2022年2022年基于单片机的无线温湿度采集系统设计说明 .pdf

毕 业 论 文（设计）论文题目无线温湿度采集系统设计名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 31 页 - - - - - - - - - 二零一一年六 月目录1 引言1 2 设计要求1 3 系统总体方案1 4 采集模块硬件电路设计2 4.1 电源模块设计2 4.2SHT10温湿度传感器 3 4.3AT89S52芯片介绍 4 4.3.1 时钟电路4 4.3.2 复位电路5 4.4nRF905功能的实现 5 4.4.1nRF905的接口 5 4.4.2 nRF905的工作模式6 4.4.3 器件配置7 4.4.4nRF905供电电源 8 5 接收模块硬件电路设计8 5.1nRF905的接收流程 8 5.2LCD1602液晶显示 9 6 软件设计10 6.1 采集模块软件设计10 6.2 接收模块软件设计12 6.3 nRF905 通过SPI 口与单片机通讯13 7 系统调试与性能分析14 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 31 页 - - - - - - - - - 结论15 致谢15 参考文献16 附录 A 发射模块电路图18附录 B 接收模块电路图19 附录CnRF905原理图 2 0 附录D 实物图21 无线温湿度采集系统设计摘要：温湿度测量在工业生产中有着广泛的应用。通常，要实现温湿度测量和自动控制，监控室与现场之间必须敷设大量的电缆，这是一个麻烦的问题。 本文提出采用无线温湿度测量的方案，不必敷设电缆， 可以节省费用和时间。 该采集系统是以 AT89S52 芯片为主要，利用数字式温湿度传感器SHT10 进行收集，将收集数据传给单片机 AT89S52 ，经过处理从无线发送模块nRF905发射出去，单片机通过模拟 SPI 口实现与 nRF905之间的通信，因为nRF905 兼具发射和接收功能，经过一定距离的通信，接受模块通过NRF905 将数据传给AT89S52 ，单片机经处理后，将数据传给显示屏LCD1602. 完成无线数据采集与发送。关键词： nRF905 AT89S52 AHT10 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 31 页 - - - - - - - - - 1 引言温度、湿度是工农业生产的主要环境数据，在工农业生产实践中占有重要地位，比如湿度大温度高的话会使粮食发芽，腐败，有可能还会导致二氧化碳的增加，使进入的工人窒息如果粮食发芽，会导致温度升高，从而发生火灾等。所以对其进行适时准确的测量具有重要意义。而传统的温湿度传感器需通过较复杂的电路才能将温度信号转化为数字信号，且远距离传输会引起较大的误差。本系统采用单总线数字温湿度传感器芯片SHT10 ，直接将温湿度变为数字信号，配合单片机及无线通信模块nRF905进行无线数据传输，达到实时采集的目的。利用单片机对温、湿度控制具有控温、湿精度高、功能强、体积小、价格低，简单灵活等优点， 很好的满足了工艺要求。 本文介绍了利用AT89S52对温湿度进行智能化采集的过程。2 设计要求温湿度的测量在仓库管理， 生产制造，科学研究以及日常生活中被广泛应用。传统的温湿度测量采用有线测控系统， 实施网络布线工程，大大增加了系统成本，降低了系统灵活性， 可维护性与可扩展性。 把无线通信技术应用到温湿度测量系统中，由传感器实时采集各节点处温湿度的信息，经处理后通过无线数据采集系统将温湿度信息传输到监控终端，从而实现集成化，低成本和易操作的目的。本设计是实现温度和湿度的测量和实时监控，通过单片机AT89S52 直接连接传感器，将测量得到的温度和湿度数据显示在液晶屏上。上位机的数据经过无线传输及显示后再被传输至接受端的AT89S52, 由单片机将数据转化为可以由液晶显示板 1602 显示的数据。3 系统总体方案本系统采用AT89S52单片机作为主控制器，无线温湿度采集系统是一种基于射频技术的无线湿温度检测装置。本系统由传感器和接收机，以及显示芯片组成。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 31 页 - - - - - - - - - 传感器部分由数字温湿度度传感器芯片SHT10 ，单片机 AT89S52 ，低功耗射频传输单元 nRF905和天线等组成。传感器采用电源供电，接收机接收来自传感器的温度数据，经过处理、保存后在LCD1602上显示，所存储的温度数据可以通过串行口连接射频装置与接收端进行交换。单片机对 nRF905 的对外接口进行 SPI 读写操作，以此来控制 nRF905 的工作模式以及相关收发数据的操作，从而完成无线数据传输。nRF905 温湿度M 433MHZ M 传感器C 无线发射无线接收C 液晶显示电源U U 采集模块接收模块PreambleAddressPay_LoadCRC32 bit32 bit图1 系统通讯方式及总体框图4 采集模块硬件电路设计显示单元采用 LCD1602液晶显示，通过温湿度度传感器SHT10 实现温湿度的采集，通过射频芯片nRF905实现无线数据传输和接收。