仓库多点无线采集系统的设计.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流.精品文档.仓库多点无线采集系统的设计【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流.精品文档.仓库多点无线采集系统的设计仓库多点无线采集系统的设计【摘要】烟草仓储的过程中，仓库环境温湿度的变化和波动，都会对自然发酵的进度和卷烟质量产生很大的影响，甚至对人体造成了极大的毒害，所以如何控制好仓库环境的温湿度是极其必要的。 本设计研究如何对烟草仓库进行无线多点采集，设计利用了 STC89C52 单片机，结合无线模块 NRF2401+进行传输温湿度、热释电信号来实现采集功能。该系统分为主机和从机模块，从机可以把温湿度、热释电信号传输给主机， 在主机上的工作人员不仅可以设置从机温湿度的上下限值而启动相应的措施来保证仓库的温湿度在安全范围内， 而且可以接收从机传来的热释电信号进行防盗报警。【关键词】无线温度 湿度热释电信号防盗【Abstract】The changes of temperature and moisture will change the naturalferment of tobacco, which will affect the quality and even poison humanshealth, so how to control a balance temperature and moisture of thestorehouse is very very importantly. This design use MCU(STC89C52) andunited wireless module (NRF2401) to monitor temperature-moisture signalsand heat-release-electricity signals and study the way of wirelessmulti-point acquisition. This system is consists of host and slave.Theslavetransfersthetemperature-moisturesignalsandheat-release-electricity signals to the host, and then the workers canset the limitation of highest and lowest temperature on the host that canturn on the dehumidifiers, sprinklers, and air-conditioning cooling andheating system in the warehouse where the slaves is in, and also thissystem can alarm using anti-theft signal.【Key Words】wirelesstemperaturemoistureheat-release-electricitysignalanti-theft目录1 绪论.31.1 浅谈烟草仓库温湿度控制系统的重要性.31.2 目前烟草仓库温湿度控制的现状与发展前景.3本论文的主要内容.42NRF24L01 无线模块的简介.42.1 NRF24L01 引脚配置.42.2 工作原理.42.3 射频数据包.53 本课题的设计方案.53.1 本课题的总体方案.53.2 无线模块方案.63.3 CPU 主控制模块方案.63.4 温湿度传感器选择方案. 73.5 电源方案.73.6 显示方案.83.7 数据包处理方式选择.9本章小结.94 多点无线温湿度采集系统的硬件设计. 94.1 硬件系统结构.9【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流.精品文档.4.2.最小系统模块.104.3 电源模块.104.4 NRF2401 模块.104.5 采集模块.114.6 LCD 显示模块.11本章小结.115 多点无线温湿度采集系统的软件设计.115.1增强型 ShockBurstTMMode 的发送流程. 115.2增强型 ShockBurstTMMode 的接收流程. 115.3 主机的无线传输流程.125.4 从机程序流程.13本章小结.146 多点无线温湿度采集系统的实物展示. 