【正文】 顯示仿真成功。最后單片機(jī)把數(shù)據(jù)經(jīng)串口傳輸給 PC 機(jī)。該電路把先前轉(zhuǎn)換得到的＋ 5V電源經(jīng)過(guò) 低壓差電壓調(diào)節(jié)器 lm1117 轉(zhuǎn)換為＋ 電源。 如圖 所示： e1d2dp3c4g5s46b7s38s29f10a11s112U37 S E GD0 D1D2D3D4D5D6D7S1 S2 S3S4 圖 基于 nRF24L01 模塊的無(wú)線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì) 25 報(bào)警電路 當(dāng)外界溫度超過(guò)預(yù)設(shè)溫度上下限時(shí)，為更加有效的引起用戶(hù)的注意，及時(shí)關(guān)注溫度的變化，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了聲報(bào)警電路。寫(xiě)時(shí)隙起始于單片機(jī)拉低總線。然后，單片機(jī)釋放總線，等待 DS18B20 的應(yīng)答脈沖。如果在多芯片掛接時(shí)使用此指令將會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)沖突，導(dǎo)致錯(cuò)誤出現(xiàn)。 （ 4） 控制器發(fā)送存儲(chǔ)器操作指令：在 ROM 指令發(fā)送給 18B20之后，緊接著（不間斷）就是發(fā)送存儲(chǔ)器操作指令了。當(dāng) 18B20 接到此復(fù)位信號(hào)后則會(huì)在 15~60uS 后回發(fā)一個(gè)芯基于 nRF24L01 模塊的無(wú)線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21 片的存在脈沖。 （ 2） RAM 數(shù)據(jù)暫存器，用于內(nèi)部計(jì)算和數(shù)據(jù)存取，數(shù)據(jù)在掉電后丟失， DS18B20 共 9 個(gè)字節(jié) RAM，每個(gè) 字節(jié)為 8 位。 bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0 LS Byte 23 22 21 20 21 22 23 24 bit15 bit14 bit13 bit12 bit11 bit10 bit9 bit8 MS Byte S S S S S 26 25 24 圖 DS18B20溫度值格式表 這是 12 位轉(zhuǎn)化后得到的 12 位數(shù)據(jù)，存 儲(chǔ)在 18B20 的兩個(gè) 8比特的 RAM 中，二進(jìn)制中的前面 5 位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度基于 nRF24L01 模塊的無(wú)線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 大于 0，這 5 位為 0，只要將測(cè)到的數(shù)值乘于 即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于 0，這 5 位為 1，測(cè)到的數(shù)值需要取反加 1再乘于 即可得到實(shí)際溫度。 2176。一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶(hù)可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。如下圖，給出 SPI 操作及時(shí)序圖： 圖 SPI 讀操作 圖 SPI 寫(xiě)操作 配置字 SPI 口為同步串行通信接口，最大傳輸速率為 10 Mb/s，傳輸時(shí)先傳送低位字節(jié)，再傳送高位字節(jié)。最后發(fā)射成功時(shí) ,若 CE為低則 nRF24L01 進(jìn)入空閑模式 1。 工作模式 通過(guò)配置寄存器可將 nRF241L01 配置為發(fā)射、接收、空閑及掉電四種工作模式，如表 所示。 nRF24L01 功耗低 ,在以 6 dBm 的功率發(fā)射時(shí)，工作電流也只有 9 mA。 ： T1，計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器 1輸入。 PORT2(― )：端口 2是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/O 端口，每一個(gè)引腳可以 推動(dòng) 4 個(gè) LS 的 TTL 負(fù)載，同樣地，若將端口 2 的輸出設(shè)為高電平時(shí)，此端口便能當(dāng)成輸入端口來(lái)使用。此外，在將程序代碼燒錄至8751 內(nèi)部 EPROM 時(shí)，可以利 用此引腳來(lái)輸入 21 V的燒錄高壓（ Vpp）。 VCC： AT89S52 電源正端輸入，接 +5V。 2 個(gè)外部中斷源 178。 兼容 MCS51指令系統(tǒng) 178。