【文章內容簡介】 主機發(fā)送 得 開始信號 時 ,DHT11 傳感器將 不會主動進行 一次 溫濕度采集 .采集數(shù)據(jù)后 ， 轉 為 低速模式。 （ 1） DHT11 傳感器 上電 之 后，測試環(huán)境 的 溫 度與 濕度數(shù)據(jù)，并 且 記錄數(shù)據(jù)，同時 DHT11傳感器 的 DATA 數(shù)據(jù)線由上拉電阻拉高 并且 一直保持 著 高電平；此時 DHT11 傳感器 的 DATA 引腳處于 為 輸入狀態(tài)，時刻檢測 著 外部信號。 （ 2）微處理器的 I/O 設置為輸出 且 輸出 為 低電平且低電平保持時間不能小于 18ms，然后微處理器的 I/O 設置位輸入狀態(tài)，由于上拉電阻 的原因 ，微 型 處理器 得 I/O 即 DHT11 傳感器的 DATA 數(shù)據(jù)線也隨之 就 變高，等待 DHT11 作出回答信號。 （ 3） DHT11 的 DATA 引腳檢測到外部信號有低電平時，等待外部信號低電平結束，延遲后DHT11 傳感器 的 DATA 引腳處于輸出 的 狀態(tài)，輸出 80us 的低電平為應答信號，緊接著輸出 80us的高電平通知外設準備接受數(shù)據(jù)，微 型 處理器的 I/O 此時處于輸入狀態(tài)，檢測到 的 I/O 有低電平（ DHT11 回應信號）后 ，等待 80us 的高電平后的數(shù)據(jù)接收。 （ 4）由 DHT11 的 DATA 引腳輸出 40 位數(shù)據(jù)，微 型 處理器根據(jù) I/O 電平的變化接收 40 位數(shù)據(jù)，位數(shù)據(jù)“ 0”的格式為： 50us 的低電平和 2628us 的高電平；位數(shù)據(jù)“ 1”的格式為： 50us的低電平加 70us 的高電平。 測量分辨率 測量分辨率分別為 8bit（溫度）、 8bit（濕度）。 電氣特性 VDD=5V， T = 25℃，除非特殊標注 表 電氣特性表 參數(shù) 條件 min typ max 單位 供電 DC 3 5 V 供電電流 測量 mA 平均 1 mA 待機 100 150 uA 采樣周期 秒 1 次 無線模塊設計 NRF24L01 是一款新型 的 單片射頻收發(fā)器件，工作 在 GHz ～ GHz ISM 頻段 內 。內置 了陜西理工學院畢業(yè)設計 第 11 頁 共 48 頁 頻率合成器 、 晶體振蕩器 、 功率放大器 和 調制器等功能模塊，并融合了增強型 Shock Burst 技術，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。 NRF24L01 功耗低，在以 6dBm 地 功率發(fā)射時，工作電流也只有 9 mA；接收時，工作電流 且 只有 mA，多種低功率工作模式 包括 掉電模式和空閑模式 ， 使節(jié)能設計更方便 [16]。 主要特點 1． GFSK 調制， 硬件集成 OSI 鏈路層 2．具有自動應答和自動再發(fā)射功能 3．片內自動生成報頭和 CRC 校驗碼 4．數(shù)據(jù)傳輸率為 l Mb/s 或 2Mb/s 5． SPI 速率為 0 Mb/s～ 10 Mb/s 6． 125 個頻道與其他 nRF24 系列射頻器件相兼容 7． 雙通道數(shù)據(jù)接收，內置環(huán)行天線，開闊地無干擾條件通信距離 2050 米 8． QFN20 引腳 4 mm 4 mm 封裝 9．供電電壓為 V～ V 引腳說明 圖 nRF24L01 NRF2401 引腳排列如圖 所示。各引腳功能如下： CE：使 可以 發(fā)射或接收； CSN， SCK， MOSI， MISO： SPI 引腳端， 微 型 處理器 可 以 通過此引腳配置 NRF2401； IRQ：中斷標志位； 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，輸出為 V； ANT1,ANT2：天線接口。 工作模式 通過配置寄存器可將 NRF2401 配置為接收、 發(fā)射 、 掉電、 空閑四種工作模式，如表 所陜西理工學院畢業(yè)設計 第 12 頁 共 48 頁 示： 表 工作模式 待機模式 1 主要用于降低電流 的 損耗，在 此 模式下晶體振蕩器 必須 是工作的；待機模式 2則是在當 FIFO 寄存器為空且 CE=1 時進入此模式； 在 待機模式下所有配置字仍然 為 保留。在掉電 的 模式下電流 得 損耗 為 最小，同時 NRF24L01 也 就 不工作 了 ，但其所有配置寄存器 地 值仍然保留 著 。 