【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 150uA采樣周期秒1次。 無線模塊設(shè)計(jì)， GHz～ 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，并融合了增強(qiáng)型ShockBurst技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置。nRF24L01功耗低，在以6dBm的功率發(fā)射時(shí)，工作電流也只有9 mA；接收時(shí)， 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(jì)更方便[15]。(1) 主要特點(diǎn)：（a）GFSK調(diào)制，硬件集成OSI鏈路層（b）具有自動(dòng)應(yīng)答和自動(dòng)再發(fā)射功能（c）片內(nèi)自動(dòng)生成報(bào)頭和CRC校驗(yàn)碼（d）數(shù)據(jù)傳輸率為l Mb/s或2Mb/s（e）SPI速率為0 Mb/s～10 Mb/s（f）125個(gè)頻道與其他nRF24系列射頻器件相兼容（g）雙通道數(shù)據(jù)接收，內(nèi)置環(huán)行天線，開闊地?zé)o干擾條件通信距離2050米（h）QFN20引腳4 mm4 mm封裝（i） V～ V(2) 引腳說明： nRF24L01。各引腳功能如下：CE：使能發(fā)射或接收；CSN，SCK，MOSI，MISO：SPI引腳端，微處理器可通過此引腳配置nRF24L01；IRQ：中斷標(biāo)志位；VDD：電源輸入端；VSS：電源地；XC2，XC1：晶體振蕩器引腳；VDD_PA：為功率放大器供電， V；ANT1,ANT2：天線接口。(3) 工作模式：通過配置寄存器可將nRF24L01配置為發(fā)射、接收、空閑及掉電四種工作模式。 工作模式模式PWR_UPPRIM_RXCEFIFO寄存器狀態(tài)接收模式111發(fā)射模式101數(shù)據(jù)在TXFIFO寄存器中發(fā)射模式101→0停留在發(fā)送模式，直至數(shù)據(jù)發(fā)送完待機(jī)模式2101TX_FIFO為空待機(jī)模式110無數(shù)據(jù)傳輸?shù)綦?待機(jī)模式1主要用于降低電流損耗，在該模式下晶體振蕩器仍然是工作的；待機(jī)模式2則是在當(dāng)FIFO寄存器為空且CE=1時(shí)進(jìn)入此模式；待機(jī)模式下，所有配置字仍然保留。在掉電模式下電流損耗最小，同時(shí)nRF24L01也不工作，但其所有配置寄存器的值仍然保留。（4）工作原理 電路原理圖發(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口寫入nRF24L01緩存區(qū)，TX_PLD必須在CSN為低時(shí)連續(xù)寫入，而TX_ADDR在發(fā)射時(shí)寫入一次即可，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)。若自動(dòng)應(yīng)答開啟，那么nRF24L01在發(fā)射數(shù)據(jù)后立即進(jìn)入接收模式，接收應(yīng)答信號(hào)（自動(dòng)應(yīng)答接收地址應(yīng)該與接收節(jié)點(diǎn)地址TX_ADDR一致）。如果收到應(yīng)答，則認(rèn)為此次通信成功，TX_DS置高，同時(shí)TX_PLD從TX FIFO中清除。若未收到應(yīng)答，則自動(dòng)重新發(fā)射該數(shù)據(jù)(自動(dòng)重發(fā)已開啟)，若重發(fā)次數(shù)(ARC)達(dá)到上限，MAX_RT置高，TX FIFO中數(shù)據(jù)保留以便再次重發(fā)；MAX_RT或TX_DS置高時(shí)，使IRQ變低，產(chǎn)生中斷，通知MCU。最后發(fā)射成功時(shí),若CE為低則nRF24L01進(jìn)入空閑模式1；若發(fā)送堆棧中有數(shù)據(jù)且CE為高，則進(jìn)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(jìn)入空閑模式2。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。當(dāng)接收方檢測(cè)到有效的地址和CRC時(shí)，就將數(shù)據(jù)包存儲(chǔ)在RX FIFO中，同時(shí)中斷標(biāo)志位RX_DR置高，IRQ變低，產(chǎn)生中斷，通知MCU去取數(shù)據(jù)。若此時(shí)自動(dòng)應(yīng)答開啟，接收方則同時(shí)進(jìn)入發(fā)射狀態(tài)回傳應(yīng)答信號(hào)。最后接收成功時(shí)，若CE變低，則nRF24L01進(jìn)入空閑模式1。