【正文】 RF24L01 進入空閑模式 1。若重發(fā)次數(shù)達到上限，MAX_RT 置高， TX FIFO 中數(shù)據(jù)保留以便再次重發(fā)。圖 4 所示為單片機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， MOSI (Master Out Slave In)主機輸出從機輸入 ， MISO(Master In Slave Out)主機輸入從機輸出 ， SCK(Serial Clock)串行時鐘線 ， IRQ(Interrupt Request)中斷請求位， 分別跟 ATmega16L 的 PB3～ PB7 以及 PD2 端口連接。 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。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。線路簡單，編程容易，但是比 AD590 精度低。通過單片機等微處理器單總線的電路 連接就能實時地采集本地溫度和濕度信息。 方案三：采用 nRF24L01 無線射頻模塊進行通信， nRF24L01 是挪威 Nordic 公司推出的單片射頻收發(fā)芯片，工作于 ～ ISM 頻段，抗干擾能力強，能耗非常低，滿足多點通信和跳頻通信需要。 方案二：采用 ATmega16L 作為主控芯片。 由于每一個無線監(jiān)測節(jié)點需長時間工作， 對功率消耗十分敏感，為 此 ，本系統(tǒng)采用 低功耗無線傳輸芯片和超低功耗嵌入式處理器， 組建實時的 無線傳感器監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，以實現(xiàn)對糧倉溫濕度的網(wǎng)絡(luò)化實時監(jiān)測和報警。 受限制于 以前的經(jīng)濟和科技水平，糧食的存儲環(huán)境差，管理落后。因此設(shè)計一種低功耗的無 線溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)很有意義。在工業(yè)、醫(yī)療、軍事和生活等許多地方，都需要用到測溫濕裝置來監(jiān)測溫濕度。通過簡單的無線通信協(xié)議，實現(xiàn)可靠性與功耗平衡，該系統(tǒng)能實現(xiàn)對溫濕度的監(jiān)測，是可以實現(xiàn)遠程控制的無線溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)。同時， 現(xiàn)代化的糧食倉儲系統(tǒng)對糧食的安全性 也 提出了更高的要求。 接收端：由 nRF24L01 無線射頻模塊接收終端采集過來的數(shù)據(jù)信息，經(jīng)模擬 SPI 接口發(fā)給 ATmega16L 單片機，由 ATmega16L 單片機控制液晶 LCDTFT 實時顯示溫濕度信息，并且顯示報警溫濕度上限值。 考慮到此系統(tǒng)的復(fù)雜度，進行模數(shù)轉(zhuǎn)換實現(xiàn)對溫濕度的監(jiān)測所需外圍器件較多，監(jiān)測節(jié)點電路板面積小，主控采用貼片封裝。 溫濕度傳感器方案 方案一： AD590 是美國 ANALO G DEV ICES 公司的單片集成兩端感溫電流源芯片，采用此芯片測量溫度。 方案三：采用 廣州奧松 電子 有限公司生產(chǎn)的 AM2301 溫濕度一體的數(shù)字傳感器 。所以， 考慮到電路的設(shè)計復(fù)雜 度 、 系統(tǒng)的精度，功耗 ，還有本系統(tǒng) 需 多點通信， 在成本考慮上， 選擇方案 三 ，即用 AM2301 作為本系統(tǒng)的溫濕度傳感器。 3 主要芯片介紹和系統(tǒng)模塊硬件設(shè)計 ATmega16L8AI 單片機 CSNCESCKMISOMOSIPC0PC1PC2PC3PC4PC5PC6PC7IRQPA0PD7PD1PD0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7AREFAVCCRSTGNDX2X1PB1PB2PD3PD4PD5PD6S1PB0PB0 (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)37VCC5VCC17GND18VCC38GND39ATmega16L8AIVCC10KR110uFC1+5V 圖 2 單片機最小系統(tǒng) 單片機控制模塊由 ATmega16L 最小系統(tǒng)組成，包括 ATmega16L8AI 單片機（芯片內(nèi)集成晶振電路）和復(fù)位電路。 