【正文】 便的查找出硬件上的 一系列問題 ，檢查電路的焊接是否到位。這 兩者又密不可分，在調(diào)試硬件的時(shí)候要用到軟件進(jìn)行測(cè)試，在軟件調(diào)試的時(shí)候又得以硬件電路為基礎(chǔ)。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 ( 2020) 19 開始單片機(jī)處理接收到的數(shù)據(jù)數(shù)值 = 1 0 0 0 蜂鳴器報(bào)警結(jié)束YN 圖 48 蜂鳴器 報(bào)警電路流程圖 報(bào)警電路 是針對(duì)某些環(huán)境下，采集到的數(shù)據(jù)超過了原先設(shè)定的值，從而報(bào)警 提醒 。 開始初始化結(jié)束單片機(jī)將接受到的數(shù)據(jù)寫入 LC D 圖 47 接收模塊 LCD 顯示 流程圖 單片機(jī)將接收 到的 數(shù)據(jù) 通過 P2 口 總線寫入 LCD 中 ，然后對(duì)比發(fā)送模塊中的數(shù)據(jù)，看發(fā)送和接收是否成功 。 基于 單片機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 開始初始化有無按鍵按下執(zhí)行鍵值功能結(jié)束YN 圖 46 發(fā)送模塊 LCD 顯示 流程圖 圖示 信息為 單片機(jī) 將 在 矩陣鍵盤 中讀 到的數(shù)值 處理后 通過 P2 口 的數(shù)據(jù)總線寫入 LCD1602 中。當(dāng)接收模塊檢測(cè)到同接收地址一樣的發(fā)送地址，就將接收到的數(shù)據(jù)包寫入緩存中，同時(shí)將 RX_DR 位置高，并且產(chǎn)生中斷使得 IRQ 引腳變?yōu)榈碗娖?，此時(shí)以便通知單片機(jī)去取接收數(shù)據(jù)，其流程圖如圖45 所示。將無線收發(fā)模塊的 PRIM_RX 寄存器置高進(jìn)入接收模式。其流程 圖如圖 44 所示。然后把接收地址節(jié)點(diǎn)和發(fā)送節(jié)點(diǎn)地址都寫入 nrf24l01 中，將通道 0 設(shè)置成接收模式，啟動(dòng)自動(dòng)應(yīng)答模式。將這兩部分初始化成功后才能讓在 nrf24l01 模塊之間建立通信。當(dāng)一個(gè)掃描完成后返回初始狀態(tài)。確認(rèn)有按鍵被按下后根據(jù)按鍵所在的行和列 確定按鍵號(hào)。掃描高四位，當(dāng)高四位不全為 1 時(shí)，說明有按鍵被按下。 確定矩陣 鍵盤上的哪個(gè)按鍵被按下了， 掃描 方式如下。當(dāng)行線和列線中同時(shí)出現(xiàn)低電平時(shí)，代表有按鍵按下。將行線和列線這 8 跟線依次接到 P0 口中，因?yàn)?P0 口不提供電壓，所以我們需要在 P0口并聯(lián)一個(gè) 1K 的上拉電阻為矩陣鍵盤供電。 基于 單片機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 開始初始化配置無線模塊為接收模式將數(shù)據(jù)寫入寄存器接收成功接收數(shù)據(jù) = 1 0 0 0將數(shù)據(jù)寫入 L C D結(jié)束將數(shù)據(jù)寫入 L C D 并觸發(fā)蜂鳴器報(bào)警NYY N 圖 42 接收端 程序總流程圖 矩陣 鍵盤電路軟件設(shè)計(jì) 矩陣 鍵盤掃描讀取鍵 值流程圖 如圖 43 所示。 GND1VDD2V03RS4RW5E6D77D68D59D410D311D212D113D014VCC15GND16U4LCD160210KR2VCCGNDGNDVCCGNDVCC 圖 37 1602 連接圖 表 34 1602 各管腳和單片機(jī)連接 管腳號(hào) 符號(hào) 接法和功能 1 VSS 接地（ 電源地） 2 VDD 接 +5v電壓（電源電壓） 3 V0 調(diào)節(jié) LCD灰度 4 RS 發(fā)送端接 （寫命令和寫數(shù)據(jù)） 基于 單片機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 續(xù)表 34 5 R/W 接地 6 E 發(fā)送端接 （使能端） 7 DB0 接 P2數(shù)據(jù)口用于接收單片機(jī)傳出的數(shù)據(jù) 8 DB1 9 DB2 10 DB3 11 DB4 12 DB5 13 DB6 14 DB7 15 A 背光調(diào)節(jié)接 +5V 16 B 背光調(diào)節(jié)接 0V 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 ( 2020) 13 4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 總流程圖 設(shè)計(jì) 程序設(shè)計(jì)發(fā)送 端 總流程圖如圖 41 所示。 