146.1 实物展示.146.2 结果评论与展望.15参考文献.15致谢语.15附录一：原理图.161 绪论近年来，不仅烟草公司的不断增加，市场竞争力越来越大，而且人们对于烟草的质量也越来越重视，因此烟草仓库环境的温湿度也得到了极大的重视1.1 浅谈烟草仓库温湿度控制系统的重要性烟草仓库作为烟草的储存地,必须维持相对恒定的温度、湿度环境,由于库容一般都比较大,室内温湿度场比较复杂,设计一套完善的温湿度控制系统就非常必要。烟草的“毛吸作用”很强,在高温高湿的环境里,容易吸收过量水分;而当环境温湿度降低时又将过量的水分释放出来,在表面凝结成水。 这样,就为各种微生物的繁殖提供了适宜的条件,容易造成烟草的大面积变色、变质、冲烧、霉烂及虫蛀。 同时,在干旱地区,夏季的相对湿度很低,外界环境甚至15%,造成烟叶燥碎率很高,损耗增加,色泽及味道均有不同程度的劣化,致使卷烟质量下降,有的烟草企业每年仅烟叶燥碎造成的损失就高达百万元。 而且仓库的温湿环境品质直接影响烟叶的自然醇化效果,而烟草醇化效果则决定了卷烟制成品的品质。因此通过控制烟叶存放环境的温湿度,为烟草存放提供适宜的环境条件,避免因湿度过大造成霉变,或因湿度过低、 温度过高造成燥碎而形成经济损失;同时适宜的条件有利于提高自然醇化质量,提高制成品内在品质,对增强卷烟的市场竞争力十分有利【1】。1.2 目前烟草仓库温湿度控制的现状与发展前景为了达到保证卷烟质量防止劣化的目的， 目前仓库温湿度调节有以下几种方法：（1）通风降温降湿：通风降温降湿是在掌握第一手资料后，也就是说当库外的温度.湿度低于库内时可敞开门窗通风驱热降温。通风条件差的可利用排风扇： 鼓风机强制通风降温。此种情况方法应根据库外的天气变化规律恰到好处即可。（2）密封隔潮土法吸潮：在高湿季节，库外的湿度往往高于库内，在卷烟人库时最好只打开一个门，其它门窗关闭密封，尽量少开或不开，以减少潮气冲入，在库内可以采用氧化钙.石灰.木炭吸潮.但必须注意防止污染卷烟。【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流.精品文档.（3）窗外遮阳隔热：太阳辐射是通过墙体.门窗把热量传到库内，是库内温度升高的主要热源，根据这一现象，可在门窗外加遮阳物品，如门帘.窗帘.遮阳棚等以减少太阳辐射的热量进入库内。对于以上的几种调节方法，获得准确的库内温湿度和库外温湿度以及气象资料便是必不可少的第一手资料， 由于各种原因使得以上几种方法难于实施于大型公司，无线温湿度采集系统成了今后仓库不可缺少的控制系统【2】。本论文的主要内容本课题研究的 RFID 数据传输控制系统，针对的是 2.4GHz-2.5GHz ISM 频段的有源射频技术【3】，设计了一款基于 nRF2401 射频收发芯片的有源 RFID 的多点无线采集系统。该数据传输系统由一台主机和两台从机构成，两台从机可以读取温湿度与热释电信号并显示温湿度， 通过无线模块可以发送温湿度与热释电信号让主机接收并显示，主机可以设定两台从机温湿度的上限值与下限值，发送给从机，控制从机采取相应的措施（除湿机、洒水机、空调制冷制热） ，主要应用于菜棚.烟草仓库温湿度采集等场所。本论文的第一部分是NRF2401无线模块简介； 第二部分是本课程的设计方案；第三部分是多点无线温湿度采集系统的硬件设计； 第四部分是多点无线温湿度采集系统的软件设计；第五部分是多点无线温湿度采集系统的实物展示。2NRF24L01 无线模块的简介NRF2401 无线模块是目前最常用的无线模块，该模块性价比高.使用简单，深受初学者的喜爱，该章简单介绍了该模块的主要知识点。2.1 NRF24L01 引脚配置通过配置寄存器可将 nRF24L01 配置为发射、接收、空闲及掉电四种工作模式，如表 3.1 所示。表 3.1 nRF24L01 工作模式模式PWR_UPPRIM_RXCEFIFO 寄存器状态接收模式111-发射模式101数据在 TX FIFO 寄存器中发射模式1010停留在发送模式，直至数据发送完待机模式 2101TX_FIFO 为空待机模式 11-0无数据传输掉电0-待机模式 1 主要用于降低电流损耗，在该模式下晶体振荡器仍然是工作的；待机模式 2 则是在当 FIFO 寄存器为空且 CE=1 时进入此模式；待机模式下，所有配置字仍然保留。在掉电模式下电流损耗最小，同时 nRF24L01 也不工作，但其所有配置寄存器的值仍然保留【5】。