【文章內(nèi)容簡介】 濕度數(shù)據(jù)，并記錄數(shù)據(jù)，同時 DHT11 的 DATA數(shù)據(jù)線由上拉電阻拉高一直保持高電平；此時 DHT11 的 DATA 引腳處于輸入狀態(tài)，時刻檢 測外部信號。 （ 2）微處理器的 I/O 設(shè)置為輸出同時輸出低電平，且低電平保持時間不能小于 18ms，然后微處理器的 I/O 設(shè)置位輸入狀態(tài)，由于上拉電阻，微處理器的 I/O 即DHT11 的 DATA 數(shù)據(jù)線也隨之變高，等待 DHT11 作出回答信號。 圖 主機發(fā)送起始信號 （ 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(jié)束，延遲后 DHT11 的 DATA 引腳處于輸出狀態(tài)，輸出 80us 的低電平作為應(yīng)答信號，緊接著輸出 80us 的高電平通知外設(shè)準備 接受數(shù)據(jù)，微處理器的 I/O 此時處于輸入狀態(tài)，檢測到 I/O 有低電平（ DHT11 回應(yīng)信號）后 ，等待 80us 的高電平后的數(shù)據(jù)接收。 第 15 頁 共 74 頁 圖 發(fā)送信號 （ 4）由 DHT11 的 DATA 引腳輸出 40 位數(shù)據(jù)，微處理器根據(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。 圖 位數(shù)據(jù)“ 0”的格式 圖 位數(shù)據(jù)“ 1”的格式 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(biāo)注 第 16 頁 共 74 頁 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(shè)計 是一款新型單片射頻收發(fā)器件，工作于 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，并融合了增強型 ShockBurst 技術(shù)，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的功率發(fā)射時，工作電流也只有 9 mA； 接收時，工作電流只有 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)計更方便 [17]。 主要特點 1． GFSK 調(diào)制，硬件集成 OSI 鏈路層 2． 具有自動應(yīng)答和自動再發(fā)射功能 3． 片內(nèi)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(nèi)置環(huán)行天線，開闊地?zé)o干擾條件通信距離 2050 米 8． QFN20 引腳 4 mm4 mm封裝 9． 供電電壓為 V～ V 引腳說明 第 17 頁 共 74 頁 圖 nRF24L01 nRF24L01 引腳排列如圖 所示。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，輸出為 V； ANT1,ANT2：天線接口 。 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，如表 所示 ： 表 工作模式 第 18 頁 共 74 頁 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 待機模式 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；待機模式 2 則是在當(dāng) FIFO 寄存器為空且 CE=1 時進入此模式；待機模式下，所有配置字仍然保留。在掉電模式下電流損耗最小，同時 nRF24L01 也不工作，但其所有配置寄存器的值仍然保留。 工作原理 圖 電路原理圖 發(fā)射數(shù)據(jù)時，首先將 nRF24L01 配置為發(fā)射模式：接著把接收 節(jié)點 地址 第 19 頁 共 74 頁 TX_ADDR 和有效數(shù)據(jù) TX_PLD按照時序由 SPI口寫入 nRF24L01 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) 。若自動應(yīng)答開啟，那么nRF24L01 在發(fā)射數(shù)據(jù)后立即進入接收模式，接收應(yīng)答信號（自動應(yīng)答接收地址應(yīng)該與接收節(jié)點地址 TX_ADDR 一致）。如果收到應(yīng)答，則認為此次通信成功， TX_DS置高，同時 TX_PLD 從 TX FIFO 中清除 。若未收到應(yīng)答，則自動重新發(fā)射該數(shù)據(jù) (自動重發(fā)已開啟 )，若重發(fā)次數(shù) (ARC)達到上限， 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，使 IRQ 變低，產(chǎn)生中斷，通知 MCU。最后發(fā)射成功時 ,若 CE 為低則 nRF24L01 進入空閑模式 1； 若發(fā)送堆棧中有數(shù)據(jù)且CE為高，則進入下一次發(fā)射 。若發(fā)送堆棧中無數(shù)據(jù)且 CE為高，則進入空閑模式 2[19]。 接收數(shù)據(jù)時 ,首先將 nRF24L01 配置為接收模式，接著延遲 130μs 進入接收狀態(tài)等待數(shù)據(jù)的到來。當(dāng)接收方檢測到有效的地址和 CRC 時，就將 數(shù)據(jù)包 存儲在 RX FIFO 中，同時中斷標(biāo)志位 RX_DR 置高， IRQ 變低，產(chǎn)生中斷，通知 MCU 去取數(shù)據(jù)。若此時自動應(yīng)答開啟，接收方則同時進入發(fā)射狀態(tài)回傳應(yīng)答信號。最后接收成功時，若 CE 變低，則 nRF24L01 進入空閑模式 1。 圖 單片機與 nRF24L01 連接圖 配 置字 第 20 頁 共 74 頁 SPI 口為同步串行通信接口，最大傳輸速率為 10 Mb/s，傳輸時先傳送低位字節(jié)，再傳送高位字節(jié)。