【正文】 。調試時先調試發(fā)送端，發(fā)送固定數(shù)值，禁用自動應答功能，禁用自動重發(fā)功能，通過讀狀態(tài)寄存器，查看發(fā)送成功標志是否置位檢 測是否發(fā)送成功。調試時不加入無線收發(fā)，直接用液晶顯示結果，調節(jié)好定時器時間后監(jiān)測正常。調試過程發(fā)現(xiàn)虛焊和短路情況，排除此類情況。還有 USB電源供電電壓不足的問題，電源電壓經(jīng)過供電給負載，電壓下降 ，致使單片機不正常工作。 在斷電的情況下，除單片機以外，用仿真插頭將所連接電路與單片機仿真器的仿真接口相連，為軟件調試做好準備。 通電后，確認主控芯片沒有發(fā)燙，再檢查各器件引腳的電位，仔細測量各點電位是否正常，尤其注意單片機的插座上的各點電位，若有高壓，將有可能損壞單片機仿真器。特別注意電源的正負極以及電源之間是否有短路，并重點檢查地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線是否存在相互間的短路或其他信號線的短路。即做成一塊印制電路板。接下來是 腐蝕線路板 ，檢查一下 電路板 是否轉印完整，將少數(shù)沒有轉印好的線路用黑色油性筆修補 后 再進行 腐蝕。將熱轉印機事先預熱，溫度設定在 160～200 攝氏度。 接收端程序流程如圖 10 所示。接收到的數(shù)據(jù)為四個字節(jié)，第一字節(jié)為終端節(jié)點號，第二字節(jié)為 濕 度值，第三 字節(jié)為溫度值，第四字節(jié)為 數(shù)據(jù)和校驗 信息。 接 收 配 置 初 始 化T F T及N R F 2 4 L 0 1 開 始 接 收 到 數(shù) 據(jù) ？啟 動 N R F 2 4 L 0 1節(jié) 點 編 號 檢 測 ？顯 示 節(jié) 點 2溫 濕 度顯 示 節(jié) 點 3溫 濕 度顯 示 節(jié) 點 4溫 濕 度是 否 超 過溫 濕 度 上 限 值 ？報 警 并 閃 爍結 束繪 制 系 統(tǒng) 界 面預 設 溫 濕 度上 限 值 顯 示是是否否23 4 圖 10 接收端程序流程圖 接收到數(shù)據(jù)檢測：讀取狀態(tài)寄存器，判斷是否接收到數(shù)據(jù)。各通道接收地址(RX_ADDR_P0 RX_ADDR_P5)與發(fā)送端地址 (TX_ADDR)相同 (其中通道 25 只需設置低 8 位地址，高 32 位地址與通道 1 相同，無需設 置 )，各通道接收數(shù)據(jù)長度設置為 4 個字節(jié)，各通道工作頻率設為 (收發(fā)保持一致 )，各通道發(fā)射速率為 1Mb/s。單片機控制引腳 CE 為低，使 nRF24L01 進入待機模式。 延 時 1 s讀 取 溫 濕 度數(shù) 據(jù) 處 理 及 裝 載初 始 化 定 時 器 0定 時 1 s ？進 入 中 斷啟 動 N R F 2 4 L 0 1初 始 化 N R F 2 4 L 0 1發(fā) 送 數(shù) 據(jù)收 到 應 答 ？自 動 重 發(fā)超 重 發(fā) 數(shù) ？I R Q 中 斷等 待 定 時 中 斷開 始結 束是否是否否是 圖 9 發(fā)送端 程序流程圖 接收端流程 初始化液晶顯示 TFT 和無線模塊 nRF24L01：初始化 TFT 為黑屏。如果重發(fā)次數(shù)在達到設定的最大重發(fā)次數(shù)時還沒有收到應答信號的話，在 MAX_RX 中 12 斷清除之前不會重發(fā)數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包丟失計數(shù)器 (PLOS_CNT)在每次產生 MAX_RT 中斷后加一。 自動重 發(fā)： 當發(fā)完數(shù)據(jù)后，如果在有效應答的時間范圍內沒收到應答信號，且 自動重發(fā)計數(shù)器溢出，則狀態(tài)寄存器的 MAX_RT 位置高，不清除 TX_FIFO 中的數(shù)據(jù)。 判斷是否收到應答：數(shù)據(jù)發(fā)送完后，立即進入接收模式。 發(fā)送數(shù)據(jù)：設置 PRIM_RX 為低、 CE 為高，啟動發(fā)射模式， CE 高電平持續(xù)時間最小為 10μs。設置定時器 0 高低位字節(jié)初始值，初始化 flag 標志為 0，設置定時器模式寄存器和中斷寄存器。兩次溫濕度采集的時間間隔不少于 1 秒，程序設定延時 秒 。 