【正文】 統(tǒng)是以STC89C52RC單片機(jī)為核心的一套多點(diǎn)溫濕度采集與無(wú)線傳輸系統(tǒng)。由溫濕度采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理三個(gè)部分組成，主要包括單片機(jī)系統(tǒng)，無(wú)線傳輸系統(tǒng)，電源電路，復(fù)位電路，溫濕度檢測(cè)，顯示系統(tǒng)等模塊。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容包括元器件的選擇、電路的設(shè)計(jì)、程序的構(gòu)架與編寫(xiě)、系統(tǒng)的調(diào)試等。元器件的選擇是一項(xiàng)重要內(nèi)容，它決定了系統(tǒng)的成本、功能、性能等很多方面[45]。選擇元器件必須仔細(xì)對(duì)比比較，選測(cè)出合適的元器件進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。電路的設(shè)計(jì)決定了系統(tǒng)的成敗，要根據(jù)各個(gè)元器件的功能特性，設(shè)計(jì)出最佳的硬件電路，盡量做到正確無(wú)誤、簡(jiǎn)單明了、性能穩(wěn)定。本系統(tǒng)發(fā)送模塊的電路主要是是單片機(jī)STC89C52RC最小系統(tǒng)、溫濕度傳感器DHT1發(fā)射模塊NRF24L01的連接。接收模塊的電路是單片機(jī)STC89C52最小系統(tǒng)、接收模塊NRF24L01,數(shù)字顯示屏LCD1602的連接。單片機(jī)STC89C52是整個(gè)硬件電路的核心，它一方面控制無(wú)線傳輸模塊NRF24L01發(fā)送、接收數(shù)據(jù)，另一方面，將接收到的數(shù)字溫濕度數(shù)據(jù)送到LCD顯示器顯示，可以直觀的看到測(cè)量點(diǎn)的溫濕度并進(jìn)行監(jiān)測(cè)。整個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)就是通過(guò)c語(yǔ)言程序?qū)Πl(fā)射機(jī)、接收機(jī)的單片機(jī)STC89C52編程來(lái)實(shí)現(xiàn)其控制功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介，功能強(qiáng)大，成本低，效率高，性?xún)r(jià)比較高，能較好的滿(mǎn)足生產(chǎn)生活中對(duì)于溫濕度的測(cè)量監(jiān)測(cè)要求。2 系統(tǒng)架構(gòu) 多點(diǎn)溫濕度采集和無(wú)線傳輸系統(tǒng)是一種基于射頻技術(shù)的測(cè)量裝置。本設(shè)計(jì)包括發(fā)送模塊與接受模塊，兩塊之間以無(wú)線傳輸方式進(jìn)行通信。發(fā)送模塊包括發(fā)射機(jī)A1與發(fā)射機(jī)A2,接收模塊是一個(gè)接收機(jī)B。 系統(tǒng)通訊方式及總體框圖3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)分為發(fā)射機(jī)與接收機(jī)[6]。兩個(gè)發(fā)射機(jī)AA2的硬件電路設(shè)計(jì)完全相同，主要包括溫濕度采集模塊、主控模塊、無(wú)線發(fā)射模塊。 發(fā)射機(jī)各個(gè)模塊接收機(jī)B主要包括無(wú)線接收模塊、主控模塊、顯示模塊。 接受機(jī)各個(gè)模塊 下面，將對(duì)各個(gè)模塊的硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)介紹。 主控模塊STC89C52是Atmel公司生產(chǎn)的一種低功耗，高性能CMOS 8位微控制器，其價(jià)格便宜，功耗較低，完全滿(mǎn)足本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。 