但針對單個字節(jié)而言，要先送高位再送低位。與 SPI 相關(guān)的指令共有 8 個，使用時這些控制指令由 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[20]。 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(shè)置 24L01 工作模式 01 EN_AA 設(shè)置接收通道及自動應(yīng)答 02 EN_RXADDR 使能接收通道地址 03 SETUP_AW 設(shè)置地址寬度 04 SETUP_RETR 設(shè)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(shè)置接收通道地址 10 TX_ADDR 設(shè)置接收接點地址 11~16 RX_PW_P0~P5 設(shè)置接收通道的有效數(shù)據(jù)寬度 液晶顯示裝置設(shè)計 液晶簡 介 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、符號等的點陣型液晶模塊，它有若干個 5x7或者 5x11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符。每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此，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， 第 21 頁 共 74 頁 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 [23]。 1602LCD 主要技術(shù)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(biāo)準的 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 為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最 弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個 10K 的電位器調(diào)整對比 第 22 頁 共 74 頁 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(dāng) RS和 R/W 共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS 為低電平 R/W 為高電平時可以讀忙信號，當(dāng) RS 為高電平 R/W 為低電平時可以寫入數(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，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 第 23 頁 共 74 頁 圖 寫操作時序 報警系統(tǒng)設(shè)計 本系統(tǒng)采用紅 LED 燈作為光報警提示，當(dāng)系統(tǒng)檢測到的數(shù)據(jù)不符合給定的要求時，現(xiàn)場為紅燈報警提示；本系統(tǒng)采用蜂鳴器作為聲報警提示，當(dāng)系統(tǒng)檢測到的數(shù)據(jù)符合給定的要求時，現(xiàn)場沒有蜂鳴器報警提示；當(dāng)系統(tǒng)檢測到的數(shù)據(jù)不符合給定的要求時，現(xiàn)場蜂鳴器報警提示。如圖 ： 圖 報警系統(tǒng)電路圖 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 本系統(tǒng)軟件系統(tǒng)設(shè)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 ： 第 24 頁 共 74 頁 開 始初 始 化溫 濕 度檢 測單 片 機處 理L C D顯 示范 圍判 斷光 聲報 警無 線 信 號發(fā) 送終 止N OY E S 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(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： 液晶初始化及工作方式 數(shù)據(jù)采集模塊 溫濕度檢測模塊是本系統(tǒng)中的核心模塊之一，它負責(zé)完成溫度和濕度的測量及模擬量轉(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 直接把檢測到的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量送給單片機，在經(jīng)過單片機的處理，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系統(tǒng)的檢測與控制，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 [25]。 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，就是對當(dāng) 第 25 頁 共 74 頁 前溫室內(nèi)的實際溫濕度與給定的溫濕度范圍進行比較，先進行判斷，然后再進行控制，控制模塊是決定系統(tǒng)將要進行什么工作的。如溫度和濕度高于上限時或低于下限時需 要進行啟動警報，并且將溫濕度結(jié)果以無線進行通信等。溫濕度傳感器程序流程圖如圖 所示： 開 始P 2 . 0 輸 出 低電 平延 時 1 8 m sP 2 . 0 輸 出 高電 平延 時 4 0 u s讀 2 . 0 引 腳 判 斷是 否 為 低 電 平從 機 8 0 u s 低 電平 是 否 結(jié) 束從 機 8 0 u s 高 電平 是 否 結(jié) 束單 片 機 進 行數(shù) 據(jù) 接 收將 數(shù) 據(jù) 按 十進 制 數(shù) 位 存入 數(shù) 組開 始