【文章內(nèi)容簡介】 temperature and humidity can collect information through the wireless module nRF2401 send to temperature and humidity control terminal。 3, if the temperature and humidity information collected exceeds the upper limit set by the system or below the lower limit set by the system, then start the alarm module。 4, temperature and humidity detection terminal receives from the temperature and humidity mands sent from the master terminal information, press the mand information for the appropriate treatment. Temperature degrees master, nRF2401 wireless data transmission terminal is mainly posed of single chip microputer minimum system module, LCD display module and DHT11 temperature and humidity module four parts. Temperature and humidity control terminal is mainly pleted, the following work: 1, receive messages from the temperature and humidity detection terminal sent to e over, and make corresponding VII judgement, if it was from information of temperature and humidity, temperature and humidity detection terminal is displayed on the LCD display module, otherwise it does not display。 2, can send mand information corresponding to the temperature and humidity detection terminal to realize the control of temperature and humidity detection terminal. [Key word] MCU。AT89C51。DHT11。wireless transmission。nRF2401。 VIII 前言 隨著社會的進(jìn)步和生產(chǎn)的需要，利用無線通信進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的方式應(yīng)用已經(jīng)滲透到生活各個方面。 圖 1 短距離無線通信的應(yīng)用 在工業(yè)現(xiàn)場，由于生產(chǎn)環(huán)境惡劣，工作人員不能長時間停留在現(xiàn)場觀察設(shè)備是否運(yùn)行正常，就需要采集數(shù)據(jù)并傳輸數(shù)據(jù)到一個環(huán)境相對好的操控室內(nèi)，這樣就會產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳輸問題。由于廠房大、需要傳輸數(shù)據(jù)多，使用傳統(tǒng)的有線數(shù)據(jù)傳輸方式就需要鋪設(shè)很多很長的通訊 線，浪費(fèi)資源，占用空間，可操作性差，出現(xiàn)錯誤換線困難。而且，當(dāng)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)處于運(yùn)動狀態(tài)、所處的環(huán)境不允許或無法鋪設(shè)電纜時，數(shù)據(jù)甚至無法傳輸，此時便需要利用無線傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行數(shù)據(jù)采集。 在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，不論是溫室大棚的溫度監(jiān)測，還是糧倉的管理，傳統(tǒng)上都是采取分區(qū)取樣的人工方法，工作量大，可靠性差。而且大棚和糧倉占地面積大，檢測目標(biāo)分散，測點(diǎn)較多，傳統(tǒng)的方法已經(jīng)不能滿足當(dāng)前農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要。當(dāng)前的科技水平下，無線通信技術(shù)的發(fā)展使得溫度采集測量精確，簡便易行。 在日常生活中，隨著人們生活水平的提高，居住條件也逐漸變得智 能化。如今很 VIII 多家庭都會安裝室內(nèi)溫度采集控制系統(tǒng)，其原理就是利用無線通信技術(shù)采集室內(nèi)溫度數(shù)據(jù)，并根據(jù)室內(nèi)溫度情況進(jìn)行遙控通風(fēng)等操作，自動調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度濕度，可以更好地改善人們的居住環(huán)境。 以上只是簡單列舉幾個現(xiàn)實的例子，在現(xiàn)實生活中，這種無線溫度、濕度采集系統(tǒng)已經(jīng)被成功應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測、軍事國防、機(jī)器人控制等許多重要領(lǐng)域，而且類似于這種溫度、濕度采集系統(tǒng)的無線通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到民用和軍事領(lǐng)域。