使用 Atmel 公司 高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。 系統(tǒng)最終方案 發(fā)送端： 發(fā)送端由溫度傳感器 DS18B20， AT89S52 單片機(jī)， nRF24L01 無(wú)線射頻模塊，數(shù)碼管顯示模塊和外設(shè)繼電器組成?？紤]到電路的設(shè)計(jì)，成本，還有多點(diǎn)通信，我們選擇方案二，即用 DS18B20 作為本系統(tǒng)的溫度傳感器。 考慮到系統(tǒng)的復(fù)雜性和程序的復(fù)雜度，我們采用方案三作為本系統(tǒng)的通信模塊。此芯片內(nèi)置 ADC 和 SPI 總線接口，且內(nèi)部時(shí)鐘不分頻，可達(dá)到 1MPS。 整 個(gè)系統(tǒng)有發(fā)送和接收二部分，通 過(guò)NRF24L01 無(wú) 線數(shù)據(jù)通信收發(fā)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸 。當(dāng)前的科技水平下，無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展使得溫度采集測(cè)量精確，簡(jiǎn)便易行。 無(wú)線傳輸采用nRF24L01 模塊傳輸。傳統(tǒng)直接布線測(cè)量不滿足要求，特別是 在某些環(huán)境惡劣的工業(yè)環(huán)境 和戶(hù)外環(huán)境，通過(guò)直接布線測(cè)量 不現(xiàn)實(shí) 。在實(shí)際溫度控制過(guò)程中既要求系統(tǒng)具有穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性又需要 降低功耗。 圖 短距離無(wú)線通信的應(yīng)用 在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，由于生產(chǎn)環(huán)境惡劣，工作人員不能長(zhǎng)時(shí)間停留在現(xiàn)場(chǎng)觀察設(shè)備是否運(yùn)行正常，就需要采集數(shù)據(jù)并傳輸數(shù)據(jù)到一個(gè)環(huán)境相對(duì)好的操控室內(nèi)，這樣就會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題。 以上只是簡(jiǎn)單列舉幾個(gè)現(xiàn)實(shí)的例子，在現(xiàn)實(shí)生活中，這種無(wú)線溫度采集系統(tǒng)已經(jīng)被成功應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、軍事國(guó)防、機(jī)器人控制等許多重要領(lǐng)域，而且類(lèi)似于這種溫度采集系統(tǒng)的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到民用和軍事領(lǐng)域。此芯片價(jià)格便宜、操作簡(jiǎn)便，低功耗，比較經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。 無(wú)線通信模塊方案 方案一：采用 GSM 模塊進(jìn)行通信， GSM 模塊需要借助移動(dòng)衛(wèi)星或者手機(jī)卡，雖說(shuō)能夠遠(yuǎn)距離傳輸，但是其成本較 大、且需要內(nèi)置 SIM 卡，通信過(guò)程中需要收費(fèi)，后期成本較高。 但其需要用到差分放大器放大和 A/D 轉(zhuǎn)換，需要原件多。 方案二：采用字符液晶 LCD1602 顯示信息， 1602 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。這些電路能在軟件的控制下準(zhǔn)確快速的完成程序設(shè)計(jì)者事先規(guī)定的任務(wù)。 AT89S51 具有如下特點(diǎn)： 40 個(gè)引腳， 8k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器， 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）， 32 個(gè)外部雙向輸入 /基于 nRF24L01 模塊的無(wú)線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 輸出（ I/O）口， 5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí) 2 層中斷嵌套中斷， 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2 個(gè) 全雙工串行通信口，看 門(mén)狗（ WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。 工作電壓 178。 3 級(jí)加密位 178。 