2.2 工作原理发射数据时，首先将 nRF24L01 配置为发射模式：接着把接收节点地址TX_ADDR 和有效数据 TX_PLD 按照时序由 SPI 口写入 nRF24L01 缓存区，TX_PLD必须在 CSN 为低时连续写入，而 TX_ADDR 在发射时写入一次即可，然后 CE 置为高电平并保持至少 10s，延迟 130s 后发射数据;若自动应答开启，那么nRF24L01 在发射数据后立即进入接收模式，接收应答信号（自动应答接收地址【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流.精品文档.应该与接收节点地址 TX_ADDR 一致） 。 如果收到应答， 则认为此次通信成功， TX_DS置高， 同时TX_PLD从TXFIFO中清除;若未收到应答， 则自动重新发射该数据(自动重发已开启)，若重发次数(ARC)达到上限，MAX_RT 置高，TXFIFO 中数据保留以便在次重发;MAX_RT 或 TX_DS 置高时，使 IRQ 变低，产生中断，通知 MCU。最后发射成功时,若 CE 为低则 nRF24L01 进入空闲模式 1;若发送堆栈中有数据且CE 为高， 则进入下一次发射;若发送堆栈中无数据且 CE 为高， 则进入空闲模式 2。接收数据时,首先将 nRF24L01 配置为接收模式，接着延迟 130s 进入接收状态等待数据的到来。当接收方检测到有效的地址和 CRC 时，就将数据包存储在RXFIFO 中，同时中断标志位 RX_DR 置高，IRQ 变低，产生中断，通知 MCU 去取数据。若此时自动应答开启，接收方则同时进入发射状态回传应答信号。最后接收成功时，若 CE 变低，则 nRF24L01 进入空闲模式 1。在写寄存器之前一定要进入待机模式或掉电模式。表 3.2 常用配置寄存器地址（H）寄存器名称功能00CONFIG设置 24L01 工作模式01EN_AA设置接收通道及自动应答02EN_RXADDR使能接收通道地址03SETUP_AW设置地址宽度04SETUP_RETR设置自动重发数据时间和次数07STATUS状态寄存器，用来判定工作状态0A0FRX_ADDR_P0P5设置接收通道地址10TX_ADDR设置接收接点地址1116RX_PW_P0P5设置接收通道的有效数据宽度2.3 射频数据包无论是直接收发模式还是 ShockBurstTM模式，其发射或接收的数据包均由四部组成，分别为字头、地址、有效数据和 CRC 校验码,如下图 3.6 所示。图 3.6 发射或接收的数据包字头置于通信信号最前端，标志着通信信号开始。该字头有两种形式存在；01010101 和 10101010。字头形式由地址码的第一位决定，若地址码第一位为 0，字头则为 01010101,反之亦然。地址宽度可以是 3、4 或 5 字节宽度。数据宽度可设置为 132 字节。CRC 校验是可选的，可设置为 02 字节宽度。3 本课题的设计方案该章节主要介绍了本论文的总体系统以及各个模块方案的选择，通过了这章节的概述与比较，更加优化了设计的方案。3.1 本课题的总体方案根据第一章的要求，可以分为几大模块：在主机上，有键盘模块，中央处理器，显示模块，无线模块，电源模块，如下图 3.1.1 所示。在从机上，有人体感应模块.温湿度模块， 中央处理器， 显示模块， 无线模块， 电源模块， 如下图 3.1.2所示。【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流.精品文档.键盘输入中央处理器显示模块无线模块电源模块3.1.1 主机中央处理器显示模块人 体 感应模块温 湿 度模块电源模块3.1.2 从机无线模块报警模块控制模块3.2 无线模块方案本设计中，由于有线的数据传输局限性太大，在遇到特殊的应用环境都将布线工程有极强的制约力，如果系统需要增加新的设备也非常麻烦，所以用无线模块来进行传输数据，来代替有线的数据传输，有以下两种选择方案。方案一：采用一种新型的单片无线收发数传 MODEM 模块 PTR2000，该器件为超小型模块器件，具有超低功耗、高速率（19.2Kbps）无线收发数据传输功能。因其编程时对工作模式和工作频道的选择要求太高。方案二：采用 NRF24L01 单片机，最高工作速率可达 2Mbps，具有高效 GFSK调制，抗干扰能力强，有 125 频道，可以满足多点通信和跳频通信需要，内置硬件 CRC 检错和点对多点通信地址控制，低功耗，模块可软件设地址，只有收到本机地址时才会输出数据（提供中断指示)，可直接接各种单片机使用，软件编程非常方便，内置专门稳压电路，使用各种电源包括 DC/DC 开关电源均有很好的通信效果， NRF24L01SE 配外置天线，无阻挡传输距离 50-100 米，NRF24L01B配 PCB 内置天线，无阻挡传输距离 20-50 米。通过上述各优点的比较， 能够符合本设计要求， 而且易于实现的只要方案二，因此采用方案二。