【正文】 表 Tx模式初始化 初始化步驟 24L01 相關(guān)寄存器 寫 Tx 節(jié)點的地址 TX_ADDR TX_ADDR 寫 Rx 節(jié)點的地址（主要是為了使能 Auto Ack） RX_ADDR_P0 使能 AUTO ACK EN_AA 使能 PIPE 0 EN_RXADDR 配置自動重發(fā)次數(shù) SETUP_RETR SETUP_RETR 選擇通信頻率 RF_CH 配置發(fā)射參數(shù)（低噪放大器增益、發(fā)射功率、無線速率） RF_SETUP 選擇通道 0 有效數(shù)據(jù)寬度 Rx_Pw_P0 配置 24L01 的基本參數(shù)以及切換工作模式 CONFIG （ 1）寫 Tx 節(jié)點的地址 TX_ADDR （ 2）寫 Rx 節(jié)點的地址（主要是為了使能 Auto Ack） RX_ADDR_P0 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 （ 3）使能 AUTO ACK EN_AA （ 4）使能 PIPE 0 EN_RXADDR （ 5）配置自動重發(fā)次數(shù) SETUP_RETR （ 6）選擇通信頻率 RF_CH （ 7）配置發(fā)射參數(shù)（低噪放大器增益、發(fā)射功率、無線速率） RF_SETUP （ 8 ) 選擇通道 0 有效數(shù)據(jù)寬度 Rx_Pw_P0 （ 9）配置 24L01 的基本參數(shù)以及切換工作模式 CONFIG。 （ 3） 配置完成以后，通過 CE 與 CONFIG 中的 PWR_UP 與 PRIM_RX 參數(shù)確定24L01要切換到的狀態(tài)。無線通信過程中 MCU 主要是通過 IRQ 與 NRF24L01 進行通信。 無線收發(fā)模塊 NRF2401 的配置 NRF2401 是 NORDIC 公司最近生產(chǎn)的一款無線通信通信芯片，采用 FSK 調(diào)制，內(nèi)部集成 NORDIC 自己的 Enhanced Short Burst 協(xié)議。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 環(huán)境因素對器件性能的影響 （ 1）溫度影響 氣體的相對濕度，在很大程度上依賴于溫度。 （ 2） 示例一：接收到的 40位數(shù)據(jù)為： 0011 0101 0000 0000 0001 1000 0000 0000 0100 1101 濕度高 8位 濕度低 8位 溫度高 8位 溫度低 8位 校驗位 計算： 0011 0101+0000 0000+0001 1000+0000 0000= 0100 1101 接收數(shù)據(jù)正確：濕度： 0011 0101=35H=53%RH； 溫度： 0001 1000=18H=24℃ 示例二：接收到的 40位數(shù)據(jù)為： 0011 0101 0000 0000 0001 1000 0000 0000 0100 1001 濕度高 8位 濕度低 8位 溫度高 8位 溫度低 8位 校驗位 計算： 0011 0101+0000 0000+0001 1000+0000 0000＝ 0100 1101 01001101不等于 0100 1001 本次接收的數(shù)據(jù)不正確，放棄，重新接收數(shù)據(jù)。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 圖 溫濕度數(shù)據(jù)采集硬件接口電路框圖 關(guān)于單總線的說明 DHT11器件采用簡化的單總線通信。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 根據(jù)上一章所選的系統(tǒng)方案構(gòu)想，下面進行系統(tǒng)硬件電路的具體設(shè)計，系統(tǒng)的總 體結(jié)構(gòu)框圖如圖 。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。5℃ 。 （ 2） LM74是美國國家半導(dǎo)體公司推出的集成了帶隙式溫度傳感器、 △一 Σ型 A/D數(shù)轉(zhuǎn)換器，并具有 SPI/Microwire 兼容總線接口的數(shù)字溫度傳感器。