【正文】 .............................................................. 30 電源電路的仿真 ................................................................................ 30 +5V電源電路仿真 .................................................................... 30 發(fā)送端溫度采集與顯 示仿真 ............................................................... 30 接收端 LCD1602顯示溫度仿真 ................................................... 31 5 硬件電路板設(shè)計 .......................................................................................... 33 系統(tǒng)硬件原理圖 ................................................................................ 33 發(fā)送端原理圖 .......................................................................... 33 接收端原理圖 .......................................................................... 34 系統(tǒng) PCB圖 ....................................................................................... 36 發(fā)送端 PCB圖 .......................................................................... 36 接收端 PCB圖 .......................................................................... 37 硬件制作 ........................................................................................... 37 硬件調(diào)試 ........................................................................................... 39 硬件調(diào)試結(jié)果 .................................................................................... 39 6 nRF24L01應(yīng)用于無線組網(wǎng) ..................................... 41 無線組網(wǎng)的意義及研究價值 ............................................................... 41 通信模型及協(xié)議設(shè)計 ......................................................................... 41 總結(jié) ............................................................................................................... 43 致謝 ............................................................................................................... 45 參考文獻 ........................................................................................................ 46 基于 nRF24L01 模塊的無線通信系統(tǒng)設(shè)計 1 前言 隨著社會的進步和生產(chǎn)的需要，利用無線通信進行溫度數(shù)據(jù)采集的方式應(yīng)用已經(jīng)滲透到生活各個方面。 圖 短距離無線通信的應(yīng)用 在工業(yè)現(xiàn)場，由于生產(chǎn)環(huán)境惡劣，工作人員不能長時間停留在現(xiàn)場觀察設(shè)備是否運行正常，就需要采集數(shù)據(jù)并傳輸數(shù)據(jù)到一個環(huán)境相對好的操控室內(nèi)，這樣就會產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳輸問題。