STC89C52的主要功能特性主要功能特性兼容MCS51指令系統(tǒng)8k可反復(fù)擦寫(xiě)Flash ROM32個(gè)雙向I/O口512x8bit內(nèi)部RAM3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷時(shí)鐘頻率024MHz2個(gè)串行中斷可編程UART串行通道2個(gè)外部中斷源共6個(gè)中斷源2個(gè)讀寫(xiě)中斷口線3級(jí)加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 。 STC89C52引腳圖 STC89C52 的功能以及引腳完全可以滿(mǎn)足本系統(tǒng)對(duì)于控制核心的要求，且其成本低，應(yīng)用廣泛，相關(guān)技術(shù)的使用已經(jīng)很成熟，開(kāi)發(fā)難度相對(duì)不高，所以，選擇STC89C52單片機(jī)作為發(fā)射機(jī)、接收機(jī)的主控芯片。 主控模塊的硬件設(shè)計(jì) STC89C52RC主控模塊主要包括供電電路，晶振電路，復(fù)位電路。 STC89C52RC采用5v電源進(jìn)行供電，本系統(tǒng)供電電路采用了反接保護(hù)，濾波電容，電源指示燈，使電源更加穩(wěn)定安全。 供電電路 晶振電路采用12M晶振，18,19引腳各接入2個(gè)22pf的電容與其共同組成晶振電路。復(fù)位電路即STC89C52RC的RESET引腳接入一個(gè)10k電阻并接地，單片機(jī)正常工作時(shí)，保證此引腳電平一直處于低電平。 單片機(jī)的晶振電路與復(fù)位電路 溫濕度采集模塊 溫濕度傳感器的選擇溫度測(cè)量采用的是最基本的應(yīng)用相對(duì)廣泛的熱電偶。其優(yōu)點(diǎn)是價(jià)價(jià)格便宜而且相當(dāng)耐用，種類(lèi)較多，能夠測(cè)量非常寬的溫度范圍，但是其缺點(diǎn)是非線性、響應(yīng)速度慢、精度中等、靈敏度低、穩(wěn)定性低、高溫下容易老化和有線性漂移，并且測(cè)量需要參考量。濕度檢測(cè)采用的是濕敏元件，主要分為電阻式和電容式。濕敏電阻的種類(lèi)多，靈敏度高，但是其線性度和產(chǎn)品的互換性差。濕敏電容反應(yīng)靈敏，體積小，但測(cè)量精度沒(méi)有濕敏電阻精確[79]。數(shù)字式溫濕度傳感器DHT11是sensiron公司生產(chǎn)的一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的智能化溫濕度復(fù)合傳感器，功能，精度完全能滿(mǎn)足本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，且成本低。它不僅能夠測(cè)量溫度，還能同時(shí)測(cè)量相對(duì)濕度，所以可以把DHT11作為溫濕度檢測(cè)的一個(gè)模塊。DHT11傳感器內(nèi)部含有一個(gè)8位的單片機(jī)，與之相連的是一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫原件來(lái)分別采集濕度和溫度數(shù)據(jù)。此傳感器體積小，靈敏度高，功耗低，超高的性?xún)r(jià)比得到了很多場(chǎng)合的廣泛應(yīng)用。 DHT11數(shù)字溫濕度傳感器由上可知，DHT11與溫濕敏元件相比，它成本低，內(nèi)部集成度高，在測(cè)量過(guò)程中可以調(diào)用儲(chǔ)存在OTP內(nèi)存中的校準(zhǔn)系數(shù)對(duì)相對(duì)溫濕度進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)，能夠更為準(zhǔn)確地測(cè)量溫濕度。而且能夠提供數(shù)字輸出，不需要再進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)化，簡(jiǎn)化外部電路，測(cè)量精度相對(duì)較高，可以測(cè)量較寬的溫濕度范圍。DHT11數(shù)字溫濕度傳感器有4針單排引腳封裝，電路連接簡(jiǎn)單，焊接方便。因此，選擇數(shù)字溫濕度傳感器DHT11作為本系統(tǒng)中的測(cè)量元件。