【正文】 倉(cāng)庫(kù)多點(diǎn)無線采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 【摘要】 煙草倉(cāng)儲(chǔ)的過程中，倉(cāng)庫(kù)環(huán)境溫濕度的變化和波動(dòng)，都會(huì)對(duì)自然發(fā)酵的進(jìn)度和卷煙質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響，甚至對(duì)人體造成了極大的毒害，所以如何控制好倉(cāng)庫(kù)環(huán)境的溫濕度是極其必要的。本設(shè)計(jì)研究如何對(duì)煙草倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行無線多點(diǎn)采集，設(shè)計(jì)利用了STC89C52單片機(jī)，結(jié)合無線模塊NRF2401+進(jìn)行傳輸溫濕度、熱釋電信號(hào)來實(shí)現(xiàn)采集功能。該系統(tǒng)分為主機(jī)和從機(jī)模塊，從機(jī)可以把溫濕度、熱釋電信號(hào)傳輸給主機(jī)，在主機(jī)上的工作人員不僅可以設(shè)置從機(jī)溫濕度的上下限值而啟動(dòng)相應(yīng)的措施來保證倉(cāng)庫(kù)的溫濕度在安全范圍內(nèi)，而且可以接收從機(jī)傳來的熱釋電信號(hào)進(jìn)行防盜報(bào)警?！娟P(guān)鍵詞】無線 溫度 濕度 熱釋電信號(hào) 防盜【Abstract】The changes of temperature and moisture will change the natural ferment of tobacco, which will affect the quality and even poison human39。s health, so how to control a balance temperature and moisture of the storehouse is very very importantly. This design use MCU(STC89C52) and united wireless module (NRF2401) to monitor temperaturemoisture signals and heatreleaseelectricity signals and study the way of wireless multipoint acquisition. This system is consists of host and slave transfers the temperature moisture signals and heatreleaseelectricity signals to the host, and then the workers can set the limitation of highest and lowest temperature on the host that can turn on the dehumidifiers, sprinklers, and airconditioning cooling and heating system in the warehouse where the slaves is in, and also this system can alarm using antitheft signal.【Key Words】wireless temperature moisture heatreleaseelectricity signal antitheft 目錄 1 緒論 3 淺談煙草倉(cāng)庫(kù)溫濕度控制系統(tǒng)的重要性 3 3本論文的主要內(nèi)容 32 NRF24L01無線模塊的簡(jiǎn)介 4 NRF24L01引腳配置 4 4 53 本課題的設(shè)計(jì)方案 6 本課題的總體方案 6 無線模塊方案 6 CPU主控制模塊方案 7 溫濕度傳感器選擇方案 7 電源方案 8 顯示方案 8 數(shù)據(jù)包處理方式選擇 9本章小結(jié) 94 多點(diǎn)無線溫濕度采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 10 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 10 10 11 NRF2401模塊 11 12 LCD顯示模塊 13本章小結(jié) 135 多點(diǎn)無線溫濕度采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 14 增強(qiáng)型ShockBurstTM Mode的發(fā)送流程 14 增強(qiáng)型ShockBurst TM Mode的接收流程 14 15 16本章小結(jié) 176 多點(diǎn)無線溫濕度采集系統(tǒng)的實(shí)物展示 18 18 結(jié)果評(píng)論與展望 18參考文獻(xiàn) 20致謝語(yǔ) 20附錄一：原理圖 201 緒論近年來，不僅煙草公司的不斷增加，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力越來越大，而且人們對(duì)于煙草的質(zhì)量也越來越重視，因此煙草倉(cāng)庫(kù)環(huán)境的溫濕度也得到了極大的重視 淺談煙草倉(cāng)庫(kù)溫濕度控制系統(tǒng)的重要性煙草倉(cāng)庫(kù)作為煙草的儲(chǔ)存地,必須維持相對(duì)恒定的溫度、濕度環(huán)境,由于庫(kù)容一般都比較大,室內(nèi)溫濕度場(chǎng)比較復(fù)雜,設(shè)計(jì)一套完善的溫濕度控制系統(tǒng)就非常必要。