初次讀溫濕度值：延時 1 秒 鐘，待 AM2301 上電穩(wěn)定后，讀取一次溫濕度數(shù)據(jù)。將通道 0（ 或者其他通道 ） 設置為接收模式來接收應答信號，并且允許自動應答，自動重發(fā) 10 次，間隔為 500μs。 4 系統(tǒng)軟件設計 單片機軟件設計 發(fā)送端流程 初始化無線模塊 nRF24L01：單片機控制引腳 CE 為低，使 nRF24L01 進入待機模式。該模塊的控制器為 ILI9325， 具有 26萬像素， 320240 的分辨率， 16 位真彩顯示，自帶觸摸屏，可以用來作為控制輸入。 TFTLCD 也被叫做真彩液晶顯示 器。 顯示模塊 TFTLCD RSRWRDDB10DB11DB12DB13DB14DB15DB16DB17CSRSTLEDK1 23 45 67 89 1011 1213 1415 1617 1819 2021 2223 2425 2627 2829 3031 3233 3435 3637 3839 40TFTLCDVCCRSRWRDDB10DB11RSTDB12DB13DB14DB15DB16DB17CSVCCNCNCNCNCNCNCNCNCNCNCNCNCNCNCNCNCNCPD1TP_DOUTTP_BUSYTP_DINTP_CSTP_DCLK 圖 6 彩屏 TFT 電路圖 顯示模塊 采用 TFTLCD（ Thin Film TransistorLiquid Crystal Display） 即薄膜晶體管液晶顯示器。如果讀取響應信號為高電平，則AM2301 沒有響應。 MCU 發(fā)送開始信號結束后，延時等待 20～ 40μs 后，讀取 AM2301 的響應信號， MCU 發(fā)送開始信號后，可以切換到輸入模式，或者輸出高電平均可，總線由上拉電阻拉高。 總線空閑狀態(tài)為高電平， MCU 把總線拉低等待 AM2301 響應， MCU 把總線拉低必須大于 18 毫秒，保證 AM2301 能檢測到起始信號。其中 濕度 =％ ， 溫度 =℃ （當溫度低 于 0℃ 時溫度數(shù)據(jù)的最高位置 1） 。其中前 16 位是 濕度數(shù)據(jù) ，接下來 16 位是 溫度數(shù)據(jù) ，最后 8 位數(shù)據(jù)是溫濕度 校驗和 ，即 濕度高 8 位 +濕度低 8 位 +溫度高 8 位 +溫度低 8 位 =數(shù)據(jù)的末 8 位 =校驗和 。 數(shù)據(jù)格式： 40bit 數(shù)據(jù) =16bit 濕度數(shù)據(jù) +16bit 溫度數(shù)據(jù) +8bit 校驗和。電源引腳（ VDD， GND）之間可增加一個 100nF 的電容，用以去耦濾波。 AM2301工作原理 AM2301 的供電電壓為 5V。 AM2301接口及溫濕采集電路 表 4 所示為 AM2301 各管腳功能，圖 5 所示為 AM2301 溫濕度采集電路圖。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離 理論上 可達 20 米以上，使其成為各類應用場合的最佳選擇。校準系數(shù)以程序的形式儲存在 OTP(One Time Programable)內存中，傳感器內部在檢測信號的處理過程中要調 9 用這些校準系數(shù)。傳感器包括一個電容式感濕元件和一個 NTC(Negative Temperature Coefficient)測溫元件。其中采集溫度的精度為 ? C? ，采集相對濕度的精度為 ? 3%。nRF24L01 的配置寄存器共有 25 個，常用的配置寄存器如表 3 所示。相應的狀態(tài)和數(shù)據(jù)信息是從MISO 輸出給單片機 ATmega16L。但針對單個字節(jié)而言，要先 送高位再送低位。 最后接收成功時，若 CE 變低，則 nRF24L01 進入空閑模式 1。若此時自動應答開啟，接收方則同時進入發(fā)射狀態(tài)回傳應答信號。 表 2 nRF24L01 工作模式及配置 工作模式 PWR_UP PRIM_RX CE FIFO 寄存器狀態(tài) 接收模式 1 1 1 數(shù)據(jù)在 RX FIFO 寄存器中 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 下降沿 停留在發(fā)送模式，直至數(shù)據(jù)發(fā)送完 待機模式 1 1 0 0 無數(shù)據(jù)傳輸 待機模式 2 1 0 1 TX FIFO 為空 掉電 0 0 0 無數(shù)據(jù)傳輸 接收數(shù)據(jù)：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。