配置字 常用的配置寄存器如表 33 所示。最后接收成功時(shí)，若單片機(jī) 將 CE 口 置低，則 nrf24l01 進(jìn)入待機(jī)模式 1。接收到有效的數(shù)據(jù)包后（地址匹配、 CRC 檢驗(yàn)正確）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在 RX_FIFO 中，同時(shí) RX_DR 位置高 ， IRQ 置低，并產(chǎn)生中斷，通知 單片機(jī) 去讀取數(shù)據(jù)。發(fā)送數(shù)據(jù)成功后，如果將 CE 置低電平，則系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入待機(jī)模式 I ；如果不將 CE 置低電平，則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將 TX FIFO 寄存器中的下一包數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送；如果 TX FIFO 寄存器為空并且 CE 為高則系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)模式 II。如果發(fā)送模塊接收到應(yīng)答，則默認(rèn)為此次發(fā)送通信已經(jīng)成功，將 TX_DS 拉高，同時(shí)將緩存中的有效數(shù)據(jù)清除；如果未能收到反饋信號(hào)，則發(fā)送模塊自動(dòng)啟動(dòng)重發(fā)功能，重新發(fā)送緩存中的有效數(shù)據(jù)（自動(dòng)重發(fā)已經(jīng)開啟，自動(dòng)重發(fā)計(jì)數(shù)器不等于 0，ENAA_P0=1）。使 CE 使能至少 10us，啟動(dòng)接收設(shè)備，延時(shí) 130us 后開始傳輸數(shù)據(jù)。選擇寄存器，同時(shí)返回狀態(tài)字，然后將數(shù)據(jù)寫入寄存器中，拉高 CSN，結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸，返回寄存器。必須在 CSN置低電平后才能開始傳輸數(shù)據(jù)并且連續(xù)寫入。初始化 I/O 口，將 CE 置低電平、拉高 CSN、 CSK 置低電平、。在掉電模式下元件 的功率 損耗為最小值，同時(shí) nrf24l01 處于 不工作狀態(tài) ，但所有寄存器 配置 的 內(nèi)容 保持不變。 表 32 nrf24l01 主要 工作模式 模式 CE PWR_UP PRIM_RX FIFO 寄存器狀態(tài) 接收模式 1 1 1 發(fā)送模式 1 1 0 數(shù)據(jù)在 TX FIFO 寄存器中 發(fā)送模式 1→0 1 0 停留在發(fā)送模式，直至數(shù)據(jù)發(fā)送完 待機(jī)模 式 Ⅱ 1 1 0 TX_FIFO 為空 待機(jī)模式 Ⅰ 0 1 無數(shù)據(jù)傳輸 掉電 模式 0 基于 單片機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 待機(jī)模式 Ⅰ 主要用于降低元件 的 功率損耗，在此模式下晶振 依然 以 較低的頻率持續(xù)工作著 ；待機(jī)模式 Ⅱ 則是在當(dāng) TX_FIFO 寄存器為空且 CE 使能 時(shí)進(jìn)入這種模式。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 ( 2020) 9 CE1CSN2SCK3MOSI4MISO5IRQ6VDD7VSS8XC29XC110VDD_PA11ANT112ANT213VSS14VDD15IREF16VSS17VDD18DVDD19VSS20VSS20nrf24l01 圖 36 nrf24l01 封裝圖 CE：使能發(fā)射或接收； SCK， CSN， MISO ， MOSI： SPI 引腳端，單片機(jī)通過這 四個(gè) 引腳配置 nrf24l01； IRQ：中斷標(biāo)志位； VDD：電源輸入端（ +） ； VSS：電源地 (0V)； XC2， XC1： 16Mhz 晶振引腳； VDD_PA：給 無線模塊的 功率放大器提供 + V的 電源 ； ANT1,ANT2：天線接口； IREF：參考電流輸入。 