發(fā)射機(jī)中含有溫濕度采集模塊，它是指DHT11的硬件連接，本系統(tǒng)所選用的DHT11為4針單排直插封裝， DHT11的引腳說(shuō)明pin名稱(chēng)注釋1VDD2DATA串行數(shù)據(jù)，單總線3NC空腳，懸空4GND接地，電源負(fù)極 本系統(tǒng)中DHT11的供電與STC89C52RC一樣，NC腳在本系統(tǒng)中懸空，DATA引腳應(yīng)連接STC89C52RC的P17口，用于兩者通訊和同步。DATA引腳是一個(gè)單線串行接口，是數(shù)字信號(hào)的輸入輸出端。 DHT11的硬件連接圖 無(wú)線傳輸模塊 無(wú)線傳輸模塊的元器件選擇本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用無(wú)線方式向終端傳輸溫濕度數(shù)據(jù)。GSM、藍(lán)牙、zigbee、WLAN等方式均可進(jìn)行無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)[10]。但考慮到成本及實(shí)用性，本系統(tǒng)無(wú)線傳輸模塊采用單片射頻收發(fā)芯片NRF24L01。 NRF24L01實(shí)物圖 NRF24L01有8個(gè)引腳。 NRF24L01各個(gè)引腳說(shuō)明管腳名稱(chēng)管腳功能方向pin1VDD正電源輸入pin2CE工作模式選擇，RX或TXI Pin3CSNSPI片選使能，低電平使能Ipin4SCKSPI時(shí)鐘Ipin5MOSISPI輸入Ipin6MISOSPI輸出Opin7IRQ中斷輸出Opin8GND電源地 2 NRF24L01的工作模式NRF24L01有兩種節(jié)能模式和兩種工作模式。兩種節(jié)能模式是關(guān)機(jī)模式和空閑模式。兩種工作模式分別是接收模式和發(fā)送模式。NRF24L01的工作模式由CE、寄存器內(nèi)部PWR_UP、PRIM_RX三個(gè)引腳決定。 NRF24L01的工作模式工作模式PWR_UP PRIM_RX CEFIFO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101→0停留在發(fā)射模式，直至數(shù)據(jù)發(fā)送完掉電模式0待機(jī)模式2101TX FIFO為空待機(jī)模式110無(wú)正在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)NRF24L01是我們開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)小型項(xiàng)目的常用無(wú)線傳輸工具，它主要由五部分組成：頻率調(diào)制器，帶解調(diào)器的接收器，功率放大器，晶體震蕩器，調(diào)節(jié)器。NRF24L01可以進(jìn)行組網(wǎng)通信，正好滿(mǎn)足多點(diǎn)測(cè)量的要求。模塊有多種模式可以切換，用此進(jìn)行無(wú)線通信功耗極低，更加節(jié)能，有利于降低成本。其ShockBurst技術(shù)可在通訊時(shí)自動(dòng)生成前導(dǎo)碼和CRC校驗(yàn)位。所以NRF24L01是本系統(tǒng)無(wú)線收發(fā)模塊的最佳選擇。 本系統(tǒng)中兩個(gè)發(fā)射機(jī)各有一個(gè)無(wú)線發(fā)射模塊，一個(gè)接收機(jī)含有一個(gè)無(wú)線接收模塊。由于NRF24L01兼?zhèn)浒l(fā)送與接收功能，所以發(fā)射、接受模塊全部采用NRF24L01,與主機(jī)STC89C52的硬件連接也全部相同。 NRF24L01模塊為8引腳封裝， NRF24L01引腳描述引腳號(hào)名稱(chēng)性質(zhì)描述1GND電源地電源地2VCC電源正（+3v）電源正，3CE輸入信號(hào)由STC89C52RC給出信號(hào)控制NRF24L01模塊內(nèi)部射頻電路工作與否4CSN輸入信號(hào)模塊的片選信號(hào)。STC89C52RC發(fā)出信號(hào)控制允許向模塊讀或?qū)憯?shù)據(jù)5SCK輸入信號(hào)串行時(shí)鐘信號(hào)。S