RX_PAYLOAD、TX_ADDRESS和RX_ADDRESS 4個寄存器使用字節(jié)數(shù)由配置字決定。nRF905進(jìn)入關(guān)機(jī)模式或空閑模式時，寄存器中的容保持不變。 nRF905通過SPI接口和微控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，通過ShockBurstTM收發(fā)模式進(jìn)行無線數(shù)據(jù)發(fā)送，收發(fā)可靠，使用方便。4.4.4 nRF905供電電源另外，單片機(jī)的工作電壓為5V，本次設(shè)計提供的電源也為5V，而射頻芯片nRF905的工作電壓在3.3V到3.6V之間，因此必須要進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，需要用一個電壓轉(zhuǎn)換芯片AMS11

19、173.3。圖7 電壓轉(zhuǎn)換電路5 接收模塊硬件電路設(shè)計nRF905接收上位機(jī)發(fā)射的數(shù)據(jù)，將其傳輸至下位機(jī)的LCD1602顯示溫度和濕度,下面將主要介紹nRF905的接收過程和液晶顯示電路。 M 無線接收模塊 C 溫濕度顯示 U圖8 接收模塊電路框圖5.1 nRF905的接收流程 A. 當(dāng)TRX_CE為高、TX_EN為低時，nRF905進(jìn)入ShockBurstTM接收模式； B. 650us后，nRF905不斷監(jiān)測，等待接收數(shù)據(jù)； C. 當(dāng)nRF905檢測到同一頻段的載波時，載波檢測引腳被置高； D. 當(dāng)接收到一個相匹配的地址，地址匹配引腳被置高； E. 當(dāng)一個正確的數(shù)據(jù)包接收完畢，nRF905

20、自動移去字頭、地址和CRC校驗(yàn)位，然后把數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳置高； F. 微控制器把TRX_CE置低，nRF905進(jìn)入空閑模式； G. 微控制器通過SPI口，以一定的速率把數(shù)據(jù)移到微控制器； H. 當(dāng)所有的數(shù)據(jù)接收完畢，nRF905把數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳和地址匹配引腳置低； I. nRF905此時可以進(jìn)入ShockBurstTM接收模式、ShockBurstTM發(fā)送模式或關(guān)機(jī)模式。 當(dāng)正在接收一個數(shù)據(jù)包時，TRX_CE或TX_EN引腳的狀態(tài)發(fā)生改變，nRF905立即把其工作模式改變，數(shù)據(jù)包則丟失。當(dāng)微處理器接到地址匹配引腳的信號之后，其就知道nRF905正在接收數(shù)據(jù)包，其可以決定是讓nRF905繼續(xù)接收該

21、數(shù)據(jù)包還是進(jìn)入另一個工作模式。5.2 LCD1602液晶顯示本設(shè)計可以采用的顯示芯片包括：數(shù)碼管、點(diǎn)陣、LCD1602、LCD12864，其中數(shù)碼管價格便宜，但是只能顯示數(shù)字，點(diǎn)陣顯示的精度不夠，LCD1602和LCD12864都是既能顯示文字又能顯示數(shù)字，LCD12864的屏幕較大價格也較貴，由于本次設(shè)計只要求顯示溫度和濕度，考慮到成本、精度、美觀等方面的因素，本設(shè)計采用LCD1602顯示，經(jīng)過無線傳輸后，溫、濕度數(shù)據(jù)信息將在1602液晶顯示芯片上進(jìn)行顯示，1602液晶顯示芯片采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口。LCD1602采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表3所示。表3

22、 LCD1602引腳說明編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負(fù)極第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進(jìn)行

23、讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負(fù)極。圖9 LCD1602模塊電路圖為了能夠判斷無線溫濕度傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是否正確，我們在數(shù)據(jù)采集模塊也設(shè)計了一個液晶顯示電路，通過采集模塊和接收模塊顯示的溫濕度數(shù)據(jù)對比，來判斷傳輸是否準(zhǔn)確。將以上設(shè)計的傳感器電路，液晶顯示電路，無線傳輸和接收電路，單片機(jī)最小系統(tǒng)等各單元電路進(jìn)行接口連接，

