【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 六個(gè)管腳分別與發(fā)射端單片機(jī)的P1口和P2口的一些管腳相連，無(wú)線接收電路中的nRF24L01無(wú)線接收模塊的六個(gè)管腳分別與接收端單片機(jī)的P1口的一些管腳相連。 無(wú)線發(fā)射電路 無(wú)線接收電路發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí)，nRF24L01無(wú)線發(fā)射模塊采用GFSK調(diào)制方式，即高斯頻移鍵控調(diào)制方式。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)TX_PLD按照時(shí)序由SPI口寫(xiě)入nRF24L01緩存區(qū)，TX_PLD必須在CSN為低時(shí)連續(xù)寫(xiě)入，而TX_ADDR在發(fā)射時(shí)寫(xiě)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(kāi)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)。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)，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(wú)數(shù)據(jù)且CE為高，則進(jìn)入空閑模式2，完成對(duì)數(shù)據(jù)的發(fā)射。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(lái)。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(kāi)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，完成對(duì)數(shù)據(jù)的接收。這樣，無(wú)線收發(fā)電路完成對(duì)數(shù)據(jù)的發(fā)射和接收。 鍵控電路此系統(tǒng)的作用是測(cè)試和監(jiān)控空氣的濕度、溫度和光照強(qiáng)度，因此，需要手動(dòng)設(shè)置這三量的上限和下限。此鍵控電路是給單片機(jī)連接一個(gè)外部中斷，當(dāng)外部中斷0口低電平時(shí)，即S2閉合，主程序停止，執(zhí)行中斷程序，這時(shí)由三個(gè)開(kāi)關(guān)分別控制三個(gè)采集量的選擇，S3閉合則開(kāi)始預(yù)置濕度的上下限，S4閉合則開(kāi)始預(yù)置溫度的上下限，S5閉合則開(kāi)始預(yù)置光照強(qiáng)度的上下限。當(dāng)選擇好即將預(yù)置的采集量后，這時(shí)當(dāng)S6接高電平時(shí)，開(kāi)始設(shè)置預(yù)置量的上限，接低電平時(shí)，則開(kāi)始設(shè)置預(yù)置量的下限。S7是控制顯示器的十位，按下則十位加一，一下一下的加，加到10則自動(dòng)變?yōu)?，S8是控制顯示器的個(gè)位，按下則個(gè)位加一，同樣也是一下一下的加，加到10也會(huì)自動(dòng)變?yōu)?，這樣就完成了手動(dòng)預(yù)置的操作。設(shè)置完畢后，將S2斷開(kāi)，中斷程序停止，系統(tǒng)繼續(xù)執(zhí)行主程序，即數(shù)碼管繼續(xù)循環(huán)顯示此時(shí)所測(cè)大氣的濕度、溫度和光照強(qiáng)度。 鍵控電路 聲光報(bào)警電路此電路部分是為了方便工作人員監(jiān)控濕度而設(shè)計(jì)的，該部分電路是由一個(gè)單片機(jī)、一個(gè)發(fā)光二極管、一個(gè)三極管和一個(gè)蜂鳴器組成，和單片機(jī)連接的支路上串聯(lián)1K電阻。當(dāng)此時(shí)空氣的濕度、溫度和光照強(qiáng)度的任意一個(gè)值低于所設(shè)置的下限值或高于所設(shè)置的上限值時(shí)，啟動(dòng)聲光報(bào)警電路，二極管會(huì)發(fā)光，蜂鳴器會(huì)響。