XTAL2：系統(tǒng)時(shí)鐘的反向放大器輸出端，一般在設(shè)計(jì)上只要在 XTAL1和 XTAL2 上接上一只石英振蕩晶體系統(tǒng)皆可以工作了，此外可以在兩個(gè)引腳與地之間加入一 20PF 的小電容，可以使系統(tǒng)更穩(wěn)定，避免噪聲干擾而死機(jī)。如果當(dāng) EA 引腳為低電平時(shí)（即取用外部程序代碼或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器）， P0 就以多工方式提供地址總線（ A0― A7）及數(shù)據(jù)總線（ D0― D7）。 其引腳分配如下： ： RXD,串行通信輸入。 基于 nRF24L01 模塊的無(wú)線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 單片機(jī)控制模塊 單片機(jī)控制模塊由 AT89S52 最小系統(tǒng)組成，其中包括單片機(jī)，晶振電路和復(fù)位電路。4 mm 封裝 ； 供電電壓為 V～ V。 表 1： nRF24L01 四種工作模式 模式 PWR_UP PRIM_RX CE FIFO 寄存器狀態(tài) 接收模式 1 1 1 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 1→0 停留在發(fā)送模式，直至數(shù)據(jù)發(fā)送完 待 機(jī)模式 2 1 0 1 TX FIFO 為空 待機(jī)模式 1 1 0 無(wú)數(shù)據(jù)傳輸 掉電 0 工作原理 發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí)，首先將 nRF24L01 配置為發(fā)射模式：接著把接收節(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(xiě)入 nRF24L01 緩存區(qū)， TX_PLD 必須在 CSN 為低時(shí)連續(xù)寫(xiě)入，而 TX_ADDR 在發(fā)射時(shí)寫(xiě)入一次即可，然后 CE 置為高電平并保持至少 10μs ，延遲 130μs 后發(fā)射數(shù)據(jù) 。 接收數(shù) 據(jù)時(shí) ,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(lái)。相應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)信息是從 MISO 輸出給 MCU。C ，在基于 nRF24L01 模塊的無(wú)線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 10~+85176。 DS18B20 管腳配置和內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 的管腳和封裝如下圖 ： 圖 DS18B20引腳及封裝 引腳定義： (1)DQ 為 單數(shù)據(jù)總線，是 數(shù)字信號(hào)輸入 /輸出端； (2)GND 為電源地； 基于 nRF24L01 模塊的無(wú)線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19 (3)VDD 為外接供電電源輸 入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）。 其一個(gè)工作周期可分為兩個(gè)部分，即溫度檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理。第 5 個(gè)字節(jié)則是用戶(hù)第 3 個(gè) EEPROM 的鏡像。如果復(fù)位低電平的時(shí)間不足或是單總線的電路斷路都不會(huì)接到存在脈沖，在設(shè)計(jì)時(shí)要注 意意外情況的處理。 （ 5） 執(zhí)行或數(shù)據(jù)讀寫(xiě)：一個(gè)存儲(chǔ)器操作指令結(jié)束后則將進(jìn)行指令執(zhí)行或數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)，這個(gè)操作要視存儲(chǔ)器操作指令而定。 Convert T（溫度轉(zhuǎn)換） [44H] 收到此指令后芯片將進(jìn)行一次溫度轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換的溫度值放入 RAM 的第 2 地址。單片機(jī)從發(fā)送完復(fù)位脈沖到再次控制總線至少要等待 480 μs 。發(fā)送端使用數(shù)碼管顯示。 MAX232 內(nèi)部有電壓倍增電路和轉(zhuǎn)換電路，僅 需 +5 V 電源便可工作，使用十分方便，其與 AT89S52 連接時(shí)可以采用最簡(jiǎn)單的方式連接（見(jiàn)圖 ）， MAX232 的 T1 IN 引腳與 89S52 的串行輸入口線 P3． 1TXD相連， R1 OUT 引腳與 89S52 的串行輸入口線 P3． 