【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 大的區(qū)別，該系列有著十分廣泛的用途。本設(shè)計(jì)選用的是AT89S52單片機(jī)，AT89S52是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8KBytesISP(In一System Programming)的可反復(fù)擦寫(xiě)1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS一51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S52可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性?xún)r(jià)比的解決方案。其外圍引腳如圖210所示：圖210 AT89S52引腳圖AT89S52具有如下特點(diǎn):40個(gè)引腳，8KBytesFlash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，256Bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)，32個(gè)外部雙向輸入/輸出(I/O)口，6個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套， 3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，1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。同時(shí)該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 輔助控制器的外圍電路設(shè)計(jì)（EPROMAT24C64）簡(jiǎn)介本設(shè)計(jì)采用的存儲(chǔ)芯片是串行EEPROMAT24C64，AT24C64是美國(guó)ATMEL公司的低功耗CMOS串行EPROM，它是內(nèi)含8192x8位存儲(chǔ)空間，具有工作電壓寬(～)、擦寫(xiě)次數(shù)多(大于10000次)、寫(xiě)入速度快(小于10ms)等特點(diǎn)?？垢蓴_能力強(qiáng)、數(shù)據(jù)不易丟失、體積小等特點(diǎn)。而且他是采用了I2C總線(xiàn)式進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫(xiě)的串行器件，占用很少的資源和I/O線(xiàn)，并且支持在線(xiàn)編程，進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的存取十分方便AT24C64芯片共有8只引腳，如圖211所示。圖211 AT24C64管腳圖3腳是三條地址線(xiàn)，用于確定芯片的硬件地址。第8腳和第4腳分別為正、負(fù)電源。第5腳SDA為串行數(shù)據(jù)輸入/輸出，數(shù)據(jù)通過(guò)這條雙向12C總線(xiàn)串行傳送。第6腳SCL為串行時(shí)鐘輸入線(xiàn)。SDA和SCL都需要和正電源間分別接一個(gè)10K的上拉電阻。第7腳需要接地。二線(xiàn)制協(xié)議即是總線(xiàn)上的所有操作都是由SDA和SCL兩個(gè)腳位的狀態(tài)來(lái)確定的，共有四個(gè)狀態(tài)：開(kāi)始，停止，數(shù)據(jù)以及應(yīng)答，下圖描述了四個(gè)狀態(tài)的時(shí)序圖，如圖212所示。 圖212 IIC通信時(shí)序圖AT24C64與單片機(jī)的連接電路如圖213所示，通過(guò)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。圖213 AT24C64連接圖（DS1302）簡(jiǎn)介DS1302 是美國(guó)DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，～。采用三線(xiàn)接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個(gè)318的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級(jí)產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源/后備電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對(duì)后備電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力，其引腳如圖214所示。圖214 DS1302的引腳圖DS1302的引腳排列,其中Vcc1為后備電源，VCC2為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電。當(dāng)Vcc2大于Vcc1+，Vcc2給DS1302供電。當(dāng)Vcc2小于Vcc1時(shí)，DS1302由Vcc1供電。X1和X2是振蕩源。RST是復(fù)位/片選線(xiàn)，通過(guò)把RST輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來(lái)啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送。RST輸入有兩種功能：首先，RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng)RST為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對(duì)DS1302進(jìn)行操作。如果在傳送過(guò)程中RST置為低電平，則會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí)，在Vcc，RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時(shí)，才能將RST置為高電平。I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)，SCLK為時(shí)鐘輸入端，DS1302的接線(xiàn)圖如圖215所示。 圖215 DS1302的連接圖（DHT11）簡(jiǎn)介DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專(zhuān)用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，具有極高的可靠性與長(zhǎng)期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC 測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能單片機(jī)相連接。