nRF24L01 無線射頻模塊的電路圖如圖 3 所示。 在掉電模式下電流損耗最小，同時 nRF24L01 也不工作，但其所有配置寄存器的值仍然保留。若 CE 為低，則 nRF24L01進入空閑模式 1；若發(fā)送堆棧中有數(shù)據(jù)且 CE為高，則進入下一次發(fā)射；若發(fā)送堆棧中無數(shù)據(jù)且 CE 為高，則進入空閑模式 2。與 SPI 相關(guān)的指令共有8 個，使用時這些控制指令由 nRF24L01 的 MOSI 輸入。每個 AM2301 傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準。傳感器上電后，要等待 1s 以越過不穩(wěn)定狀態(tài)在此期間無需發(fā)送任何指令。 VDD1Data2NC3GND4AM2301+5V5KR2PC5PC5NC 管腳 名稱 功能 1 VDD 供電 3－ 2 Data 串行數(shù)據(jù)，單總線 3 NC 空腳，請懸空 4 GND 地，電源負極 表 4 AM2301 各管腳 功能 圖 5 AM2301 接口電路 10 用戶主機（ MCU）發(fā)送一次開始信號后， AM2301 從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式，等待主機開始信號結(jié)束后， AM2301 發(fā)送響應(yīng)信號，送出 40bit 的數(shù)據(jù)，并觸發(fā)一次信號采集（注：主機從 AM2301 讀取的溫濕度數(shù)據(jù)總是前一次的測量值，如兩次測量間隔時間很長，需連續(xù)讀取兩次數(shù)據(jù)以獲得實時的溫濕度值）。 TFTLCD 與無源 TNLCD、 STNLCD 的簡單矩陣不同，它在液晶顯示屏的每一個象素上都設(shè)置有一個薄膜晶體管（ TFT），可有 效地克服非選通時的串擾， 11 使顯示液晶屏的靜態(tài)特性與掃描線數(shù)無關(guān)，因此大大提高了圖像質(zhì)量。其接收地址 （ RX_ADDR_P0） 與接收端地址（ TX_ADDR） 相同 （ 接收地址長度為 40 位 ） ，其接收數(shù)據(jù)長度設(shè)置為 4 個字節(jié)，其工作頻率設(shè)為 （ 收發(fā)保持一致 ） ，其發(fā)射速率為 1Mb/s。設(shè)置 nRF24L01 為 ShockBurst 發(fā)送模式。本系統(tǒng)的無線模塊為 1 對多無線收發(fā)，一個主機，多個終端 (不超過 6 個 )，需要配置多個接收通道。 溫濕度上限值檢測：將實時采集到的溫濕 度 值與預(yù)設(shè)的溫濕 度 值進行比較，若超過預(yù)設(shè)的溫濕 度 值則進行報警并閃爍；若沒有超出，則溫濕度值正常，并實時刷新顯示。 硬件調(diào)試 通電之前，先用萬用表檢查線路的正確性，并核對元器件的型號、規(guī)格是否符合要求。 硬件調(diào)試結(jié)果 首先調(diào)試出 TFTLCD 顯示，方便觀看其他各項調(diào)試結(jié)果。 實現(xiàn)一對一通信后，調(diào)試一對多無線通信。 溫濕度采集測試 實驗測試了華南農(nóng)業(yè)大學(xué)華山宿舍區(qū) 20 棟 104 室內(nèi)的溫濕度數(shù)據(jù)，通過三個無線監(jiān)測節(jié)點采集的不同的溫濕度信息，發(fā)送給終端節(jié)點顯示。 分析上圖各組數(shù)據(jù)，可知 相比于中午 12 點的數(shù)據(jù)，各節(jié)點溫 度值降低，濕度值升高，符合實際情況。 系統(tǒng)報警測試 圖 14 節(jié)點 2 溫度 報警 顯示圖 圖 15 節(jié)點 4 濕度 報警 顯示圖 將節(jié)點 2 傳感器移至電腦散熱排氣口， 發(fā)現(xiàn)溫度逐漸升高，濕度逐漸降低，當溫度上升超過系統(tǒng)預(yù)設(shè)溫度上限值 35 C? 時，是否報警一欄顯示為是，并開始閃爍。