(5) 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)。但針對(duì)單個(gè)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(gè)，使用時(shí)這些控制指令由nRF24L01的MOSI輸入。相應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)信息是從MISO輸出給MCU。 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(gè)。 配置寄存器地址（H）寄存器名稱功能00CONFIG設(shè)置24L01工作模式01EN_AA設(shè)置接收通道及自動(dòng)應(yīng)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(dòng)重發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)間和次數(shù)07STATUS狀態(tài)寄存器，用來判定工作狀態(tài)0A~0FRX_ADDR_P0~P5設(shè)置接收通道地址10TX_ADDR設(shè)置接收接點(diǎn)地址11~16RX_PW_P0~P5設(shè)置接收通道的有效數(shù)據(jù)寬度。 單片機(jī)與nRF24L01連接圖 液晶顯示模塊設(shè)計(jì)1602液晶也叫1602字符型液晶 它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊，它有若干個(gè)5x7或者5x11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱?，他不能顯示圖形（用自定義CGRAM，顯示效果也不好）1602LCD是指顯示的內(nèi)容為16x2,即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）目前市面上字符液晶絕大多數(shù)是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780寫的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型液晶。1602LCD主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量：162個(gè)字符芯片工作電壓：工作電流：()模塊最佳工作電壓：字符尺寸：(WH)mm（1）引腳功能說明：1602LCD采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如下：第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號(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6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7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負(fù)極。（2）液晶顯示原理：。 讀操作時(shí)序 寫操作時(shí)序。 1602LCD引腳圖 報(bào)警模塊設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用紅LED燈作為光報(bào)警提示，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)不符合給定的要求時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)為紅燈報(bào)警提示；本系統(tǒng)采用蜂鳴器作為聲報(bào)警提示，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)符合給定的要求時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)沒有蜂鳴器報(bào)警提示；當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)不符合給定的要求時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)蜂鳴器報(bào)警提示。在接收端設(shè)計(jì)電路圖中，最下方為包含變壓器和整流橋（作用是將220V交流電轉(zhuǎn)化為9V交流電），濾波電路（電解電容1000uF將9V交流電中低頻部分濾除，），LM2940低穩(wěn)壓差穩(wěn)壓芯片（作用是將9V變?yōu)橹绷?V）（），圖中還有NFR24L01無線傳輸模塊用于指令和數(shù)據(jù)的無線傳輸、液晶顯示模塊LCD1602顯示密碼鎖的開關(guān)狀態(tài)和倒計(jì)時(shí)提示信息、單片機(jī)STC89C51RC為核心控制芯片的總體接收端整體電路圖，該接收端電路將發(fā)送端無線傳輸模塊發(fā)送的密碼經(jīng)過NFR24L01無線傳輸模塊準(zhǔn)確無誤的接收并進(jìn)行相應(yīng)的操作和顯示，完成各種的密碼操作。 