工作原理 圖 電路原理圖 首先 發(fā)射數(shù)據(jù)時，將 NRF2401 配置為發(fā)射模式：接著把接收 節(jié)點 地址 TX_ADDR 和有效數(shù)據(jù) TX_PLD 按照時序由 SPI 口寫入 NRF2401 的 緩存區(qū)， TX_PLD 必須在 CSN 為低時連續(xù)寫入，而 TX_ADDR 在發(fā)射時寫入一次 方 可，然后 CE 置為高電平 且 保持至少 10us，延遲 130us 后發(fā)模式 PWR_UP PRIM_RX CE FIFO 寄存器狀態(tài) 接收模式 1 1 1 發(fā)射模式 1 0 1 數(shù)據(jù)在 TX FIFO 寄存器中 發(fā)射模式 1 0 1→ 0 停留在發(fā)送模式，直至數(shù)據(jù)發(fā)送完 待機模式 2 1 0 1 TX_FIFO 為空 待機模式 1 1 0 無數(shù)據(jù)傳輸 掉電 0 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 13 頁 共 48 頁 射數(shù)據(jù) 。若自動開啟應答，那么 NRF2401 在發(fā)射數(shù)據(jù)后 馬上 進入接收模式， 立刻 接收應答信號（自動應答接收地址應該與接收節(jié)點地址 TX_ADDR 一致 ）。如果 可以 收到應答 信號 ，則認為通信成功， TX_DS 置高，同時 TX_PLD從 TX FIFO 中清除 。若 沒有 收到應答 信號 ，則 將 自動重新發(fā)射 此 數(shù)據(jù) ( 自動重發(fā)已開啟 )，若重發(fā)次數(shù) ( ARC )達到上限 時 ， 將 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，使 IRQ 變低，產生中斷，通知 MCU,最后發(fā) 送 成功時 ,如果 CE 為低則 NRF2401 則將 進入 到 空閑模式 1； 如果 發(fā)送堆棧中有數(shù)據(jù)且 CE為高 時 ，則進入 到 下一次 的 發(fā)射 。如果 發(fā)送堆棧中 沒有 數(shù)據(jù)且 CE 為高 時 ，則 將 進入 到 空閑模式2。 首先接收數(shù)據(jù)時 ,將 NRF2401 配置為接收模式，接著延遲 130us 進入 到 接收狀態(tài) 著 等待數(shù)據(jù) 得 到來。當接收方檢測到有效 得 地址和 CRC 時，就將 數(shù)據(jù)包 存儲 到 RX FIFO 之 中， 于此 同時 將 中斷標志位 RX_DR 置 為 高， IRQ 變 為 低產生中斷， 通知 MCU 去 接收 數(shù)據(jù)。 如果 此時 的 自動應答開啟 后 ，接收方則 于此 同時進入 到 發(fā)射狀態(tài)回傳應答信號。 如果 最后接收成功時，若 CE 變?yōu)?低，則 NRF2401 進入 到 空閑模式 1。 圖 單片機與 nRF24L01 連接圖 配置字 SPI 口為同步串行通信接口，最大 的 傳輸速率 達到 10 Mb/s，傳輸時 首 先傳送低位字節(jié)，然后在 傳送高位字節(jié)。 如果我們就 單個字節(jié)而言，要先送高位再送低位。與 SPI 相關的指令一 共 就 有 8 個，使用時這些控制指令由 NRF2401 的 MOSI 輸入。相應的 數(shù)據(jù) 和狀態(tài)信息是從 MISO輸出 到 MCU[17]。 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，常用的配置寄存器如表 所示： 表 配置寄存器 地 址 （ H） 寄存器名稱 功能 00 CONFIG 設置 nRF2401 工作模式 01 EN_AA 設置接收通道及自動應答 02 EN_RXADDR 使能接收 的 通道地址 03 SETUP_AW 設置地址寬度 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 14 頁 共 48 頁 04 SETUP_RETR 設置自動重發(fā)數(shù)據(jù)時間和次數(shù) 07 STATUS 狀態(tài)寄存器，用來判定工作狀態(tài) 0A~0F RX_ADDR_P0~P5 設置接收通道地址 10 TX_ADDR 設置接 收接點地址 11~16 RX_PW_P0~P5 設置接收通道的有效數(shù)據(jù)寬度 液晶顯示裝置設計 液晶簡介 1602液晶也叫 1602 字符型液晶 屏 它是一種專門用來顯示 數(shù)字 、符號、 字母 等的點陣型液晶模塊 。 