基于nRF24L01的無(wú)線溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)解讀

1、浙江萬(wàn)里學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文 ）（2014 屆）論文題目 基 于 nRF24L01 的 無(wú) 線 溫 濕 度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)（ 英文 ） Design of Wireless Temperature and HumidityDetection System Based on nRF24L01所在學(xué)院 電子信息學(xué)院專業(yè)班級(jí) 電氣工程及其自動(dòng)化 101 班學(xué)生姓名 陳樹源 學(xué)號(hào) 2010013827指導(dǎo)教師 鄭子含 職稱 副教授完成日期 2014 年 4 月 20 日基于 nRF24L01 的無(wú)線溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)陳樹源浙江萬(wàn)里學(xué)院電信學(xué)院電氣101班）2014年4月摘要溫濕度是一個(gè)非常重要的參數(shù)。

2、在工業(yè)、醫(yī)療、軍事和生活等許多地方，都 需要用到檢測(cè)裝置來(lái)測(cè)量溫濕度。 隨著現(xiàn)代社會(huì)的告訴發(fā)展， 傳統(tǒng)直接布線測(cè)量 方式已無(wú)法再滿足現(xiàn)狀， 特別是在某些環(huán)境惡劣的工業(yè)環(huán)境和戶外環(huán)境， 通過(guò)直 接布線測(cè)量顯得蒼白而無(wú)力，因此無(wú)線溫濕度檢測(cè)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。本設(shè)計(jì)主要由主控模塊、無(wú)線傳輸模塊、溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、顯示模塊、時(shí)間 模塊、電源模塊等組成。 并通過(guò)對(duì)各種類模塊進(jìn)行對(duì)比和篩選，挑出比較適合該 設(shè)計(jì)的模塊。主控模塊采用單片機(jī) STC89C5，1 溫濕度模塊采用 SHT11溫濕度傳感 器，無(wú)線傳輸模塊采用 nRF24L01,時(shí)鐘芯片采用 DS12C887，顯示模塊采用液晶 LCD1602。單片機(jī)通過(guò)時(shí)

3、鐘模塊獲取時(shí)間數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；溫濕度傳感器 采集溫濕度信號(hào)送給單片機(jī)處理； 單片機(jī)通過(guò)無(wú)線模塊再把時(shí)間數(shù)據(jù)和溫濕度數(shù) 據(jù)發(fā)送到 PC端，在顯示模塊上顯示數(shù)據(jù)。 整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)控環(huán)境溫濕度的 功能。關(guān)鍵詞： 溫濕度； STC89C51；SHT11； nRF24L01AbstractTemperature and humidity is an important parameter. In many parts of the industrial, medical, military and other life, you need to use the detector to mea

4、sure the temperature and humidity. With the development of modern society tells traditional direct measurement wiring can no longer meet the status, especially in some harsh industrial environments and outdoor environment, through direct measurement wiring looked pale and weak. Therefore, wireless t

5、emperature and humidity detection technology came into being.Primarily by the design control module, wireless transmission module, temperature and humidity monitoring system, display module, time module, power modules and other components. And through various types of modules for comparison and sele

6、ction, pick more suitable for the design of the module. Master module using SCM STC89C51, temperature and humidity module using SHT11 temperature and humidity sensors, wireless transmission module using nRF24L01, clock chip DS12C887, using liquid crystal display module LCD1602. SCM data obtained thr

7、ough time clock module, for data processing; temperature and humidity sensors collect temperature and humidity signal to the microcontroller processing; microcontroller through a wireless module and then the temperature and humidity data and time data is sent to the PC side, the data displayed on th

8、e display module. The function of the whole system to achieve real-time monitoring of temperature and humidity.Key Words: Temperature and humidity; STC89C51; SHT11; nRF24L01目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 引言 6 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 總體設(shè)計(jì) 7. HYPERLINK l boo

9、kmark10 o Current Document 方案論證及比較 7.主控模塊的選擇 7.溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)的選擇 8.無(wú)線發(fā)射模塊的選擇 9.顯示模塊的選擇 1.0 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 1.2. HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 單片機(jī)主控模塊 1.2.其功能和特點(diǎn) 1.2. HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 無(wú)線射頻模塊 NRF24L01 1.3 HYPERLINK l bookmark18 o Current D

10、ocument NRF24L01 引腳功能 1.4 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 工作模式 1.4. HYPERLINK l bookmark22 o Current Document NRF24L01模塊與單片機(jī)的連接原理圖 1. 5 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 溫濕度傳感器 SHT11 1.6.SHT11 溫濕度傳感器的基本原理 1.6SHT11 與單片機(jī)的管腳連接原理圖 1. 7 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 顯示模塊 1.8