由于廠房大、需要傳輸數(shù)據(jù)多，使 用傳統(tǒng)的有線數(shù)據(jù)傳輸方式就需要鋪設(shè)很多很長的通訊線，浪費資源，占用空間，可操作性差，出現(xiàn)錯誤換線困難。而且，當數(shù)據(jù)采集點處于運動狀態(tài)、所處的環(huán)境不允許或無法鋪設(shè)電纜時，數(shù)據(jù)甚至無法傳輸，此時便需要利用無線傳輸?shù)姆绞竭M行數(shù)據(jù)采集。 基于 nRF24L01 模塊的無線通信系統(tǒng)設(shè)計 2 在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，不論是溫室大棚的溫度監(jiān)測，還是糧倉的管理，傳統(tǒng)上都是采取分區(qū)取樣的人工方法，工作量大，可靠性差。而且大棚和糧倉占地面積大，檢測目標分散，測點較多，傳統(tǒng)的方法已經(jīng)不能滿足當前農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要。當前的科技水平下，無線通信技術(shù)的發(fā)展使得溫度采集測量精確，簡便易行。 在日常生活 中，隨著人們生活水平的提高，居住條件也逐漸變得智能化。如今很多家庭都會安裝室內(nèi)溫度采集控制系統(tǒng)，其原理就是利用無線通信技術(shù)采集室內(nèi)溫度數(shù)據(jù)，并根據(jù)室內(nèi)溫度情況進行遙控通風(fēng)等操作，自動調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度 濕度，可以更好地改善人們的居住環(huán)境。 以上只是簡單列舉幾個現(xiàn)實的例子，在現(xiàn)實生活中，這種無線溫度采集系統(tǒng)已經(jīng)被成功應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測、軍事國防、機器人控制等許多重要領(lǐng)域，而且類似于這種溫度采集系統(tǒng)的無線通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到民用和軍事領(lǐng)域。凡是布線繁雜或不允許布線的場合都希望能通過無線方案來解決。為此，需要設(shè) 計相應(yīng)的接口系統(tǒng)，控制這些射頻芯片工作，完成可靠穩(wěn)定的無線數(shù)據(jù)通信，這樣的研究也變得更加有意義了。 本系統(tǒng)的設(shè)計采用了 Nordic 公司新推出的工作于 頻段 NRF24L01 射頻芯片，由 AT89S52單片機控制 實現(xiàn)短距離無線數(shù)據(jù)通信。該接口設(shè)計具有成本低、傳輸速率高、軟件設(shè)計簡單以及通信穩(wěn)定可靠等特點。 整 個系統(tǒng)有發(fā)送和接收二部分，通 過NRF24L01 無 線數(shù)據(jù)通 信收發(fā)模塊來實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸 。發(fā)送部分以單片機 AT89S52 為核心，使用溫度轉(zhuǎn)換芯片 DS18B20 實時采集溫度并通過 nRF24l01 將采集的溫度無線傳送給接收部分，然后在LCD1602 上顯示，并通過串口發(fā)送到 PC 機上顯示，通過蜂鳴器實現(xiàn)對溫度過高或過低進行報警。 基于 nRF24L01 模塊的無線通信系統(tǒng)設(shè)計 3 1 系統(tǒng)方案分析與選擇論證 系統(tǒng)方案設(shè)計 主控芯片方案 方案一：采用傳統(tǒng)的 AT89S52 單片機作為主控芯片。此芯片價格便宜、操作簡便，低功耗，比較經(jīng)濟實惠。 方案二：采用 TI 公司生產(chǎn)的 MSP430F149 系列單片機作為主控芯片。 此單片機是一款高性能的低功耗的 16 位單片機，具有非常強大的功能，且內(nèi)置高速 12 位 ADC。但其價格比較昂貴，而且是 TPFQ 貼片封裝，不利于焊接，需要 PCB 制板，大大增加了成本和開發(fā)周期。 方案三：采用宏晶科技有限公司的 STC12C5A60S2 增強型 51 單片機作為主控芯片。此芯片內(nèi)置 ADC 和 SPI 總線接口，且內(nèi)部時鐘不分頻，可達到 1MPS。而且價格適中。 考慮到此系統(tǒng)需要不用到 ADC，從性能和價格上綜合考慮我們選擇方案一，即用 AT89S52 作為本系統(tǒng)的主控芯片。 無線通信模塊方案 方案一：采用 GSM 模塊進行通信， GSM 模塊需要借助移動衛(wèi)星或者手機卡，雖說能夠遠距離傳輸，但是其成本較大、且需要內(nèi)置 SIM 卡，通信過程中需要收費，后期成本較高。 方案二：采用 TI 公司 CC2430 無線通信模塊，此模塊采用 Zigbee總線模式，傳輸速率可達 250kbps，且內(nèi)部集成高性能 8051 內(nèi)核。但是此模塊價格較貴，且 Zigbee 協(xié)議相對較為復(fù)雜。 方案二：采用 NRF24L01 無線射頻模塊進行通信， NRF24L01 是一款高速低功耗的無線通信模塊。他能傳輸上千米的距離（加 PA），而且價基于 nRF24L01 模塊的無線通信系統(tǒng)設(shè)計 4 格較便宜、采用 SPI 總線通信模式電路簡單 ，操作方便。 