【正文】 24L01 模塊及特殊通訊協(xié)議 進(jìn)行一定距離 的 傳輸 ，最 后在 主機(jī)的LCD12864 液晶上 顯示出來(lái)的模型。系統(tǒng)采用無(wú)線通信技術(shù)和無(wú)線溫濕度傳感器采集技術(shù)，利用無(wú)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(lái)的施工難度和施工成本。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) Tianjin University of Technology and Education 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 專 業(yè)： 班級(jí)學(xué)號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 二〇一 年 月 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 多傳感器數(shù)據(jù)采集與傳輸電路設(shè)計(jì) Design of A Circuit for Multiple Sensors Data Acquisiton and Transmission 專業(yè)班級(jí)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 學(xué) 院： 自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院 201 年 0 月 摘 要 在工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活 中，對(duì) 溫度和濕度數(shù)據(jù) 的監(jiān)測(cè) 具有 非常 重要 的實(shí)際 應(yīng)用。本系統(tǒng)選用 STM32 單片機(jī)作為主控芯片，系統(tǒng)包括無(wú)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(yǔ)音報(bào)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(jī)； nRF24L01； 傳感器 ； 主機(jī)； 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(cè)量點(diǎn)相對(duì)分散且分布不均勻的情況下，如果采用個(gè)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(fèi)資源，占用空間，而且可操作性差，若出現(xiàn)問(wèn)題或設(shè)備位置變動(dòng)，就會(huì)需要重新布線，操作非常繁瑣，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，更加大了生產(chǎn)成本。 在日常生活中，隨著社會(huì)的進(jìn)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(jì)相應(yīng)的通信接口系統(tǒng)，來(lái)控制無(wú)線射頻模塊的工作，一邊完成可靠并且穩(wěn)定的無(wú)線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。目前，國(guó)內(nèi)外很多知名廠商都很重視無(wú)線射頻芯片技術(shù)研究，以及更好的應(yīng)用到射頻芯片的嵌入式系統(tǒng)中。 nRF24L01 無(wú)線通信模塊 可以通過(guò)軟件程序?qū)νㄓ嵉耐ǖ兰拜敵龉β蔬M(jìn)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(jìn)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展以及實(shí)際應(yīng)用給我們的日常生活帶來(lái)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(gè)主機(jī)、兩個(gè)從機(jī)、無(wú)線通訊模塊、溫度采集、濕度采集、繼電器模組、報(bào)警電路、定時(shí)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(cè) 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(chǎng)合很多 采用 DS18B20 作為系統(tǒng)的測(cè)溫元器件 ， 由于該測(cè)溫元件的輸出信號(hào)為數(shù)字信號(hào)，能很好 的與微控制器進(jìn)行命令和數(shù)據(jù)的傳輸，并且該測(cè)溫元件的外圍電路要求簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性也相對(duì)不錯(cuò)，能夠很大程度上簡(jiǎn)化硬件電路的設(shè)計(jì) ， 但其檢測(cè)范圍僅限于溫度測(cè)量，檢測(cè)功能單一，需要搭配濕度檢測(cè)器件才能滿足本設(shè)計(jì)要求，因此，該器件不適用于本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 DS18B20 與 DHT11 相比，在功能和檢測(cè)精度上都低于 DHT11 溫濕度傳感器，因此本設(shè)計(jì)選用方案二作為環(huán)境數(shù)據(jù)的檢測(cè)器件。 方案二： 藍(lán)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(lán)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(lán)牙的傳輸距離可以達(dá)到幾十米。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能要求，本設(shè)計(jì)的無(wú)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(hù)功能，使用更加安全可靠。 CortexM3系列的單片機(jī)的內(nèi)部資源和接口非常強(qiáng)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(yīng)用到系統(tǒng)中，并且該單片機(jī)的 價(jià)格 便宜 ， 工作也穩(wěn)定 。 人機(jī) 顯示 模塊的選型 方案一： 人機(jī)交互界面在每個(gè)系統(tǒng)中都有很重要的作用， LCD12864 液晶 顯示就是一種常見(jiàn)的 人機(jī)界面顯示 方式， LCD12864 的顯示功能比較強(qiáng)大，不僅僅能顯示中文和英文，而且一些較為復(fù)雜的圖形符號(hào)都可以通過(guò)編程的方式在液晶屏上顯示出來(lái)， LCD12864 液晶屏 與單片機(jī)的連接方式有串行連接和并行連接，可以根據(jù)不同場(chǎng)合和顯示數(shù)據(jù)量的大小進(jìn)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(yáng)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(lái)，數(shù)碼管的市場(chǎng)價(jià)格相對(duì)便宜，而且編程簡(jiǎn)單，但是該模塊只能顯示簡(jiǎn)單的英文字母和阿拉伯?dāng)?shù)字，其顯示效果相對(duì) 較差，并且外圍電路的搭建較為復(fù)雜，需要配合595 等類型的鎖存器使用，較為復(fù)雜。 