報(bào)警模塊電路圖 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖根據(jù)上述各部分設(shè)計(jì)，系統(tǒng)電路的數(shù)據(jù)發(fā)射端、接收端原理圖見附錄E。 軟件設(shè)計(jì)思路本系統(tǒng)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括：系統(tǒng)初始化模塊，數(shù)據(jù)采集模塊，無線模塊，1602LCD顯示模塊，報(bào)警模塊。 系統(tǒng)總體流程圖程序見附錄C。 系統(tǒng)初始化模塊系統(tǒng)初始化模塊的主要功能是完成系統(tǒng)的初始化以及設(shè)定系統(tǒng)的工作狀態(tài)，初始化部分包括以下方面的內(nèi)容： （1）單片機(jī)初始化以及各種引腳定義 （2）1602液晶初始化及工作方式 （3）系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài) 數(shù)據(jù)采集模塊溫濕度檢測(cè)模塊是本系統(tǒng)中的核心模塊之一，它負(fù)責(zé)完成溫度和濕度的測(cè)量及模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的全過程，這也是它為什么重要的原因。數(shù)字式溫濕度傳感器DHT11直接把檢測(cè)到的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量送給單片機(jī)，在經(jīng)過單片機(jī)的處理，把溫濕度值顯示在1602液晶上。溫濕度傳感器的精確度值直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的檢測(cè)與控制，所以本系統(tǒng)采用數(shù)字式溫濕度傳感器DHT11采集溫室內(nèi)的溫濕度。溫濕度判斷控制模塊也是系統(tǒng)的核心模塊之一，所謂判斷控制模塊，就是對(duì)當(dāng)前溫室內(nèi)的實(shí)際溫濕度與給定的溫濕度范圍進(jìn)行比較，先進(jìn)行判斷，然后再進(jìn)行控制，控制模塊是決定系統(tǒng)將要進(jìn)行什么工作的。如溫度和濕度高于上限時(shí)或低于下限時(shí)需要進(jìn)行啟動(dòng)警報(bào)，并且將溫濕度結(jié)果以無線進(jìn)行通信等[13]。 溫濕度傳感器程序流程圖 無線模塊（1）無線發(fā)射模塊部分首先進(jìn)行初始化操作，初始化包括設(shè)置單片機(jī)I/O和SPI相關(guān)寄存器兩部分其可以和nRF24L01通信。通過SPI總線配置射頻芯片使其進(jìn)入正確的工作模式。發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí)，首先將nRF24L01配置為發(fā)射模式。接著把發(fā)送端待發(fā)射數(shù)據(jù)的目標(biāo)地址TXADDR和數(shù)據(jù)TXPLD寫入nRF24L01緩沖區(qū)，延時(shí)后發(fā)射數(shù)據(jù)。 無線發(fā)射軟件流程圖 (2)無線接收模塊部分接收數(shù)據(jù)時(shí)，首先將nRF24L01配置為接收模式。接著延遲進(jìn)入接收狀態(tài)等待數(shù)據(jù)的到來。當(dāng)接收方檢測(cè)到有效地址和CRC時(shí)，就將數(shù)據(jù)包儲(chǔ)存在接收堆棧中，同時(shí)狀態(tài)寄存器中的中斷標(biāo)志位RXDR置高，產(chǎn)生中斷使IRQ引腳變?yōu)榈碗娖剑员阃ㄖ狹CU去取數(shù)據(jù)。 無線接收軟件流程圖 顯示模塊本系統(tǒng)采用1602液晶顯示溫濕度值，當(dāng)系統(tǒng)剛開始上電時(shí)1602液晶不顯示任何數(shù)據(jù)，等待從機(jī)端的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，雙行顯示在1602液晶上。第一行顯示：Temperature: ℃，第二行顯示：Humidity:%RH。 報(bào)警模塊報(bào)警模塊具備兩項(xiàng)功能，即為報(bào)警燈和聲音報(bào)警。報(bào)警燈模塊是完成LED有規(guī)律的轉(zhuǎn)換，以便從視覺上提醒用戶。LED是由單片機(jī)控制LED燈組成的，其轉(zhuǎn)換規(guī)律為：（1）系統(tǒng)溫濕度值在給定的范圍時(shí)，LED不亮。（2）系統(tǒng)溫濕度值超出給定的范圍時(shí)，紅色LED亮。