【文章內(nèi)容簡介】 出電壓， Uo為分得電壓，即 nRF24L01 的輸入電壓。通 過 調(diào)節(jié)電位計，使 Uo=，以此達(dá)到電平轉(zhuǎn)換的作用。 采用電位計通過分壓來進行電平轉(zhuǎn)換，雖說在理論上能夠進行電平轉(zhuǎn)換，但是在實踐操作中，卻存在著很大問題，主要體現(xiàn)在：人為影響太大。每次實驗前都需檢測與調(diào)節(jié) Uo是否在 nRF24L01 的工作范圍內(nèi)，以防止 nRF24L01 被過高的電壓燒壞，整個電平轉(zhuǎn)換電路不夠穩(wěn)定。 方案二：采用穩(wěn)壓模塊 LM1117 LM1117 它只有三個引腳，外接電路簡單，只需要兩個電容，就能夠輸出穩(wěn)定的 電壓，為 nRF24L01 提供 工作電源。在 下圖 中，引腳 1 接 5V電壓 ， 引腳 3 接地 ， 引腳 2 便輸出 電壓，來作為 nRF24L01 的工作電壓 ，如表 所示 。 3 1 2 圖 LM1117 引腳分配圖 表 LM1117 引腳功能 引腳 名稱 功能描述 1 VCC 輸入端 2 Vout 輸出端 3 GND 地線 綜上所述，根據(jù)實驗要求并比較以上兩種方案，采用穩(wěn)壓模塊 LM1117 電路簡單易行，穩(wěn)定性強，可實現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換。因而選用第二種方案。 顯示方案 本設(shè)計中， 在從機上需要把溫濕度的數(shù)值傳輸?shù)斤@示器上進行顯示，在主機上顯示從機無線發(fā)射過來的溫濕度數(shù)值 ， 所以必須在 CPU 上外接一個顯示外圍電路， 本設(shè)計 有如下兩種方案選擇： 方案一：單片機掃描鍵盤得到 功率預(yù)置值，通過 IOB 高 8 位接口控制選定數(shù)碼管，IOB 低 8 位接口控制數(shù)碼管顯示，將該值送到 LED顯示器中顯示。其硬件原理如 GND VCC Vout 9 圖 3 所示。此方案設(shè)備體積大，功耗大，因此 不采用此方案 。 圖 3 LED硬件原理圖 方案二：用 1602 液晶顯示器顯示， 該液晶是要一種 5X7 點陣圖形來顯示字符的液晶顯示器，根據(jù)顯示的容量可以分為 1行 16 個字 .2行 16 個字 .2行 20個字等等， 選用 1602 液晶，具有體積小、質(zhì)量輕、功耗低等優(yōu)點，因此采用此方案。 數(shù)據(jù) 包 處理方式選擇 在無線模塊 NRF2401 中，有 ShockBurstTM和增強型 ShockBurstTM兩種模式，下面分別對這兩種模式進行介紹 方案一 .ShockBurstTM模式： ShockBurstTM模式下 NRF2401 可以與成本較低的低速 MCU 相連。高速信號處理是由芯片內(nèi)部的射頻協(xié)議處理的， NRF2401 提供 SPI 接口，數(shù)據(jù)率取決于單片機本身接口速度。 ShockBurstTM模式通過允許與單片機低速通信而無線部分高速通信，減小了通信的平均消耗電流。在 ShockBurst 接收模式下，當(dāng)接收到有效的地址和數(shù)據(jù)時 IRQ 通知 MCU，隨后 MCU 可將接收 到的數(shù)據(jù)從 RX_FIFO 寄存器中讀出。在 ShockBurst 發(fā)送模式下， NRF2401 自動生成前導(dǎo)碼及 CRC 校驗，數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后 IRQ 通知 MCU。減少了 MCU 的查詢時間，也就意味著減少了 MCU的工作量同時減少了軟件的開發(fā)時間。 NRF2401 內(nèi)部有三個不同的 RX_FIFO 寄存器（ 6個通道共享此寄存器）和三個不同的 TX_FIFO 寄存器。在掉電模式下、待機模式下和數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中 MCU 可以隨時訪問 FIFO 寄存器。這就允許 SPI接口可以以低速進行數(shù)據(jù)傳送，并且可以應(yīng)用于 MCU 硬件上沒有 SPI 接口的情況下。 方案二：增強型 ShockBurstTM 增強型 ShockBurstTM模式可以使得雙向鏈接協(xié)議執(zhí)行起來更為容易、有效。典型的雙向鏈接為：發(fā)送方要求終端設(shè)備在接收到數(shù)據(jù)后有應(yīng)答信號，以便于發(fā)送方檢測有無數(shù)據(jù)丟失。一旦數(shù)據(jù)丟失，則通過重新發(fā)送功能將丟失的數(shù)據(jù)恢復(fù)。增強型的 ShockBurstTM 模式可以同時控制應(yīng)答及重發(fā)功能而無需增加 MCU 的工作量。 綜上所述 的比較， 選擇方案二。 