24、構(gòu)成無線溫濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體電路圖。見附錄A和附錄B。6 軟件設(shè)計本設(shè)計的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是由采集模塊和顯示模塊構(gòu)成，程序設(shè)計主要有單片微處理器數(shù)據(jù)采集程序，NRF905發(fā)送和接收程序，液晶顯示程序構(gòu)成。6.1 采集模塊軟件設(shè)計首先初始化SHT10將采集到的溫濕度數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)，通過單片機(jī)的P1.6和P1.7腳控制SHT10的SCK和DATA。主機(jī)通過SPI接口向905配置寄存器寫入信息并通過天線發(fā)送，同時將數(shù)據(jù)顯示在LCD1602上。初始化測溫濕度 判斷SHT10 Y是否出錯 N顯示溫濕度無線發(fā)射延時100ms圖10 采集模塊主程序在進(jìn)行采集模塊軟件設(shè)計時，要將nRF905設(shè)置為發(fā)送狀態(tài)，

25、TRX_CE=0，TX_EN=1，如圖12所示。開始1602和SHT10初始化延時0.2S讀取溫濕度 讀取成功否？ SHT10通信重啟線性擬合數(shù)據(jù)1602顯示數(shù)據(jù)延時0.8S圖11 液晶顯示流程圖開始SPI配置寄存器，TRX_CE為低，TX_EN為高裝載數(shù)據(jù)和對方地址 TRX_CE為高嗎？ N Y進(jìn)入發(fā)送模式 數(shù)據(jù)發(fā)送完成 NDR為高嗎？ Y置低TRX_CE進(jìn)入空閑狀態(tài)圖12 nRF905發(fā)送流程圖6.2 接收模塊軟件設(shè)計接收模塊主要包括nRF905接收程序和液晶顯示程序。初始化判斷是否有數(shù)據(jù) Y接收數(shù)據(jù) 判斷數(shù)據(jù)格 N 丟失式是否正確 Y顯示圖13 接收模塊主程序與發(fā)送模塊一樣，在接收模塊軟

26、件設(shè)計中，同樣要先將nRF905設(shè)置為接收狀態(tài)，TRX_CE=1，TX_EN=0，這樣主機(jī)才能從nRF905讀取數(shù)據(jù)。開始SPI配置寄存器，TRX_CE為高，TX_EN為低，進(jìn)入接收狀態(tài) 載波監(jiān)測引起CD為高？ N Y接收地址數(shù)據(jù) N 地址匹配引腳AM為高？接收數(shù)據(jù)CRC校驗(yàn)正確？DR引腳置高，TRX_CE置低，進(jìn)入空閑狀態(tài)主單片機(jī)從SPI讀取數(shù)據(jù) Y 讀取完畢 N圖14 nRF905接收流程圖6.3 模擬SPI口的實(shí)現(xiàn)由于單片機(jī)不存在SPI口，為了實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與nRF905的通訊，需要進(jìn)行模擬SPI口，SPI口的工作方式可以通過SPI指令進(jìn)行設(shè)置。首先必須設(shè)置器件的發(fā)送/接收模式才能保證有效的

27、數(shù)據(jù)發(fā)送接收。SPI口外圍串行接口包括：MOSI（主機(jī)寫操作）、MISO（主機(jī)讀操作）、SCK（串行時鐘信號，由主機(jī)控制 ）、CSN（片選信號，低電平有效）。SPI口的讀寫操作如圖15和圖16所示。圖15 SPI讀操作 時序圖16 SPI寫操作 時序7 系統(tǒng)調(diào)試與性能分析首先在元器件的布局方面，把相互有關(guān)的元件放得比較近，例如：晶振、單片機(jī)的時鐘輸入端都易產(chǎn)生噪音，在放置元件時的時候把它們靠近些。地線應(yīng)構(gòu)成閉環(huán)形式，提高了電路的抗干擾能力，電路提供的電源是具有穩(wěn)壓作用的+5V電源。單片機(jī)選用12MHZ的晶振，因?yàn)檫@樣有利于得到?jīng)]有誤差的波特率。特別是當(dāng)與單片機(jī)進(jìn)行通信的話，選用這種晶振比較好。

