【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 過一個(gè)可調(diào)電位器調(diào)整對(duì)比度。 第四腳： RS為寄存器選擇，高電平時(shí)為數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)為指令寄存器。 第五腳： R/W為讀寫操作信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng) RS 和 R/W 共同為低電平時(shí)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(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng) RS為高電平 R/W為低電平時(shí)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(shí)，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(gè)引腳的說明 編號(hào) 符號(hào) 引腳說明 編號(hào) 符號(hào) 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(hào) 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(jì) 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(jìn)行收集，將收集數(shù)據(jù)傳給單片機(jī) STC89S52，經(jīng)過處理從無線發(fā)送模塊 NRF24L01 發(fā)射出去，單片機(jī) 通過模擬 SPI 口實(shí)現(xiàn) 與 NRF24L01 之間的通信，因?yàn)?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(jī)經(jīng)處理后，將數(shù)據(jù)傳給顯示屏 。本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于數(shù)據(jù)如何在各個(gè)模塊之間傳輸。 溫濕度采集模塊的設(shè)計(jì) DHT11溫濕度檢測(cè)模塊采用單總線數(shù)據(jù)傳輸， DATA引腳 與 單片機(jī)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(shí)， 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(dòng) DATA使其處于低電平狀態(tài)，而外部接一個(gè)上拉電阻，將信號(hào)拉至高電平。 “ 000 00101”為相對(duì)濕度 (RH)測(cè)量，“ 000 00011”為溫度 (T)測(cè)量。發(fā)送一組測(cè)量命令后控制器要等待測(cè)量結(jié)束，這個(gè)過程大約需要 20／ 80／ 320 ms，對(duì)應(yīng)其 8／ 12／ 14 位的測(cè)量。測(cè)量時(shí) 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(jìn)入空閑模式。重新啟動(dòng) SCK 時(shí)鐘讀出數(shù)據(jù)之前，控制器必須等待這個(gè)“數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好”信號(hào)。 接下來傳輸 2 個(gè)字節(jié)的測(cè)量數(shù)據(jù)和 1 個(gè)字節(jié)的 CRC 校驗(yàn)。 MCU 必須通過拉低DATA 來確認(rèn)每個(gè)字節(jié)。所有的數(shù)據(jù)都從 MSB 開始，至 LSB 有效。例如對(duì)于 12 位數(shù)據(jù)，第 5個(gè) SCK 時(shí)鐘時(shí)的數(shù)值作為 MSB位；而對(duì)于 8位數(shù)據(jù)，第 1 個(gè)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(yàn)，控制器可以在測(cè)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(cè)量和通信結(jié)束后， DHT11自動(dòng)進(jìn)入休眠狀態(tài)模式。 無線發(fā)射接收模塊設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)通過數(shù)字溫濕度傳感器 DHT11實(shí)現(xiàn)溫濕度的采集，由單片機(jī) STC89S52控制，通過射頻芯片 NRF24L01 進(jìn)行無線傳輸和接收 NRF24L01 提供給應(yīng)用的微控制器一個(gè) 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(jì) 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(shí)，通過 SPI 接口，按時(shí)序把接收機(jī)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(shí)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(dòng)開啟射頻寄存器； 打包數(shù)據(jù) (加字頭和 CRC校驗(yàn)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(dòng)進(jìn)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(huì)被處理完。只有 發(fā)送完前一個(gè)數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù) ， NRF24L01 才能接受下一個(gè)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(shí) NRF24L01 進(jìn)入 ShockBurstTM 接收模式； B. NRF24L01不斷監(jiān)測(cè)，等待接收數(shù)據(jù)，當(dāng)檢測(cè)到同一頻段的載波時(shí)，載波檢測(cè)引腳被置高； ，地址匹配引腳被置高； ， NRF24L01 自動(dòng)移去字頭 、地址和 CRC校驗(yàn)位，然后把數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳置高； TRX_CE 置低， NRF24L01進(jìn)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(shí) NRF24L01 此時(shí)可以進(jìn)入 ShockBurstTM 接收模式、 ShockBurstTM 發(fā)送模式或關(guān)機(jī)模式。 當(dāng) NRF24L01正在接收一個(gè)數(shù)據(jù)包時(shí)， 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(jìn)入另一個(gè)工作模式。 由于接收模塊單片機(jī)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(jī)與 NRF24L01連接圖。詳細(xì)連接電路圖見附錄 A 模擬 SPI 口的實(shí)現(xiàn) 由于單片機(jī)不存在 SPI口，為了實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與 NRF24L01的通訊，需要進(jìn)行模擬SPI口， SPI口的工作方式可以通過 SPI指令進(jìn)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(jī)寫操作）、 MISO（主機(jī)讀操作）、 SCK（串行時(shí)鐘信號(hào)，由主機(jī)控制）、 CSN（片選信號(hào)，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(shí)序 圖 6 SPI 寫操作時(shí)序 LCD1602 液晶顯示模塊設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)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(jì)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(jìn)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(jī)最小系統(tǒng)等各單元電路進(jìn)行接口連接 .用 LCD顯示一個(gè)字符時(shí)比較復(fù)雜，因?yàn)橐粋€(gè)字符由 68 或 88 點(diǎn)陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個(gè)位置對(duì)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(diǎn)亮，為 “0” 的不亮。這樣一來就組成某個(gè)字符。但 LCD1602內(nèi)帶字符發(fā)生器，顯示字符就比較簡(jiǎn)單了，根據(jù)在 LCD 上開始顯示的行列號(hào)及每行的列數(shù)找出顯示 RAM 對(duì)應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，在此送上該字符對(duì)應(yīng)的代碼即可。 通過單片機(jī)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(gè)引腳的連接圖如下 無線溫度濕度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 10 圖 7 LCD1602 模塊電路圖 電源模塊設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)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(jì) 本設(shè)計(jì)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(jì)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(jì) 首先，將 DHT11 初始化，將采集到的溫度濕度信息傳送到單片機(jī)，通過單片機(jī)的 腳控制 DHT11 的 數(shù)據(jù)線 DATA。主機(jī)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(cè)量 00011 濕度測(cè)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(jì) 在進(jìn)行采集模塊軟件設(shè)計(jì)時(shí)，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(dòng)產(chǎn)生字頭和 CRC校驗(yàn)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(jì) 12 ShockBurstTM收發(fā)模式有利于節(jié)約存儲(chǔ)器和微控制器資源，同時(shí)也減小了編寫程序的時(shí)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(jì)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(jī)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(jìn) 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(jìn) 入 空 閑 狀 態(tài)裝 載 數(shù) 據(jù) 和 對(duì) 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(shí)，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(jī)模式 。然后按時(shí)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(shí)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(dòng)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(shí)，NRF24L01發(fā)送過程完成，自動(dòng)進(jìn)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(huì)被處理完，并且只有在前一個(gè)數(shù)據(jù)包被發(fā)送完畢， NRF24L01才能接受下一個(gè)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(gè)數(shù)據(jù)包時(shí)， TRX_CE