本章小結(jié) 本章主要講解了本設(shè)計的總體方案 ，并且 分別 介紹了 無線 模塊 .中央處理器 .溫濕度傳感器等 的選擇方案。 10 4 多點 無線溫 濕度采集 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 根據(jù)前面幾章的介紹與方案的選擇，有了如下的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，該章介紹了總體的硬件結(jié)構(gòu) 以及 各個模塊的作用 與功能 ， 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 本系統(tǒng)應(yīng)用 nRF2401 射頻收發(fā)模塊設(shè)計的多點無線控制 系統(tǒng) ,充分發(fā)揮了射頻芯片高集成度、低功耗、工作頻率穩(wěn)定、無需曼徹斯特編碼和底層通信協(xié)議設(shè)計、設(shè)計簡潔等優(yōu)點 ,大大降低了設(shè)計成本 ,縮短了開發(fā)周期 ,可擴展性好。 RFID系統(tǒng)的硬件設(shè)計框圖如圖 與圖 所示 . 本系統(tǒng)主要分為射頻接 口 ， 傳感 器 和液晶顯示三大部分 ,射頻接 口 即為nRF2401 射頻模塊 (包含外圍元件及天線 ),控制系統(tǒng)即為微控制器 (MCU)，本系統(tǒng)設(shè)計中主機和從機的微控制器 (MCU)均采用低電壓、微功耗、高性能 單片機STC89C52RC,該 單片機 可采用 C 語言開發(fā) ,內(nèi)含 256 字節(jié)的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器RAM,可以將驅(qū)動及控制 nRF2401 的程序?qū)懭朐撻W存 ,無需外接 EPROM 而簡化了電路設(shè)計降低了系統(tǒng)功耗 。STC 微控制器內(nèi)置看門狗定時器 ,可有效避免程序跑飛 ,使系統(tǒng)抗干擾性大大增強 。 此模塊由 STC89C52 單片機、時鐘 電路 .復(fù)位電路組成， 如下圖 所示，時鐘電路采用內(nèi)部時鐘利用單片機內(nèi)部一個高增益的反向放大器，把一個晶振和兩個電容器組成的自激振蕩電路接到 XTAL1（ 19 腳）和 XTAL2（ 18 腳）之間。振蕩器發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時鐘電路。本最小系統(tǒng)中晶振采用 12M，起振電容采用 30pF 。 CPU第 9管腳 有 復(fù)位 （ RST）功能，本設(shè)計具有上電復(fù)位功能。在單片機最小系統(tǒng)上電時，利用 R1和 C3 充放電原理，從外部給 RST腳 2個機器周期以上的高電平 ，以達(dá)到實現(xiàn)的單片機最小系統(tǒng)的復(fù)位。此模塊應(yīng)用在主機以及兩個從機上。 鍵盤輸入 STC89C52 1602液晶顯示器 NRF2401無線模塊 電源模塊 主機 STC89C52 1602液晶顯示 熱釋電傳 感器 DHT 溫濕度模塊 電源模塊 從機 NRF2401無線模塊 控制模塊 報警模塊 11 圖 最小系統(tǒng) 此部分由芯片 三端穩(wěn)壓管及濾波電容組成，為無線模塊NRF2401 提供 直流電源，用大電容濾低頻，小電容濾高頻，所以選擇了 10uF濾低頻 .104 電容濾高頻，如下圖 所示， 此模塊應(yīng)用在主機以及兩個從機上。 圖 電源模塊 NRF2401模塊 該模塊有 NRF2401 芯片以及外圍電路 （電容 .電阻 .電感 .晶振 .天線等） ， 該部分的每個與單片機相連的管腳都要加 2K 的限流電阻， 如下圖 所示， 此模塊應(yīng)用在主機以及兩個從機上。 12 圖 NRF2401無線模塊 該部分由熱釋電傳感器以及 LM339 電壓比較器組成， 由于 熱釋電傳感器傳輸過來的信號 高電平只有 左右，所以比較 經(jīng)過電壓比較器后 再 進入單片機 I0口，如下圖 所示。此模塊應(yīng)用在兩個從機上。 圖 1腳為電源 5V 接入線， 2腳為串行數(shù)據(jù)線，經(jīng)過 10K 上拉電阻后進入 單片機，3 腳懸空， 4 腳接地。通過此方式可以采集到溫濕度 ，如下圖 所示 。此模塊應(yīng)用在兩個從機上。 