【正文】 能力強(qiáng)，能耗非常低，滿足多點(diǎn)通信和跳頻通信需要。此器件測溫精度高、電源電壓范圍寬，但須差分放大器放大和 A/D 轉(zhuǎn)換，需要元器件多，且價(jià)格較貴。通過單片機(jī)等微處理器單總線的電路 連接就能實(shí)時(shí)地采集本地溫度和濕度信息。它 是電阻式感濕元件 DHT11 濕度傳感器的升級(jí)版，具有高精度， 低功 耗、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。線路簡單，編程容易，但是比 AD590 精度低。 顯示模塊方案 方案一：采用字符液晶 LCD1602 顯示信息， LCD1602 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(jià)格便宜，容易控制。該模塊的控制器為 ILI9325,具有 26 萬像素， 320240 的分辨率， 16 位真彩顯示。單片機(jī)復(fù)位端低電平有效，系統(tǒng)上電后 由 RC 充放電電路實(shí)現(xiàn) 自動(dòng)復(fù)位，也可短按復(fù)位按鍵 S1 實(shí)現(xiàn)手動(dòng)復(fù)位 (王衛(wèi)星， 20xx)。 nRF24L01 無線模塊 nRF24L01模塊電路圖 nRF24L01(張玉建， 20xx；劉靖 等， 20xx)芯片是由 NORDIC 公司生產(chǎn)一款無線通信芯片，采用 FSK 調(diào)制方式，內(nèi)部集成有 NORDIC 自己的 Enhanced Short Burst 協(xié)議。 P7++CE1CSN2SCK3MOSI4MISO5IRQ6VDD7VSS8XC29XC110VDD_PA11ANT112ANT213VSS14VDD15IREF16VSS17VDD18DVDD19VSS20NRF24L011 216MY11MR122pFC122pFC2C3C415pFC515pFC612nHL1L2L310nFC91nFC833nFC722KR2E1CECSNSCKMOSIMISOIRO 圖 3 nRF24L01 模塊電路圖 nRF24L01模塊接口電路 10uFC10LM111710uFC91 23 45 67 8NRF24L01CESCKMISO1KR3GND+5VD2LED2CESCKMISOCSNMOSIIRQ 圖 4 單片機(jī)與無線模塊通信及其 電源轉(zhuǎn)換電路圖 6 nRF24L01 是一款新型單片射頻收發(fā)器件，工作于 GHz～ GHz ISM(Industrial Scientific Medical)頻段。圖 4 所示為單片機(jī)與無線模塊通信及其電源轉(zhuǎn)換電路圖，圖中 CE(Control Enable)使能控制線 ， CSN(Channel Sequence Number) 頻道序號(hào)， MOSI (Master Out Slave In)主機(jī)輸出從機(jī)輸入 ， MISO(Master In Slave Out)主機(jī)輸入從機(jī)輸出 ， SCK(Serial Clock)串行時(shí)鐘線 ， IRQ(Interrupt Request)中斷請(qǐng)求位， 分別跟 ATmega16L 的 PB3～ PB7 以及 PD2 端口連接。 7 nRF24L01模塊工作原理 發(fā)射數(shù)據(jù)：先將 nRF24L01 配置為發(fā)射模式，再把接收節(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)。若重發(fā)次數(shù)達(dá)到上限，MAX_RT 置高， TX FIFO 中數(shù)據(jù)保留以便再次重發(fā)。 表 2 nRF24L01 工作模式及配置 工作模式 PWR_UP PRIM_RX CE FIFO 寄存器狀態(tài) 接收模式 1 1 1 數(shù)據(jù)在 RX FIFO 寄存器中 發(fā)射模式 1 0 1 數(shù)據(jù)在 TX FIFO 寄存器中 發(fā)射模式 1 0 下降沿 停留在發(fā)送模式，直至數(shù)據(jù)發(fā)送完 待機(jī)模式 1 1 0 0 無數(shù)據(jù)傳輸 待機(jī)模式 2 1 0 1 TX FIFO 為空 掉電 0 0 0 無數(shù)據(jù)傳輸 接收數(shù)據(jù)：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。 最后接收成功時(shí)，若 CE 變低，則 nRF24L01 進(jìn)入空閑模式 1。相應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)信息是從MISO 輸出給單片機(jī) ATmega16L。其中采集溫度的精度為 ? C? ，采集相對(duì)濕度的精度為 ? 3%。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲(chǔ)存在 OTP(One Time Programable)內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號(hào)的處理過程中要調(diào) 9 用這些校準(zhǔn)系數(shù)。 