3.3 CPU 主控制模块方案中央处理单元（Center Process Unit）指具有运算器和控制器功能的大规模集成电路，简称 CPU 或微处理器，微处理器在微机中起着最重要的作用，是微机的心脏，构成了系统的控制中心，对各部件进行统一协调和控制，有如下两种方案选择：方案一: 采用 STM32 嵌入式STM32 系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Corter-M3 内核。按性能分成两个不同的系列：STM32F103“增强型”系列和STM32F101“基本型”系列。增强型系列时钟频率达到 72MHz，是同类产品中性能【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流.精品文档.最高的产品；基本型时钟频率为 36MHz，以 16 位产品的价格得到比 16 位产品大幅提升的性能，是 16 位产品用户的最佳选择。两个系列都内置 32K 到 128K 的闪存，不同的是 SRAM 的最大容量和外设接口的组合。时钟频率 72MHz 时，从闪存执行代码， STM32 功耗 36mA， 是 32 位市场上功耗最低的产品， 相当于 0.5mA/MHz。方案二：采用 STC89C52 单片机STC89C52 单片机，它以经典的 8031 为内核，有一个 8 位的微处理器，不仅可以处理字节数据，还支持位操作，片内拥有 8KB 的 Flash ROM 程序存储器，256B RAM 的数据存储器，中断系统拥有 6 个中断源，分两级优先权，一个串行口，4 个 8 位并行 IO 口：P0、P1、P2、P3，具有很强的运算、控制能力，而且与其他单片机相比具有很强的稳定性，价格低，性价比高。综上所述， 根据本毕设的要求， 考虑了功能.性价比等因素， 选用了 STC89C52单片机。3.4 温湿度传感器选择方案在本次设计中，需要读取仓库环境的温湿度数值，温湿度传感器是指能够将温度量和湿度量转换成容易被测量出来的电信号的传感器， 在选择何种温湿度传感器器型号时，需要考虑测量范围.漂和温漂等因素，方案论证如下：方案一： DHT11 数字温湿度传感器是一款含有已校准熟悉信号输出的温湿度复合传感器，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个 NTC测温元件，并与一个高性能 8 位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个 DHT11 传感器都在即为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式存在 OTP 内存中，传感器内部在检测型号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达 20 米以上，使其成为给类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选择。产品为 4 针单排引脚封装，连接方便.方案二：采用热电阻温度传感器。热电阻是利用导体的电阻随温度变化的特性制成的测温元件。现应用较多的有铂、铜、镍等热电阻。其主要的特点为精度高、测量范围大、便于远距离测量。铂的物理、化学性能极稳定，耐氧化能力强，易提纯，复制性好，工业性好，电阻率较高，因此，铂电阻用于工业检测中高精密测温和温度标准。缺点是价格贵，温度系数小，受到磁场影响大，在还原介质中易被玷污变脆。按 IEC 标准测温范围-200650，百度电阻比 W（100）=1.3850时，R0 为 100和 10，其允许的测量误差 A 级为（0.15+0.002 |t|） ，B级为（0.3+0.005 |t|） 。铜电阻的温度系数比铂电阻大，价格低，也易于提纯和加工；但其电阻率小，在腐蚀性介质中使用稳定性差。在工业中用于-50180测温。通过了以上的比较和设计的要求，选择了方案一。3.5 电源方案单片机 STC89C52 与无线收发模块 nRF24L01 连接时，由于 STC89C52 工作电压为 5V，而 nRF24L01 工作电压为 3V 左右，因而要在两个芯片之间加上电压转换电路。方案论证如下：方案一：采用电位计进行分压根据电阻串联原理iURRRU2110（12）【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流.精品文档.在公式 1.2 中，Ui为单片机输出电压，Uo为分得电压，即 nRF24L01 的输入电压。通过调节电位计，使 Uo=3.3V，以此达到电平转换的作用。