11、.LCD1602 的引腳 1.8LCD1602 與單片機(jī)的連接圖 1.9 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 電源模塊 1.9. HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 2.0. HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 主程序流程圖 2.0. HYPERLINK l bookmark36 o Current Document NRF4L01 數(shù)據(jù)發(fā)送子程序 2.0 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document

12、 NRF4L01 數(shù)據(jù)接收子程序 2.2 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 溫濕度采集子程序 2.2. HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 液晶顯示子程序 2.2.LCD1602 的指令 2.2LCD1602 數(shù)據(jù)顯示子程序流程圖 2.4致謝 2.7.參考文獻(xiàn) 2.8.附錄 1 系統(tǒng)原理圖 2.9.附錄 2 源程序代碼 3.0.引言隨著社會(huì)生產(chǎn)的不斷發(fā)展進(jìn)步 , 許多工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程以及民用場(chǎng)合都需要對(duì) 環(huán)境的溫度和濕度進(jìn)行檢測(cè)并控制，比如：糧倉(cāng)、溫室蔬菜大棚、通信基站、電 力變電房、藥廠、圖書館、

13、博物館等 1 。在當(dāng)今的工業(yè)、電力行業(yè)中，為了保證社會(huì)的正常運(yùn)作以及人民的正常生活， 保證電氣設(shè)備的正常運(yùn)行至關(guān)重要。 很多企業(yè)提倡對(duì)設(shè)備進(jìn)行預(yù)防性的維護(hù)， 而 溫度是預(yù)防性維護(hù)中最重要的監(jiān)控參數(shù)， 溫度的過(guò)高或過(guò)低都可能潛藏著安全隱 患。所以實(shí)現(xiàn)溫對(duì)度在線監(jiān)測(cè)是保證高壓設(shè)備安全運(yùn)行的重要手段。 在傳統(tǒng)的溫 濕度測(cè)量中分別采用溫度傳感器和濕度傳感器采集溫度和濕度信號(hào)并通過(guò)布置 大量的電纜或?qū)Ь€進(jìn)行有線傳輸在多測(cè)點(diǎn)的情況下 這種方法無(wú)疑大大增加了成 本和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性同時(shí)安裝拆卸繁瑣不靈活信號(hào)容易受到干擾 2 。如今，對(duì)農(nóng)業(yè)環(huán)境實(shí)施技術(shù)的認(rèn)識(shí)已經(jīng)增加到行業(yè)當(dāng)中。 對(duì)所需因素的手動(dòng) 搜集可以是零

14、星的， 不連續(xù)的， 并且會(huì)在錯(cuò)誤的測(cè)量中發(fā)生變化。這可能會(huì)給控 制重要的環(huán)境因素造成困難。 無(wú)線獨(dú)特的傳感器節(jié)點(diǎn)可以減少用于監(jiān)控環(huán)境所需 要的時(shí)間和精力。數(shù)據(jù)日志允許數(shù)據(jù)減少，遺失或錯(cuò)放。并且，這些數(shù)據(jù)也允許 安置在關(guān)鍵位置，而不需要在危險(xiǎn)情況下放置專門人員 3 。目前，無(wú)線數(shù)據(jù)通信 的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣：遙控遙測(cè)、無(wú)線抄表、門禁系統(tǒng)、身份識(shí)別、非接觸 RF 智能卡、無(wú)線標(biāo)簽、安全防火系統(tǒng)、生物信號(hào)采集、機(jī)器人控制等凡是布線繁 雜或不允許布線的場(chǎng)合都希望能通過(guò)無(wú)線方案來(lái)解決。 所以在種種因素下， 采用 無(wú)線檢測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)越性就體現(xiàn)出來(lái)了 4 ?？傮w設(shè)計(jì)方案論證及比較2.1.1 主控模塊的選擇主控模

15、塊作為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心， 其性能的好壞對(duì)系統(tǒng)工作的影響是非常 重要的，經(jīng)過(guò)資料翻閱，初步設(shè)定以下兩種方案供參考。方案一：STC89C51的主 CPU電路選用 STC89C52RC系列單片機(jī)， STC89C52RC 是采用 8051 核的 ISP(In System Programming )在系統(tǒng)可編程芯片，最高工作 時(shí)鐘頻率為 80MHz，片內(nèi)含 8K Bytes 的可反復(fù)擦寫 1000次的 Flash 只讀程序存 儲(chǔ)器，器件兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS-51指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲(chǔ)單元，具有在系統(tǒng)可編程( ISP)特性，配合 P