AM2301接口及溫濕采集電路 表 4 所示為 AM2301 各管腳功能，圖 5 所示為 AM2301 溫濕度采集電路圖。電源引腳（ VDD， GND）之間可增加一個(gè) 100nF 的電容，用以去耦濾波。其中前 16 位是 濕度數(shù)據(jù) ，接下來 16 位是 溫度數(shù)據(jù) ，最后 8 位數(shù)據(jù)是溫濕度 校驗(yàn)和 ，即 濕度高 8 位 +濕度低 8 位 +溫度高 8 位 +溫度低 8 位 =數(shù)據(jù)的末 8 位 =校驗(yàn)和 。 總線空閑狀態(tài)為高電平， MCU 把總線拉低等待 AM2301 響應(yīng)， MCU 把總線拉低必須大于 18 毫秒，保證 AM2301 能檢測到起始信號(hào)。如果讀取響應(yīng)信號(hào)為高電平，則AM2301 沒有響應(yīng)。 TFTLCD 也被叫做真彩液晶顯示器。 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 單片機(jī)軟件設(shè)計(jì) 發(fā)送端流程 初始化無線模塊 nRF24L01：單片機(jī)控制引腳 CE 為低，使 nRF24L01 進(jìn)入待機(jī)模式。 初次讀溫濕度值：延時(shí) 1 秒 鐘，待 AM2301 上電穩(wěn)定后，讀取一次溫濕度數(shù)據(jù)。設(shè)置定時(shí)器 0 高低位字節(jié)初始值，初始化 flag 標(biāo)志為 0，設(shè)置定時(shí)器模式寄存器和中斷寄存器。 判斷是否收到應(yīng)答：數(shù)據(jù)發(fā)送完后，立即進(jìn)入接收模式。如果重發(fā)次數(shù)在達(dá)到設(shè)定的最大重發(fā)次數(shù)時(shí)還沒有收到應(yīng)答信號(hào)的話，在 MAX_RX 中 12 斷清除之前不會(huì)重發(fā)數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包丟失計(jì)數(shù)器 (PLOS_CNT)在每次產(chǎn)生 MAX_RT 中斷后加一。單片機(jī)控制引腳 CE 為低，使 nRF24L01 進(jìn)入待機(jī)模式。 接 收 配 置 初 始 化T F T及N R F 2 4 L 0 1 開 始 接 收 到 數(shù) 據(jù) ？啟 動(dòng) N R F 2 4 L 0 1節(jié) 點(diǎn) 編 號(hào) 檢 測 ？顯 示 節(jié) 點(diǎn) 2溫 濕 度顯 示 節(jié) 點(diǎn) 3溫 濕 度顯 示 節(jié) 點(diǎn) 4溫 濕 度是 否 超 過溫 濕 度 上 限 值 ？報(bào) 警 并 閃 爍結(jié) 束繪 制 系 統(tǒng) 界 面預(yù) 設(shè) 溫 濕 度上 限 值 顯 示是是否否23 4 圖 10 接收端程序流程圖 接收到數(shù)據(jù)檢測：讀取狀態(tài)寄存器，判斷是否接收 到數(shù)據(jù)。 接收端程序流程如圖 10 所示。接下來是 腐蝕線路板 ，檢查一下 電路板 是否轉(zhuǎn)印完整，將少數(shù)沒有轉(zhuǎn)印好的線路用黑色油性筆修補(bǔ) 后 再進(jìn)行 腐蝕。特別注意電源的正負(fù)極以及電源之間是否有短路，并重點(diǎn)檢查地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線是否存在相互間的短路或其他信號(hào)線的短路。 在斷電的情況下，除單片機(jī)以外，用仿真插頭將所連接電路與單片機(jī)仿真器的仿真接口相連，為軟件調(diào)試做好準(zhǔn)備。調(diào)試過程發(fā)現(xiàn)虛焊和短路情況，排除此類情況。調(diào)試時(shí)先調(diào)試發(fā)送端，發(fā)送固定數(shù)值，禁用自動(dòng)應(yīng)答功能，禁用自動(dòng)重發(fā)功能，通過讀狀態(tài)寄存器，查看發(fā)送成功標(biāo)志是否置位檢測是否發(fā)送成功。主要是接收和發(fā)送節(jié)點(diǎn)的地址配置，設(shè)置了 6 個(gè)發(fā)送端的地址，一個(gè)接收端的地址，接收端 6 個(gè)接收通道地址分別設(shè)置為對(duì)應(yīng)的 6 個(gè)發(fā)送端的地址。將 AM2301 采集過來的溫濕度值直接傳送給無線發(fā)送模塊，再由無線接收模塊接收溫濕度信息，最后由液晶顯示溫濕度信息。其中節(jié)點(diǎn) 2 采用 AM2301溫濕度傳感器，采集溫度的精度為 ? C? ，采集相對(duì)濕度的精度為 ? 3%，并放置在 筆記本電腦的散熱排氣扇通風(fēng)口旁；節(jié)點(diǎn) 3 和節(jié)點(diǎn) 4 均采用 DHT11 溫濕度傳感器，采集溫度的精度為 ? 