采用电位计通过分压来进行电平转换，虽说在理论上能够进行电平转换，但是在实践操作中，却存在着很大问题，主要体现在：人为影响太大。每次实验前都需检测与调节 Uo是否在 nRF24L01 的工作范围内，以防止 nRF24L01 被过高的电压烧坏，整个电平转换电路不够稳定。方案二：采用稳压模块 LM1117LM1117 它只有三个引脚，外接电路简单，只需要两个电容，就能够输出稳定的 3.3V 电压，为 nRF24L01 提供 3.3V 工作电源。在下图 3.5.1 中，引脚 1 接 5V电压，引脚 3 接地，引脚 2 便输出 3.3V 电压，来作为 nRF24L01 的工作电压，如表 3.5.2 所示。312图 3.5.1 LM1117 引脚分配图表 3.5.2LM1117 引脚功能引脚名称功能描述1VCC输入端2Vout输出端3GND地线综上所述，根据实验要求并比较以上两种方案，采用稳压模块 LM1117 电路简单易行，稳定性强，可实现电压转换。因而选用第二种方案。3.6 显示方案本设计中，在从机上需要把温湿度的数值传输到显示器上进行显示，在主机上显示从机无线发射过来的温湿度数值， 所以必须在 CPU 上外接一个显示外围电路，本设计有如下两种方案选择：方案一： 单片机扫描键盘得到功率预置值， 通过 IOB 高 8 位接口控制选定数码管，IOB 低 8 位接口控制数码管显示，将该值送到 LED 显示器中显示。其硬件原理如图 3 所示。此方 案 设 备体积大，功耗大，因此不采用此方案。图 3LED 硬件原理图方案二：用 1602 液晶显示器显示，该液晶是要一种 5X7 点阵图形来显示字符的GNDVCCVout【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流.精品文档.液晶显示器， 根据显示的容量可以分为 1 行 16 个字.2 行 16 个字.2 行 20 个字等等，选用 1602 液晶，具有体积小、质量轻、功耗低等优点，因此采用此方案。3.7 数据包处理方式选择在无线模块 NRF2401 中，有 ShockBurstTM和增强型 ShockBurstTM两种模式，下面分别对这两种模式进行介绍方案一.ShockBurstTM模式：ShockBurstTM模式下 NRF2401 可以与成本较低的低速 MCU 相连。高速信号处理是由芯片内部的射频协议处理的，NRF2401 提供 SPI 接口，数据率取决于单片机本身接口速度。ShockBurstTM模式通过允许与单片机低速通信而无线部分高速通信，减小了通信的平均消耗电流。在 ShockBurst 接收模式下，当接收到有效的地址和数据时 IRQ 通知 MCU，随后 MCU 可将接收到的数据从 RX_FIFO 寄存器中读出。在 ShockBurst 发送模式下，NRF2401 自动生成前导码及 CRC 校验，数据发送完毕后 IRQ 通知 MCU。减少了 MCU 的查询时间，也就意味着减少了 MCU的工作量同时减少了软件的开发时间。NRF2401 内部有三个不同的 RX_FIFO 寄存器（6 个通道共享此寄存器）和三个不同的 TX_FIFO 寄存器。在掉电模式下、待机模式下和数据传输的过程中 MCU 可以随时访问 FIFO 寄存器。这就允许 SPI 接口可以以低速进行数据传送，并且可以应用于 MCU 硬件上没有 SPI 接口的情况下。方案二：增强型ShockBurstTM增强型 ShockBurstTM模式可以使得双向链接协议执行起来更为容易、 有效。典型的双向链接为：发送方要求终端设备在接收到数据后有应答信号，以便于发送方检测有无数据丢失。 一旦数据丢失， 则通过重新发送功能将丢失的数据恢复。增强型的 ShockBurstTM模式可以同时控制应答及重发功能而无需增加 MCU 的工作量。综上所述的比较，选择方案二。本章小结本章主要讲解了本设计的总体方案，并且分别介绍了无线模块.中央处理器.温湿度传感器等的选择方案。4 多点无线温湿度采集系统的硬件设计根据前面几章的介绍与方案的选择，有了如下的系统结构，该章介绍了总体的硬件结构以及各个模块的作用与功能，4.1 硬件系统结构本系统应用 nRF2401 射频收发模块设计的多点无线控制系统,充分发挥了射频芯片高集成度、低功耗、工作频率稳定、无需曼彻斯特编码和底层通信协议设计、 设计简洁等优点,大大降低了设计成本,缩短了开发周期 ,可扩展性好。RFID系统的硬件设计框图如图 4.1.1 与图 4.1.2 所示.【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流.精品文档.