【文章內(nèi)容簡介】 過一個可調(diào)電位器調(diào)整對比度。 第四腳： RS為寄存器選擇，高電平時為數(shù)據(jù)寄存器、低電平時為指令寄存器。 第五腳： R/W為讀寫操作信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當(dāng) RS 和 R/W 共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS 為低電平 R/W 為高電平時可以讀忙信號，當(dāng) RS為高電平 R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 第六腳： E端為使能端，當(dāng) E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令 第七～十四腳： D0～ D7為 8位雙向數(shù)據(jù)線。 第十五腳：背 光源正極。 第十六腳：背光源負(fù)極。 表 3 LCD1602 各個引腳的說明 編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù) 2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù) 3 VL 液晶顯示偏壓 11 D4 數(shù)據(jù) 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇 12 D5 數(shù)據(jù) 5 R/W 讀 /寫選擇 13 D6 數(shù)據(jù) 6 E 使能信號 14 D7 數(shù)據(jù) 7 D0 數(shù)據(jù) 15 BLA 背光源正極 8 D1 數(shù)據(jù) 16 BLK 背光源負(fù)極 7 3 硬件電路設(shè)計 該采集系統(tǒng)是以 STC89S52芯片為 主要，利用數(shù)字式溫濕度傳感器 DHT10進行收集，將收集數(shù)據(jù)傳給單片機 STC89S52，經(jīng)過處理從無線發(fā)送模塊 NRF24L01 發(fā)射出去，單片機 通過模擬 SPI 口實現(xiàn) 與 NRF24L01 之間的通信，因為 NRF24L01 兼具發(fā)射和接收功能，經(jīng)過一定距離的通信， 接受模塊通過 NRF24L01將數(shù)據(jù)傳給 STC89S52，單片機經(jīng)處理后，將數(shù)據(jù)傳給顯示屏 。本設(shè)計的重點在于數(shù)據(jù)如何在各個模塊之間傳輸。 溫濕度采集模塊的設(shè)計 DHT11溫濕度檢測模塊采用單總線數(shù)據(jù)傳輸， DATA引腳 與 單片機相連 ，用于 MCU與 DHTI1之間的數(shù)據(jù)傳輸。 DATA的狀態(tài)在串行始終 DATA的下降沿之后發(fā)生改變，在DATA的上升沿有效。在數(shù)據(jù)傳輸期間，當(dāng) DATA 為高電平時， DATA數(shù)據(jù)線上必須保持穩(wěn)定狀態(tài)。為避免數(shù)據(jù)發(fā)生沖突， MCU應(yīng)該驅(qū)動 DATA使其處于低電平狀態(tài)，而外部接一個上拉電阻，將信號拉至高電平。 “ 000 00101”為相對濕度 (RH)測量，“ 000 00011”為溫度 (T)測量。發(fā)送一組測量命令后控制器要等待測量結(jié)束，這個過程大約需要 20／ 80／ 320 ms，對應(yīng)其 8／ 12／ 14 位的測量。測量時 間隨內(nèi)部晶振的速度而變化，最多能夠縮短30 %。 DHT11下拉 DATA 至低電平而使其進入空閑模式。重新啟動 SCK 時鐘讀出數(shù)據(jù)之前，控制器必須等待這個“數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好”信號。 接下來傳輸 2 個字節(jié)的測量數(shù)據(jù)和 1 個字節(jié)的 CRC 校驗。 MCU 必須通過拉低DATA 來確認(rèn)每個字節(jié)。所有的數(shù)據(jù)都從 MSB 開始，至 LSB 有效。例如對于 12 位數(shù)據(jù)，第 5個 SCK 時鐘時的數(shù)值作為 MSB位；而對于 8位數(shù)據(jù)，第 1 個字節(jié) (高 8位 )數(shù)據(jù)無意義。 確認(rèn) CRC數(shù)據(jù)位之后，通信結(jié)束。如果不使用 CRC一 8校驗，控制器可以在測量數(shù)據(jù) LSB位之后，通過保 持 ACK位為高電平來結(jié)束本次通信。 測量和通信結(jié)束后， DHT11自動進入休眠狀態(tài)模式。 無線發(fā)射接收模塊設(shè)計 本系統(tǒng)通過數(shù)字溫濕度傳感器 DHT11實現(xiàn)溫濕度的采集，由單片機 STC89S52控制，通過射頻芯片 NRF24L01 進行無線傳輸和接收 NRF24L01 提供給應(yīng)用的微控制器一個 SPI接口，速率由微控制器自己設(shè)定的接口速度決定。 