【正文】 24L01 模塊及特殊通訊協(xié)議 進行一定距離 的 傳輸 ，最 后在 主機的LCD12864 液晶上 顯示出來的模型。系統(tǒng)采用無線通信技術(shù)和無線溫濕度傳感器采集技術(shù)，利用無線數(shù)據(jù)的通信技術(shù)能夠在很大程度上降低空間布線所帶來的施工難度和施工成本。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學 Tianjin University of Technology and Education 畢 業(yè) 設(shè) 計 專 業(yè)： 班級學號： 學生姓名： 指導教師： 二〇一 年 月 天津職業(yè)技術(shù)師范大學本科生畢業(yè)設(shè)計 多傳感器數(shù)據(jù)采集與傳輸電路設(shè)計 Design of A Circuit for Multiple Sensors Data Acquisiton and Transmission 專業(yè)班級： 學生姓名： 指導教師： 學 院： 自動化與電氣工程學院 201 年 0 月 摘 要 在工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活 中，對 溫度和濕度數(shù)據(jù) 的監(jiān)測 具有 非常 重要 的實際 應用。本系統(tǒng)選用 STM32 單片機作為主控芯片，系統(tǒng)包括無線數(shù)據(jù)通信模塊， DHT11 溫濕度傳感器， LCD 液晶顯示模塊，蜂鳴語音報警模塊，以及模擬繼電器 LED 指示等外圍電路。 關(guān)鍵詞： 單片機； nRF24L01； 傳感器 ； 主機； LCD 液晶屏 ABSTRACT In the industry, agriculture and life, the monitoring of the temperature and humidity has a very important practical application.. The improvement of people39。在測量點相對分散且分布不均勻的情況下，如果采用個有線數(shù)據(jù)采集的方式往往需要高昂的工程。由于車間大、設(shè)備分布不均勻、需要傳輸數(shù) 據(jù)較多，若使用有線數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞叫枰佋O(shè)大量的通訊線，不僅浪費資源，占用空間，而且可操作性差，若出現(xiàn)問題或設(shè)備位置變動，就會需要重新布線，操作非常繁瑣，不僅費時費力，更加大了生產(chǎn)成本。 在日常生活中，隨著社會的進步和人們生活水平的逐步提高，居住環(huán)境也逐漸變得更加智能化。因此，就需要設(shè)計相應的通信接口系統(tǒng)，來控制無線射頻模塊的工作，一邊完成可靠并且穩(wěn)定的無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。目前，國內(nèi)外很多知名廠商都很重視無線射頻芯片技術(shù)研究，以及更好的應用到射頻芯片的嵌入式系統(tǒng)中。 nRF24L01 無線通信模塊 可以通過軟件程序?qū)νㄓ嵉耐ǖ兰拜敵龉β蔬M行配置，不僅內(nèi)部融合了ShockBurst 技術(shù) ，而且內(nèi)部繼承了多種功能模塊，包括 頻率合成 電路 、功率放大器 及振蕩器 和解調(diào) 器等 。這些先進技術(shù)的進步與發(fā)展以及實際應用給我們的日常生活帶來了很大的便利。 圖 21 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 系統(tǒng)方案 本系統(tǒng)包括：一個主機、兩個從機、無線通訊模塊、溫度采集、濕度采集、繼電器模組、報警電路、定時中斷等子程序。 圖 22 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng) 中功能 模塊 的選型 溫濕度檢測 模塊 的選型 方案一： 數(shù)字式溫度傳感器的選擇在目前很多工農(nóng)業(yè)場合很多 采用 DS18B20 作為系統(tǒng)的測溫元器件 ， 由于該測溫元件的輸出信號為數(shù)字信號，能很好 的與微控制器進行命令和數(shù)據(jù)的傳輸，并且該測溫元件的外圍電路要求簡單，穩(wěn)定性也相對不錯，能夠很大程度上簡化硬件電路的設(shè)計 ， 但其檢測范圍僅限于溫度測量，檢測功能單一，需要搭配濕度檢測器件才能滿足本設(shè)計要求，因此，該器件不適用于本系統(tǒng)的設(shè)計。 DS18B20 與 DHT11 相比，在功能和檢測精度上都低于 DHT11 溫濕度傳感器，因此本設(shè)計選用方案二作為環(huán)境數(shù)據(jù)的檢測器件。 