2 C? ，采集相對(duì)濕度的精度為 ? 5%，其中節(jié)點(diǎn) 3 放置在書桌上，節(jié)點(diǎn) 4放置在書桌下。采用本系統(tǒng)于 18： 00 時(shí) ， 檢測三處節(jié)點(diǎn)的溫濕度值， 如圖 12 所示。相比 18： 00 與 18： 10 時(shí)的數(shù)據(jù)，可知 室內(nèi)溫度值較為穩(wěn)定， 10分鐘內(nèi)，數(shù)據(jù)波動(dòng)較小，溫度在 1 C? 以內(nèi)，相對(duì)濕度在 1%以內(nèi)。其中表 8 為 12： 00 時(shí)的溫濕度誤差，表 9 為 18： 00 時(shí)的溫濕 度誤差，表 10 為 18： 10 時(shí)的溫濕度誤差，表 11 為三個(gè)時(shí)間點(diǎn)系統(tǒng)的平均溫濕度誤差。系統(tǒng)終端顯示圖如 圖 14 所示。在高密集障 礙物環(huán)境中測試如相鄰兩 間到四間 宿舍之間，通信正常； 當(dāng)收發(fā)節(jié)點(diǎn)之間隔著五間宿舍，系統(tǒng)通信異常，表現(xiàn)為接收端接收不到數(shù)據(jù)。 19 參 考 文 獻(xiàn) 劉海峰 . 基于 GSM 的遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng) [J]. 鄂州大學(xué)學(xué)報(bào)， 20xx， 16(5)： 1415. 劉靖，陳在平，李其林，等 . 基于 nRF24L01 的無線數(shù)字傳輸系統(tǒng) [J]. 天津理工大學(xué)學(xué)報(bào)， 20xx， 23(3)： 3940. 王明明，王志霖，元昊，等 . 基于 MSP430 的實(shí)用糧倉溫濕度檢測系統(tǒng) [J]. 現(xiàn)代電子技術(shù)， 20xx， 35(2)： 1116. 王衛(wèi)星 . 單片機(jī)原理與應(yīng)用開發(fā)技術(shù) [M]. 北京：中國水利水電出版社， 20xx： 2025. 王志宏，白翠珍 . 基于 DHT11 的實(shí)驗(yàn)室多點(diǎn)溫濕度報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J]. 山西電子技術(shù)，20xx， (4)： 4546. 溫洪昌，黃應(yīng)強(qiáng)，傅貴興 . 單片機(jī)的多段語音組合錄放系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J]. 單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用， 20xx， (10)： 5153. 張玉建 . 基于 nRF24L01 的無線溫濕度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J]. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)， 20xx， (1)： 2122. 張羽鵬，王開福 . 紅外技術(shù)在測速中的應(yīng)用 [J]. 紅外技術(shù)， 20xx， 30(11)： 664666. 趙亮 . 液晶顯示模塊 LCD1602 應(yīng)用 [J]. 電子制作， 20xx， (3)： 5859. 20 附 錄 發(fā)送端原理圖 CSNCESCKMISOMOSIPC0PC1PC2PC3PC4PC5PC6PC7IRQPA0PD7PD1PD0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7AREFAVCCRSTGNDX2X1PB1PB2PD3PD4PD5PD6+5VGNDS1PB010uFC10LM111710uFC91 23 45 67 8NRF24L01CESCKMISO1KR3GND123654S2SW DIP3PB0 (XCK/T0)40PB1 (T1)41PB2 (AIN0/INT2)42PB3 (AIN1/OC0)43PB4 (SS)44PB5 (MOSI)1PB6 (MISO)2PB7 (SCK)3RESET4PD0 (RXD)9PD1 (TXD)10PD2 (INT0)11PD3 (INT1)12PD4 (OC1B)13PD5 (OC1A)14PD6 (ICP)15PD7 (OC2)16XTAL27XTAL18GND6PC0 (SCL)19PC1 (SDA)20PC2 (TCK)21PC3 (TMS)22PC4 (TDO)23PC5 (TDI)24PC6 (TOSC1)25PC7 (TOSC2)26AREF29AVCC27GND28PA7 (ADC7)30PA6 (ADC6)31PA5 (ADC5)32PA4 (ADC4)33PA3 (ADC3)34PA2 (ADC2)35PA1 (ADC1)36PA0 (ADC0)37VCC5VCC17GND18VCC38GND39ATmega16L8AI67891012345P10ISPMOSIMISOSCKR