16、C 端的控制程序即可將用戶的程序代碼下載進(jìn)單片機(jī)內(nèi)部，省去了購(gòu)買通用編程 器，而且速度更快。STC89C52R系C列單片機(jī)是單時(shí)鐘 / 機(jī)器周期 (1T) 的兼容 8051 內(nèi)核單片機(jī)，是高速 / 低功耗的新一代 8051 單片機(jī)，全新的流水線 / 精簡(jiǎn)指令 集結(jié)構(gòu) , 內(nèi)部集成 MAX810專 用復(fù)位電路。方案二： AT90S8515是一種 AVR系列單片機(jī)，使用它系統(tǒng)無(wú)需程序存儲(chǔ)器、 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器以及 AD 轉(zhuǎn)換器，大大簡(jiǎn)化了硬件的設(shè)計(jì)。其內(nèi)部的硬件看門狗電 路及相應(yīng)的看門狗指令控制， 提高了系統(tǒng)的可靠性及安全性， 適合用于組成智能 檢測(cè)及采集處理系統(tǒng)。 電荷耦合器件 CCD是在大規(guī)模集成電

17、路工藝基礎(chǔ)上研制雨 成的 MOS型集成電路芯片。自 1970年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室 WSBoyle 和 GESmith 首先提出以來(lái)， 其技術(shù)研究取褥了驚人的進(jìn)展。 利用攝像鏡頭 CCD把實(shí)時(shí)圖像信 息通過(guò)光電轉(zhuǎn)換而再現(xiàn)信息存儲(chǔ)與傳遞功能。 當(dāng)對(duì)它施加特定時(shí)序的脈沖時(shí)， 其 存儲(chǔ)的電荷便能在 CCD內(nèi)作定向傳輸而實(shí)現(xiàn)自掃描。它具有體積小、分辨率高、 穩(wěn)定性能良好、抗電磁干擾等特點(diǎn) 5 。得以在工件尺寸檢測(cè)、圖像傳真、智能傳 感器等方面廣泛應(yīng)用本文致力于線陣 CCD智能檢測(cè)系統(tǒng)的研制， 將傳感技術(shù)、 智 能技術(shù)和單片機(jī)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了非接觸在線檢測(cè)，系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性、智 能化、靈敏度高以及標(biāo)準(zhǔn)輸出

18、等優(yōu)點(diǎn)。由于本課題顯示的信息簡(jiǎn)單，不需要顯示復(fù)雜的信息，若采用該系統(tǒng)就造成資源浪費(fèi)。本著系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件選擇經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的原則，采用方案一。溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)的選擇溫濕度檢測(cè)部分是用來(lái)顯示溫濕度信息， 科學(xué)家根據(jù)不同的檢測(cè)要求研制出 多種方案，本人提取幾種可以應(yīng)用在本次系統(tǒng)的方案進(jìn)行比較。方案一：采用 Honeywell 公司相對(duì)濕度傳感器 HIH3610，并配合 DALLAS公 司一線總線智能電池監(jiān)視器件 DS2438實(shí)現(xiàn)濕度采集，組成一種完全符合一線總 線規(guī)范的濕度傳感器。相對(duì)濕度傳感器 HIH3610 在供電電壓為 5V時(shí)，其消耗電 流僅為 200mA，其輸出電壓為：V out=V supply0

19、.0062(sensor RH)+016 ，若 V supply 固定為 5V，則其值僅由相對(duì)溫度值決定。由于一線總線上供電電壓值為變量， 故要求在進(jìn)行濕度測(cè)量的同時(shí)還應(yīng)測(cè)量電源電壓 V supply 的值。 HIH3610測(cè)量濕度 值還與環(huán)境溫度有關(guān)，故應(yīng)進(jìn)行溫度補(bǔ)償，補(bǔ)償公式為：RH=(sensor RH)1054600216T。因此，為得到準(zhǔn)確的濕度測(cè)量值，還應(yīng)在測(cè)量濕度的同時(shí) 測(cè)量環(huán)境溫度和一線總線電源電壓值。 DS2438硬件資源有 2 個(gè) ADC和 1 個(gè)溫度 傳感器；電壓 ADC對(duì) 0 一 IOV輸入信號(hào)實(shí)現(xiàn) 10 位變換或通過(guò)內(nèi)部多路開關(guān)對(duì) 0 5V輸入信號(hào)實(shí)現(xiàn) 9位變換，用來(lái)

20、讀取加在電源引腳上的電壓硬件資源有2 個(gè)ADC和 1個(gè)溫度傳感器， 電壓 ADC對(duì)010V輸入信號(hào)實(shí)現(xiàn) 10位變換或通過(guò)內(nèi)部 多路開關(guān)對(duì) 05V輸入信號(hào)實(shí)現(xiàn) 9 位變換，用來(lái)讀取加在電源引腳上的電壓。 Sl8820H1 是 DALLAS公司推出的智能型數(shù)字式溫度傳感器，它采用一線接口，既 可通信，又可通過(guò)數(shù)據(jù)線供電，只需占用微處理器的一個(gè) I 0位；并且 DSl88206 將測(cè)的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸出， 可以直接與微處理器相連， 大大簡(jiǎn)化了電路 的設(shè)計(jì)。 DSl8820 本身帶有命令集和存儲(chǔ)器，微處理器通過(guò)發(fā)出控制命令，對(duì) DSl8820的存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫，完成溫度測(cè)量。這個(gè)方案主要的缺點(diǎn)是邏