采集模块框图2 所示。SHT10 传感器M C 发送模块电源U 图2 采集模块框图4.1 电源模块的设计输出+5V 直流电源为设计中各个分电路、器件供电。如图3 所示。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 31 页 - - - - - - - - - 123321D1BR IDG EVin1+5V3GND2U1LM7 80 5C1470 uFC310 4FC2104FC410 uFVD 11 0uFR11KVC CT?TRA NS1220V9V图 3 电源模块电路图4.2 SHT10 温湿度传感器传统的温湿度传感器将温湿度转换成可以测量的电压或电容进行计算，虽然价格便宜， 但精度不高， 而且电路复杂， 需要通过 A/D 转换器转换才能将电信号转换成数字信号。而数字式传感器测量得到的是数字量， 可以直接与单片机相连。因此本设计传感器选择的是数字式温湿度传感器SHT10 。瑞士 sensiron司推出了 shtxx单片数字温湿度集成传感器，采用CMOS过程微加工专利技术， 确保产品具有极高的可靠性和出色的长期稳定性，该传感器由两个电容式聚合体测湿元件和一个隙式测温元件组成，并与一个 14 位 A/D转换器以及一个 2-wire数字接口在单芯片中无缝结合， 使得该产品具有功耗低，反应快，抗干扰能力强等优点。图 4 温湿度采集模块单片机与 SHT10 接口电路部分： SHT10 的SCK 口和DATA 口分别与单片机的P1.6 口和P1.7 口连接，DATA 需要一个外部的上拉电阻(4.7 k) 将信号提拉至高电平，只有当 DATA 为高电平时， SHT10 才开始工作，如图 4所示。4.3 AT89S52 芯片介绍AT89S52是一种低功耗、 高性能 CMOS 8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚543VC CP1. 6P1. 7R1 14. 7KVC CGN D3DA TA4SCK1VC C2U4SHT1 0名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 31 页 - - - - - - - - - 完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程Flash ，使得 AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash ，256 字节 RAM ，32 位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16 位定时器 / 计数器，一个 6向量 2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM 、定时器/ 计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。AT89S52是片内有 ROM/EPROM的单片机，因此，这种芯片构成的最小系统简单、可靠。用 AT 单片机构成最小系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可，如图AT89S52单片机最小系统所示。由于集成度的限制，单片机最小应用系统只能作一些小型的控制单元。其应用特点：有可供用户使用的大量 I/O 口线；内部存储器容量有限；应用系统开发具有特殊性。图 5 单片机引脚图4.3.1 时钟电路AT89S52 虽然有内部振荡电路，但要形成时钟，必须外部附加电路。AT89S52 单片机的时钟产生方法有两种，一种是内部方式，利用时钟内部的振荡电路产生时钟信号；另一种是外部方式，时钟信号由外部引入。本设计采用内部时钟方式，利用芯片内部的振荡电路，在XTAL1 、XTAL2引脚上外接定时元件， 内部的振荡电路便产生自激振荡。本设计采用最常用的内名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 31 页 - - - - - - - - - 部时钟方式，即用外接晶体和电容组成的并联谐振电路。振荡晶体可以在1.2MHZ 到24MHZ 之间选择，常用的晶振频率有6MHZ 、12MHZ 和11.0592MHZ。电容 CX1 和CX2 主要是帮助起振，称为谐振电容，电容值无严格要求，但电容的取值对振荡频率输出的稳定性、大小、振荡电路起振速度有少许影响， CX1 、CX2 可在20pF 到100pF 之间取值，当时钟频率为 12MHZ 时典型值为 30pF 。所以本设计中振荡晶体采用12MHZ ，电容选择 30pF 。4.3.2 复位电路AT89S52 的复位是由外部的复位电路实现的。