方案二： 藍牙模塊是一種目前近距離數(shù)據(jù)傳輸比較常用的一種方式， 藍牙 模塊 的數(shù)據(jù) 傳輸距離 在 10cm～ 10m 左右 ， 如果外加相關(guān)功率放大電路或某些外設(shè)，藍牙的傳輸距離可以達到幾十米。為了實現(xiàn)系統(tǒng)的功能要求，本設(shè)計的無線傳輸模塊最終選用nRF24L01 芯片。電源 適配器 一般都具有 多種自我 保護功能，使用更加安全可靠。 CortexM3系列的單片機的內(nèi)部資源和接口非常強大，擁有多路串口、 A/D 接口、 SPI 接口及外部中斷，能夠很好的應用到系統(tǒng)中，并且該單片機的 價格 便宜 ， 工作也穩(wěn)定 。 人機 顯示 模塊的選型 方案一： 人機交互界面在每個系統(tǒng)中都有很重要的作用， LCD12864 液晶 顯示就是一種常見的 人機界面顯示 方式， LCD12864 的顯示功能比較強大，不僅僅能顯示中文和英文，而且一些較為復雜的圖形符號都可以通過編程的方式在液晶屏上顯示出來， LCD12864 液晶屏 與單片機的連接方式有串行連接和并行連接，可以根據(jù)不同場合和顯示數(shù)據(jù)量的大小進行選擇。 數(shù)碼管一般都是七段數(shù)碼管，分為共陰極數(shù)碼管和共陽極數(shù)碼管，其編程方式采用循環(huán)掃描將不同的數(shù)據(jù)和變量在數(shù)碼管上顯示出來，數(shù)碼管的市場價格相對便宜，而且編程簡單，但是該模塊只能顯示簡單的英文字母和阿拉伯數(shù)字，其顯示效果相對 較差，并且外圍電路的搭建較為復雜，需要配合595 等類型的鎖存器使用，較為復雜。 兩個從機電路與主機電路有一定的差異，從機電路設(shè)計由五個電路模塊組成，分別包括：單片機主控模塊 、 溫濕度傳感檢測模塊 、 無線數(shù)據(jù)收發(fā)通訊模塊 、 模擬繼電器 LED 指示模塊以及電源驅(qū)動模塊 。 STM32F103C8T6 單片機的溫度工作范圍很寬，能夠在零下 40 攝氏度到零上 105 攝氏度的范圍里面正常工作。復位電路設(shè)計如圖31 右下圖所示。該傳感器采用單總線的數(shù)據(jù)傳輸方式，并且其體積小，功耗低，傳輸距離能達到 20 米以上，能夠很好的與單片機進行連接嵌入到系統(tǒng)中。 DHT11 實物如圖 32 所示。nRF24L01 無線通信 模塊是 目前市場上應用較為普遍的無線 收發(fā) 器件 ， 其 工作 頻段在 GHz 至 GHz 之間 。 VCCDATAGNDNCDATA5 KVCC VCCGNDDHT 11C P UnRF 24 L 01STM 3216 M8 M天津職業(yè)技術(shù)師范大學 201 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 10 圖 35 nRF24L01 芯片 引腳 引腳功能說明 引腳 功能 CE 使能發(fā)射或接收 CSN， SCK， MOSI， MISO SPI 引腳端，微處理器可通過此引腳配置 nRF24L01 IRQ 中斷標志位 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 V ANT1,ANT2 天線接口 IREF 參考電流輸入 （ 2） nRF24L01 模塊有四種工作模式，包括 發(fā)射 模式 、接收 模式 、空閑 模式 及掉電 模式，這四種工作模式可以通過配置其內(nèi)部寄存器進行設(shè)置 ， 配置原則 如表 所示。并行連接的數(shù)據(jù)顯示和傳輸速度快，適合對顯示速度要求高的場合，但是 IO 資源占用的較多；串行連接的數(shù)據(jù)顯示和傳輸速度相對較慢，但是其 IO 資源占用較少，對顯示速度要求不高的場合可以選用串行方式連接。 蜂鳴語音報警模塊及模擬繼電器 LED 指示模塊 由于蜂鳴器是直流電壓驅(qū)動期間，只需給蜂鳴器供上額定的電壓就能驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出響聲。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學 201 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 12 圖 36 LCD12864 液晶 顯示 屏 圖 37 報警驅(qū)動電路 電源驅(qū)動模塊 電源適配器能夠很好的輸出較為平穩(wěn)的直流電壓，其輸出電流也相對穩(wěn)定，并且電源適配器有塑料外殼能夠起到電源芯片的防塵和防爆作用，其內(nèi)部電路的功耗較低，穩(wěn)定性也相對比較好，攜帶也比較方便 。在該系統(tǒng)中還需要提供 的電壓作為單片機系統(tǒng)的供電電壓，因此還需要設(shè)計 5V 轉(zhuǎn) 的穩(wěn)壓整流電路，系統(tǒng)選擇 穩(wěn)壓 芯片， 通過該穩(wěn)壓芯片的內(nèi)部整流和穩(wěn)壓電路對輸出電壓進行精確的降壓，保證控制系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性 。 