目前在數(shù)字溫度傳感器中采用的串行總線主要有Philips 公司的 12C 總線， Motorola 公司的 SPI 總線， National Semiconductor 公司的。 常用無線射頻收發(fā)芯片主要有 NRf240 NRF290 NRF2915 等。所有高頻元件包括電感、振蕩器等已經(jīng)全部集成在芯片內(nèi)部，一致性良好，性能穩(wěn)定且不受外界干擾。在一般小范圍的 監(jiān)控中，由于傳輸距離近，使用同軸電纜傳輸，對信號質(zhì)量損傷不大，施工方便，造價低。硬件開源， 可擴展 Arduino 板基于 Atmel 的 ATMEGA8 和 ATMEGA168/328 單片機。最便宜的 Arduino 版本可以自己動手制作，即使是組裝好的成品，其價格也不會超過 200 元。 Arduino 項目可以是 單獨的，也可以在運行時和你電腦中運行的程序（例如： Flash， Processing， MaxMSP）進行通訊。根據(jù)微處理器的不同，專用計算機應(yīng)用系統(tǒng)可分為 DSP應(yīng)用系統(tǒng)和 單片機 應(yīng)用系統(tǒng)。它的信號具有極高的抗干擾能力。系統(tǒng)方案在溫濕度數(shù)據(jù)采集部分主要有三種構(gòu)想：一是溫濕度傳感器選用傳統(tǒng)的模擬式器件，二是選用集成式器件，三是選用數(shù)字式傳感器；在無線 通信部分主要有三種構(gòu)想：一是采用藍牙技術(shù)，二是采用紅外線技術(shù)，三是選用無線數(shù)傳模塊（ NRF）：在系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)處理部分也有兩種構(gòu)想：一是采用 Arduino平臺作為控制系統(tǒng)，二是采用 DSP進行處理。℃ ； （ 5）測濕范圍： 2099%RH； （ 6）測濕誤差： ≤177。 （ 3）軟件設(shè)計必須要有完善的思路，要充分考慮到各傳感器和無線收發(fā)器的時序，做到程序簡單，調(diào)試方便，盡量降低無線數(shù)傳的誤碼率。極低的電流消耗，在 5dBm的輸出功率時僅為 ，在接收模式時僅為 18mA。 藍牙 (Bluetooth)技術(shù) 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 藍牙是由愛立信、東芝、諾基亞、英特爾和國際商用機器公司等公布的一種無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放性全球規(guī)范，開發(fā)于上世紀 90 年代中后期。該標準工作在 的頻段上，采用了補碼鍵控 (CCK)調(diào)制技術(shù)和直接序列調(diào)頻 (DSSS)技術(shù)，最大傳輸速率可達11Mbit/S，并且可以根據(jù)情況的變化，在 11Mbit/s、 、 2Mbit/s、 1Mbit/s 的不同速率之間自動切換，且在 2Mbit/s、 lMbit/s 的速率時與 ，它從根本上改變了WLAN的設(shè)計和應(yīng)用現(xiàn)狀，擴大了 WLAN的應(yīng)用領(lǐng)域。由于數(shù)字溫濕度傳感器直接傳出數(shù)字量，從而解決了溫度信號長距離傳輸問題以及傳輸過程中干擾和衰減而導(dǎo)致的精度降低等問題。這種人工的方法去監(jiān)測工廠車間的溫濕度具有一定的作用，但是由于溫濕度的精度，人工讀數(shù)的人為因素等原因，溫濕度監(jiān)測不僅速度慢，而且精度低，沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 抽樣不徹底，局部溫濕度差別過大不容易被及時發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致監(jiān)測不 準確影響了生產(chǎn)的效率時有發(fā)生。在產(chǎn)品競爭日趨激烈化的當(dāng)下，產(chǎn)品生產(chǎn)的環(huán)境決定了產(chǎn)品的質(zhì)量以及后續(xù)產(chǎn)品的市場，對生產(chǎn)環(huán)境的監(jiān)測凸顯了更加重要的地位。 為了實現(xiàn) 這種對 環(huán)境狀況監(jiān)測 ，于是 設(shè)計了一種基于 Arduino的環(huán)境狀況監(jiān)測系統(tǒng)。這樣不但浪費大量的人力財力資源，而且控制系統(tǒng)功能也比較單一化，適用場合也有很大的局限性。