【文章內(nèi)容簡介】 第 9 頁 機(jī)上。 NRF24L01P+PA+LNA 無線模塊工作于免許可證的 頻段，可以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)應(yīng)用，也可組成星形網(wǎng)絡(luò)。 NRF24L01P+PA+LNA 無線模塊的核心為挪威NORDIC 公司最新的高性能無線數(shù)傳芯片 NRF24L01，經(jīng)過國內(nèi)的專業(yè)設(shè)計(jì)和改造，增加大功率 PA 和 LNA 芯片，射頻開關(guān)，帶通濾波器等組成了專業(yè)的全雙向的射 頻功放，即現(xiàn)在的 Nrf24l01 模塊，使得有效通信距離得到極大拓展。 在射頻部分，模塊上做了大量的優(yōu)化匹配調(diào)試，使得發(fā)射效率達(dá)到最高，諧波最小，使得 NRF24L01P+PA+LNA 無線模塊對(duì)外界設(shè)備的射頻干擾達(dá)到最低，同 時(shí) 也 不 容 易 受 到 其 他 設(shè) 備 的 干 擾 ， 極 大 提 高 工 作 的 穩(wěn) 定 性 。NRF24L01P+PA+LNA 無線模塊集成度極高，尺寸也只有 *，方便 嵌 入 于 任 何 空 間 緊 張 的 產(chǎn) 品 中 ， 而 在 本 系 統(tǒng) 中 通 過 SPI 口控制NRF24L01P+PA+LNA 無線模塊即可完成超遠(yuǎn)距離無線數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 LED 顯示 數(shù)碼管顯示是一個(gè)系統(tǒng)工程中必不可少的人機(jī)交互環(huán)節(jié)，因此關(guān)于數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)也就是系統(tǒng)工程中的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。 本設(shè)計(jì)采用了 3 位數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描顯示。 LED 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示就是一位一位地輪流點(diǎn)亮各位數(shù)碼管，對(duì)于每一位 LED 數(shù)碼管來說，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次，利用人眼的“視覺暫留 效應(yīng)，采用循環(huán)掃描的方式，分時(shí)輪流選通各數(shù)碼管的公共端，使數(shù)碼管輪流導(dǎo)通顯示。 視覺暫留效應(yīng)是指景物發(fā)出或反射的光，在人的視網(wǎng)膜上所形成的物像會(huì)在人的視覺中保留一段時(shí)間。詳細(xì)來說，即使景物從視野中消失，人眼所感受到的光像也不 會(huì)馬上消逝，因?yàn)橛袑?shí)驗(yàn)證明人眼的視覺暫留時(shí)間約為 ～ ，這是因?yàn)樵谕饨绻庠赐蝗幌r(shí)，人眼的亮度感覺是按指數(shù)規(guī)律逐漸減少的。這樣當(dāng)一個(gè)光源反復(fù)通斷，在通斷頻率較低時(shí)，人眼可以發(fā)現(xiàn)亮度的變化；而通斷頻率增高時(shí)，眼睛就逐漸不能發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的亮度變化了。斷通在高頻率時(shí)給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，會(huì)被認(rèn)為各數(shù)碼管是同時(shí)發(fā)光的。若數(shù)碼管的位數(shù)不大 第 10 頁 于 8 位時(shí)，只需兩個(gè) 8 位 I／ O 口。它將所有數(shù)碼管的 8 個(gè)段線相應(yīng)地并接在一起，并接到 AT89C52 的 P0 口，由 P0 口控制字段輸出。而各位數(shù)碼管的共陰極由AT89C51 的 P2 口控制 ,實(shí)現(xiàn) 8 位數(shù)碼管的位輸出控制。其中 P2 僅運(yùn)用了 3 個(gè)端口，用以直接驅(qū)動(dòng)位選。 第 11 頁 2 下位機(jī)部分介紹 DS18B20 是整個(gè)系統(tǒng)的檢測元件，由于它采用一線總線技術(shù)，使采樣后的數(shù)據(jù)與單片機(jī)的傳輸變得簡單。 LED 模塊是為了讓在檢測點(diǎn)可以隨時(shí)看到當(dāng)前檢測溫度。 nRF24L01無線傳輸模塊是為了讓檢測的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送給遠(yuǎn)處的 PC上位機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控等。下位機(jī)中的單片機(jī)是控制以上各模塊的核心，并實(shí)現(xiàn)各模塊的連接轉(zhuǎn)換。 