28、由于單線數(shù)字溫度傳感器SHT10，測溫相當(dāng)準(zhǔn)確，我們主要時間花在了，單片機(jī)軟件程序的編輯和調(diào)試以與電路模塊的制作方面。在使用nRF905進(jìn)行無線傳輸時，使用的程序就是模塊自帶的程序，我所要做的就是進(jìn)行稍許修改，并進(jìn)行調(diào)用函數(shù)。另外還要注意的就是單片機(jī)共有4個雙向的8位并行I/O端口，但是當(dāng)P0口作為輸出端口使用時必須外接上拉電阻才能有高電平輸出。結(jié)論本系統(tǒng)能較好地完成一個半雙工無線數(shù)據(jù)傳輸工作，在空曠地帶數(shù)據(jù)傳輸平均有效距離為200m；在復(fù)雜環(huán)境下，由于發(fā)射接收模塊屬于微功率器件，一般數(shù)據(jù)傳輸有效距離在20m-50m 之間?；趩纹瑱C(jī)89S52、溫濕度傳感器SHT10和射頻模塊NRF905構(gòu)成

29、的無線溫濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，具有數(shù)據(jù)采集和運(yùn)算處理方便簡單的優(yōu)點(diǎn)。另外由于本次設(shè)計的程序使用C語言編程，由于許多模塊本身自帶語言，大大減小了編程的難度。本方案的可擴(kuò)展性比較強(qiáng)，整個程序的程序框架已經(jīng)搭建好，可以繼續(xù)編寫程序完成其他功能。例如：添加語音播報功能；添加超高溫報警功能等。通過這次設(shè)計，在進(jìn)行電路設(shè)計，焊接，程序設(shè)計，調(diào)試等工作的同時，更加深入的了解了溫度傳感器，無線傳輸模塊，以與單片機(jī)的結(jié)構(gòu)功能和具體應(yīng)用，也使我們對電路PCB板有了更深的認(rèn)識。在老師和同學(xué)們的幫助下，我完成了本次設(shè)計，本設(shè)計可以實(shí)現(xiàn)溫度的無線采集和實(shí)時顯示，并且相當(dāng)精確。我們的電路板雖然簡單，沒有運(yùn)放等元件，但可以基本

30、上完成此系統(tǒng)的任務(wù)，在電源的穩(wěn)定，和電路的焊接方面，我也相應(yīng)的補(bǔ)充改進(jìn)了我的設(shè)計方案。致經(jīng)過一個學(xué)期的努力，論文終于順利地完成。本論文從選題到完成，每一步都是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的，傾注了馬賓老師大量的心血。馬老師以其嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，督促我完成這篇畢業(yè)設(shè)計。在此，謹(jǐn)向?qū)煴硎境绺叩木匆夂椭孕牡母?！同時，在此次畢業(yè)設(shè)計過程中他讓我學(xué)到了許多了關(guān)于51系列單片機(jī)方面的知識。除此以外自己的實(shí)驗(yàn)技能有了很大的提高。 本論文的順利完成，也離不開其他各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心和幫助。感和我一起生活四年的室友，在我遇到不解時，是你們和我不斷討論，遇到挫折時，不斷鼓勵我。另外，實(shí)驗(yàn)室的老師也時常幫助我，在此我也

31、衷心的感他們。感在本科學(xué)習(xí)期間給我諸多教誨和幫助的工學(xué)院的各位老師，是你們讓我在校期間學(xué)會許多專業(yè)知識，才使得這次設(shè)計可以順利完成。再次感傳授我知識的每一位老師，馬上就要走出校門，走上工作崗位，我將帶著你們所傳授的技能去打拼去奮斗，你們！參考文獻(xiàn)1.黃友銳.單片機(jī)原理與應(yīng)用.：工業(yè)大學(xué)，2006.112.黃智偉.無線發(fā)射與接收電路設(shè)計M. ：航空航天大學(xué)，2004.3.杰，黃鴻.傳感器與檢測技術(shù).：高等教育，2002.84.莢莢慶，王代華，志杰.基于nRF905 的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)J.國外電子元器件.2008，（1）：29-31.5.建設(shè).低功耗低成本溫濕度測量儀的設(shè)計J.節(jié)能，2006，（0

32、5）6.譚浩強(qiáng). C 程序設(shè)計.：清華大學(xué),1991.77.孟臣,敏.數(shù)字式溫濕度傳感器原理與應(yīng)用J.世界電子元器件,2003 (8):66268.8.Cotter W.塞爾.無線通信設(shè)備與系統(tǒng)設(shè)計大全M. 之超等譯.：人民郵電，20049.JacbMillman,ArvinGrabel:Microeletronics,2ndEdition,McGraw-Hill,I-nc.,198810.Atmel Coporation.AT89S52.pdf EB/ OL. (2001 - 01 - 07) 2008 - 08 - 14. :/ / . 21icsearch. / so. asp.11 Nordic VLSI ASA. n