nrf24l01 概述 nrf24l01 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 Shock Burst 增強(qiáng)型技術(shù)，其中通信頻道和輸出功率可通過 C 程序進(jìn)行配置。 VCC1CE2CSN3SCK4MOSI5MISO6IRQ7GND8U3NIF24L01VCC12GND3U1LM1117104C3GND22ufC?GNDVCC1 162K2 152K3 142K4 132K5 122K6 112K 圖 35 nrf24l01 與單片機(jī)連接 基于 單片機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 無線模塊和 單片機(jī)相連接時(shí) 引腳 分配如表 31 所示 。在使用 nRF24 L01 時(shí)將其 CE、 CSN、 IRQ、 MISO、 MOSI、 SCK 六個(gè)引腳和 stc89 C52 的 P1 口相連接，為了防止電流過大而燒毀無線模塊，在單片 機(jī) P1 口與 nrf24l01 的各引腳之間串接一個(gè) 2K 的限流電阻 ?？梢杂行У膫鬏敂?shù)據(jù)，又能很好的較低能耗，深受廣大廠商的喜愛。自動(dòng)重發(fā)功能可以在數(shù)據(jù)為接收成功的情況下，發(fā)送端根據(jù)檢測(cè)到的信號(hào)重新對(duì)接收端進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。在寫入的數(shù)據(jù)的時(shí)候速度可達(dá) 10MB/S,發(fā)送數(shù)據(jù)最大速度可達(dá) 2MB/S。 的頻段。 無線收發(fā)電路 設(shè)計(jì) 無線收發(fā)模塊的組成是： nrf24l01 為核心控制器，輔助以 16MHz 的時(shí)鐘電路，然后再在外圍電路中加入六個(gè) SPI、一個(gè)電源口、一個(gè)接地口。和獨(dú)立式鍵盤的接法相比，能用最少數(shù)據(jù)口組合出最多的按鍵。這樣能產(chǎn)生的可使用的鍵盤數(shù)就是行線和列線根數(shù)的乘積。 當(dāng)把單片機(jī)作為主控制器設(shè)計(jì)電路時(shí)，如果要使用比較多的按鍵的時(shí)候，我們鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 ( 2020) 7 一般可以用矩陣排列的方式來排列單個(gè)鍵盤，這樣做的目的是減少寶貴的數(shù)據(jù)口的占用比例。 在 P0 口 和矩陣鍵盤之間再并一個(gè) 1K 的 上拉電阻為鍵盤供電。發(fā)送端 的矩陣鍵盤接線如圖 34 所示。 如 圖 33 所示 。復(fù)位 電路 如圖 32所示。 b） 復(fù)位 電路是 用來 將單片機(jī)系統(tǒng) 恢復(fù) 到初始狀態(tài)的一種電路設(shè)備 。這里設(shè)計(jì)的 STC89C52 最小系統(tǒng)中包括復(fù)位電路、晶振電路并介紹了各部分的功能。 單片機(jī)最小系統(tǒng)，也 被稱作 單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，是指用最少的元器件組合 使得 單片 機(jī)可以正常工作的系統(tǒng)。如圖 31 所示。在傳統(tǒng)工藝 上，如若需要傳輸數(shù)據(jù)還得通過布線的方式進(jìn)行，此方式費(fèi)時(shí)費(fèi)力效率低，而通過無線傳輸?shù)姆绞骄湍芎芎玫慕鉀Q這個(gè)耗時(shí)耗力的事情。在設(shè)計(jì)中無線收發(fā)模塊將矩陣鍵盤中的鍵值發(fā)送給接收模塊，然后在 LCD 液晶屏上顯示出來，再對(duì)比發(fā)送模塊的液晶顯示屏上的數(shù)值，判斷發(fā)送和接收是否對(duì)應(yīng)。接收部分同樣使用C52 單片機(jī)最為核心，將發(fā)送端發(fā)送過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后通過 1602 顯示出接收到的數(shù)據(jù) ，如果發(fā)送 數(shù)據(jù)模塊 顯示器上的數(shù)據(jù)和 接收數(shù)據(jù)模塊 顯示器 上的數(shù)據(jù)顯示是 一致的，則表示數(shù)據(jù)成功的發(fā)送和接收。