复位引脚RST通过一个斯密特触发器来抑制噪声， 在每个机器周期的 S5P2, 斯密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号。234432Y112MHZC630 PC730PVC CS1SW -PB+C510 uFR210KP1. 0P1. 1P1. 2P1. 3P1. 4P1. 5P1. 6P1. 7P1. 01P1. 12P1. 23P1. 34P1. 45P1. 56P1. 67P1. 78RESET9P3. 010P3. 111P3. 212P3. 313P3. 414P3. 515P3. 616P3. 717XTA L118XTA L219GN D20P2. 021P2. 122P2. 223P2. 324P2. 425P2. 526P2. 627P2. 728PSEN29ALE/PROG30EA/Vp p31P0. 732P0. 633P0. 534P0. 435P0. 336P0. 237P0. 138P0. 039Vcc40U6AT8 9 S52P0. 0P0. 1P0. 2P0. 3P0. 4P0. 5P0. 6P0. 7P2. 6P2. 5P2. 4P2. 3P2. 2P2. 1P2. 0P3. 0P3. 1P3. 2P3. 3P3. 4P3. 5P3. 6P3. 7VC CR31KR41KR51KR61KR1 01KR71KR81KR91KP2. 7VC C图 6 单片机最小系统4.4 nRF905 功能的实现nRF905单片无线收发器工作由一个完全集成的频率调制器，一个带解调器的接收器，一个功率放大器，一个晶体震荡器和一个调节器组成。S名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 31 页 - - - - - - - - - hockBurst工作模式的特点是自动产生前导码和CRC ，可以很容易通过SPI 接口进行编程配置。nRF905系统原理图见附录C。4.4.1 nRF905的接口nRF905主要包括三种接口：1）、模式控制接口：该接口由PWR 、TRX_CE 、TX_EN组成控制由nRF905组成的高频头的四种工作模式：掉电和SPI 编程模式；待机和SPI 编程模式；发射模式；接收模式。2）、 SPI 接口： SPI 接口由CSN 、SCK 、MOSI 以及 MISO组成。在配置模式下单片机通过SPI 接口配置高频头的工作参数；在发射 / 接收模式下单片机SPI 接口发送和接收数据。3）、状态输出接口：提供载波检测输出CD ，地址匹配输出AM ，数据就绪输出DR 。表 1 nRF905的引脚说明管脚名称管脚功能说明1 VCC 电源电源 +3.3 3.6V DC 2 TX_EN 数字输入TX_EN=1 TX 模式TX_EN=0 RX 模式3 TRX_CE 数字输入使能芯片发射或接收4 PWR_UP 数字输入芯片上电5 uCLK 时钟输出本模块该引脚废弃不用，向后兼容6 CD 数字输出载波检测7 AM 数字输出地址匹配8 DR 数字输出接收或发射数据完成9 MISO SPI 接口SPI 输出10 MOSI SPI 接口SPI 输入11 SCK SPI 时钟SPI 时钟12 CSN SPI 使能SPI 使能13 GND 地接地14 GND 地接地4.4.2 nRF905的工作模式nRF905有两种工作模式和两种节能模式。两种工作模式分别是ShockBurstTM 接收模式和 ShockBurstTM发送模式，两种节能模式分别是关机模式和空闲模式。 nRF905的工作模式由 TRX_CE 、TX_EN 、PWR_UP 三个引脚决定。表 2 nRF905的工作模式名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 31 页 - - - - - - - - - PWR_UP TRX_CE TX_EN 工作模式0 X X 掉电和 SPI 编程1 0 X Standby和SPI编程1 1 0 ShockBurst EX 1 1 1 ShockBurst TX 与射频数据包有关的高速信号处理都在nRF905 片内进行，数据速率由微控制器配置的 SPI接口决定，数据在微控制器中低速处理，但在nRF905 中高速发送，因此中间有很长时间的空闲，这很有利于节能。由于nRF905 工作于ShockBurstTM模式，因此使用低速的微控制器也能得到很高的射频数据发射速率。在 ShockBurstTM接收模式下，当一个包含正确地址和数据的数据包被接收到后，地址匹配 (AM)和数据准备好 (DR)两引脚通知微控制器。在ShockBurstTM发送模式， nRF905 自动产生字头和 CRC 校验码，当发送过程完成后，数据准备好引脚通知微处理器数据发射完毕。由以上分析可知，nRF905的ShockBurstTM收发模式有利于节约存储器和微控制器资源，同时也减小了编写程序的时间。（1）nRF905 的发送流程A. 