21、輯電路復(fù) 雜，器件和維護(hù)的成本較高，不利于大量投入農(nóng)業(yè)設(shè)備的檢測(cè)。方案二： SHT11是單片集成的數(shù)字溫濕度傳感器，所有信號(hào)的調(diào)理都在芯片 內(nèi)部完成，采用 I 2C總線串行接口電路實(shí)現(xiàn)通信，完成數(shù)據(jù)和時(shí)鐘的傳輸，而且 直接輸出數(shù)字信號(hào)。 這樣不僅節(jié)省了單片機(jī)的 I/O 口線，而且減少了 A/D 轉(zhuǎn)換器 件，降低了成本，與單片機(jī)接口簡(jiǎn)單、檢測(cè)準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好，實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫濕度參數(shù)的測(cè)量。在實(shí)際測(cè)量中由于 SHT11的輸出特性呈一定的非線性， 采用軟件補(bǔ)償 以獲取準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。 該溫濕度傳感器功能強(qiáng)大， 且具有高度的可靠性和長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn) 定性等特點(diǎn)，價(jià)格也相對(duì)低廉，所以完全符合本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)的需要。方案三：

22、HMP45D溫濕度傳感器是由溫度傳感器和濕度傳感器組成。其中， 溫度傳感器是鉑電阻溫度傳感器， 濕度傳感器是濕敏電容濕度傳感器。 鉑電阻的 特點(diǎn)是：溫度系數(shù)較大，即靈敏度較大；電阻率較大，易于繞制高阻值的元件； 性能穩(wěn)定，材料易于提純；測(cè)溫精度高，復(fù)現(xiàn)性好。濕敏電容傳感器是用有機(jī)高 分子膜作介質(zhì)的一種小型電容器。 HMP45D溫濕度傳感器的頭部必須有保護(hù)濾紙， 防止感應(yīng)元件被塵埃污染。 濕敏電容不能長(zhǎng)時(shí)間暴露在含有某些化學(xué)物質(zhì)的氣體 中，否則可能改變它的性能，縮短使用壽命。所以，應(yīng)定期拆開傳感器的頭部網(wǎng) 罩，清洗濾紙或者更換新的濾紙 7 。首先，對(duì)于應(yīng)用于農(nóng)牧業(yè)的溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)， 這一點(diǎn)顯得非

23、常的不現(xiàn)實(shí)。 其次，該溫濕度傳感器必須安裝在百葉箱內(nèi)。傳感器 的中心點(diǎn)離地面 150 m。這會(huì)使得檢測(cè)的結(jié)果失去一定的準(zhǔn)確性。所以這個(gè)也 不適合。綜上所述，方案二比較符合本次設(shè)計(jì)的要求。無(wú)線發(fā)射模塊的選擇本次設(shè)計(jì)是基于無(wú)線設(shè)備的溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)， 所以，無(wú)線設(shè)備的穩(wěn)定性和準(zhǔn) 確性非常的重要。經(jīng)總結(jié)，歸納了以下兩種方案。方案一： nRF905是 Nordic VLSI 公司推出的單片機(jī)視頻收發(fā)器，工作于 433 868915 MHz，3個(gè) ISM（工業(yè)、科學(xué)和隧學(xué) ）頻道，采用 32腳O剛封裝，芯片 尺寸為 5m5m，工作電壓為 1.9 3.6V。它由頻率合成囂、功率合戒器、晶體振 蕩器和調(diào)制器組

24、成， 外圍元件少， 不用外加聲表面振蕩器，天線可采用 PBC環(huán)形 天線或單端鞭狀天線，發(fā)射功率最太為 10 dBm接收功率為 460 dBm，在開闊地 傳輸距離一般可達(dá) 600 m以上。 （在地形復(fù)雜時(shí)會(huì)縮短距離，這與使用環(huán)境、干 擾、系統(tǒng)調(diào)諧有關(guān)。但一般調(diào)諧不可大于 200 m8 。由于該系統(tǒng)應(yīng)用于農(nóng)牧業(yè)， 應(yīng)用環(huán)境非常巨大，所以，這一點(diǎn)不能滿足設(shè)計(jì)的需要。方案二： nRF24L01是一款工業(yè)級(jí)內(nèi)置鏈路層邏輯的 2.4HZ 超低成本的無(wú)線 收發(fā)芯片 ,nRF24L01支持多點(diǎn)間通信 , 最高傳輸速率達(dá) 2Mbit/s, 比藍(lán)牙具有更高 的傳輸速度。 它采用 SOC方法設(shè)計(jì)只需少量外圍元件便可