煙草的“毛吸作用”很強(qiáng),在高溫高濕的環(huán)境里,容易吸收過量水分。而當(dāng)環(huán)境溫濕度降低時(shí)又將過量的水分釋放出來,在表面凝結(jié)成水。這樣,就為各種微生物的繁殖提供了適宜的條件,容易造成煙草的大面積變色、變質(zhì)、沖燒、霉?fàn)€及蟲蛀。同時(shí),在干旱地區(qū),夏季的相對(duì)濕度很低,外界環(huán)境甚至≤15%,造成煙葉燥碎率很高,損耗增加,色澤及味道均有不同程度的劣化,致使卷煙質(zhì)量下降,有的煙草企業(yè)每年僅煙葉燥碎造成的損失就高達(dá)百萬元。而且倉(cāng)庫(kù)的溫濕環(huán)境品質(zhì)直接影響煙葉的自然醇化效果,而煙草醇化效果則決定了卷煙制成品的品質(zhì)。因此通過控制煙葉存放環(huán)境的溫濕度,為煙草存放提供適宜的環(huán)境條件,避免因濕度過大造成霉變,或因濕度過低、溫度過高造成燥碎而形成經(jīng)濟(jì)損失。同時(shí)適宜的條件有利于提高自然醇化質(zhì)量,提高制成品內(nèi)在品質(zhì),對(duì)增強(qiáng)卷煙的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力十分有利【1】。為了達(dá)到保證卷煙質(zhì)量防止劣化的目的，目前倉(cāng)庫(kù)溫濕度調(diào)節(jié)有以下幾種方法：（1）通風(fēng)降溫降濕：通風(fēng)降溫降濕是在掌握第一手資料后。通風(fēng)條件差的可利用排風(fēng)扇：鼓風(fēng)機(jī)強(qiáng)制通風(fēng)降溫。此種情況方法應(yīng)根據(jù)庫(kù)外的天氣變化規(guī)律恰到好處即可。（2）密封隔潮土法吸潮：在高濕季節(jié)，庫(kù)外的濕度往往高于庫(kù)內(nèi)，在卷煙人庫(kù)時(shí)最好只打開一個(gè)門，其它門窗關(guān)閉密封，盡量少開或不開，以減少潮氣沖入。（3）窗外遮陽(yáng)隔熱：，是庫(kù)內(nèi)溫度升高的主要熱源，根據(jù)這一現(xiàn)象，可在門窗外加遮陽(yáng)物品。對(duì)于以上的幾種調(diào)節(jié)方法，獲得準(zhǔn)確的庫(kù)內(nèi)溫濕度和庫(kù)外溫濕度以及氣象資料便是必不可少的第一手資料，由于各種原因使得以上幾種方法難于實(shí)施于大型公司，無線溫濕度采集系統(tǒng)成了今后倉(cāng)庫(kù)不可缺少的控制系統(tǒng)【2】。本論文的主要內(nèi)容本課題研究的RFID數(shù)據(jù)傳輸控制系統(tǒng)， ISM頻段的有源射頻技術(shù)【3】，設(shè)計(jì)了一款基于nRF2401射頻收發(fā)芯片的有源RFID的多點(diǎn)無線采集系統(tǒng)。該數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由一臺(tái)主機(jī)和兩臺(tái)從機(jī)構(gòu)成，兩臺(tái)從機(jī)可以讀取溫濕度與熱釋電信號(hào)并顯示溫濕度，通過無線模塊可以發(fā)送溫濕度與熱釋電信號(hào)讓主機(jī)接收并顯示，主機(jī)可以設(shè)定兩臺(tái)從機(jī)溫濕度的上限值與下限值，發(fā)送給從機(jī)，控制從機(jī)采取相應(yīng)的措施（除濕機(jī)、灑水機(jī)、空調(diào)制冷制熱）。本論文的第一部分是NRF2401無線模塊簡(jiǎn)介；第二部分是本課程的設(shè)計(jì)方案；第三部分是多點(diǎn)無線溫濕度采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)；第四部分是多點(diǎn)無線溫濕度采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)；第五部分是多點(diǎn)無線溫濕度采集系統(tǒng)的實(shí)物展示。2 NRF24L01無線模塊的簡(jiǎn)介NRF2401無線模塊是目前最常用的無線模塊，深受初學(xué)者的喜愛，該章簡(jiǎn)單介紹了該模塊的主要知識(shí)點(diǎn)。 NRF24L01引腳配置通過配置寄存器可將nRF24L01配置為發(fā)射、接收、空閑及掉電四種工作模式。 nRF24L01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TXFIFO寄存器中發(fā)射模式101→0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110無數(shù)據(jù)傳輸?shù)綦? 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。在掉電模式下電流損耗最小，同時(shí)nRF24L01也不工作，但其所有配置寄存器的值仍然保留【5】。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10μs，延遲130μs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)為此次通信成功，TX_DS置高，同時(shí)TX_PLD從TXFIFO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，TXFIFO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)送堆棧中無數(shù)據(jù)且CE為高，則進(jìn)入空閑模式2。 