DS18B20 溫度采集模塊 DS18B20 簡介 前面已經(jīng)介紹，該模塊 采用美國 DALLAS 公司推出的數(shù)字測溫芯片 DS18B20，它體積小，有多種封裝，具有獨(dú)特的單線接口。測量范圍從 55 攝氏度到 +125 攝氏度，擁有可以選擇的 9 到 12 位溫度數(shù)據(jù)分辨率，可以工作在寄生電源模式，硬件配置十分簡捷方便。在本系統(tǒng)中溫度傳感器輸出腳 I/O 直接與單片機(jī)的 相連，采用 +5V 電源供電。 DS18B20 芯片封裝如圖 7 所示。 圖 7 DS18B20 芯片封裝 引腳定義： 第 12 頁 (1)DQ 為單數(shù)據(jù)總線，是數(shù)字信號(hào)輸入 /輸出端； (2)GND 為電源地； (3)VDD 為外接 供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）。 對(duì)于 DS18B20 簡潔的端口引腳，只需要將它的數(shù)據(jù)線與單片機(jī)的任意一個(gè) I/O口連接并保證其正常供電，在正確合時(shí)序的程序驅(qū)動(dòng)下，就可以實(shí)現(xiàn)溫度的采集，并作出相應(yīng)的其他聯(lián)動(dòng)控制。 所以，本設(shè)計(jì)中 DS18B20 與單片機(jī)接口電路圖 8。 圖 8 DS18B20 與單片機(jī)硬件圖 DS18B20 的測溫方法 DS18B20 中的溫度傳感器剛好能自動(dòng)完成對(duì)外界環(huán)境溫度的測量，本系統(tǒng)是以 12 位轉(zhuǎn)化為例介紹它的測溫方法。 DS18B20 用具有 16 位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制數(shù)據(jù)補(bǔ) 碼讀數(shù)形式提供，以 176。 C/LSB 形式表達(dá)，經(jīng) DS18B20 轉(zhuǎn)化后得到的 12位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在 DS18B20 的兩個(gè) 8 比特的 RAM 中，這樣得到的數(shù)據(jù)中二進(jìn)制的前面 5 位就是符號(hào)位，這時(shí)如果測得的溫度大于 0，這 5 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)全為 0，只要將測到的數(shù)值乘于 即可得到實(shí)際溫度；再比如，如果測定的外界溫度小于0，這 5 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)將全為 1，測到的數(shù)值需要取反加 1 再乘于 即可得到實(shí)際溫度。 該傳感器采集溫度流程圖圖 9。 第 13 頁 圖 9 DS18B20 溫度采集流程圖 該模塊中讀取 DS18B20 內(nèi)部數(shù)據(jù)的程序 如下。 uint get_temp() //讀取寄存器中存儲(chǔ)的溫度數(shù)據(jù) { uchar a,b。 dsreset()。 //DS18B20 復(fù)位，調(diào)用初始化子函數(shù) delay(1)。 tempwritebyte(0xcc)。 tempwritebyte(0xbe)。 a=tempread()。//讀低 8 位 b=tempread()。//讀高 8 位 temp=b。 第 14 頁 temp=8。 //兩個(gè)字節(jié)組合為 1 個(gè)字 temp=temp|a。 f_temp=temp*。 //溫度在寄存器中為 12 位，分辨率為 temp=f_temp*10+。 //乘以 10 表示小數(shù)點(diǎn)后面只取 1 位，加 是四舍五入 return temp。 } LED 數(shù)碼顯示模塊 數(shù)碼管顯示模塊采用四合一共陰 LED 數(shù)碼管。這種 4 位一體的 LED 數(shù)碼管在內(nèi)部已經(jīng)將相同的筆畫連在一起了，用戶的接口就是 8 個(gè)筆畫，四個(gè)公共端需要使用動(dòng)態(tài)掃描技術(shù)來分時(shí)顯示，用單片機(jī)的一個(gè)端口將 DS18B20 的數(shù)據(jù)通過 LED顯示即可。 單片機(jī)控制的數(shù)碼管顯示原理如下。 LED 有段碼和位碼之分，所謂段碼就是讓 LED 顯示出“ 8.”的八位數(shù)據(jù)，一般情況下要通過一個(gè)譯碼電路，將輸入的 4位 2 進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為與 LED 顯示對(duì)應(yīng)的 8 位段碼。位碼也就是 LED 的顯示使能端，對(duì)于共陰級(jí)的 LED 而言，低電平使能。要讓 4 個(gè) LED 同時(shí)工作，顯示數(shù)據(jù)，就是要不停的循環(huán)掃描每一個(gè) LED，并在使能每一個(gè) LED 的同時(shí)，輸入所需顯示的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的 8 位段碼。