無線溫度濕度采集系統(tǒng)的設(shè)計 8 溫濕度數(shù)據(jù)的控制發(fā)送 NRF24L01數(shù)據(jù)的發(fā)送過程為 A. 當(dāng)微控制器有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，通過 SPI 接口，按時序把接收機的地址和要發(fā)送的數(shù)據(jù)送傳給 NRF24L01， SPI接口的速率在通信協(xié)議和器件配置時確定； B．微控制器通過置高 TRX_CE和 TX_EN，激發(fā) NRF24L01的 ShockBurstTM 的發(fā)送模式； C． NRF24L01的 ShockBurstTM 發(fā)送數(shù)據(jù)； 自動開啟射頻寄存器； 打包數(shù)據(jù) (加字頭和 CRC校驗碼 )； 發(fā)送數(shù)據(jù)包； 當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳被置高； AUTO_RETRAN 被置高， NRF24L01不斷重發(fā)，直到 TRX_CE被置低 ； TRX_CE被置低， NRF24L01發(fā)送過程完成，自動進入空閑模式。 ShockBurstTM工作模式，一旦開始發(fā)送數(shù)據(jù)，無論 TRX_EN和 TX_EN 引腳是高或低，發(fā)送過程都會被處理完。只有 發(fā)送完前一個數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù) ， NRF24L01 才能接受下一個發(fā)送數(shù)據(jù)包。 溫濕度數(shù)據(jù) 的接收 TRX_CE 為高電平、 TX_EN 為低電平時 NRF24L01 進入 ShockBurstTM 接收模式； B. NRF24L01不斷監(jiān)測，等待接收數(shù)據(jù)，當(dāng)檢測到同一頻段的載波時，載波檢測引腳被置高； ，地址匹配引腳被置高； ， NRF24L01 自動移去字頭 、地址和 CRC校驗位，然后把數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳置高； TRX_CE 置低， NRF24L01進入空閑模式； SPI口，以一定的速率把數(shù)據(jù)傳送到微控制器內(nèi)； ， NRF24L01 把數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳和地址匹配引腳置低。此時 NRF24L01 此時可以進入 ShockBurstTM 接收模式、 ShockBurstTM 發(fā)送模式或關(guān)機模式。 當(dāng) NRF24L01正在接收一個數(shù)據(jù)包時， TRX_CE 或 TX_EN任意一引腳的狀態(tài)發(fā)生改變， NRF24L01 隨之改變其工作模式，接收的數(shù)據(jù)包丟失。 當(dāng)微處理器接到地址匹配引腳的信息之后，其就知道 NRF24L01 正在接收數(shù)據(jù)包，其可以決定是讓 NRF24L01繼續(xù)接收該數(shù)據(jù)包還是進入另一個工作模式。 由于接收模塊單片機與 NRF24L01的連接電路相同，只是程序不同，這里，不在 9 給出接收模塊單片機與 NRF24L01連接圖。詳細(xì)連接電路圖見附錄 A 模擬 SPI 口的實現(xiàn) 由于單片機不存在 SPI口，為了實現(xiàn)單片機與 NRF24L01的通訊，需要進行模擬SPI口， SPI口的工作方式可以通過 SPI指令進行設(shè)置。首先必須設(shè)置器件的發(fā)送 /接收模式才能保證有效的數(shù)據(jù)發(fā) 送接收。 SPI口外圍串行接口包括： MOSI（主機寫操作）、 MISO（主機讀操作）、 SCK（串行時鐘信號，由主機控制）、 CSN（片選信號，低電平有效）。 SPI口的讀寫操 作如 如圖 5和圖 6所示。 圖 5 SPI 讀操作時序 圖 6 SPI 寫操作時序 LCD1602 液晶顯示模塊設(shè)計 本次設(shè)計可以采用的顯示芯片很多，考慮到顯示效果的精確度和成本等方面的因素，本設(shè)計采用 LCD1602 顯示， 經(jīng)過無線傳輸后，溫、濕度數(shù)據(jù)信息將在 1602液晶顯示芯片上進行顯示， 1602液晶顯示芯片 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16腳接口。將以上的傳 感器電路， 無線傳輸和接收電路，單片機最小系統(tǒng)等各單元電路進行接口連接 .用 LCD顯示一個字符時比較復(fù)雜，因為一個字符由 68 或 88 點陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個位置對應(yīng)的顯示 RAM區(qū)的 8字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為 “1” ，其它的為 “0” ，為 “1” 的點亮，為 “0” 的不亮。這樣一來就組成某個字符。