如果檢測到中斷信號的到來就從 RX_buffer 讀 取 數(shù)據(jù)， 并將讀取到的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)計算和處理后在LCD12864 液晶顯示屏上面顯示出來， 其 工作 流程圖如圖 46 所示。 圖 41 DHT11 數(shù)據(jù)采集程序流程圖 無線發(fā)射模塊軟件設(shè)計 首先 需要對 nRF24L01 進行初始化， 為了保證 nRF24L01 模塊的正常 通信 ，需要從兩個部分進行初始化的操作，一部分是對單片機的 IO 的設(shè)置，另一部分是對單片初始化 DHT 11應答脈沖開始否是發(fā)出掃描命令發(fā)出 convert 命令延時等待溫濕度轉(zhuǎn)換完成應答脈沖否是發(fā)出讀操作命令數(shù)據(jù)合并 ， 計算出十進制數(shù)據(jù)天津職業(yè)技術(shù)師范大學 201 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 16 機硬件 SPI 內(nèi)部寄存器的 初始化 配置。 圖 42 無線發(fā)射軟件流程圖 無線接收模塊軟件設(shè)計 主機在 接收數(shù)據(jù)時， 需要 將 nRF24L01 模塊 配置為接收 狀態(tài)的工作 模式。 LCD12864 顯示模塊軟件設(shè)計 LCD12864 顯示 電路 采用串行接口連接方式，串行接口的電路連接方式能夠有效節(jié)省單片機的 IO 資源，數(shù)據(jù) 顯示采用 定時中斷循環(huán) 掃描的方式。 第三步： 將 主機 STM32 單片機 與溫 濕 度傳感器 DHT11 相連， 燒寫讀取 DHT11溫濕度的 C 程序，并在 LCD12864 液晶顯示屏上顯示出來，保證溫 濕度檢測的 硬件及軟件部分 的正確 。 第七步： 將兩個從機和主機的程序全部燒寫到對應的單片機中，進行整套 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集及發(fā)送接收的聯(lián)調(diào)，并將從機一和從機二的數(shù)據(jù)在主機接收端的LCD12864 液晶上顯示出來。 圖 52 從機發(fā)射 部分成品 天津職業(yè)技術(shù)師范大學 201 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 20 結(jié) 論 本論文 介紹的是 通過 nRF24L01無線收發(fā)模塊的 方式實現(xiàn) 多傳感節(jié)點的 遠程 溫濕度 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它可以用于多種 遠程監(jiān) 測系統(tǒng)， 能 夠?qū)崿F(xiàn) 遠 程 環(huán)境、資源信息等數(shù)據(jù)的 收 集。并且在本設(shè)計中選 用 DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器能夠很好的與單片機進行溫濕度數(shù)據(jù)的直接采集與存儲，利用無線收發(fā)模塊進行無線數(shù)據(jù)的傳輸，并在主機的 LCD12864液晶顯示屏上顯示。 u8 RH_H,RH_L,Tem_H,Tem_L。//狀態(tài)標志 void Delay(u32 t)。 //房間一接收的數(shù)據(jù) u8 rx_room_two[7]={0,2,5,3,3,2,4}。 void TIM_Configuration(void)。 u16 Smokescope_Value,Rainfall_Value。//返回 ch } void delay_us(u32 dly) { u32 temp。 SysTickCTRL=0x01。 SysTickCTRL=0x0。 IWDG_SetReload(5000)。 RCC_Configuration()。 USART_Configuration()。 IWDG_Configuration()。 LCD_12864_room2_Temp()。 } //以上判斷上限值 if(rx_buf[0]==0x31) { for(i=1。 } } if(rx_buf[0]==0x32) { for(i=1。 } } else { GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_3)。 //發(fā)送寄存器號 SPI_SendByte(value)。 NRF24L01_CSN_low()。 //禁止 SPI 傳輸 return(reg_