键盘输入STC89C521602液晶显示NRF2401无线模块电源模块4.1.1 主机STC89C521602液晶显示热 释 电传感器DHT 温湿度模块电源模块4.1.2 从机NRF2401无线模块控制模块报警模块本系统主要分为射频接口，传感器和液晶显示三大部分,射频接口即为nRF2401 射频模块(包含外围元件及天线),控制系统即为微控制器(MCU)，本系统设计中主机和从机的微控制器(MCU)均采用低电压、微功耗、高性能单片机STC89C52RC,该单片机可采用 C 语言开发,内含 256 字节的随机存取数据存储器RAM,可以将驱动及控制 nRF2401 的程序写入该闪存,无需外接 EPROM 而简化了电路设计降低了系统功耗;STC 微控制器内置看门狗定时器,可有效避免程序跑飞,使系统抗干扰性大大增强。4.2.最小系统模块此模块由 STC89C52 单片机、时钟电路.复位电路组成，如下图 4.3.1 所示，时钟电路采用内部时钟利用单片机内部一个高增益的反向放大器， 把一个晶振和两个电容器组成的自激振荡电路接到 XTAL1（19 脚）和 XTAL2（18 脚）之间。振荡器发出的脉冲直接送入内部时钟电路。本最小系统中晶振采用 12M，起振电容采用 30pF 。CPU 第 9 管脚有复位（RST）功能，本设计具有上电复位功能。在单片机最小系统上电时，利用 R1 和 C3 充放电原理，从外部给 RST 脚 2 个机器周期以上的高电平，以达到实现的单片机最小系统的复位。此模块应用在主机以及两个从机上。图 4.3.1 最小系统4.3 电源模块此部分由芯片 LM1117-3.3V 三端稳压管及滤波电容组成，为无线模块NRF2401 提供 3.3V 直流电源， 用大电容滤低频， 小电容滤高频， 所以选择了 10uF滤低频.104 电容滤高频，如下图 4.3.1 所示，此模块应用在主机以及两个从机上。图 4.3.1 电源模块4.4 NRF2401 模块该模块有 NRF2401 芯片以及外围电路（电容.电阻.电感.晶振.天线等） ，该部分的每个与单片机相连的管脚都要加 2K 的限流电阻，如下图 4.4.1 所示，此【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流.精品文档.模块应用在主机以及两个从机上。图 4.4.1 NRF2401 无线模块4.5 采集模块4.5.1 热释电采集模块该部分由热释电传感器以及 LM339 电压比较器组成，由于热释电传感器传输过来的信号高电平只有 1.2V 左右，所以比较经过电压比较器后再进入单片机 I0口，如下图 4.5.1 所示。此模块应用在两个从机上。图 4.5.1 热释电模块4.5.2 温湿度传感器模块1 脚为电源 5V 接入线， 2 脚为串行数据线， 经过 10K 上拉电阻后进入单片机，3 脚悬空，4 脚接地。通过此方式可以采集到温湿度，如下图 4.5.2 所示。此模块应用在两个从机上。图 4.5.2 温湿度模块4.6 LCD 显示模块此模块为 1602 液晶显示模块，1 脚金额地，2 脚接 5V 电源，第 3 脚：V0 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影” ，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度，第4 脚：RS 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第 5 脚为 R/W 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作，当RS 和 RW 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当 RS 为低电平 RW 为高电平时可以读忙信号，当 RS 为高电平 RW 为低电平时可以写入数据，第 6 脚：E 端为使能端，当 E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令，第 714 脚为D0D7 为 8 位双向数据线，经过 2K 上拉电阻后与单片机连接，第 15 脚为背光电源正极接 5V 电源，第 16 脚为背光电源负极接地，如下图 4.6.1 所示，此模块应用在主机以及两个从机上图 4.6.1 显示模块本章小结本章小结本章主要讲述了烟叶仓库多点无线采集系统硬件的结构.以及对主机.从机上各个模块的简单介绍5 多点无线温湿度采集系统的软件设计本设计重点实现的是无线采集温湿度等，上章给出了硬件设计，本章将介绍软件部分，分别介绍了温湿度的采集程序，无线发射与接收等思路，阐述了无线采集温湿度实现的思路与方法。