【文章內(nèi)容簡介】 圖3 nRF24L01模塊電路圖 nRF24L01模塊接口電路 圖4 單片機與無線模塊通信及其電源轉(zhuǎn)換電路圖nRF24L01是一款新型單片射頻收發(fā)器件， GHz～ GHz ISM(Industrial Scientific Medical)頻段。內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊，并融合了增強型ShockBurst技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。nRF24L01功耗低，在以6 dBm的功率發(fā)射時，工作電流也只有9 mA；接收時， mA，多種低功率工作模式（掉電模式和空閑模式）使節(jié)能設(shè)計更方便。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CSNSPI片選使能，低電平有效SCKSPI時鐘MOSISPI數(shù)據(jù)輸入MISOSPI數(shù)據(jù)輸出IRQ中斷輸出VDDGND地nRF24L01無線射頻模塊的各引腳功能如表1所示。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模塊供電電源 V～ V，故不能直接用5V電源供電，5V電源經(jīng)LM1117芯片進行轉(zhuǎn)換后即得到穩(wěn)定的直流電源供給nRF24L01無線射頻模塊。 nRF24L01模塊工作模式通過配置寄存器可將nRF241L01配置為發(fā)射、接收、空閑及掉電四種工作模式，如表2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。 nRF24L01模塊工作原理發(fā)射數(shù)據(jù)：先將nRF24L01配置為發(fā)射模式，再把接收節(jié)點地址TX_ADDR和有效數(shù)據(jù)TX_PLD按照時序由SPI口寫入nRF24L01緩存區(qū)。TX_PLD必須在CSN為低時連續(xù)寫入，而 TX_ADDR在發(fā)射時寫入一次即可，然后置為高電平并保持至少10μs，延遲130μs后發(fā)射數(shù)據(jù)。若自動應答開啟，那么nRF24L01在發(fā)射數(shù)據(jù)后立即進入接收模式，接收應答信號（自動應答接收地址應該與接收節(jié)點地址TX_ADDR一致）。如果收到應答，則認為此次通信成功，TX_DS置高，同時TX_PLD從TXFIFO中清除；若未收到應答，則自動重新發(fā)射該數(shù)據(jù)(自動重發(fā)已開啟)。若重發(fā)次數(shù)達到上限，MAX_RT置高，TXFIFO中數(shù)據(jù)保留以便再次重發(fā)。MAX_RT或TX_DS置高時，使IRQ變低，產(chǎn)生中斷，通知ATmega16L。最后發(fā)射成功時。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。 表2 nRF24L01工作模式及配置工作模式PWR_UPPRIM_RXCEFIFO寄存器狀態(tài)接收模式111數(shù)據(jù)在RXFIFO寄存器中發(fā)射模式101數(shù)據(jù)在TXFIFO寄存器中發(fā)射模式10下降沿停留在發(fā)送模式，直至數(shù)據(jù)發(fā)送完待機模式1100無數(shù)據(jù)傳輸待機模式2101TXFIFO為空掉電000無數(shù)據(jù)傳輸接收數(shù)據(jù)：首先將nRF24L01配置為接收模式，接著延遲130μs進入接收狀態(tài)等待數(shù)據(jù)的到來。當接收方監(jiān)測到有效的地址和CRC時，就將數(shù)據(jù)包存儲在RXFIFO數(shù)據(jù)寄存器中，同時中斷標志位RX_DR置高，IRQ變低，產(chǎn)生中斷，進入中斷服務子程序，通知單片機ATmega16L去取數(shù)據(jù)。若此時自動應答開啟，接收方則同時進入發(fā)射狀態(tài)回傳應答信號。若自動應答未開啟，則不進入發(fā)射狀態(tài)。最后接收成功時，若CE變低，則nRF24L01進入空閑模式1。 nRF24L01配置字SPI口為同步串行通信接口，最大傳輸速率為10 Mb/s，傳輸時先傳送低位字節(jié)，再傳送高位字節(jié)。但針對單個字節(jié)而言，要先送高位再送低位。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。相應的狀態(tài)和數(shù)據(jù)信息是從MISO輸出給單片機ATmega16L。 nRF24L0l所有的配置字都由配置寄存器定義，這些配置寄存器可通過SPI口訪問。nRF24L01 的配置寄存器共有25個，常用的配置寄存器如表3所示。表3 nRF24L01常用配置寄存器地址（H）寄存器名稱功能00CONFIG設(shè)置nRF24L01工作模式01EN_AA設(shè)置接收通道及自動應答02EN_RXADDR使能接收通道地址03SETUP_AW設(shè)置地址寬度04SETUP_RETR設(shè)置自動重發(fā)數(shù)據(jù)時間和次數(shù)07STATUS狀態(tài)寄存器，用來判定工作狀態(tài)0A0FRX_ADDR_P0~P5設(shè)置接收通道地址10TX_ADDR設(shè)置接收節(jié)點地址1116RX_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、抗干擾能力強等優(yōu)點。，采集相對濕度的精度為3%。AM2301它是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器，應用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)。傳感器包括一個電容式感濕元件和一個NTC(Negative Temperature Coefficient)測溫元件。每個AM2301傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準。校準系數(shù)以程序的形式儲存在OTP(One Time Programable)內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離理論上可達20米以上，使其成為各類應用場合的最佳選擇。(王志宏等，2011)。 AM2301接口及溫濕采集電路表4所示為AM2301各管腳功能，圖5所示為AM2301溫濕度采集電路圖。其中Data數(shù)據(jù)口連接線長度短于20米時用5K上拉電阻，大于20米時根據(jù)實際情況使用合適的上拉電阻。管腳名稱功能1VDD供電 3－2Data串行數(shù)據(jù)，單總線3NC空腳，請懸空4GND地，電源負極表4 AM2301各管腳功能圖5 AM2301接口電路 AM2301工作原理AM2301的供電電壓為5V。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。電源引腳（VDD，GND）之間可增加一個100nF 的電容，用以去耦濾波。AM2301采用單總線接口，其中DATA 數(shù)據(jù)口用于微處理器與AM2301之間的通訊和同步，采用單總線數(shù)據(jù)格式，一次通訊時間5ms左右，具體格式如下，當前數(shù)據(jù)傳輸為40bit，高位先出。數(shù)據(jù)格式：40bit數(shù)據(jù)=16bit濕度數(shù)據(jù)+16bit溫度數(shù)據(jù)+8bit校驗和。當接收40bit數(shù)據(jù)如：0000 0010 1000 1100 0000 0001 0101 1111 1110 1110。其中前16位