兩個(gè)從機(jī)電路與主機(jī)電路有一定的差異，從機(jī)電路設(shè)計(jì)由五個(gè)電路模塊組成，分別包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)主控模塊 、 溫濕度傳感檢測(cè)模塊 、 無(wú)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(dòng)模塊 。 STM32F103C8T6 單片機(jī)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(fù)位電路設(shè)計(jì)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(dá)到 20 米以上，能夠很好的與單片機(jī)進(jìn)行連接嵌入到系統(tǒng)中。 DHT11 實(shí)物如圖 32 所示。nRF24L01 無(wú)線通信 模塊是 目前市場(chǎng)上應(yīng)用較為普遍的無(wú)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(xué) 201 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 圖 35 nRF24L01 芯片 引腳 引腳功能說(shuō)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(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 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(guò)配置其內(nèi)部寄存器進(jìn)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(duì)顯示速度要求高的場(chǎng)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(duì)較慢，但是其 IO 資源占用較少，對(duì)顯示速度要求不高的場(chǎng)合可以選用串行方式連接。 蜂鳴語(yǔ)音報(bào)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(dòng)期間，只需給蜂鳴器供上額定的電壓就能驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出響聲。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 201 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 圖 36 LCD12864 液晶 顯示 屏 圖 37 報(bào)警驅(qū)動(dòng)電路 電源驅(qū)動(dòng)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(duì)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(duì)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(jī)系統(tǒng)的供電電壓，因此還需要設(shè)計(jì) 5V 轉(zhuǎn) 的穩(wěn)壓整流電路，系統(tǒng)選擇 穩(wěn)壓 芯片， 通過(guò)該穩(wěn)壓芯片的內(nèi)部整流和穩(wěn)壓電路對(duì)輸出電壓進(jìn)行精確的降壓，保證控制系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性 。 如果檢測(cè)到中斷信號(hào)的到來(lái)就從 RX_buffer 讀 取 數(shù)據(jù)， 并將讀取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和處理后在LCD12864 液晶顯示屏上面顯示出來(lái)， 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(wú)線發(fā)射模塊軟件設(shè)計(jì) 首先 需要對(duì) nRF24L01 進(jìn)行初始化， 為了保證 nRF24L01 模塊的正常 通信 ，需要從兩個(gè)部分進(jìn)行初始化的操作，一部分是對(duì)單片機(jī)的 IO 的設(shè)置，另一部分是對(duì)單片初始化 DHT 11應(yīng)答脈沖開(kāi)始否是發(fā)出掃描命令發(fā)出 convert 命令延時(shí)等待溫濕度轉(zhuǎn)換完成應(yīng)答脈沖否是發(fā)出讀操作命令數(shù)據(jù)合并 ， 計(jì)算出十進(jìn)制數(shù)據(jù)天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 201 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 機(jī)硬件 SPI 內(nèi)部寄存器的 初始化 配置。 圖 42 無(wú)線發(fā)射軟件流程圖 無(wú)線接收模塊軟件設(shè)計(jì) 主機(jī)在 接收數(shù)據(jù)時(shí)， 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(jì) 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(jī)的 IO 資源，數(shù)據(jù) 顯示采用 定時(shí)中斷循環(huán) 掃描的方式。 第三步： 將 主機(jī) STM32 單片機(jī) 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(lái)，保證溫 濕度檢測(cè)的 硬件及軟件部分 的正確 。 第七步： 將兩個(gè)從機(jī)和主機(jī)的程序全部燒寫到對(duì)應(yīng)的單片機(jī)中，進(jìn)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(jī)一和從機(jī)二的數(shù)據(jù)在主機(jī)接收端的LCD12864 液晶上顯示出來(lái)。 圖 52 從機(jī)發(fā)射 部分成品 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 201 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 結(jié) 論 本論文 介紹的是 通過(guò) nRF24L01無(wú)線收發(fā)模塊的 方式實(shí)現(xiàn) 多傳感節(jié)點(diǎn)的 遠(yuǎn)程 溫濕度 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它可以用于多種 遠(yuǎn)程監(jiān) 測(cè)系統(tǒng)， 能 夠?qū)崿F(xiàn) 遠(yuǎn) 程 環(huán)境、資源信息等數(shù)據(jù)的 收 集。并且在本設(shè)計(jì)中選 用 DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器能夠很好的與單片機(jī)進(jìn)行溫濕度數(shù)據(jù)的直接采集與存儲(chǔ)，利用無(wú)線收發(fā)模塊進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)的傳輸，并在主機(jī)的 LCD12864液晶顯示屏上顯示。 u8 RH_H,RH_L,Tem_H,Tem_L。//狀態(tài)標(biāo)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(hào) SPI_SendByte(value)。 NRF24L01_CSN_low()。 //禁止 SPI 傳輸 return(reg_