整個(gè)通訊系統(tǒng)由接收數(shù)據(jù)模塊和發(fā)送數(shù)據(jù)模塊一同組成，在數(shù)據(jù)接收和發(fā)送中采用的硬件模塊是挪威公司生產(chǎn)的 nrf24l01，以及后期生產(chǎn)中添加的一系列外圍電路。 并且在課題中用用了被大眾所廣泛使用的 STC89C52 單片機(jī)來控制無線接收模塊和無線接收模塊，因?yàn)槭褂昧藷o線電傳輸技術(shù)，所以可以很好的進(jìn)行近距離和較遠(yuǎn)距離的無線通信。 LCD1602 外觀 圖如圖 22 所示 。 1602 價(jià)格 便宜， 而 12864價(jià)格 稍貴 ，在編程使用方面，兩者難 度差不多，原理差不多，都是寫地址、寫指令、寫數(shù)據(jù)等。而 LCD1602 屬于 字符型 ，專門用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)和 幾種 自定義符號(hào)。 顯示模塊 選擇 從液晶顯示器可以顯示的內(nèi)容來區(qū)分，可以 將液晶顯示器 分為點(diǎn)陣式、字符式、段式。在交通方面，比如現(xiàn)在的無基于 單片機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 人駕駛技術(shù)。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面如：無線水庫水位監(jiān)測(cè)、稻田液位檢測(cè)、大棚蔬菜內(nèi)的二氧化碳含量、魚塘里的含氧量等。同時(shí)無線傳輸技術(shù)還具有良好的抗干擾性能、可以大面積的覆蓋、直接穿透障礙物等有點(diǎn)而被大眾所喜愛。因?yàn)?無線電的傳輸不需要依靠介質(zhì)，并且 無線電采用 0 和 1 的的二進(jìn)制編碼進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，所以在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，其可靠性較高。 所以 在 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中聲控方式不太適用。所以不能作為遠(yuǎn)距離傳輸?shù)倪x擇，只能在小范圍內(nèi)的對(duì)電阻器件進(jìn)行控制。因?yàn)榧t外遙控的諸多優(yōu)點(diǎn)，所以紅外遙控技術(shù)也被許多的電子設(shè)備的廠商所青睞，在目前的電子設(shè)備中紅外遙控技術(shù)被應(yīng)用的最多的當(dāng)屬家用電器，因?yàn)閷?shí)用性強(qiáng)也越來越受到大眾用戶的喜愛。 STC89C52 的引腳圖如圖 21所示 。因?yàn)?單片機(jī)提供了 8K 的 可編程 flash 存儲(chǔ)，所以 使得 單片機(jī)可以在很多的可嵌入式系統(tǒng)中得以使用，并發(fā)揮出良好的性能 。 STC89C52 單片機(jī)是宏晶科技有限公司生產(chǎn)的一種適用性強(qiáng)、實(shí)用性高、能耗低、具有比較大的可編程空間、被市場(chǎng)廣泛認(rèn)可的單片機(jī)。這種單片機(jī)的應(yīng)用較多，資料齊全，易上手。 通用型單片機(jī)的適用范圍較廣，既能適用于工業(yè)控制，又能適 用于家庭生活等。一般來說，工控型單片機(jī)具有運(yùn)算能力強(qiáng)、尋址范圍大等優(yōu)點(diǎn)：家用型單片機(jī)一般是專用型的，比如我們生活中的空調(diào)、電視機(jī)、電飯鍋、電磁爐等都需要用到這種封裝小、價(jià)格低、易操作、集成度高、抗干擾較強(qiáng)的單片機(jī)。例如：控制總線可以用來控制外部引腳、數(shù)據(jù)總線用于與外部進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、地址總線用來尋址等。 總線型單片機(jī)提供并行總線。 單片機(jī) 選擇 單片機(jī)作為信息時(shí)代的產(chǎn)物，收到許許多多的企業(yè)和個(gè)人青睞，從目前的發(fā)展?fàn)顩r和應(yīng)用的角度上來看，可以將單片機(jī)粗略的分為總線型單片機(jī)。 基于 單片機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 2 方案設(shè)計(jì)選擇 由于目前遠(yuǎn)程控制技術(shù)的控制