每個(gè)DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲(chǔ)存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測(cè)信號(hào)的處理過(guò)程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。 單線(xiàn)制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡(jiǎn)易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號(hào)傳輸距離可達(dá)20米以上。傳感器為4針單排引腳封裝，連接方便，性能參數(shù)如表23所示。表23 DHT11性能圖型號(hào)測(cè)量范圍測(cè)濕精度測(cè)溫精度分辨力封裝DHT112090%RH 050℃177。5%RH177。2℃1四針單排直插 與單片機(jī)的連接圖如圖216所示：圖216 DHT11接線(xiàn)圖一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40bit, 高位先出。數(shù)據(jù)格式 :8bit 濕度整數(shù)數(shù)據(jù) +8bit 濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bi 溫度整數(shù)數(shù)據(jù) +8bit 溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit 校驗(yàn)和。數(shù)據(jù)傳送正確時(shí)校驗(yàn)和數(shù)據(jù)等于“ 8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)”所得結(jié)果的末8位，與單片機(jī)的通信時(shí)序圖如217所示。 圖217 DHT單線(xiàn)通信時(shí)序圖 GSM通信模塊設(shè)計(jì)GSM(Global System for Mobile munication)系統(tǒng)是目前基于時(shí)分多址技術(shù)的移動(dòng)通訊體制中比較成熟、完善、應(yīng)用最廣泛的一種系統(tǒng)。是我國(guó)公眾移動(dòng)通信網(wǎng)的主要方式。基于GSM的短信息服務(wù)，是一種在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上傳送簡(jiǎn)短信息的無(wú)線(xiàn)應(yīng)用,是一種信息在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)寄的過(guò)程。由于GSM網(wǎng)絡(luò)在全國(guó)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)和漫游,具有網(wǎng)絡(luò)能力強(qiáng)的特點(diǎn),用戶(hù)無(wú)需另外組網(wǎng),在極大提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的同時(shí)為客戶(hù)節(jié)省了昂貴建網(wǎng)費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用。同時(shí),它對(duì)用戶(hù)的數(shù)量也沒(méi)有限制,克服了傳統(tǒng)的專(zhuān)網(wǎng)通信系統(tǒng)投資成本大,維護(hù)費(fèi)用高,且網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的覆蓋范圍和用戶(hù)數(shù)量有限的缺陷。比起傳統(tǒng)的集群系統(tǒng)在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋上具有無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì),加上GSM的SMS本身具備的數(shù)據(jù)傳送功能,都使得這些應(yīng)用得到迅速的普及。 通信模塊TC35I簡(jiǎn)介目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)開(kāi)始使用的GSM模塊有西門(mén)子的TC35系列、Wave的WMO2系列、中興的ZXGM18系列等，而且這些模塊的功能、用法差別不大。其中西門(mén)子的TC35系列模塊性?xún)r(jià)比很高，并且己經(jīng)有國(guó)內(nèi)的無(wú)線(xiàn)電設(shè)備入網(wǎng)證。所以本設(shè)計(jì)選用的是西門(mén)子TC35系列的TC35I。功能上與TC35兼容，設(shè)計(jì)緊湊，大大縮小了用戶(hù)產(chǎn)品的體積。TC35i與GSM2/2+兼容、雙頻(GSM900/GSM1800)、RS232數(shù)據(jù)口、符合ETSI標(biāo)準(zhǔn)GSM0707和GSM0705。該模塊集射頻電路和基帶于一體，向用戶(hù)提供標(biāo)準(zhǔn)的AT命令接口，為數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、短消息和傳真提供快速、可靠、安全的傳輸，方便用戶(hù)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)及設(shè)計(jì)，TC35I的芯片引腳圖如圖218所示。 圖218 TC35I芯片引腳圖 TC35I有40個(gè)引腳，通過(guò)ZIF連接器引出。這些引腳可劃分為5類(lèi)，即電源、數(shù)據(jù)輸入/輸出、SIM卡、音頻接口和控制。114引腳為電源部分，其中15引腳為電源電壓輸入端VBATT+，610引腳為電源地GND，1112引腳為充電端，13引腳為對(duì)外輸出電壓(供外部電路使用)，14引腳ACCU/TEMP接負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻；2429引腳為SIM卡連接端；3340引腳為語(yǔ)音接口用來(lái)接電話(huà)手柄。13l和32引腳為控制部分，15引腳為啟動(dòng)線(xiàn)IGT (Ignition)。當(dāng)TC35I通電后必須給IGT一個(gè)大于100mV的低電平，模塊才能啟動(dòng)。30引腳為RTC back up；3l引腳為掉電控制；32引腳為SYNC，1623引腳為數(shù)據(jù)輸入/輸出端。電源電路為外部5V/2A開(kāi)關(guān)電源供電。，連接至ZIF連接器的112引腳，并給數(shù)據(jù)通信電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232供電；啟動(dòng)電路由漏極開(kāi)路三極管和上電復(fù)位電路組成。模塊上電10 ms后(電壓須大于3V)，為使之正常工作，必須在15引腳(IGT)施加低電平信號(hào)，至少保持lOOms且該信號(hào)下降沿時(shí)間小于1ms，啟動(dòng)后15引腳應(yīng)保持高電平。