當(dāng)空氣濕度、溫度和光照強(qiáng)度在正常范圍之內(nèi)時(shí)，不會(huì)此啟動(dòng)聲光報(bào)警電路。 聲光報(bào)警電路當(dāng)三個(gè)采集量有不在所設(shè)定的上下限范圍之內(nèi)時(shí)，單片機(jī)和蜂鳴器、發(fā)光二極管連接的管腳分別置1，這樣三極管基級(jí)就有小電流，會(huì)使發(fā)射結(jié)正偏，三極管的集電極接電源，所以會(huì)使集電結(jié)反偏，三極管導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器工作。而放光二極管正向?qū)ǎ瑫?huì)發(fā)光。這樣聲光報(bào)警電路就會(huì)工作了。第4章　軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)也就是程序設(shè)計(jì)，就是在完成了硬件系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，再編寫(xiě)相應(yīng)的程序，下載到芯片里，通過(guò)執(zhí)行程序指令控制硬件，從而實(shí)現(xiàn)各部分功能。在本設(shè)計(jì)中，軟件編程方面采用C語(yǔ)言對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程，并使用KeiLC51系統(tǒng)進(jìn)行軟件調(diào)試。Keil C51是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。Keil C51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。掌握這一軟件的使用方法對(duì)于使用51系列單片機(jī)的使用者來(lái)說(shuō)是十分必要的。早期的單片機(jī)程序多采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)。用匯編語(yǔ)言編程，直接、簡(jiǎn)捷，可有效地訪問(wèn)和控制各種硬件設(shè)備，如存儲(chǔ)器、I/O 口等，目標(biāo)代碼簡(jiǎn)短、占用內(nèi)存少、執(zhí)行速度快、語(yǔ)句效率高。然而，由于匯編語(yǔ)言是面向機(jī)器的語(yǔ)言，不同廠家或同廠家不同系列的單片機(jī)，其匯編語(yǔ)言指令系統(tǒng)往往互不相同，即通常所說(shuō)的“不兼容”。這就出現(xiàn)了精通51單片機(jī)匯編語(yǔ)言的人不能直接編寫(xiě)PIC 或其他單片機(jī)的匯編語(yǔ)言源程序，反之亦然的現(xiàn)象，以及產(chǎn)品升級(jí)換代和不同單片機(jī)間程序移植難的問(wèn)題。而且，由于匯編語(yǔ)言是采用助記符的低級(jí)語(yǔ)言，可讀性較差，當(dāng)源程序功能多、程序長(zhǎng)時(shí)，即使加了注釋?zhuān)喿x自己編寫(xiě)的程序也會(huì)感到困難，更不用說(shuō)修改程序和增加功能了。目前，單片機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越廣，各半導(dǎo)體生產(chǎn)廠家不斷推出各種高、中、低檔單片機(jī)系列，以適應(yīng)市場(chǎng)的需求。而客戶對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員的基本要求，就是要選擇能夠滿足產(chǎn)品性能和成本要求的單片機(jī)，并以最快的速度開(kāi)發(fā)出完全滿足市場(chǎng)需求的智能化產(chǎn)品。用匯編語(yǔ)言編程顯然無(wú)法達(dá)到要求。用C 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)單片機(jī)系統(tǒng)軟件的最大好處，是代碼效率高、軟件調(diào)試直觀、維護(hù)升級(jí)方便、代碼的重復(fù)利用率高、便于跨平臺(tái)的代碼移植等。因此，C 語(yǔ)言在單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中得到越來(lái)越廣泛的運(yùn)用。