凡是布線繁雜或不允許布線的場合都希望能通過無線方案來解決。為此，需要設(shè)計相應(yīng)的接口系統(tǒng)，控制這些射頻芯片 工作，完成可靠穩(wěn)定的無線數(shù)據(jù)通信，這樣的研究也變得更加有意義了。 本系統(tǒng)的設(shè)計采用了 Nordic 公司新推出的工作于 頻段 nRF2401 射頻芯片，由 AT89C51 單片機(jī)控制實現(xiàn)短距離無線數(shù)據(jù)通信。該接口設(shè)計具有成本低、傳輸速率高、軟件設(shè)計簡單以及通信穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。整個系統(tǒng)有發(fā)送和接收二部分，通過 nRF2401 無線數(shù)據(jù)通信收發(fā)模塊來實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸。發(fā)送部分以單片機(jī)AT89C51 為核心，使用溫濕度轉(zhuǎn)換芯片 DHT11 實時采集溫濕度并通過 nRF2401 將采集的溫度無線傳送給接收部分，然后在 LCD1602 上顯示，通過蜂鳴器實現(xiàn)對溫濕度過高或過低進(jìn)行報警。 緒論 （） 第 1 頁（共 62 頁） 基于 nRF2401 多點(diǎn)溫濕度采集系統(tǒng)的設(shè)計 1 緒論 題目來源 題目來源于生產(chǎn) /社會實際。 研究目的和意義 本文綜合應(yīng)用傳感器 、 電路與系統(tǒng) 、 智能控制及數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)等相關(guān)知識 ， 完成了溫度 和 濕度數(shù)據(jù) 的 采集 ， 利用單片機(jī)實現(xiàn)對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行當(dāng)?shù)財?shù)據(jù)處理 ， 存儲和顯示 。 傳感器無疑是測量與控制系統(tǒng)中重要的組成部分，但是伴隨著傳感器而來的是布局布線的復(fù)雜和不便，大量的數(shù)據(jù)線纜還存在著短路、斷線隱患，成本高、易老化等問題，給系統(tǒng)的調(diào)試和維護(hù)增加了 難度。傳統(tǒng)的溫濕度傳感器系統(tǒng)不僅要設(shè)計信號調(diào)理電路，還要經(jīng)過復(fù)雜的校準(zhǔn)和標(biāo)定工程，其測量精度難以得到保證。 在有線網(wǎng)絡(luò)不通暢或由于現(xiàn)場環(huán)境因素的限制而不便架設(shè)線路的情況下 ， 給溫濕度的數(shù)據(jù)采集帶來了很大的麻煩 。 要想監(jiān)測到實時的溫濕度數(shù)據(jù) ， 就必須采用無線傳輸?shù)姆绞綄?shù)據(jù)進(jìn)行采集 、 發(fā)送 、 接收 ， 并監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行情況 ， 減少不必要的線路設(shè)備開支 。無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)以其組網(wǎng)簡單、使用方便、擴(kuò)展性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)在實際應(yīng)用中被廣泛采用。為此，設(shè)計了一種以內(nèi)嵌增強(qiáng)型 51 單片機(jī)的無線收發(fā)芯片 nRF2401為核心的多點(diǎn)無線溫濕度測量系統(tǒng)。 該系統(tǒng) 實現(xiàn)了多點(diǎn)溫濕度的檢測和 采集并實現(xiàn)了無線通信，滿足了實時監(jiān)測的要求，提高了對環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)采集的自動性和高效性，具有很好的現(xiàn)實意義及應(yīng)用前景。 國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢與研究的主攻方向 進(jìn)入 21 世紀(jì)后，智能溫 濕 度控制器正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬溫 濕 度控制器和網(wǎng)絡(luò)溫 濕 度控制器、研制單片 溫濕度采集控制 系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。 1． 提高溫度控制器 的 精度和分辨力 在 20 世紀(jì) 90 年代中期最早推出的智能溫度控制器，采用的是 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，基于 nRF2401 的多點(diǎn)溫濕度采集系統(tǒng)設(shè)計 （ 第 2 頁（共 36 頁） 第 2 頁 （共 62 頁） 其測溫精度較低，分辨力只能達(dá) 到 2176。C。目前，國外已相繼推出多種高精度、高分辨力的智能溫度 傳感器 ，所用的是 9~12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，分辨力一般可達(dá)~176。C。為了提高多通道智能溫控器的轉(zhuǎn)換速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器。 2． 增加溫度控制器測試功能 新型智能溫度控制器的測試功能也在不斷增強(qiáng)。例如，采用 DS1629 型單線智能溫度傳感器增加了實時日歷時鐘（ RTC），使其功能更加完善。 DS1624 還增加了存儲功能，利用芯片內(nèi)部 256 字節(jié)的 EEPROM 存儲器，可存儲用戶的短信息。另外，智能溫度控制器正從單通道向多通道 的方向發(fā)展，這就為研制和開發(fā)多路溫度測控系統(tǒng)創(chuàng)造了良好條件。 智能溫度控制器都具有多種工作模式可供選擇，主要包括單次轉(zhuǎn)換模式、連續(xù)轉(zhuǎn)換模式、待機(jī)模式，有的還增加了低溫極限擴(kuò)展模式，操作非常簡便。