13 圖 LCD顯示模塊 此模塊為 1602 液晶顯示模塊 ， 1 腳金額地， 2腳接 5V電源，第 3 腳： V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，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 腳為 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 RW 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 RW為高電平時可以讀忙信號，當(dāng) RS為高電平 RW 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 腳為D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線，經(jīng)過 2K 上拉電阻后與單片機連接，第 15 腳為背光電源正極接 5V 電源，第 16 腳為背光電源負(fù)極接地，如下圖 所示，此模塊應(yīng)用在主機以及兩個從機上 圖 顯示模塊 本章小結(jié) 本章主要講述了 煙葉倉庫 多點 無線采集系統(tǒng)硬件的結(jié)構(gòu) .以及 對 主機 .從機上各個模塊的簡單介紹 14 5 多點無線 溫濕度采集 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 本設(shè)計重點實現(xiàn)的是無線采集溫濕度等，上章給出了硬件設(shè)計，本章 將 介紹軟件部分， 分別 介紹了溫濕度的采集程序，無線發(fā)射與接收等思路 ， 闡述了無線采集溫濕度實現(xiàn) 的 思路與方法。 增強型 ShockBurstTM Mode的發(fā)送流程 使用的接口引腳為 CE、 CLK DATA，其發(fā)送流程如圖 51所示。 A. 當(dāng)微控制器有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，將 CE 置高，使 nRF2401 工作處于收發(fā)模式； B. 將接收點的地址和要發(fā)送的數(shù)據(jù)按時序送入 nRF2401； C. 微控制器把 CE 置低，激發(fā) nRF2401 進行 ShockBurstTM發(fā)射； D. nRF2401 的 ShockBurstTM發(fā)射給射頻前端供電；射頻數(shù)據(jù)打包 (加字頭、CRC 校驗碼 )；高速發(fā)射數(shù)據(jù)包；發(fā)射完成， nRF2401 進入等待狀態(tài)。 增強型 ShockBurst TM Mode的接收流程 使用的接口引腳為 CE、 DR CLK1 和 DATA(以頻道 1為例 )，其接收流程如NO NO NO nRF 處于猝發(fā)發(fā)射模式 CE=1 nRF2401 測字頭與地址數(shù)據(jù) 地址是否正確 ? nRF2401接收數(shù)據(jù)以及 CRC校驗 CRC 校驗正確否 ? nRF2401 傳送數(shù)據(jù)到 MCU nRF2401 把 DR1 置高 nRF 數(shù)據(jù)寄存器為空 nRF2401 把 DR1 置 0 NO 圖 52 增強型 ShockBurst TM接收流程 nRF 處于猝發(fā)發(fā)射模式 CE=1 接收 MCU 傳來的數(shù)據(jù)和地址 nRF2401根據(jù)數(shù)據(jù)計算 CRC碼 CE=0? nRF2401 高速發(fā)送數(shù)據(jù)包 nRF2401 給發(fā)送數(shù)據(jù)加字頭 發(fā)送完畢？ YES 圖 51 增強型 ShockBurst TM發(fā)射流程 15 上圖圖 52所示。 ； ，把 CE 置高； 后， nRF2401 進入監(jiān)視狀態(tài)，等待數(shù)據(jù)包的到來； ， nRF2401 自動把字頭、地址和 CRC 校驗位去除； 通過把 DR1 置高，引起微控制器中斷，通知微控制器可進行數(shù)據(jù)接收； nRF2401 移出； ， nRF2401 把 DR1 置低，此時如果 CE為高，則等待下一個數(shù)據(jù)包，如果 CE為低，則開始其它工作流 的無線傳輸流程 在主機上，首先要設(shè)置為接收模式，接收到 兩個從機的 溫濕度后并在主機上顯示，按下 KEY1 按鍵后，可以設(shè)置溫濕度的上下限值，在按下按鍵時為發(fā)射模式，發(fā)射溫濕度上下限值給 兩個 從機并接收應(yīng)答信號，在按下時停止發(fā)射溫濕度上下限值變?yōu)榻邮苣Ｊ?，接受溫濕度信?，流程圖如下圖 所示 16 流程 在從機上，初始化后，拉高總線延時后傳輸數(shù)據(jù)， 讀取倉庫的溫濕度 ， 校驗讀取溫濕度值 讀取成功 1602 顯示 結(jié)束 初始化 開始 圖 溫濕度流程圖 開始 NRF2401管腳配置 NRF2401初始化 接收模式 發(fā)射模式 Key 是否按下 等 待外部中斷 接受溫濕度以及熱釋電信號 發(fā)射應(yīng)答信號 接收模式 發(fā)射溫濕度上下限值 接收模式 否 是 結(jié)束 否 是 圖 主機流程圖