我們思維方式不可能一直原地不動，不能再堅守舊時代利用大量人力資源來控制溫度和濕度的變化。另外，由于使用了存儲芯片，可以保存實時數(shù)據(jù)，提高了系統(tǒng)的可 靠性，是一種價格低廉方便實用的系統(tǒng)，可在生產(chǎn)上推廣應(yīng)用。隨著電氣技術(shù)，微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，工廠的監(jiān)測，車間控制與管理的自動化已經(jīng)迫在眉睫，尤其是近年來車間生產(chǎn)的空間不斷擴大，傳統(tǒng)的方式已經(jīng)遠遠不能滿足生產(chǎn)的實際 需要，建立一種管理科學(xué)，操作簡便，運行可靠的高效率的控制系統(tǒng)是必需的。早期工廠車間溫濕度監(jiān)測主要采用溫度計測量法，他是將溫濕度放入特定的地點，根據(jù)不同地點的采集，管理人員往來于不同的地點，讀出的示數(shù)決定結(jié)果。這種傳感器采用了半導(dǎo)體集成電路與微控制器最新技，在一個管芯上集成了半導(dǎo)體溫濕度監(jiān)測芯片，數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換芯片，計算機接口芯片，存儲芯片等，除了完成溫濕度監(jiān)測功能外，還可以 完成預(yù)置范圍溫度，報警，多路 A/D轉(zhuǎn)換，溫度補償?shù)裙δ堋?IEEE802． 1ib技術(shù)標準是無線局域網(wǎng)的國際標準，自發(fā)布之日起就得到了廣泛的應(yīng)用，迄今為止仍是應(yīng)用熱點。 標準與以前的 協(xié)議標準相比有以下兩個特點：在 (OFDM)調(diào)制技術(shù)，使數(shù)據(jù)傳輸速率提高到 20Mbit/s 以上：能夠與 WiFi 系統(tǒng)互相連通，共存于同一 AP 的網(wǎng)絡(luò)里，保障了后向兼容性，延長了 產(chǎn)品的使用壽命，降低了用戶的投資。發(fā)射功 率和工作頻率等工作參數(shù)可以很容易的通過 3線 SPI端口完成。同時在硬件電路和軟件程序設(shè)計時，一定要增加抗干擾措施，提高系統(tǒng)的抗干擾能力，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性?！?； （ 4）測溫重復(fù)誤差： ≤177。因此，系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)可以構(gòu)想為溫濕度采集模塊、短距離無線通信模塊、系統(tǒng)控制及數(shù)據(jù)處理模塊等幾大部分。數(shù)字式傳感器能把被測模擬量直接換成數(shù)字量輸出，可以直接與數(shù)字設(shè)備 (計算機、數(shù)字顯示系統(tǒng)等 )相聯(lián)，用 DSP或計算機進行信號的處理。最主要的特征是系統(tǒng)軟、硬件規(guī)模完全根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的要求配置，獨立性、可擴展性好，因此系統(tǒng)具有較高的性價比。 Arduino可以用來開發(fā)交互產(chǎn)品，比如它可以讀取大量的開關(guān)和傳感器信號，并且可以控制各式各樣的電燈、電機和其他物理設(shè)備。成本低廉 ， 和其它平臺相比， Arduino 板算是相當(dāng)便宜了。類似的，如果你需要的話，你也可以直接往你的 Arduino 程序中添加 AVRC 代碼。有線傳輸常用的是同軸傳輸。短距離無線通信系統(tǒng)的大部分功能都集成到一塊芯片內(nèi)部，一般使用單片數(shù)字信號射頻收發(fā)芯片 ，加上微控制器和少量外圍器件構(gòu)成專用或通用無線通信模塊?；诒鞠到y(tǒng)的實際需求，應(yīng)該選用成本低、體積小、芯片發(fā) 射功率較高、功耗低、集成度高、兼容性強、外圍元件少、抗干擾能力強、接口簡單、開發(fā)方便的無線射頻收發(fā)一體芯片。