它有若干個 5x7或 5x11等點陣字符位 構 成，每 一 個點陣字符位都可以顯示一個字符。每 一 位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到字符間距和行間距的作用，正因如此，它才 不能顯示圖形（用自定義 CGRAM顯示效果也不好） 1602是指顯示的內容為 16x2的 ,即可以顯示兩行，每 一 行 16 個字符液晶 模塊 包括 顯示字符和數(shù)字 ， 目前市面上字符液晶絕大多數(shù) 都 是基于 HD44780液晶芯片 地 ， 但其 控制原理 卻 是完全相同 得 ，因此基于 HD44780 寫 得 控制程序可以方便地應用于市 場 上 絕 大部分 得 字符型液晶。 1602LCD 主要技術參數(shù)： 顯示容量： 16 2 個字符 芯片工作電壓： 工作電流： () 模塊最佳工作電壓： 字符尺寸： (W H)mm VSS1VDD2V03RS4R/W5EN6DB07DB18DB29DB310DB411DB512DB613DB714BLA15BLK16LCD1602P8LCD1602D0D1D2D3D4D5D6D710KR5123P10ENRSWRVCCGNDVCCGNDVoutGND 圖 1602LCD 引腳圖 引腳功能說明： 1602LCD 采用標準的 14 腳（無背光）或 者 16 腳（帶背光）接 口，各 個 引腳接口說明如下： 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 15 頁 共 48 頁 第 1 腳： VSS 為地電源。 第 2 腳： VDD 接 5V 正電源。 第 3 腳： VL 為液晶顯示對比度調整端，接正電源時 ， 對比度最弱 。 接地時 ， 對比度最高 。 對比度過高時 將 會產生“鬼影”，使用時可以通過一個 10K 的電位器調整對比度。 第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。 第 5 腳： R/W 為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當 RS和 R/W 共同為低電平時可以寫入指令或顯示地址，當 RS 為低電平 R/W 為高電平時 就 可以讀忙信號 了 ，當 RS為高電平 R/W 為低電平 時 就 可以寫入數(shù)據(jù)。 第 6 腳： E 端為使能端，當 E 端由高電平跳成低電平 的 時 候 ，液晶模塊 則 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：背光源負極。 液晶顯示原理 讀寫操作時序如圖 和圖 所示： 圖 讀操作時序 圖 寫操作時序 報警系統(tǒng)設計 本系統(tǒng)采用紅 LED 燈作為光報警提示，當系統(tǒng)檢測到的數(shù)據(jù)不符合給定的要求時，現(xiàn)場為紅燈 綠燈 報警提示；如圖 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 16 頁 共 48 頁 圖 報警系統(tǒng)電路圖 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 17 頁 共 48 頁 4 系統(tǒng)軟件設計 本系統(tǒng)軟件系統(tǒng)設計包括：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，報警模塊。系統(tǒng)軟件總體流程圖如圖 ： 否 是 圖 系統(tǒng)流程圖 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)的初始化以及設定系統(tǒng)的工作狀態(tài)，初始化部分包括以下方面的內容： 初始化 溫濕度監(jiān)測 單片機處理 LCD 顯示 范圍判斷 LCD 報警 無線信號發(fā)送 結束 開始 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 18 頁 共 48 頁 液晶初始化及工作方式 數(shù)據(jù)采集模塊 溫 度和 濕度檢測模塊是本系統(tǒng)中的核心模塊之一，它負責完成溫濕度的測量 和 模擬量轉換為數(shù)字量 得 全過程，這 就 是它為什么重要的原因。數(shù)字式溫 度 濕度傳感器 DHT11 直接把檢測到的模擬量轉化為數(shù)字量送給單片機， 然后再 經(jīng)過單片機 得 處理，把溫濕度值顯示 到 1602 液晶