5.1增强型 ShockBurstTMTMMode 的发送流程使用的接口引脚为 CE、CLK1、DATA，其发送流程如图 5-1 所示。A. 当微控制器有数据要发送时， 将 CE 置高， 使 nRF2401 工作处于收发模式；B. 将接收点的地址和要发送的数据按时序送入 nRF2401；C. 微控制器把 CE 置低，激发 nRF2401 进行 ShockBurstTM发射；D. nRF2401 的 ShockBurstTM发射给射频前端供电；射频数据打包(加字头、CRC 校验码)；高速发射数据包；发射完成，nRF2401 进入等待状态。5.2增强型 ShockBurstTMTMMode 的接收流程使用的接口引脚为 CE、DR1、CLK1 和 DATA(以频道 1 为例)，其接收流程如上图图 5-2 所示。NONOnRF 处于猝发发射模式 CE=1nRF2401 测字头与地址数据地址是否正nRF 处于猝发发射模式 CE=1接收 MCU 传来的数据和地址【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流.精品文档.A.配置本机地址和要接收的数据包大小；B.进入接收状态，把 CE 置高；C.200us 后，nRF2401 进入监视状态，等待数据包的到来；D.当接收到正确的数据包时， nRF2401 自动把字头、 地址和 CRC 校验位去除；E. .nRF2401 通过把 DR1 置高，引起微控制器中断，通知微控制器可进行数据接收；F.微控制器把数据从 nRF2401 移出；G.所有数据移完，nRF2401 把 DR1 置低，此时如果 CE 为高，则等待下一个数据包，如果 CE 为低，则开始其它工作流5.3 主机的无线传输流程在主机上，首先要设置为接收模式，接收到两个从机的温湿度后并在主机上显示，按下 KEY1 按键后，可以设置温湿度的上下限值，在按下按键时为发射模式， 发射温湿度上下限值给两个从机并接收应答信号，在按下时停止发射温湿度上下限值变为接受模式，接受温湿度信号，流程图如下图 5.3 所示【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流.精品文档.开始NRF2401管脚配置NRF2401初始化接收模式发射模式Key是否按下等 待 外部中断接受温湿度以及热释电信号发 射 应答信号接收模式发 射 温湿 度 上下限值接收模式否是结束否是图 5.3 主机流程图读取温湿度值读取成功1602 显示结束初始化开始图 5.4.1 温湿度流程图5.4 从机程序流程5.4.1 读取温湿度信号流程在从机上，初始化后，拉高总线延时后传输数据，读取仓库的温湿度，校验【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流.精品文档.成功后显示，流程图如上图图 5.4.1 所示。5.4.2 从机无线传输流程读取温湿度后，无线模块设置为发射模式，发射温湿度后，进入接收模式，先接收应答信号并可以接收温湿度上下限值。如下图 5.4. 2 所示开始NRF2401配置NRF2401初始化发射温湿度与热释电信号接受模式等 待中断接受温湿度上下限值结束图 5.4.2 从机流程图否是发射模式本章小结本章主要介绍了无线传输的程序设计，在主机程序上讲述了 NRF2401 接受温湿度.热释电信号以及发射温湿度上下限值的理论实现方法，在从机上介绍了温湿度采集的原理以及发射温湿度.热释电信号的程序流程图。6 多点无线温湿度采集系统的实物展示本章中将展示了实物，通过对这此论文的评价发现其中的优点与缺点，指出今后可以改进的方案。6.1 实物展示下图 6.1 所示的就是本次的实物图，分为两个主机和一个主机，在从机上，有温湿度传感器，热释电传感器和无线模块等，在主机上有无线模块.STC89C52芯片等图 6.1 实物图【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流.精品文档.6.2 结果评论与展望6.2.1 结果评价本设计是基于 NRF2401 无线模块.DHT11 温湿度传感器.热释电传感器与STC89C52 单片机组成的烟草仓库温湿度采集控制系统，有了该系统，可以为烟草存放提供适宜的环境条件，避免因湿度过大造成霉变，或因湿度过低.温度过高造成燥碎而形成经济损失，同时适宜的条件有利于提高自己醇化质量，提高制成品内在品质，对增强卷烟的市场竞争力十分有利。