当微控制器有数据要发送时， 通过SPI接口，按时序把接收机的地址和要发送的数据送传给 nRF905 ，SPI接口的速率在通信协议和器件配置时确定；B. 微控制器置高 TRX_CE 和TX_EN ，激发nRF905 的ShockBurstTM发送模式；C. nRF905的ShockBurstTM发送：射频寄存器自动开启；数据打包 (加字头和 CRC校验码 )；发送数据包；当数据发送完成，数据准备好引脚被置高；D. AUTO_RETRAN被置高， nRF905 不断重发，直到 TRX_CE 被置低；E. 当TRX_CE 被置低， nRF905 发送过程完成，自动进入空闲模式。ShockBurstTM工作模式保证，一旦发送数据的过程开始，无论TRX_EN和TX_EN 引脚是高或低，发送过程都会被处理完。只有在前一个数据包被发送完毕， nRF905 才能接受下一个发送数据包。（2）nRF905 的节能模式nRF905 的节能模式包括关机模式和空闲模式。在关机模式， nRF905 的工作电流最小，一般为 2.5uA 。进入关机模式后，nRF905 保持配置字中的内容，但不会接收或发送任何数据。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 31 页 - - - - - - - - - 空闲模式有利于减小工作电流， 其从空闲模式到发送模式或接收模式的启动时间也比较短。在空闲模式下，nRF905 内部的部分晶体振荡器处于工作状态。nRF905 在空闲模式下的工作电流跟外部晶体振荡器的频率有关。4.4.3 器件配置所有配置字都是通过 SPI接口送给 nRF905 。 SIP接口的工作方式可通过 SPI指令进行设置。当 nRF905 处于空闲模式或关机模式时，SPI接口可以保持在工作状态。（1）SPI 接口配置SPI接口由状态寄存器、射频配置寄存器、发送地址寄存器、发送数据寄存器和接收数据寄存器 5个寄存器组成。状态寄存器包含数据准备好引脚状态信息和地址匹配引脚状态信息； 射频配置寄存器包含收发器配置信息，如频率和输出功能等；发送地址寄存器包含接收机的地址和数据的字节数；发送数据寄存器包含待发送的数据包的信息， 如字节数等；接收数据寄存器包含要接收的数据的字节数等信息。（2）射频配置射频寄存器的各位的长度是固定的。然而，在ShockBurstTM收发过程中，TX_PAYLOAD 、RX_PAYLOAD 、TX_ADDRESS 和RX_ADDRESS 4个寄存器使用字节数由配置字决定。 nRF905 进入关机模式或空闲模式时， 寄存器中的内容保持不变。nRF905 通过SPI接口和微控制器进行数据传送，通过ShockBurstTM收发模式进行无线数据发送，收发可靠，使用方便。4.4.4 nRF905 供电电源另外，单片机的工作电压为5V，本次设计提供的电源也为5V ，而射频芯片nRF905的工作电压在3.3V 到3.6V 之间，因此必须要进行电压转换，需要用一个电压转换芯片AMS1117 3.3 。43GND1Vo ut2Vin3U2AMS1 117VC C3. 3VC847uFC910uF图7 电压转换电路名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 31 页 - - - - - - - - - 5 接收模块硬件电路设计nRF905 接收上位机发射的数据，将其传输至下位机的LCD1602 显示温度和湿度 ,下面将主要介绍 nRF905 的接收过程和液晶显示电路。M 无线接收模块C 温湿度显示U 图8 接收模块电路框图5.1 nRF905 的接收流程A. 当TRX_CE 为高、TX_EN 为低时， nRF905 进入ShockBurstTM接收模式；B. 650us 后，nRF905 不断监测，等待接收数据；C. 当nRF905 检测到同一频段的载波时，载波检测引脚被置高；D. 当接收到一个相匹配的地址，地址匹配引脚被置高；E. 当一个正确的数据包接收完毕，nRF905 自动移去字头、地址和 CRC 校验位，然后把数据准备好引脚置高；F. 微控制器把 TRX_CE 置低， nRF905 进入空闲模式；G. 微控制器通过 SPI口，以一定的速率把数据移到微控制器内；H. 当所有的数据接收完毕， nRF905 把数据准备好引脚和地址匹配引脚置低；I. nRF905此时可以进入 ShockBurstTM接收模式、 ShockBurstTM发送模式或关机模式。当正在接收一个数据包时，TRX_CE 或TX_EN 引脚的状态发生改变，nRF905 立即把其工作模式改变， 数据包则丢失。 当微处理器接到地址匹配引脚的信号之后，其就知道 nRF905 正在接收数据包，其可以决定是让nRF905 继续接收该数据包还是进入另一个工作模式。