數(shù)據(jù)通信電路主要實(shí)現(xiàn)短消息收發(fā)、與PC機(jī)通信、軟件控制等功能。TC35I的數(shù)據(jù)接口采用串行異步收發(fā)，符合RS232接口電路標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)通信電路以MAX232為核心實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換及串口通信。ZIF連接器提供六個(gè)引腳給SIM卡接口，其中CCIN用來(lái)檢測(cè)SIM卡是否插好。連接器的SYNC腳控制燈的狀態(tài)，以此判斷TC35的工作狀態(tài)，外圍電路框圖如下圖219所示。IGTSYNCTXDRXDCCVCCCCRSTCCCLKCCIOCCGNDZIF40PINSIM卡MAX232LEDIGT電路TC35ILM2576S 可以提供高達(dá)3A的5V穩(wěn)壓電源圖219 TC35I 外圍電路模塊框圖 電平轉(zhuǎn)化電路設(shè)計(jì) ，而TC35I則是5V供電的，它們之間的通信就需要通過(guò)電平轉(zhuǎn)換才可以通信。為了減少硬件成本以及制作難度和利用現(xiàn)有設(shè)備，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是采用把它們都轉(zhuǎn)換成RS232電平連接來(lái)通信的。STM32與TC35I模塊通過(guò)電平轉(zhuǎn)化芯片MAX3232（）和MAX232(5V轉(zhuǎn)RS232電平)芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)的。它們集成度高，單++5V電源工作，如圖220所示。TXDRXDCCVCCCCRSTCCCLKCCIOCCGNDTC3540PIN5V5VSIM卡MAX232（5V）5v開(kāi)關(guān)電源電路（LM2576S）TC35ISTM32F103VCT6（）MAX3232（）（LM2576S）TXDRXDRS232電平通信 圖220 電平轉(zhuǎn)換連接電路圖 無(wú)線(xiàn)射頻通信模塊設(shè)計(jì) 無(wú)線(xiàn)射頻模塊芯片的選擇無(wú)線(xiàn)射頻芯片是無(wú)線(xiàn)通信模塊單元的核心部件，它的選擇成功與否將直接關(guān)系到整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能?；诒鞠到y(tǒng)的實(shí)際需求，應(yīng)該選用成本低、體積小、功耗低、集成度高、兼容性強(qiáng)、外圍元件少、抗干擾能力強(qiáng)、接口簡(jiǎn)單的無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)一體芯片。目前市場(chǎng)上無(wú)線(xiàn)收發(fā)一體類(lèi)芯片較多，在選用時(shí)，主要參考以下原則：(1)芯片的數(shù)據(jù)傳輸速度。(2)芯片發(fā)射功率。(3)芯片抗干擾性能。(4)芯片電壓。(5)收發(fā)芯片正常工作所需的外圍元器件數(shù)目。(6)收發(fā)芯片的封裝和管腳數(shù)。常用幾種芯片的主要性能比較如表24是所示。表24 幾種主要無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片性能比較芯片類(lèi)型/廠(chǎng)家NRF24L01/NORDICNRF905/NORDICTRF6900/TIRF2951/RFMD通信頻率433/868/915MHz868/915MHz433/868/915MHz工作電壓～～～～5V調(diào)制方式GFSKGFCKFCKFCK最大數(shù)據(jù)傳輸速率2Mbps100Kbps30Kbps發(fā)射電流11mA50mA27mA接收電流34mA最大輸出功率+0dbm+10dbm++0dbm外圍元器件數(shù)約10個(gè)約10個(gè)約50個(gè)約50個(gè)從表中可以看出，相比其它幾種芯片，Nordic公司的nRF24L01無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)一體芯片功耗低，數(shù)據(jù)傳輸速率最快，所需外圍元器件最少，并且采用了比FSK調(diào)制抗干擾能力更強(qiáng)的GFSK調(diào)制，數(shù)據(jù)傳輸更加穩(wěn)定可靠，因而本系統(tǒng)選用nRF24L01作為無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸芯片。 無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)模塊nRF24L01設(shè)計(jì) 1. 無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)一體芯片nRF24L01本系統(tǒng)中無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)芯片選用nRF24L01。nRF24L01是挪威Nordic公司推出的單片無(wú)線(xiàn)收發(fā)一體的芯片。nRF24L01工作于2．4~ GHz ISM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Enhanced ShoekBurst技術(shù)。其中，輸出功率、通信頻道、自動(dòng)重發(fā)次數(shù)等參數(shù)可通過(guò)編程設(shè)置。內(nèi)置的SPI接口，其速率為0～8Mb／s，MCU通過(guò)SPI接口控制nRF24L0l，nRF24L01的引腳圖如圖221。圖221 RF24L01外部引腳圖2．控制器與nRF24L01接口設(shè)計(jì)nRF24L01是標(biāo)準(zhǔn)的SPI通信接口，因此這需要很少的接口就可以實(shí)現(xiàn)與控制器間的通信。所以只需要把nRF24L01的SPI接口通過(guò)排針引出來(lái)就可以了，其中電路天線(xiàn)部分采用50Ω單端天線(xiàn)也可以在PCB板上用蛇形走線(xiàn)來(lái)代替天線(xiàn)，圖222 NRF24L01應(yīng)用電路圖。圖222RF24L01的應(yīng)用電路單片機(jī)通過(guò)SPI接口（或者通過(guò)I/O口模擬SPI通信）與nRF24L01直接連接，51單片機(jī)的連接電路如下圖223所示。 圖223 AT89C51單片機(jī)與nRF24L01硬件接口示意圖（stm32也與之類(lèi)似）。表25 工作模式對(duì)照表模式PWR_UPPRIM_RXCEFIFO寄存器狀態(tài)接受模式111發(fā)送模式101數(shù)據(jù)在TX FIFO寄存器中發(fā)送模式1010停留在發(fā)送模式，直至數(shù)據(jù)發(fā)送完待機(jī)模式Ⅱ101TX FIFO為空待機(jī)模式Ⅰ10無(wú)數(shù)據(jù)傳輸?shù)綦娔Ｊ?(1)待機(jī)模式 待機(jī)模式I在保證快速啟動(dòng)的同時(shí)減少系統(tǒng)平均消耗電流在待機(jī)模式I下晶振正常工作，在待機(jī)模式I