25、組成射頻收發(fā)電路。 與 藍(lán)牙不同的是 ,nRF24L01 沒(méi)有復(fù)雜的通信協(xié)議 , 它完全對(duì)用戶透明通過(guò)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn) 的 SPI 接口與外圍控制器連接 , 同種產(chǎn)品之間可以自由通信 , 并且比藍(lán)牙產(chǎn)品更 便宜。所以 nRF24L01是業(yè)界體積最小、功耗最少、外圍元件最少的低成本射頻 系統(tǒng)級(jí)芯片 9 。基于以上特點(diǎn)，該無(wú)線傳輸模塊滿足本次設(shè)計(jì)的需要。綜上所述，方案二比較合適。顯示模塊的選擇方案一：選擇主控為 ST7920的帶字庫(kù)的 LCD12864來(lái)顯示信息。 12864 是一 款通用的液晶顯示屏，能夠顯示多數(shù)常用的漢字及 ASCII 碼，而且能夠繪制圖片， 描點(diǎn)畫線，設(shè)計(jì)成比較理想的結(jié)果。方案二：采

26、用字符液晶 LCD1602顯示信息， 1602 是一款比較通用的字符液 晶模塊，能顯示字符和數(shù)字等信息，且價(jià)格便宜，容易控制。方案三：采用 LED7段數(shù)碼顯示管顯示，其成本低，容易顯示控制，但不能 顯示字符。綜上所述，我們選擇了經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的字符液晶 LCD1602來(lái)作為接收端的顯示。 發(fā)送端用 7 段數(shù)碼管顯示。本次設(shè)計(jì)的無(wú)線溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)有上位機(jī)子系統(tǒng) （發(fā)送端） 和下位機(jī)子系統(tǒng) 接收端）兩個(gè)部分組成。上位機(jī)子系統(tǒng)：圖 2-1 發(fā)送端系統(tǒng)原理圖下位機(jī)子系統(tǒng)：10該系統(tǒng)主要由 STC89C51單片機(jī)， nRF24L01 無(wú)線射頻模塊，液晶顯示， 溫濕度傳感器，時(shí)鐘模塊和電源模塊組成如圖 2-2

27、。圖 2-2 接收端系統(tǒng)原理圖11系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)單片機(jī)主控模塊STC 系列單片機(jī)是美國(guó) STC公司最新推出的一種新型 51 內(nèi)核的單片機(jī)，片內(nèi)含有 Flash 程序存儲(chǔ)器、 SRAM 、UART 、SPI、AD 、PWM 等模塊，其中 STC89C51 的基本功能與普 通的 51 單片機(jī)完全兼容。時(shí)鐘電路圖 :時(shí)鐘模塊選用時(shí)鐘芯片 DS12C88。7 它將晶體振蕩器電路、 充電電路和可充電 鋰電池等一起封裝在芯片的上方， 組成一個(gè)加厚的集成電路模塊， 其原理圖如圖 3-1 所示。圖 3-1 時(shí)鐘模塊原理圖其功能和特點(diǎn)在沒(méi)有外部電源的情況下可工作 10年 自帶晶體振蕩器及鋰電池可計(jì)算到 2100年

28、前秒、分、小時(shí)、周、日、月、年七種日歷信息并帶閏 年補(bǔ)償用二進(jìn)制碼或 BCD碼代表日歷和鬧鐘信息 有12小時(shí)和24小時(shí)兩種制式， 12小時(shí)制有 AM 和PM 提示 數(shù)據(jù)地址總線復(fù)用內(nèi)建 128BRAM，14B時(shí)鐘控制寄存器， l14B通用 RAM 可編程方波輸出、總線兼容中斷三種可編程中斷：12 時(shí)間性中斷，可產(chǎn)生每秒一次至每天一次中斷 周期性中斷 122ms到 500ms 時(shí)鐘更新結(jié)束中斷復(fù)位電路電路圖：復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作， 單片機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，都需要先復(fù)位，它的作 用是使 CPU和系統(tǒng)中其它部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工 作。單片機(jī)的外部復(fù)位電路有上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵

29、手動(dòng)復(fù)位兩種方式， 按鍵手動(dòng) 復(fù)位又分為按鍵電平復(fù)位和按鍵脈沖復(fù)位。 而本次設(shè)計(jì)選擇按鍵電平復(fù)位， 按復(fù) 位鍵后復(fù)位端通過(guò)電阻與 VCC電源接通。如圖3-2所示，因?yàn)椴捎昧?12MHz,每機(jī)器 周期為1us，則只需要 2us以上時(shí)間的高電平，在 RST引腳（在電容器 C3的負(fù)端） 出現(xiàn)高電平后的第二個(gè)機(jī)器周期執(zhí)行復(fù)位， 利用電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)， 在接電的瞬間， RESE端T 的電位與 VCC相同，隨著充電電流的減少， RESE的T 電位逐漸下降，當(dāng)按 下RESE鍵T ，此時(shí)電源 VCC經(jīng)過(guò)電阻 R1、R2分壓，在 RESE端T 產(chǎn)生復(fù)位高電平。圖 3-2 復(fù)位電路無(wú)線射頻模塊 nRF24L01nR