但是還有許多可以完善的地方，如可以增加煙幕傳感器，用于檢測火 情，當火災(zāi)發(fā)生時，結(jié)合 GSM 模塊將險情準確匯報給管理人 ； 18 如統(tǒng)計老鼠信息，怎樣統(tǒng)計老鼠合理；如 設(shè)置中繼節(jié)點， 讓數(shù)據(jù)傳送更加有效；如不同糧食保存溫濕度條件不同，增加上位機，用于設(shè)置溫濕度的上下限值，從而有效調(diào)節(jié)糧倉溫濕度值；如結(jié)合 android 平臺通過手機實現(xiàn)對溫濕度的遠程調(diào)控 ； 如降低該系統(tǒng)的功耗；如改用精度高的傳感器測量溫濕度。 nRF24L01無線 模塊測試 nRF24L01 模塊接上天線，在無障礙物的空曠環(huán)境中，通信距離最高可達到 100 米，當兩個節(jié)點通信途徑中存在障礙物，則通信距離最高只能達到 30 米。以溫濕度計數(shù)值為基準，計算本系統(tǒng)的相對誤差如下表所示。 系統(tǒng)穩(wěn)定性測試 采用溫濕度計 于 20xx 年 4 月 24 號 18： 00 時采集 三處節(jié)點 的 溫濕度，如表 6 所 示。最后整合溫濕度監(jiān)測電路和無線收發(fā)電路。再次調(diào)試無線收發(fā) 電路。同樣，如果電壓過低就沒有能力驅(qū) 動其負載。經(jīng)過 5～ 10 次轉(zhuǎn)印， 電路板 就很牢固的轉(zhuǎn)印在 覆銅板 上。 13 接收配置：將 PWR_UP、 PRIM_RX、 CE 引腳置高，使 nRF24L01 進入接收模式；130μs后 nRF24L01 開始檢測空中信息。當MAX_RT 或 TX_DS 為高電平時，引腳產(chǎn)生中斷， IRQ 中斷通過寫狀態(tài)寄存器來復(fù)位。 初始化定時器 0：精確控制兩次溫濕度采集的時間間隔。電路圖如圖 6 所示。 總線為低電平，說明 AM2301 發(fā)送響應(yīng)信號，發(fā)送響應(yīng)信號 之 后，再把總線拉高80μs，準備發(fā)送數(shù)據(jù)，每 1bit 數(shù)據(jù)都以 50μs低電平時隙開始，高電平時間為 26～ 28μs時數(shù)據(jù)位為 0；高電平時 間為 70μs 時數(shù)據(jù)位為 1。 當接收 40bit 數(shù)據(jù)如 ： 0000 0010 1000 1100 0000 0001 0101 1111 1110 1110。 (王志宏等， 20xx)。 表 3 nRF24L01 常用配置寄存器 地址（ H） 寄存器名稱 功能 00 CONFIG 設(shè)置 nRF24L01 工作模式 01 EN_AA 設(shè)置接收通道及自動應(yīng)答 02 EN_RXADDR 使能接收通道地址 03 SETUP_AW 設(shè)置地址寬度 04 SETUP_RETR 設(shè)置自動重發(fā)數(shù)據(jù)時間和次數(shù) 07 STATUS 狀態(tài)寄存器，用來判定工作狀態(tài) 0A0F RX_ADDR_P0~P5 設(shè)置接收通道地址 10 TX_ADDR 設(shè)置接收節(jié)點地址 1116 RX_PW_P0~P5 設(shè)置接收通道的有效數(shù)據(jù)寬度 數(shù)字溫濕度傳感器 AM2301 AM2301概述 AM2301 數(shù)字溫濕度傳感器， 別 稱 為 DHT21 溫濕度傳感器，是電阻式感濕元件DHT11 濕度傳感器的升級版， 具有高精度，快響應(yīng)、抗干擾能力強等優(yōu)點。若自動應(yīng)答 未 開啟 ，則不進入發(fā)射狀態(tài)。如果收到應(yīng)答，則認為此次通信成功， TX_DS 置高，同時 TX_PLD 從 TX FIFO 中清除 ；若未收到應(yīng)答，則自動重新發(fā)射該數(shù)據(jù) (自動重發(fā)已開啟 )。 表 1 nRF24L01 模塊引腳功能 管腳 功能 CE 工作模式， TX 或者 RX 模式選擇 CSN SPI 片選使能，低電平有效 SCK SPI 時鐘 MOSI SPI 數(shù)據(jù)輸入 MISO SPI 數(shù)據(jù)輸出 IRQ 中斷輸出 VDD 電源 輸入 GND 地 nRF24L01 無線射頻模塊的各引腳功能如表 1 所示。本設(shè)計無線傳感器模塊控制接口為 PB3～PB7 以及 PD2；下載程序采用 ISP 通信， 采用 USB ISP 下載器進行程序下載，其 接口為PB5~PB7 以及 RST 端口； RXD/ 和 TXD/ 為串口通信端口 ， RXD 用于讀數(shù)據(jù)， 5 TXD 用于發(fā)送數(shù)據(jù) ；監(jiān)測端：溫濕度數(shù)據(jù)采集端