C 語(yǔ)言是一種高級(jí)語(yǔ)言，具有低級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，原來(lái)用各種匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的單片機(jī)程序，均可用C語(yǔ)言程序代換。于是本設(shè)計(jì)采用C語(yǔ)言進(jìn)行編程。 主程序的設(shè)計(jì)開(kāi)始本設(shè)計(jì)主要是完成對(duì)溫度、濕度和光照強(qiáng)度的采集并用數(shù)碼管顯示，并將數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線發(fā)射模塊發(fā)射出去，發(fā)射端還要判斷采集的數(shù)值是否在預(yù)置的上下限范圍之內(nèi)，不在范圍內(nèi)則還要進(jìn)行聲光報(bào)警。接收端則只顯示接收的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)初始化調(diào)用溫濕度采集子程序調(diào)用光照強(qiáng)度采集子程序調(diào)用數(shù)碼管顯示子程序調(diào)用無(wú)線發(fā)射子程序是否在上下限范圍之內(nèi)聲光報(bào)警 N Y 發(fā)射端主程序流程圖開(kāi)始調(diào)用無(wú)線接收子程序系統(tǒng)初始化調(diào)用數(shù)碼管顯示子程序 接收端主程序流程圖 溫濕度采集子程序的設(shè)計(jì)此部分是使用DHT11溫濕度傳感器進(jìn)行溫度和濕度的采集，傳感器內(nèi)部的電阻式濕敏元件和NTC元件分別對(duì)濕度和溫度采集，再經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后將數(shù)值傳送給單片機(jī)。DHT11首先初始化，在采集完數(shù)據(jù)后，，表示主機(jī)發(fā)出開(kāi)始信號(hào)，然后主機(jī)把總線拉高等待DHT11發(fā)出響應(yīng)信號(hào)，而后開(kāi)始一位一位的傳輸數(shù)據(jù)，這時(shí)主機(jī)讀取響應(yīng)信號(hào)。開(kāi)始DHT11初始化數(shù)據(jù)采集主機(jī)發(fā)出開(kāi)始信號(hào)DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào)傳送數(shù)據(jù)主機(jī)讀取響應(yīng)信號(hào)返回 溫濕度采集子程序流程圖 光照強(qiáng)度采集子程序的設(shè)計(jì)此部分是使用BH1750FVI光照強(qiáng)度傳感器對(duì)光照強(qiáng)度進(jìn)行采集，傳感器內(nèi)部的光敏二極管會(huì)發(fā)出光電流，光照強(qiáng)度不同，光敏二極管所發(fā)出的光電流值則不同，在經(jīng)過(guò)集成運(yùn)放和模數(shù)轉(zhuǎn)換器就可以將光照強(qiáng)度以數(shù)字量的形式傳送給單片機(jī)，完成對(duì)光照強(qiáng)度的采集。開(kāi)始BH1750FVI初始化主機(jī)發(fā)送從機(jī)地址寫(xiě)器件相應(yīng)寄存器地址寫(xiě)數(shù)據(jù)到相應(yīng)寄存器地址讀取數(shù)據(jù)主機(jī)發(fā)送停止信號(hào)返回 光照強(qiáng)度采集子程序流程圖 無(wú)線發(fā)射接收子程序的設(shè)計(jì)此部分是利用nRF24L01無(wú)線發(fā)射模塊對(duì)采集完成的溫度數(shù)據(jù)、濕度數(shù)據(jù)和光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)線發(fā)射。nRF24L01無(wú)線收發(fā)模塊不區(qū)分發(fā)射和接收，完全由單片機(jī)的程序控制，將從傳感器采集完成的溫度、濕度和光照強(qiáng)度值存入到TxBuf數(shù)組中，無(wú)線發(fā)射模塊會(huì)將這個(gè)數(shù)組中的數(shù)據(jù)發(fā)射出去。