雖然 8 個(gè) LED 是依次顯示，但是受視覺分辨率的影響，看到的現(xiàn)象是 4 個(gè) LED 同時(shí)工作。多個(gè)數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描顯示，是將所有數(shù)碼管的相同段并聯(lián)在一起，通過選通信號(hào)分時(shí)控制各個(gè)數(shù)碼管的公共端，循環(huán)點(diǎn)亮多個(gè)數(shù)碼管，并 利用人眼的視覺暫留現(xiàn)象，只要掃描的頻率大于 50Hz，將看不到閃爍現(xiàn)象。 由于本設(shè)計(jì)顯示溫度精確到一位小數(shù)，故這個(gè)四合一數(shù)碼管只用最低三位，最低位顯示小數(shù)位，次地位顯示個(gè)位，然后是十位，如 ，就表示攝氏溫度 度。硬件電路圖圖 10 如下。 第 15 頁 圖 10 數(shù)碼管與單片機(jī)硬件電路圖 顯示模塊流程如圖 11。 第 16 頁 圖 11 LED 動(dòng)態(tài)顯示流程圖 相關(guān)顯示子程序如下。 void dis_temp(uint t) //顯示溫度數(shù)值函數(shù) t 傳遞的是整型的溫度 { uchar i,j。 for(j=10。j0。j) { i=t/100。 //除以 100 得到商，為溫度的十位 display(2,i)。 //在第一個(gè)數(shù)碼管上顯示 i=t%100/10。 //100 取余再除以 10 得到商，位溫度的個(gè)位 第 17 頁 display(1,i+10)。 //在第 2 個(gè)數(shù)碼管上顯示，有小數(shù)點(diǎn) i=t%100%10。 //100 取余再用 10 取余，為溫度的小數(shù)位 display(0,i)。 //在第 3 個(gè)數(shù)碼管上顯示 } } nRF24L01 無線發(fā)送模塊 正如前面所介紹，該模塊是挪威公司生產(chǎn)的 nRF24L01 在外圍電路優(yōu)化配置組成的。在下位機(jī)部分時(shí)，其被置為發(fā)送模式。通過 SPI 總線寫入數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸高效可靠，并且具有自動(dòng)應(yīng)答和自動(dòng)再發(fā)射功能。芯片采用了增強(qiáng)式 ShockBurst 技術(shù)，就是說輸出功率和通信頻道可通過設(shè)置軟件程序進(jìn)任意行配置。模塊中nRF24L01 和 89C52 P1 口連接（如圖 12），單片機(jī)接 的晶振 工作，低速的單片機(jī)就能夠很好地控制高速收發(fā)的射頻芯片，硬件結(jié)構(gòu)如圖 12 所示。 圖 12 無線收發(fā)模塊硬件原理圖 從設(shè)計(jì)中單片機(jī)控制的角度來看，我們只需要關(guān)注圖 11 的六個(gè) 控制和數(shù)據(jù)信號(hào)。 CSN，芯片的片選線， CSN 為低電平芯片工作。 SCK，芯片控制的時(shí)鐘線（ SPI時(shí)鐘）。 MISO，芯片控制數(shù)據(jù)線 （ Master input slave output)。 MOSI，芯片控制數(shù)據(jù)線 （ Master output slave input)。 IRQ，中斷信號(hào)。無線通信過程中 MCU 主要是通過 IRQ 與 NRF24L01 進(jìn)行通信。 CE，芯片的模式控制線。在 CSN 為低的情況下， CE 協(xié)同 NRF24L01 的 CONFIG 寄存器共同決定 NRF24L01 的狀態(tài)。 該模塊發(fā)送模式的工作流程如 13 所示。 第 18 頁 圖 13 發(fā)送模式流程圖 相關(guān)發(fā)送模塊子程序如下。 void init_NRF24L01(void) { inerDelay_us(100)。 CE=0。 CSN=1。 SCK=0。 第 19 頁 SPI_Write_Buf(WRITE_REG + TX_ADDR, TX_ADDRESS, TX_ADR_WIDTH)。 SPI_Write_Buf(WRITE_REG+RX_ADDR_P1,RX_ADDRESS, RX_ADR_WIDTH)。 SPI_RW_Reg(WRITE_REG + EN_AA, 0x03)。 SPI_RW_Reg(WRITE_REG + EN_RXADDR, 0x03)。 SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RF_CH, 0)。 SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RX_PW_P1, RX_PLOAD_WIDTH)。 SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RF_SETUP, 0x07)。 } 第 20 頁 3 上位機(jī)部分介紹 無線接收模塊 上位機(jī)上的接收模塊依然是采用硬件配置相同的 nRF24L01。硬件電路與下位機(jī)部分的無線發(fā)送模塊相同，以保證有相同的配置參數(shù)，便于理解也便于編程。 Nrf24l01 初始化后的流程圖圖 14 如下。