0RXD 相連， MAX232 的T1 OUT、 R1 IN 分別于與 RS232 的 3引腳相連。 基于 nRF24L01 模塊的無(wú)線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì) 28 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 單片機(jī)軟件設(shè)計(jì) 發(fā)送端軟件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)發(fā)送端采用 DS18B20 溫度傳感器采集溫度，經(jīng) AT89S52 收集處理數(shù)據(jù)，溫度數(shù)據(jù)數(shù)碼管顯示，如果溫度過(guò)高，則單 片機(jī)控制繼電器工作，再由 nRF24L01 模塊發(fā)送到接收端。 配 置 n R F 2 4 L 0 1 模 塊 為接 受 模 式初 始 化 L C D 1 6 0 2 顯 示屏接 受 溫 度 數(shù) 據(jù)顯 示 溫 度 數(shù) 據(jù)把 數(shù) 據(jù) 傳 給 P C 機(jī)開(kāi) 始報(bào) 警 電 路 工作溫 度 過(guò)高圖 接受端程序流程圖 基于 nRF24L01 模塊的無(wú)線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì) 30 4 系統(tǒng)仿真 電源電路的仿真 +5V 電源電路仿真 使用 multisim 仿真，由家電 220V 經(jīng)過(guò)變壓器轉(zhuǎn)換成 交流電壓，再經(jīng)過(guò)橋式整流，后經(jīng) 7805 穩(wěn)壓芯片得到直流 5V 電壓。 1602 的數(shù)據(jù)端接單片機(jī)的 P0 口， RS， RW 和 E 端分別接 口。 基于 nRF24L01 模塊的無(wú)線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì) 34 圖 發(fā)送端原理圖 接收端原理圖 接收端由單片機(jī)主控電路、 USB 電源 +5V 接入、串口通信電路、無(wú)線模塊供電電路、 LCD1602 液晶顯示接口和報(bào)警電路組成。由一個(gè)三極管和喇叭組成。 串口通信模塊由 DB9 和 RS232 的外圍電路組成。 — 接數(shù)碼管段選端 D0D7。當(dāng)前 DS18B20顯示 ， LCD1602顯示 。溫度過(guò)高則報(bào)警電路工作。 基于 nRF24L01 模塊的無(wú)線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì) 27 圖 +5V 電源電路 B、 本系統(tǒng)無(wú)線模塊需要一＋ 電源，采用電源電路如圖。 分別作為數(shù)碼管位顯示 S1S4。 寫(xiě)時(shí)隙需要 15～ 75 μs ，且在 2 次獨(dú)立的寫(xiě)時(shí)隙之間至少需要 1μs 的恢復(fù)時(shí)間。單片機(jī)先發(fā)一個(gè)復(fù)位脈沖，保持低電平時(shí)間最少 480μs ，最多不能超過(guò) 960μs 。 當(dāng)主機(jī)收到 DSl8B20 的響應(yīng)信號(hào)后，便可以發(fā)出 ROM 操作命令之一，這些命令如下： 指令代碼 代碼 Skip ROM（跳躍 ROM 指令） [CCH] 基于 nRF24L01 模塊的無(wú)線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 這條指令使芯片不對(duì) ROM 編碼做出反應(yīng)，在單總線的情況之下，為了節(jié)省時(shí)間則可以選用此指令。誠(chéng)然，單總線上可以同時(shí)掛接多個(gè)器件，并通過(guò)每個(gè)器件上所獨(dú)有的 ID 號(hào)來(lái)區(qū)別，一般只掛接單個(gè) 18B20 芯片時(shí)可以跳過(guò) ROM 指令（注意：此處指的跳過(guò) ROM 指令并非不發(fā)送 ROM 指令，而是用特有的一條 “ 跳過(guò)指令 ” ）。 控制器對(duì) 18B20操作流程： （ 1） 復(fù)位：首先我們必須對(duì) DS18B20 芯片進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位就是由控制器（單片機(jī)）給 DS18B20 單總線至少 480uS 的低電平信號(hào)。 DS18B20 共 64 位 ROM。 （ 2） DS18B20 中的溫度傳感器可完成對(duì) 溫度的測(cè)量，以 12位轉(zhuǎn)化為例：用 16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以 ℃ /LSB形式表達(dá)，其中 S 為符號(hào)位。 DS1822 的精度較差為 177。 C E1C S N2S C K3M O S I4M I S O5I