接收端的無(wú)線接收模塊會(huì)將數(shù)據(jù)接收并存入到RxBuf數(shù)組中，再讀取這個(gè)數(shù)組中的數(shù)據(jù)，這三個(gè)數(shù)據(jù)就是發(fā)射端采集的溫度、濕度和光照強(qiáng)度的數(shù)值。開(kāi)始nRF2401初始化啟動(dòng)發(fā)射模式將數(shù)據(jù)存入TxBuf中無(wú)線發(fā)射返回 無(wú)線發(fā)射子程序流程圖。開(kāi)始nRF2401初始化啟動(dòng)接收模式無(wú)線接收讀取RxBuf中的數(shù)據(jù)返回 無(wú)線接收子程序流程圖 數(shù)碼管顯示子程序的設(shè)計(jì)由采集電路采集到的溫度數(shù)據(jù)、濕度數(shù)據(jù)和光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)傳輸?shù)搅藛纹瑱C(jī)內(nèi)，單片機(jī)就要通過(guò)程序控制將數(shù)據(jù)顯示出來(lái)，這時(shí)就要設(shè)計(jì)數(shù)碼管顯示電路，將傳感器采集完成的濕度值，溫度值和光照強(qiáng)度值用數(shù)碼管顯示。，由于是共陽(yáng)極的數(shù)碼管，所以位選的四個(gè)管腳置1數(shù)碼管就滅，置0則亮，所以數(shù)碼管工作時(shí)，首先將數(shù)碼管清屏，就是全滅，再一位一位的掃描顯示各位的數(shù)。段選部分，abcdefg七段與P0口相連，哪一段置0則亮，置1則滅，工作時(shí)先將要顯示的數(shù)的段選碼從數(shù)組中找到送至P0口，再開(kāi)啟位選，比如若要顯示1，則其二進(jìn)制的段選碼應(yīng)為11111001，十六進(jìn)制數(shù)為0xf9。開(kāi)始清屏千位顯示百位顯示十位顯示個(gè)位顯示返回 數(shù)碼管顯示子程序流程圖 鍵控部分中斷程序的設(shè)計(jì)此部分是單片機(jī)的一個(gè)中斷服務(wù)程序所控制的，當(dāng)單片機(jī)的INT0口接低電平時(shí)，主程序停止，這時(shí)由三個(gè)開(kāi)關(guān)分別控制三個(gè)采集量的選擇，控制哪個(gè)量的開(kāi)關(guān)閉合則代表即將預(yù)置哪個(gè)量，S3控制濕度，S4控制溫度，S5控制光照強(qiáng)度。S3閉合則開(kāi)始預(yù)置濕度的上下限，S4閉合則開(kāi)始預(yù)置溫度的上下限，S5閉合則開(kāi)始預(yù)置光照強(qiáng)度的上下限，S6接高電平時(shí)可以設(shè)置上限，S6接低電平時(shí)可以設(shè)置下限。S7和S8分別是控制這三個(gè)采集量的上限或者下限的十位調(diào)節(jié)和個(gè)位調(diào)節(jié)的，按一下則對(duì)應(yīng)位加一，加到十則跳到零，這樣就完成了鍵控部分的設(shè)計(jì)。開(kāi)始預(yù)置量選擇是否設(shè)置上限設(shè)置下限設(shè)置上限 Y N 十位調(diào)節(jié)個(gè)位調(diào)節(jié)返回 鍵控部分中斷程序流程圖第5章　系統(tǒng)調(diào)試 硬件調(diào)試在進(jìn)行硬件調(diào)試時(shí)，心一定要細(xì)，一定要耐心，因?yàn)橛布幸粋€(gè)地方錯(cuò)誤都可能導(dǎo)致整個(gè)電路出于不正常工作狀態(tài)。此系統(tǒng)硬件的搭建有的部分是利用杜邦線將各個(gè)模塊和單片機(jī)最小系統(tǒng)開(kāi)發(fā)板相連，有的部分是將自己焊接的電路板與單片機(jī)相連接。鑒于使用的硬件比較多，電路比較復(fù)雜，所以在硬件調(diào)試的過(guò)程中一定要運(yùn)用了分步調(diào)試與整體調(diào)試想結(jié)合的方法。第一步調(diào)試硬件電路板首先目測(cè)各元件各管腳是否都已經(jīng)按照電路圖正確連接，接著利用電表逐一排查，查看每個(gè)芯片的電源及地有無(wú)接反，是否焊好以及有無(wú)漏焊虛焊，然后查看每根導(dǎo)線與板的連接情況。仔細(xì)檢查各芯片的管腳連線是否正確，在這一切工作都完成后檢查高低電平是否短路。在這一切保證無(wú)誤后通電測(cè)量各芯片高低電壓及有關(guān)管腳電壓。第二步以同樣的方法步驟檢查近端硬件電路板。