【正文】 開 始 接 收 到 數(shù) 據(jù) ？啟 動 N R F 2 4 L 0 1節(jié) 點(diǎn) 編 號 檢 測 ？顯 示 節(jié) 點(diǎn) 2溫 濕 度顯 示 節(jié) 點(diǎn) 3溫 濕 度顯 示 節(jié) 點(diǎn) 4溫 濕 度是 否 超 過溫 濕 度 上 限 值 ？報 警 并 閃 爍結(jié) 束繪 制 系 統(tǒng) 界 面預(yù) 設(shè) 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(shè)置低 8 位地址，高 32 位地址與通道 1 相同，無需設(shè)置 )，各通道接收數(shù)據(jù)長度設(shè)置為 4 個字節(jié)，各通道工作頻率設(shè)為 (收發(fā)保持一致 )，各通道發(fā)射速率為 1Mb/s。單片機(jī)控制引腳 CE 為低，使 nRF24L01 進(jìn)入待機(jī)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(jìn) 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(yīng) 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(jié) 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(dá)到設(shè)定的最大重發(fā)次數(shù)時還沒有收到應(yīng)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(chǎn)生 MAX_RT 中斷后加一。 自動重發(fā)： 當(dāng)發(fā)完數(shù)據(jù)后，如果在有效應(yīng)答的時間范圍內(nèi)沒收到應(yīng)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(yīng)答：數(shù)據(jù)發(fā)送完后，立即進(jìn)入接收模式。 發(fā)送數(shù)據(jù)：設(shè)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(shè)置定時器 0 高低位字節(jié)初始值，初始化 flag 標(biāo)志為 0，設(shè)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(shè)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(shè)置為接收模式來接收應(yīng)答信號，并且允許自動應(yīng)答，自動重發(fā) 10 次，間隔為 500μs。 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 單片機(jī)軟件設(shè)計 發(fā)送端流程 初始化無線模塊 nRF24L01：單片機(jī)控制引腳 CE 為低，使 nRF24L01 進(jìn)入待機(jī)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(yīng)信號為高電平，則AM2301 沒有響應(yīng)。 MCU 發(fā)送開始信號結(jié)束后，延時等待 20～ 40μs后，讀取 AM2301 的響應(yīng)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(yīng)， 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(dāng)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(yàn)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(yàn)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(yàn)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(dá) 20 米以上，使其成為各類應(yīng)用場合的最佳選擇。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲存在 OTP(One Time Programable)內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào) 9 用這些校準(zhǔn)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(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)信息是從MISO 輸出給單片機(jī) 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(jìn)入空閑模式 1。若此時自動應(yīng)答開啟，接收方則同時進(jìn)入發(fā)射狀態(tài)回傳應(yīng)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(jī)模式 1 1 0 0 無數(shù)據(jù)傳輸 待機(jī)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(jìn)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(dá)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(yīng)答開啟，那么 nRF24L01 在發(fā)射數(shù)據(jù)后立即進(jìn) 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(diǎn)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(diǎn)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(jī)與無線模塊通信及其電源轉(zhuǎn)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(jī)輸出從機(jī)輸入 ， MISO(Master In Slave Out)主機(jī)輸入從機(jī)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(shè)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(jī)與無線模塊通信及其 電源轉(zhuǎn)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(dá)到 2Mb/s。 nRF24L01 無線模塊 nRF24L01模塊電路圖 nRF24L01(張玉建， 20xx；劉靖 等， 20xx)芯片是由 NORDIC 公司生產(chǎn)一款無線通信芯片，采用 FSK 調(diào)制方式，內(nèi)部集成有 NORDIC 自己的 Enhanced Short Burst 協(xié)議。 ATmega16L系列單片機(jī)管腳如圖 2 所示。單片機(jī)復(fù)位端低電平有效，系統(tǒng)上電后 由 RC 充放電電路實(shí)現(xiàn) 自動復(fù)位，也可短按復(fù)位按鍵 S1 實(shí)現(xiàn)手動復(fù)位 (王衛(wèi)星， 20xx)。 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(diǎn)畫線，設(shè)計成比較理想的結(jié)果，但考慮到監(jiān)測節(jié)點(diǎn)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(jī)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(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。工作電壓范圍為 ～ ，可以直接和單片機(jī)的 I/O 口相連。通過單片機(jī)等微處理器單總線的電路 連接就能實(shí)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。此器件測溫精度高、電源電壓范圍寬，但須差分放大器放大和 A/D 轉(zhuǎn)換，需要元器件多，且價格較貴。 綜合考慮各方面因素，采 用方案三作為本系統(tǒng)的無線通信方案。 方案三：采用 nRF24L01 無線射頻模塊進(jìn)行通信， nRF24L01 是挪威 Nordic 公司推出的單片射頻收發(fā)芯片，工作于 ～ ISM 頻段，抗干擾能力強(qiáng)，能耗非常低，滿足多點(diǎn)通信和跳頻通信需要。 ATmega16L(發(fā)送端 ) DHT11 溫濕度傳感器 紅外模塊 ISP 下載模塊 NRF24L01 無線模塊 LCDTFT 顯示模塊 GSM 報警模塊 蜂鳴器 ATmega128 (接收端 ) 從機(jī)結(jié)構(gòu)框圖 主機(jī)結(jié)構(gòu)框圖 NRF24L01 無線模塊 3