30、F24L01是一款新型單片射頻收發(fā)器件 , 工作于 2.4 GHz2.5 GHz ISM 頻 段。內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊 , 并融合了 增強(qiáng)型 Shock Burst 技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過(guò)程序進(jìn)行配置。 nRF24L01功耗低, 在以-6 dBm的功率發(fā)射時(shí)，工作電流也只有 9 mA;接收時(shí)，工 作電流只有 12.3 mA，多種低功率工作模式 （ 掉電模式和空閑模式 ）使節(jié)能設(shè)計(jì)更 方便。13nRF24L01 引腳功能nRF24L01 的封裝及引腳排列如圖所示。各引腳功能如下：圖 3-3 nRF24L01 封裝圖CE：使能發(fā)射或接收 ;CSN，S

31、CK，MOSI，MISO：SPI 引腳端， 微處理器可通過(guò)此引腳配置nRF24L01：IRQ：中斷標(biāo)志位；VDD：電源輸入端；VSS：電源地；XC2， XC1：晶體振蕩器引腳 ;VDD_PA：為功率放大器供電，輸出為1.8 V ；ANT1,ANT2：天線接口；IREF：參考電流輸入。3.2.2 工作模式通過(guò)配置寄存器可將 nRF241L01 配置為發(fā)射、接收、空閑及掉電四種 工作模式，如表所示。待機(jī)模式 1 主要用于降低電流損耗，在該模式下晶體振蕩器仍然是工 作的；待機(jī)模式 2 則是在當(dāng) FIFO 寄存器為空且 CE=1時(shí)進(jìn)入此模式； 待機(jī)模式下，所有配置字仍然保留。14在掉電模式下電流損耗最

32、小，同時(shí) nRF24L01也不工作，但其所有配置寄存器的 值仍然保留。表 1： nRF24L01 四種工作模式模式PWR_UPPRIM_RXCEFIFO寄存器狀態(tài)接收模式111-發(fā)射模式101數(shù)據(jù)在 TX FIFO 寄 存器中發(fā)射模式1010停留在發(fā)送模式， 直至 數(shù)據(jù)發(fā)送完待機(jī)模式 2101TX FIFO 為空待機(jī)模式 11-0無(wú)數(shù)據(jù)傳輸?shù)綦?-3.2.3 nRF24L01模塊與單片機(jī)的連接原理圖nRF24L01單端匹配網(wǎng)絡(luò)：晶振，偏置電阻，去耦電容。15VDDC9C710nFC81nF33nF 02R222K91 81 71 61U1CE CSN SCK MOSI MISO12345S C

33、E V CSNSCKMOSIIRQMISODDFERIANT2SDDV2CANT1D1D_PAXC1514131211L3 C5 50omh,RFI/O .5pF C6 .0pF3.9nHL18.2nHL2 2.7nHNRF24L01C122pFX116MR11MC222pFC3 C42.2nF 4.7pF圖 3-4 nRF24L01 單端 50 射頻輸出電路原理圖溫濕度傳感器 SHT11SHT11 溫濕度傳感器的基本原理SHT11的濕度檢測(cè)運(yùn)用電容式結(jié)構(gòu)，并采用具有不同保護(hù)的“微型結(jié)構(gòu)”檢 測(cè)電極系統(tǒng)與聚合物覆蓋層來(lái)組成傳感器芯片的電容， 除保持電容式濕敏器件的 原有特性外， 還可抵御來(lái)自外

34、界的影響。 由于它將溫度傳感器與濕度傳感器結(jié)合 在一起而構(gòu)成了一個(gè)單一的個(gè)體， 因而測(cè)量精度較高且可精確得出露點(diǎn)， 同時(shí)不 會(huì)產(chǎn)生由于溫度與濕度傳感器之間隨溫度梯度變化引起的誤差。 COMSENET技M術(shù) 不僅將溫濕度傳感器結(jié)合在一起，而且還將信號(hào)放大器、模 / 數(shù)轉(zhuǎn)換器、校準(zhǔn)數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)器、標(biāo)準(zhǔn) 12 總線等電路全部集成在一個(gè)芯片內(nèi)。 SHT11傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 框圖如圖 3-5 所示16圖 3-5 SHT11 傳感器內(nèi)部就結(jié)構(gòu)框圖SHT11 的每一個(gè)傳感器都是在極為精確的濕度室中校準(zhǔn)的。 SHT11傳感器的 校準(zhǔn)系數(shù)預(yù)先存在 OTP內(nèi)存中。經(jīng)校準(zhǔn)的相對(duì)濕度和溫度傳感器與一個(gè) 14 位的 A/