在如此眾多的產(chǎn)品中如何選擇出合適的沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 器件，應(yīng)該把握以下幾點：外圍電路應(yīng)該盡量簡單；測溫的精度、分辨率要合適，以便減少不必要的電路和軟件開發(fā)成本；溫度傳感器采用的總線負載能力如何，能否滿足多點測溫的需要；占用 MCU的 I/0引腳數(shù)情況如何，因為 MCU的系統(tǒng)資源非常寶貴，輸入通道有限，多點溫度測量時，如果測 量的點數(shù)超過了輸入通道時，就要添加多路復(fù)用器，這將增加成本和開發(fā)時間，應(yīng)盡量節(jié)約；與 MCU的通信協(xié)議應(yīng)盡量簡單，溫度測量的軟件開發(fā)難度、成本要盡量小。 AD7418 可以級聯(lián)至多 8片在同一個 12C總線上。4 .5℃ ，在 125℃ 時優(yōu)于 177。傳感器包括 一個電阻式感濕元件和一個 NTC 測溫元件，并與一個高性能 8位 Arduino板子 相連接。 由于 DTH11 獨特的單總線接口方式在多點測溫時有明顯的優(yōu)勢，占用 MCU的 I/0引腳資源少，和 MCU的通信協(xié)議比較簡單，成本較低，傳輸距離遠，所以，選用 DTH11作為溫濕度測量的傳感器。 （ 3） 每次讀出的溫濕度數(shù)值是上一次測量的結(jié)果，欲獲取實時數(shù)據(jù) ,需連續(xù)讀取兩次，但不建議連續(xù)多次讀取傳感器，每次 讀取傳感器間隔大于 5秒即可獲得準確的數(shù)據(jù)。 （ 1） 校驗位數(shù)據(jù)定義 ： “8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù) + 8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù) +8bit溫度整數(shù)數(shù)據(jù) + 8bit沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 15 溫度小數(shù)數(shù)據(jù) ”8bit校驗位等于所得結(jié)果的末 8位。但 DHT11 內(nèi)部重測環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)，并記錄數(shù)據(jù)，等待外部信號的到來。 （ 4）配線注意事項 DATA信號線材質(zhì)量會影響通訊距離和通訊質(zhì)量 ,推薦使用高質(zhì)量屏蔽線。 （ 2） SCK：芯片控制的時鐘線（ SPI 時鐘） （ 3） MISO：芯片控制數(shù)據(jù)線（ Master input slave output） （ 4） MOSI：芯片控制數(shù)據(jù)線（ Master output slave input） （ 5） IRQ：中斷信號。 （ 2） 如果是 Tx 模式，填充 Tx FIFO。 3 Tx 與 Rx 的配置過程 本節(jié)只是敘述了采用 ENHANCED SHORT BURST 通信方式的 Tx 與 Rx 的配置及通信過程，熟悉了 24L01 以后可以采用別的通信方式。 硬件抗干擾措施 本系統(tǒng)的工作環(huán)境往往比較惡劣，系統(tǒng)在正常運行過程中可能會遇到一些未知的 干擾，這些干擾有時會嚴重破壞系統(tǒng)的器件或程序，造成系統(tǒng)工作不正常，性能達不到設(shè)計要求，甚至造成系統(tǒng)死機或崩潰。為了抑制這種干擾，在電路中要配置去渦電容，即在門電路的電源端與地線端加接電容，它一方面提供吸收該集成電路開關(guān)門瞬間的充放電能量，另一方而旁路掉該器件的高頻噪聲。工廠車間溫濕度測控系統(tǒng)軟件的功能層次結(jié)構(gòu)圖如圖 ： 圖 系統(tǒng)軟件的功能層次結(jié)構(gòu)圖 其中 PC 機主要管數(shù)據(jù)存儲，管理等，主控 Arduino 主要完成無線收發(fā)。上電復(fù)位后顯示不同車間號、溫濕度值及其測量時間。為解決這個問題，本文設(shè)計出一種基于無線傳輸技術(shù)的多路溫濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，通過無線發(fā)送接收模塊將采集到的溫濕度數(shù)據(jù)傳輸?shù)街付ㄎ恢眠M行存儲、顯示和打印。因此由于時間的關(guān)系，本系統(tǒng)還處在實驗階段。通過論文的撰寫，使我能夠更系統(tǒng)、全面地學(xué)習(xí)有關(guān)無限溫濕度測控的理論知識，并得以借鑒眾多工程師的寶貴經(jīng)驗，這對于我今后的工作和我為 之服務(wù)的企業(yè)，無疑是不可多得的寶貴財富！