最后將兩部分電路連接在一塊,主要看LED數(shù)碼管能否顯示。，此部分主要包括采集電路、顯示電路和無(wú)線收發(fā)電路。 硬件搭建的整體圖在硬件調(diào)試時(shí)一共發(fā)現(xiàn)了三個(gè)錯(cuò)誤，有一根連接數(shù)碼管和單片機(jī)開(kāi)發(fā)板VCC端的杜邦線松了，在焊接鍵控部分時(shí)有一個(gè)焊點(diǎn)虛焊了，無(wú)線發(fā)射模塊的管腳與開(kāi)發(fā)板之間連接錯(cuò)了。前兩個(gè)錯(cuò)誤很快就找到了，并且換了一個(gè)杜邦線，將虛焊的焊點(diǎn)重新焊接完畢，最后一個(gè)錯(cuò)誤找了好久才發(fā)現(xiàn)，可能是因?yàn)榘l(fā)射模塊管腳多的原因吧，找到錯(cuò)誤后重新將管腳連接正確。 發(fā)射部分焊接的鍵控電路 軟件調(diào)試本設(shè)計(jì)中軟件部分是采用C語(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě)的，純軟件調(diào)試只是對(duì)軟件程序進(jìn)行完善和編譯，使之沒(méi)有語(yǔ)法上的錯(cuò)誤，能夠正確運(yùn)行。由于本系統(tǒng)軟件編寫(xiě)了多個(gè)功能模塊，所以在軟件調(diào)試中首先對(duì)各個(gè)功能模塊進(jìn)行了調(diào)試，然后對(duì)整個(gè)程序進(jìn)行連調(diào)在編譯通過(guò)的情況下運(yùn)行。本設(shè)計(jì)中有兩個(gè)單片機(jī)，發(fā)射部分一個(gè)，接收部分一個(gè)，所以發(fā)射端要有發(fā)射部分的程序，接收端要有接收部分的程序。在調(diào)試過(guò)程中遇到了一些語(yǔ)法錯(cuò)誤，在查閱資料的同使請(qǐng)教了老師和同學(xué)，順利將其改正。由于無(wú)線發(fā)射和接收部分的通信無(wú)法在protues軟件里進(jìn)行仿真，所以以濕度一個(gè)采集量為例，在發(fā)射端采用555芯片搭制多諧振蕩電路單片機(jī)計(jì)頻的方法對(duì)濕度進(jìn)行采集。此時(shí)的相對(duì)濕度為40%RH。 以濕度為例在發(fā)射端的protues仿真圖，同樣也是以濕度為例在發(fā)射端，設(shè)置濕度的上限為85%RH。 將濕度上限設(shè)為85%RH的仿真圖 軟硬件聯(lián)調(diào)調(diào)試完硬件電路以及軟件編譯成功之后，就開(kāi)始了軟硬件的聯(lián)合調(diào)試。即使前期已經(jīng)分別完成了軟件和硬件的獨(dú)立調(diào)試，但在聯(lián)機(jī)調(diào)試中也還是遇到了一些的問(wèn)題，比如硬件連接單片機(jī)的管腳與程序中該硬件連接單片機(jī)的管腳不一致，下載程序失敗導(dǎo)致硬件無(wú)法工作，將硬件和程序仔細(xì)核對(duì)，下載程序時(shí)步驟正確，這樣就可以避免這些錯(cuò)誤。，此時(shí)光照強(qiáng)度的顯示值為59，由于拍攝效果不好，所以圖中數(shù)碼管顯示數(shù)值模糊。 硬件顯示圖如用手將光強(qiáng)傳感器的感官部分擋住，則光照強(qiáng)度變?yōu)?。 遮住光照強(qiáng)度傳感器后顯示光強(qiáng)為0的硬件圖第6章　社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益在現(xiàn)實(shí)生活中，無(wú)論是工業(yè)、農(nóng)業(yè)還是日常生活都離不開(kāi)對(duì)大氣溫度、濕度和光照強(qiáng)度的測(cè)量。尤其是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，溫度、濕度和光強(qiáng)對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)產(chǎn)生了很大的影響，所以此系統(tǒng)可以極大的滿足日常生活中人們的使用，而且此系統(tǒng)具有無(wú)線發(fā)射和無(wú)線接收的功能，在科技越來(lái)越進(jìn)步的當(dāng)今社會(huì)，人們的通信都無(wú)線化了，本系統(tǒng)在采集溫度、濕度和光強(qiáng)的同時(shí)還可以