35、D轉(zhuǎn)換器相連，可將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字溫濕度值送給二線 I 2C總線器件，從而將數(shù) 字信號(hào)轉(zhuǎn)換為符合 I 2C總線協(xié)議的串行數(shù)字信號(hào)。由于將傳感器與電路部分結(jié)合在一起， 因此，該傳感器具有比其它類型的濕 度傳感器優(yōu)越得多的性能。 首先是傳感器信號(hào)強(qiáng)度的增加增強(qiáng)了傳感器的抗干擾 性能，保證了傳感器的長(zhǎng)期穩(wěn)定性， 而 A/D 轉(zhuǎn)換的同時(shí)完成，則降低了傳感器對(duì) 干擾噪聲的敏感程度。 其次在傳感器芯片內(nèi)裝載的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)保證了每一只濕度傳 感器都具有相同的功能， 即具有 100%的互換性。最后，傳感器可直接通過(guò) 12C總 線與任何類型的微處理器、 微控制器系統(tǒng)連接， 從而減少了接口電路的硬件成本， 簡(jiǎn)化了接口方式

36、。SHT11 與單片機(jī)的管腳連接原理圖以下是 SHT11與單片機(jī)的管腳連接原理圖，如圖 3-6 所示圖 3-6 SHT11 與單片機(jī)的管腳連接圖173.4 顯示模塊顯示模塊采用的是液晶 LCD1602。1602液晶也叫 1602字符型液晶，它是一種專門用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào) 等的點(diǎn)陣型液晶模塊。它由若干個(gè) 5X7或者 5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字 符位都可以顯示一個(gè)字符， 每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔， 每行之間也有間隔，起 到了字符間距和行間距的作用， 正因?yàn)槿绱怂运荒芎芎玫仫@示圖形 （用自定 義 CGRA，M顯示效果也不好）。1602LCD是指顯示的內(nèi)容為 16X2, 即可以顯示

37、兩行， 每行 16個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字） 。3.4.1 LCD1602 的引腳以下是 LCD1602的引腳圖 3-7 。圖 3-71602采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口，其中：第 1 腳： GND為電源地。第 2 腳： VCC接 5V電源正極。第3腳： V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源 時(shí)對(duì)比度最高（對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì) 產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè) 10K的電位 器調(diào)整對(duì)比度）。第 4腳：RS為寄存器選擇，高電平 1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平 0時(shí)選擇指令 寄存器。第5腳：RW為讀寫信號(hào)線，高電平（1） 時(shí)進(jìn)行讀操作，電平（0） 時(shí)進(jìn)行寫操作。第6腳： E（或 E

38、N）端為使能 （enable） 端,高電平（ 1）時(shí)讀取信息，負(fù)跳變時(shí) 執(zhí)行指令。18第714腳： D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。第 1516腳：空腳或背燈電源。15腳背光正極16腳背光負(fù)極LCD1602 與單片機(jī)的連接圖3.5 電源模塊J1為 line input5V,兩個(gè)104電容為濾波電容，引腳分別接地，主要是濾掉高頻紋波，防止自激 震蕩； 47UF為濾波電容，主要是濾掉低頻紋波； R1作限流作用以保護(hù)穩(wěn)壓二極 管D2，當(dāng)輸入電壓和輸出負(fù)載電流發(fā)生變化時(shí) R1通過(guò)本身降壓的變化，來(lái)調(diào)整 穩(wěn)壓二極管 D2的工作電流，從而起到穩(wěn)壓作用。其原理圖如圖3 -8所示圖 3-8 5V 轉(zhuǎn) 3.3V 原理

39、圖19系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單介紹系統(tǒng)軟件組成主程序流程圖nRF4L01 數(shù)據(jù)發(fā)送子程序發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí)， 首先將 nRF24L01 配置為發(fā)射模式： 接著把接收節(jié)點(diǎn)地址 TX_ADDR 和有 效數(shù)據(jù) TX_PLD 按照時(shí)序由 SPI 口寫入 nRF24L01 緩存區(qū)， TX_PLD 必須在 CSN 為低時(shí)連 續(xù)寫入，而 TX_ADDR 在發(fā)射時(shí)寫入一次即可，然后 CE 置為高電平并保持至少 10s，延 遲 130s后發(fā)射數(shù)據(jù) ; 若自動(dòng)應(yīng)答開啟， 那么 nRF24L01 在發(fā)射數(shù)據(jù)后立即進(jìn)入接收模式， 接 收應(yīng)答信號(hào)（自動(dòng)應(yīng)答接收地址應(yīng)該與接收節(jié)點(diǎn)地址 TX_ADDR 一致）。如果收到應(yīng)答， 則認(rèn)為此次通