對某些智能溫度控制器而言，主機(jī) (外部微處理器或單片機(jī) )還可通過相應(yīng)的寄存器來設(shè)定其 A/D 轉(zhuǎn)換速率，分辨力及最大轉(zhuǎn)換時間。方案選擇 （） 第 3 頁（共 62 頁） 2 方案選擇 系統(tǒng)方案設(shè)計 主控芯片分析選擇 方案一：采用宏晶科技有限公司的 STC12C5A60S2 增強(qiáng)型 51 單片機(jī)作為主控芯片。此芯片內(nèi)置 ADC 和 SPI 總線接口，且內(nèi)部 時鐘不分頻，可達(dá)到 1MPS。而且價格適中。 方案二：采用 TI 公司生產(chǎn)的 MSP430F149 系列單片機(jī)作為主控芯片。此單片機(jī)是一款高性能的低功耗的 16 位單片機(jī)，具有非常強(qiáng)大的功能，且內(nèi)置高速 12 位 ADC。但其價格比較昂貴，而且是 TPFQ 貼片封裝，不利于焊接，需要 PCB 制板，大大增加了成本和開發(fā)周期。 方案三：采用傳統(tǒng)的 AT89C51 單片機(jī)作為主控芯片。此芯片價格便宜、操作簡便，低功耗，比較經(jīng)濟(jì)實惠。 考慮到此系統(tǒng)需要不用到 ADC，從性能和價格上綜合考慮我們選擇方案三，即用 AT89C51 作為本系統(tǒng)的主控芯片。 無線通信模塊方案 方案一：采用 GSM 模塊進(jìn)行通信， GSM 模塊需要借助移動衛(wèi)星或者手機(jī)卡，雖說能夠遠(yuǎn)距離傳輸，但是其成本較大、且需要內(nèi)置 SIM 卡，通信過程中需要收費(fèi)，后期成本較高。 方案二：采用 TI 公司 CC2430 無線通信模塊，此模塊采用 Zigbee 總線模式，傳輸速率可達(dá) 250kbps，且內(nèi)部集成高性能 8051 內(nèi)核。但是此模塊價格較貴，且 Zigbee協(xié)議相對較為復(fù)雜。 方案二：采用 nRF2401 無線射頻模塊進(jìn)行通信， nRF2401 是一款高速低功耗的無線通信模塊。他能傳輸上千米的距離（加 PA），而 且價格較便宜，采用 SPI 總線通信模式電路簡單，操作方便。 考慮到系統(tǒng)的復(fù)雜性和程序的復(fù)雜度，我們采用方案三作為本系統(tǒng)的通信模塊。 溫濕度傳感方案 方案一：采用 AD590 是 美國 ANALO G DEV ICES 公司的單片集成兩端感溫電基于 nRF2401 的多點(diǎn)溫濕度采集系統(tǒng)設(shè)計 （ 第 2 頁（共 36 頁） 第 4 頁 （共 62 頁） 流源 。 AD590 測量熱力學(xué)溫度 、 攝氏溫度 、 兩點(diǎn)溫度差 、 多點(diǎn)最低溫度 、 多點(diǎn)平均溫度的具體電路 ， 廣泛應(yīng)用于不同的溫度控制場合由于 AD590 精度高 、 價格低 、 不需輔助電源 、 線性好 ， 常用于測溫和熱電偶的冷端補(bǔ)償 。但其需要用到差分放大器放大和 A/D 轉(zhuǎn)換，需要原件多。 方案二： 采 用美國 DALLAS 公司生產(chǎn)的 DHT11 可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片 ，具有耐磨耐碰 ， 體積小 ， 使用方便 ， 封裝形式多樣 ， 適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域 。經(jīng)濟(jì)，方便。 方案三：采用 DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器 是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器 ， 它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù) 和溫濕度 傳感技術(shù) ， 確保產(chǎn)品具有極高的可靠性和卓越的長期穩(wěn)定性 。 傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個 NTC 測溫元件 ， 并與一個高 性能 8 位單片機(jī)相連接 。 使用 DS18B20 線路簡單 ， 編程容易 ， 但是比 AD590 精度低 且只適用于溫度采集。但 AD590 還需要其它輔助電路 ， 線路復(fù)雜 ， 編程難度大 ?？紤]到電路的設(shè)計，成本，還有溫濕度采集、多點(diǎn)通信，我們選擇方案三，即用 DHT11 作為本系統(tǒng)的溫濕度傳感器。 顯示模塊方案 方案一：采用 LED7 段數(shù)碼顯示管顯示，其成本低，容易顯示控制，但不能顯示字符。 方案二：選擇主控為 ST7920 的帶字庫的 LCD12864 來顯示信息。 12864 是一款通用的液晶顯示屏，能夠顯示多數(shù)常用的漢字及 ASCII 碼 ，而且能夠繪制圖片，描點(diǎn)畫線，設(shè)計成比較理想的結(jié)果。 方案三：采用字符液晶 LCD1602 顯示信息， 1602 是一款比較通用的字符液晶模塊，能顯示字符和數(shù)字等信息，且價格便宜，容易控制。 綜合以上方案，我們選擇了經(jīng)濟(jì)實惠的字符液晶 LCD1602 來作為顯示模塊。 系統(tǒng)最終方案 按照設(shè)計思路可分為溫濕度采集無線發(fā)射模塊和無線接收模塊，由兩部分共同完成整個系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計。 nRF2401 溫濕度采集系統(tǒng)由無線收發(fā)模塊、溫濕度數(shù)據(jù)采集模塊、 LCD 液晶顯示模塊等部分組成。一片 nRF2401 無線收發(fā)模塊作為下位機(jī) ，方案選擇 （） 第 5 頁（共 62 頁） 與溫濕度傳感器組成溫濕度采集網(wǎng)絡(luò)，完成多點(diǎn)溫濕度數(shù)據(jù)的采集和無線發(fā)送；另一片 nRF2401 無線收發(fā)模塊作為上位機(jī)，通過擴(kuò)展顯示模塊，完成溫濕度數(shù)據(jù)的接收和顯示。 發(fā)送端原理框圖 發(fā)送端由 AT89C51 單片機(jī)、 nRF2401 無線射頻模塊、溫度傳感器 DHT1LCD1602 顯示模塊和報警模塊組成