在LED燈轉(zhuǎn)換的同時(shí)，聲音報(bào)警也會(huì)同時(shí)啟動(dòng)，可采用延時(shí)的方式來延長(zhǎng)聲音報(bào)警的聲音。警報(bào)燈由1個(gè)LED燈組成，一共需要1根數(shù)據(jù)線，使用單片機(jī)STC89C51控制。要實(shí)現(xiàn)的功能是使LED燈有規(guī)律亮與熄滅，當(dāng)系統(tǒng)上電后，系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的采樣，并判斷出當(dāng)前溫濕度與給定溫濕度之間的差異，如果當(dāng)前溫濕度低于用戶給定的下限溫濕度值，則說明當(dāng)前溫濕度過低，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)紅色警報(bào)燈，直至溫濕度值升到適合范圍時(shí)警報(bào)燈熄滅。反之，如果當(dāng)前溫濕度高于用戶設(shè)定的上限溫濕度值，則說明當(dāng)前溫濕度過高，系統(tǒng)也會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)警報(bào)燈，直至溫濕度值降到適當(dāng)范圍時(shí)警報(bào)燈熄滅。 軟件調(diào)試 KEIL軟件的組成KEIL IDE Vision3集成開發(fā)環(huán)境主要由以下部分組成：(1)Vision3 IDE。Vision3 IDE主要包括：一個(gè)功能豐富并含有交互式錯(cuò)誤提示的編輯器選項(xiàng)設(shè)置生成工具，一個(gè)工程管理器，以及在線幫助功能。Vision3可以自動(dòng)完成編譯匯編鏈接程序的操作，使用vision3創(chuàng)建源文件并組成應(yīng)用工程加以管理；(2) BL51鏈接器定位器。L51鏈接器使用由編譯器匯編器和從庫(kù)中提取出來的目標(biāo)模塊生成的目標(biāo)模塊創(chuàng)建一個(gè)絕對(duì)地址目標(biāo)模塊，絕對(duì)地址目標(biāo)文件或模塊包括不可重定位的代碼和數(shù)據(jù)所有的代碼和數(shù)據(jù)都被固定在具體的存儲(chǔ)器單元中。(3) LIB51庫(kù)管理器。B51庫(kù)管理器可以從由編譯器和匯編器創(chuàng)建的目標(biāo)文件中建立目標(biāo)庫(kù)，這些庫(kù)是按規(guī)定的格式排列的目標(biāo)模塊，可以在被鏈接器所使用且當(dāng)鏈接器處理一個(gè)庫(kù)時(shí)僅僅使用了庫(kù)中程序，使用的目標(biāo)模塊而不是全部加以引用；(4) C51編譯器和A51匯編器。Vision3 IDE創(chuàng)建的源文件可以被A51匯編器或C51編譯器處理生成可重定位的object文件。KEIL C51編譯器遵照ANSIC語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)支持C語(yǔ)言的所有標(biāo)準(zhǔn)特性，另外還添加了幾個(gè)可以直接支持80C51結(jié)構(gòu)的特性。KEILA51宏匯編器支持80C51及其派生系列的所有相關(guān)指令集[14]。 KEIL軟件的運(yùn)行流程利用KEIL開發(fā)和調(diào)試系統(tǒng)軟件流程大致如下所示：(1)啟動(dòng)181。 Vision3首先進(jìn)入KEIL軟件的集成開發(fā)環(huán)境,選擇“Project→New Project...”菜單，在彈出的“Creat New Project”對(duì)話框中為新的工程選擇或者創(chuàng)建一個(gè)目錄，并輸入工程文件的名稱，自動(dòng)生成一個(gè)工程文件（.uv2）。然后單擊“保存”按鈕。 選擇目標(biāo)芯片窗口，選擇目標(biāo)CPU,因?yàn)镵eil C51支持的CPU很多，選擇 STC89C51芯片，單擊“確定”按鈕，要求選擇是否將標(biāo)準(zhǔn)STC89C51啟動(dòng)文件加入工程中，單擊“是”按鈕，表示將文件加入工程中?；氐街鞔翱?，這時(shí)，在工程窗口的文件頁(yè)中，出現(xiàn)了“Target1”，其前面有“+”號(hào)。單擊“+”號(hào)展開，可以看到下一層的“Source Group1”,再單擊“Source Group1”前面的“+”。、適合大多數(shù)STC89C51派生系列的啟動(dòng)文件代碼。啟動(dòng)代碼是目標(biāo)芯片啟動(dòng)在main()函數(shù)之前首先執(zhí)行的代碼，用于清除片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、初始化硬件、再入堆棧指針。 啟動(dòng)文件加入工程對(duì)話框選擇“File→New...”在工程管理器的右側(cè)打開一個(gè)新的文件輸入窗口，在