接收數(shù)據(jù)時(shí),首先將nRF24L01配置為接收模式，接著延遲130μs進(jìn)入接收狀態(tài)等待數(shù)據(jù)的到來。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RXFIFO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)，若CE變低，則nRF24L01進(jìn)入空閑模式1。在寫寄存器之前一定要進(jìn)入待機(jī)模式或掉電模式。 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，用來判定工作狀態(tài)0A~0FRX_ADDR_P0~P5設(shè)置接收通道地址10TX_ADDR設(shè)置接收接點(diǎn)地址11~16RX_PW_P0~P5設(shè)置接收通道的有效數(shù)據(jù)寬度無論是直接收發(fā)模式還是ShockBurst TM模式，其發(fā)射或接收的數(shù)據(jù)包均由四部組成，分別為字頭、地址、有效數(shù)據(jù)和CRC校驗(yàn)碼,。 發(fā)射或接收的數(shù)據(jù)包 字頭置于通信信號(hào)最前端，標(biāo)志著通信信號(hào)開始。該字頭有兩種形式存在；01010101和10101010。字頭形式由地址碼的第一位決定，若地址碼第一位為0，字頭則為01010101,反之亦然。地址寬度可以是4或5字節(jié)寬度。數(shù)據(jù)寬度可設(shè)置為1—32字節(jié)。CRC校驗(yàn)是可選的，可設(shè)置為0—2字節(jié)寬度。3 本課題的設(shè)計(jì)方案該章節(jié)主要介紹了本論文的總體系統(tǒng)以及各個(gè)模塊方案的選擇，通過了這章節(jié)的概述與比較，更加優(yōu)化了設(shè)計(jì)的方案。 本課題的總體方案根據(jù)第一章的要求，可以分為幾大模塊：在主機(jī)上，有鍵盤模塊，中央處理器，顯示模塊，無線模塊，電源模塊。在從機(jī)上，中央處理器，顯示模塊，無線模塊，電源模塊。鍵盤輸入中央處理器顯示模塊無線模塊電源模塊 主機(jī)中央處理器顯示模塊人體感應(yīng)模塊溫濕度模塊電源模塊 從機(jī)無線模塊報(bào)警模塊控制模塊 無線模塊方案本設(shè)計(jì)中，由于有線的數(shù)據(jù)傳輸局限性太大，在遇到特殊的應(yīng)用環(huán)境都將布線工程有極強(qiáng)的制約力，如果系統(tǒng)需要增加新的設(shè)備也非常麻煩，所以用無線模塊來進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)，來代替有線的數(shù)據(jù)傳輸，有以下兩種選擇方案。方案一：采用一種新型的單片無線收發(fā)數(shù)傳MODEM模塊PTR2000，該器件為超小型模塊器件，具有超低功耗、高速率（）無線收發(fā)數(shù)據(jù)傳輸功能。因其編程時(shí)對(duì)工作模式和工作頻道的選擇要求太高。方案二：采用NRF24L01單片機(jī)，最高工作速率可達(dá)2Mbps，具有高效GFSK調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)，有125頻道，可以滿足多點(diǎn)通信和跳頻通信需要，內(nèi)置硬件CRC檢錯(cuò)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信地址控制，低功耗，模塊可軟件設(shè)地址，只有收到本機(jī)地址時(shí)才會(huì)輸出數(shù)據(jù)（提供中斷指示)，可直接接各種單片機(jī)使用，軟件編程非常方便，內(nèi)置專門穩(wěn)壓電路，使用各種電源包括DC/DC 開關(guān)電源均有很好的通信效果， NRF24L01SE配外置天線，無阻擋傳輸距離50100米，NRF24L01B配PCB內(nèi)置天線，無阻擋傳輸距離2050米。通過上述各優(yōu)點(diǎn)的比較，能夠符合本設(shè)計(jì)要求，而且易于實(shí)現(xiàn)的只要方案二，因此采用方案二。 CPU主控制模塊方案中央處理單元（Center Process Unit）指具有運(yùn)算器和控制器功能的大規(guī)模集成電路，簡(jiǎn)稱CPU或微處理器，微處理器在微機(jī)中起著最重要的作用，是微機(jī)的心臟，構(gòu)成了系統(tǒng)的控制中心，對(duì)各部件進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)和控制，有如下兩種方案選擇：方案一: 采用STM32嵌入式STM32系列基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計(jì)的ARM CorterM3內(nèi)核。按性能分成兩個(gè)不同的系列：STM32F103“增強(qiáng)型”系列和STM32F101“基本型”系列。增強(qiáng)型系列時(shí)鐘頻率達(dá)到72MHz，是同類產(chǎn)品中性能最高的產(chǎn)品；基本型時(shí)鐘頻率為36MHz，以16位產(chǎn)品的價(jià)格得到比16位產(chǎn)品大幅提升的性能，是16位產(chǎn)品用戶的最佳選擇。兩個(gè)系列都內(nèi)置32K到128K的閃存，不同的是SRAM的最大容量和外設(shè)接口的組合。時(shí)鐘頻率72MHz時(shí)，從閃存執(zhí)行代碼，STM32功耗36mA，是32位市場(chǎng)上功耗最低的產(chǎn)