本设计中，主机与从机距离大于 10m 左右后开始无法接收，在人体与热释电模块距离超过 2m 左右时也将无法检测，在一天里读几组温湿度数据如以下表格 6.2.1 所示，准确值为 ETH529电子温湿度的计测量数据，该型号测量范围是-50-70 度，湿度范围是 20-99%。表格 6.2.1子机 1子机 2准确值温度湿度温度湿度温度湿度16.460.7%16.261.0%16.560.7%17.557.2%17.957.4%17.757.1%20.456.7%56.556.0%20.656.3%23.054.7%22.754.4%22.954.8%20.661.9%20.761.7%20.762.0%17.367.2%17.167.5%17.267.5%6.2.2 展望由于价格.时间等原因，本设计选择了误差较大的 DHT11 温湿度传感器，使得结果有误差， 影响到仓库的控制， 由于使用 NRF2401 无线模块， 它功率不足，穿透性低，使得传输距离.空间有限，以太空网特别适合远程控制，配合电话交换网和 GSM，GPRS 无线电话网实现远程数据采集，它采用统一的网线，减少了布线成本和难度，避免多种总线并存，并且它可以和现有的基于局域网的 ERP 数据库管理系统实现无缝连接。所以以太网 GPRS 无线网总线式智能温湿度采集将在未来被广泛使用。参考文献【1】苏庆勇.卷烟仓库的温湿度管理及设备选用N.桂林航天工业高等专科学校学报2006 :3-5【2】李小兰.烟草仓库管理存在的主要问题与对策C.烟草商品学论文 2009.6.04 4-5【3】英庆，王代华，张志杰.基于 NRF24L01 的无线数据传输系统C.中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，2008:10-15【4】刘建平.单片 2.4GHz 无线收发一体芯片 nRF24L01 及其应用J.国外电子元器件.2004.6:36-38.【5】蒋俊峰编.无线收发芯片比较与选择J.今日电子，2003 年第 9 期:3-6【6】陈丽娟，常丹华.基于 nRF24L01 的无线数据通信J.电子器件，2006.1:248-250【7】黄智伟.单片无线收发集成电路原理与应用M.人民邮电出版社，2005.9:35-40【8】汪英.基于微机测控网络的温湿度及火盗警D.湖南大学，2007:101-103【9】马忠梅.单片机的 C 语言应用程序设计（修订版）M.北京航空航天大学出版社，1993【10】何立民.MCS-51 系列单片机应用系统设计M.北京航空航天大学出版社，1993致谢语本设计从设计理念.以及到完成作品始终是在导师和实验室老师们的亲切关怀和悉心指导下完成的，感谢傅智河老师给予我的帮助，他严肃的科学态度，严谨的治学精神都深深地感染和激励着我，正是有了他的帮助【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流.精品文档.才是我克服一个又一个的困难和疑惑，直到本文的顺利完成。此外，感谢四年年来对我的关心和帮助的老师以及朋友们，在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开题报告以来，有多少可敬的老师.同学给了我无尽的帮助，最后我还要感谢培养我长大的父母。最后，再次对关心.帮助我的老师和同学们表示衷心地感谢附录一：原理图附录二：单片机程序附录二：单片机程序子机子机 1 1#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int/*NRF24L01端口定义*sbitMISO=P35;sbitMOSI=P33;sbitSCK=P36;sbitCE=P37;sbitCSN=P34;/*液晶控制*sbit lcdrs=P20;sbit lcdrw=P21;sbit lcden=P22;sbit reshidian=P17;sbitDATADH= P10 ;sbit led0=P11;sbit led1=P12;sbit led2=P13;sbit led3=P14;sbit led4=P15;/*NRF24L01*#define TX_ADR_WIDTH5/ 5 uints TX address width发送地址的宽度#define RX_ADR_WIDTH5/ 5 uints RX address width接收地址的宽度#define TX_PLOAD_WIDTH5/ 4 uints TX payload发送数据宽度#define RX_PLOAD_WIDTH5/ 4 uints RX payloaduchar TxBuf4=0;uchar RxBuf