40、信成功， TX_DS 置高，同時(shí) TX_PLD 從 TX FIFO 中清除 ;若未收到應(yīng)答，則 自動(dòng)重新發(fā)射該數(shù)據(jù) （自動(dòng)重發(fā)已開啟 ），若重發(fā)次數(shù) （ARC） 達(dá)到上限， MAX_RT 置高， TX F IFO 中數(shù)據(jù)保留以便在次重發(fā) ;MAX_RT 或 TX_DS 置高時(shí)，使 IRQ 變低，產(chǎn)生中斷，通知 MCU 。最后發(fā)射成功時(shí) ,若CE為低則 nRF24L01 進(jìn)入空閑模式 1;若發(fā)送堆棧中有數(shù)據(jù)且 CE 為高，則進(jìn)入下一次發(fā)射 ;若發(fā)送堆棧中無(wú)數(shù)據(jù)且 CE 為高，則進(jìn)入空閑模式 2。配置字20SPI 口為同步串行通信接口，最大傳輸速率為 10 Mb/s ，傳輸時(shí)先傳送低 位字節(jié)，再傳

41、送高位字節(jié)。但針對(duì)單個(gè)字節(jié)而言，要先送高位再送低位。 與 SPI 相關(guān)的指令共有 8 個(gè)，使用時(shí)這些控制指令由nRF24L01 的 MOSI 輸入。相應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)信息是從 MISO輸出給 MCU。nRF24L0l 所有的配置字都由配置寄存器定義，這些配置寄存器可通過(guò) SP I 口訪問(wèn)。 nRF24L01 的配置寄存器共有 25 個(gè)，常用的配置寄存器如表 2 所 示。4.2.2 nRF4L01數(shù)據(jù)發(fā)送表 2 ：常用配置寄存器地址（H）寄存器名稱功能00CONFIG設(shè)置 24L01 工作模式01EN_AA設(shè)置接收通道及自動(dòng)應(yīng)答02EN_RXADDR使能接收通道地址03SETUP_AW設(shè)置地址寬度

42、04SETUP_RETR設(shè)置自動(dòng)重發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)間和次數(shù)07STATUS狀態(tài)寄存器，用來(lái)判定工作狀態(tài)0A0FRX_ADDR_P0P5設(shè)置接收通道地址10TX_ADDR設(shè)置接收接點(diǎn)地址111RX_PW_P0P5設(shè)置接收通道的有效數(shù)據(jù)寬216度nRF4L01 數(shù)據(jù)接收子程序接收數(shù)據(jù)時(shí) ,首先將 nRF24L01配置為接收模式，接著延遲 130s 進(jìn)入 接收狀態(tài)等待數(shù)據(jù)的到來(lái)。當(dāng)接收方檢測(cè)到有效的地址和CRC 時(shí)，就將數(shù)據(jù)包存儲(chǔ)在 RX FIFO 中，同時(shí)中斷標(biāo)志位 RX_DR置高， IRQ 變低，產(chǎn)生中 斷，通知 MCU去取數(shù)據(jù)。若此時(shí)自動(dòng)應(yīng)答開啟，接收方則同時(shí)進(jìn)入發(fā)射狀 態(tài)回傳應(yīng)答信號(hào)。最后接收成功時(shí)

43、，若 CE變低，則 nRF24L01 進(jìn)入空閑模 式 1。溫濕度采集子程序液晶顯示子程序4.5.1 LCD1602 的指令1602 液晶模塊內(nèi)部的控制器共有 11 條控制指令。 第 1 條：清顯示（ 0 x01H）RS RW D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D00 0 0 0 0 0 0 0 0 1第 2 條 : 光標(biāo)復(fù)位（ 0 x02H 或 0 x03H）RS RW D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D022 第3條：設(shè)置輸入模式RS RW D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D00 0 0 0 0 0 0 1 I/D S第 4 條:顯示開/ 關(guān)控制RS RW D7

44、D6 D5 D4 D3 D2 D1 D00 0 0 0 0 0 1 D C B第 5 條 : 光標(biāo)或者字符移位RS RW D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D00 0 0 0 0 1 S/C R/L * *第 6 條 功能設(shè)置RS RW D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D00 0 0 0 1 DL N F * *第 7 條 : 字符發(fā)生存儲(chǔ)器地址RS RW D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D00 0 0 1字符發(fā)生器地址（ AGG）第8條 : 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址RS RW D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D00 0 1 顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址（ ADD） 第 9 條: 讀取忙標(biāo)志或者地址RS RW D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D00 1 BF 計(jì)數(shù)器地址（ AC） 第 10 條 寫數(shù)據(jù)到 CGRAM或者 DDRAMRS RW D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D01 0 寫入的數(shù)據(jù)第11條 CGRAM或者 DDRAM讀取數(shù)據(jù)RS RW D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D01 1 讀取的數(shù)據(jù)234.5.2 LCD1602 數(shù)據(jù)顯示子程序流程圖245 制作與