考慮到系統(tǒng)的復(fù)雜性和程序的復(fù)雜度，我們采用方案三作為本系統(tǒng)的通信模塊。 溫度傳感方案 方案一：采用 AD590 是 美國 ANALO G DEV ICES 公司的單片集成兩端感溫電流源。 AD590 測量熱力學(xué)溫度、攝氏溫度、兩點溫度差、多點最低溫度、多點平均溫度的具體電路，廣泛應(yīng)用于不同的溫度控制場合由于 AD590 精度高、價格低、不需輔助電源、線性好，常用于測溫和熱電偶的冷端補償。 但其需要用到差分放大器放大和 A/D 轉(zhuǎn)換，需要原件多。 方案二： 采用美國 DALLAS 公司生產(chǎn)的 DS18B20 可組 網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片，具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域。 經(jīng)濟，方便。 使用 DS18B20 線路簡單，編程容易，但是比 AD590 精度低。 AD590還需要其它輔助電路，線路復(fù)雜，編程難度大，但是溫度精確 ?？紤]到電路的設(shè)計，成本，還有多點通信，我們選擇方案二，即用 DS18B20 作為本系統(tǒng)的溫度傳感器。 顯示模塊方案 方案一：選擇主控為 ST7920 的帶字庫的 LCD12864 來顯示信息。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，描點畫線，設(shè)計成比較理想的結(jié)果。 方案二：采用字符液晶 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。 綜合以上方案，我們選擇了經(jīng)濟實惠的字符液晶 LCD1602 來作為接收端的顯示。發(fā)送端用 7 段數(shù)碼管顯示。 基于 nRF24L01 模塊的無線通信系統(tǒng)設(shè)計 5 單片機與 PC 機通信模塊 采用 RS232 串口與 PC機通信。 系統(tǒng)最終方案 發(fā)送端： 發(fā)送端由溫度傳感器 DS18B20， AT89S52單片機， nRF24L01 無線射頻模塊，數(shù)碼管顯示模塊和外設(shè)繼電器組成。 D S 1 8 B 2 0 溫 度 傳 感器A T 8 9 S 5 2繼 電 器4 位 L E D 數(shù) 碼 顯示 管n R F 2 4 L 0 1 無 線 模 塊 圖 發(fā)送端系統(tǒng)方框圖 接收端： 接收端由 AT89S52 單片機， nRF24L01 無線射頻模塊， LCD1602顯示模塊，報警電路和串口組成。 基于 nRF24L01 模塊的無線通信系統(tǒng)設(shè)計 6 報 警 電 路A T 8 9 S 5 2P C 機L C D 1 6 0 2 液 晶 顯示 器n R F 2 4 L 0 1 無 線 模 塊 圖 接收端系統(tǒng)方框圖 基于 nRF24L01 模塊的無線通信系統(tǒng)設(shè)計 7 2 主要芯片介紹和系統(tǒng)模塊硬件設(shè)計 AT89S52 單片機是一種集成的電路芯塊采用了超大規(guī)模技術(shù)把具有運算能力（如算術(shù)運算、邏輯運算 、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理）的微處理器（ CPU） ,隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），只讀程序存儲器（ ROM），輸入輸出電路（ I/O口），可能還包括定時計數(shù)器，串行通信口（ SCI），顯示驅(qū)動電路（ LCD或 LED 驅(qū)動電路），脈寬調(diào)制電路 (PWM)，模擬多路轉(zhuǎn)換及 A/D 轉(zhuǎn)換器等電路集成到一塊單片機上，構(gòu)成一個最小然而很完善的計算機系統(tǒng)。這些電路能在軟件的控制下準確快速的完成程序設(shè)計者事先規(guī)定的任務(wù)?？偟亩詥纹瑱C的特點可以歸納為以下幾個方面：集成度高、存儲容量大、外部擴展能力強、控制功能強、低電壓、低功耗、性能價格比高、可 靠性高這幾個方面。 單片機有著微處理器所不具備的功能，它可以獨立地完成現(xiàn)代工業(yè)控制所要求的智能化控制功能這就是單片機的最大特點。然而單片機又不同于單板機，芯片在沒有開發(fā)前，它只是具備功能極強的超大規(guī)模集成電路，如果賦予它特定的程序，它便是一個最小的、完整的微機控制系統(tǒng)。它與單板機或個人電腦有著本質(zhì)的區(qū)別，單片機屬于芯片級應(yīng)用，需要用戶了解單片機芯片的結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)以及其它集成電路應(yīng)用技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計所需要的理論和技術(shù)，用這樣特定的芯片設(shè)計應(yīng)用程序，從而使芯片具備特定的智能 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS 8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)