但 LCD1602內(nèi)帶字符發(fā)生器，顯示字符就比較簡單了，根據(jù)在 LCD 上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)找出顯示 RAM 對應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，在此送上該字符對應(yīng)的代碼即可。 通過單片機發(fā)送不同的指令即可控制 LCD使其顯示相應(yīng) 的溫濕度信息。 各個引腳的連接圖如下 無線溫度濕度采集系統(tǒng)的設(shè)計 10 圖 7 LCD1602 模塊電路圖 電源模塊設(shè)計 本設(shè)計電路采用 +5V 直流電源供電 圖 8 電源模塊電路圖 4 軟件設(shè)計 本設(shè)計的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是由采集模塊和顯示模塊構(gòu)成，程序設(shè)計主要有單片微處理器數(shù)據(jù)采集程序， NRF24L01發(fā)送和接收程序，液晶顯示程序構(gòu)成 采集模塊軟件設(shè)計 首先，將 DHT11 初始化，將采集到的溫度濕度信息傳送到單片機，通過單片機的 腳控制 DHT11 的 數(shù)據(jù)線 DATA。主機通過 SPI 接口向 NRF24L01 配置寄存器寫入信息并通過天 線發(fā)送 。 表 4 DHT11 命令集 命令 代碼 11 預(yù)留 0000x 溫度測量 00011 濕度測量 00101 讀狀態(tài)寄存器 00111 寫狀態(tài)寄存器 00110 接口復(fù)位 11110 圖 9 采集模塊主程序 發(fā)送接收模塊軟件設(shè)計 在進行采集模塊軟件設(shè)計時，要將 NRF24L01設(shè)置為發(fā)送狀態(tài) ， TX_EN=1， TRX_CE=0如下圖 9所示。 在 ShockBurstTM 發(fā)送模式， NRF24L01自動產(chǎn)生字頭和 CRC校驗碼，當(dāng)發(fā)送過程完成后，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳通知微處理器數(shù)據(jù)發(fā)射完畢。由以上可知 ， NRF24L01的無線溫度濕度采集系統(tǒng)的設(shè)計 12 ShockBurstTM收發(fā)模式有利于節(jié)約存儲器和微控制器資源，同時也減小了編寫程序的時間。 接收模塊主要包括 nRF24L01接收程序和液晶顯示程序。與發(fā)送模塊相同，在接收模塊軟件設(shè)計中，同樣要先將 NRF24L01設(shè)置為接收狀態(tài)， TRX_CE=1， TX_EN=0，這樣主機才能 NRF24L01讀取數(shù)據(jù)。 開 始S P I 配 置 寄 存 器 ， T R X _ C E 為 低， T X _ E N 為 高T R X _ C E 為 高 嗎 ？進 入 發(fā) 送 模 式 數(shù) 據(jù) 發(fā) 送 完 成 D R 為 高 嗎 ？置 低 T R X _ C E 進 入 空 閑 狀 態(tài)裝 載 數(shù) 據(jù) 和 對 方 地 址否否是是結(jié) 束 圖 10 發(fā)送模塊流程圖 當(dāng)微控制器有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，先把 PWR_UP 引腳置為電平、 TRX_CE 引腳 置為低電平。從而使 NRF24L01置于待機模式 。然后按時序通過 SPI總線把發(fā)送地址和待發(fā)送的數(shù)據(jù)都寫入 NRF24L01相應(yīng)寄存器中。 SPI接口的速率在通信協(xié)議和器件配置時確定。微控制器將 PWR_UP、 TRX_CE 和， TX_EN全置高電平，激發(fā) NRF24L01的 ShockBurstTM 13 發(fā)送模式 NRF24L01的 ShockBurstTM 發(fā)送包括以下步驟：射頻寄存器自動開啟 。數(shù)據(jù)打包 。發(fā)送數(shù)據(jù)包 。當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送完成，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好，引腳被置高。當(dāng) TRX_CE 被置時，NRF24L01發(fā)送過程完成，自動進入空閑模式。 Sho ckBurstTM工作模式保證一 旦發(fā)送數(shù)據(jù)的過程開始，無論 TRX_EN和 TX_EN引腳是高或低，發(fā)送過程都會被處理完，并且只有在前一個數(shù)據(jù)包被發(fā)送完畢， NRF24L01才能接受下一個發(fā)送數(shù)據(jù)包。 開 始判 斷 是 否有 數(shù) 據(jù)接 收 數(shù) 據(jù)判 斷 數(shù) 據(jù) 格式 是 否 正 確顯 示是是否否結(jié) 束丟 棄 圖 11 接收模塊主程序 當(dāng) NRF24L01正在接收一個數(shù)據(jù)包時， TRX_CE