最后發(fā)射成功時。若重發(fā)次數(shù)達到上限，MAX_RT 置高， TX FIFO 中數(shù)據(jù)保留以便再次重發(fā)。若自動應答開啟，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）。 7 nRF24L01模塊工作原理 發(fā)射數(shù)據(jù)：先將 nRF24L01 配置為發(fā)射模式，再把接收節(jié)點地址 TX_ADDR 和有效數(shù)據(jù) TX_PLD 按照時序由 SPI 口寫入 nRF24L01 緩存區(qū)。 nRF24L01模塊工作模式 通過配置寄存器可將 nRF241L01 配置為發(fā)射、接收、空閑及掉電四種 工作模式，如表 2 所示。圖 4 所示為單片機與無線模塊通信及其電源轉換電路圖，圖中 CE(Control Enable)使能控制線 ， CSN(Channel Sequence Number) 頻道序號， MOSI (Master Out Slave In)主機輸出從機輸入 ， MISO(Master In Slave Out)主機輸入從機輸出 ， SCK(Serial Clock)串行時鐘線 ， IRQ(Interrupt Request)中斷請求位， 分別跟 ATmega16L 的 PB3～ PB7 以及 PD2 端口連接。nRF24L01 功耗低，在以 6 dBm 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)能設計更方便。 P7++CE1CSN2SCK3MOSI4MISO5IRQ6VDD7VSS8XC29XC110VDD_PA11ANT112ANT213VSS14VDD15IREF16VSS17VDD18DVDD19VSS20NRF24L011 216MY11MR122pFC122pFC2C3C415pFC515pFC612nHL1L2L310nFC91nFC833nFC722KR2E1CECSNSCKMOSIMISOIRO 圖 3 nRF24L01 模塊電路圖 nRF24L01模塊接口電路 10uFC10LM111710uFC91 23 45 67 8NRF24L01CESCKMISO1KR3GND+5VD2LED2CESCKMISOCSNMOSIIRQ 圖 4 單片機與無線模塊通信及其 電源轉換電路圖 6 nRF24L01 是一款新型單片射頻收發(fā)器件，工作于 GHz～ GHz ISM(Industrial Scientific Medical)頻段。通信速度可以達到 2Mb/s。 5 nRF24L01 無線模塊 nRF24L01模塊電路圖 nRF24L01(張玉建， 2021；劉靖等， 2021)芯片是由 NORDIC 公司生產一款無線通信芯片，采用 FSK 調制方式，內部集成有 NORDIC 自己的 Enhanced Short Burst 協(xié)議。 ATmega16L系列單片機管腳如圖 2 所示。單片機復位端低電平有效，系統(tǒng)上電后 由 RC 充放電電路實現(xiàn) 自動復位，也可短按復位按鍵 S1 實現(xiàn)手動復位 (王衛(wèi)星， 2021)。 綜合以上方案，選擇了可顯示人性化界面的 TFTLCD 作為接收端的顯示。該模塊的控制器為 ILI9325,具有 26 萬像素， 320240 的分辨率， 16 位真彩顯示。 LCD12864是一款通用的液晶顯示屏，能夠顯示常用的漢字及 ASCII 碼，而且能夠繪制圖片，描點畫線，設計成比較理想的結果，但考慮到監(jiān)測節(jié)點較多，需顯示的信息較多，而其最多只能顯示四行信息。 顯示模塊方案 方案一：采用字符液晶 LCD1602 顯示信息， LCD1602 是一款比較通用的字符液晶模塊，能 顯示字符和數(shù)字等信息，且價格便宜，容易控制。 而 AM2301 外圍電路簡單，并且精度相比于 DHT11 高。線路簡單，編程容易，但是比 AD590 精度低。 外圍電路簡單，只需在數(shù)據(jù)口上拉一 個 5K 歐電阻，便可直接和 ATmega16L 單片機的 I/O 口相連 。它 是電阻式感濕元件 DHT11 濕度傳感器的升級版，具有高精度， 低功 耗、抗干擾能力強等優(yōu)點。工作電壓范圍為 ～ ，可以直接和單片機的 I/O 口相連。通過單片機等微處理器單總線的電路連接就能實時地 采集本地溫度和濕度信息。此方法測相對濕度信息精度較差，也需要較多元器件。此器件測