5.2 LCD1602 液晶显示本设计可以采用的显示芯片包括：数码管、点阵、LCD1602 、LCD12864，其中数码管价格便宜，但是只能显示数字，点阵显示的精度不够，LCD1602 和LCD12864都是既能显示文字又能显示数字，LCD12864的屏幕较大价格也较名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 31 页 - - - - - - - - - 贵，由于本次设计只要求显示温度和湿度，考虑到成本、精度、美观等方面的因素，本设计采用 LCD1602 显示，经过无线传输后，温、湿度数据信息将在1602液晶显示芯片上进行显示，1602 液晶显示芯片采用标准的16 脚接口。LCD1602 采用标准的 14脚（无背光）或 16 脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表 3所示。表 3 LCD1602引脚说明编号符号引脚说明编号符号引脚说明1 VSS 电源地9 D2 数据2 VDD 电源正极10 D3 数据3 VL 液晶显示偏压11 D4 数据4 RS 数据/ 命令选择12 D5 数据5 R/W 读/ 写选择13 D6 数据6 E 使能信号14 D7 数据7 D0 数据15 BLA 背光源正极8 D1 数据16 BLK 背光源负极第1脚：VSS 为地电源。第2脚：VDD 接5V 正电源。第3脚：VL 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，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：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 R/W 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 R/W为高电平时可以读忙信号，当RS 为高电平 R/W 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：D0 D7 为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 31 页 - - - - - - - - - 456ABC标题图号修订尺寸B日期:11-Jun-2 01 0第 张 共 张文件:C:Do cuments and Settin gsAd min istrato桌面 无线温度湿度数据采集CC. ddb制图人:P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7LCD 1 602GND1VCC2V03RS4R/W5E6D07D18D29D310D411D512D613D714BLA15BLK16U7LCD 1 60 2VC CVC CP1.0P1.1P1.2R12POT2图9 LCD1602模块电路图为了能够判断无线温湿度传输的数据是否正确，我们在数据采集模块也设计了一个液晶显示电路， 通过采集模块和接收模块显示的温湿度数据对比，来判断传输是否准确。将以上设计的传感器电路， 液晶显示电路， 无线传输和接收电路， 单片机最小系统等各单元电路进行接口连接，构成无线温湿度数据采集系统的总体电路图。见附录 A 和附录 B。6 软件设计本设计的数据采集系统是由采集模块和显示模块构成，程序设计主要有单片微处理器数据采集程序，NRF905 发送和接收程序，液晶显示程序构成。6.1 采集模块软件设计首先初始化 SHT10 将采集到的温湿度数据传送至单片机，通过单片机的P1.6 和P1.7 脚控制 SHT10 的SCK 和DATA 。 主机通过 SPI接口向 905 配置寄存器写入信息并通过天线发送，同时将数据显示在LCD1602 上。初始化测温湿度判断 SHT10 Y 是否出错N 显示温湿度名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 31 页 - - - - - - - - - 无线发射延时 100ms 图10 采集模块主程序在进行采集模块软件设计时，要将nRF905 设置为发送状态， TRX_CE=0 ，TX_EN=1 ，如图 12 所示。开始1602 和SHT10 初始化延时 0.2S 读取温湿度读取成功否？SHT10 通信重启线性拟合数据1602 显示数据延时 0.8S 图11 液晶显示流程图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 31 页 - - - - - - - - - 开始SPI配置寄存器， TRX_CE 为低， TX_EN 为高装载数据和对方地址TRX_CE 为高吗？N Y 进入发送模式数据发送完成N DR 为高吗？Y 置低 TRX_CE 进入空闲状态图12 nRF905 发送流程图6.2 接收模块软件设计接收模块主要包括 nRF905 接收程序和液晶显示程序。初始化判断是否有数据Y接收数据判断数据格N 丢失式是否正确Y 显示图13 接收模块主程序名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 31 页 - - - - - - - - - 与发送模块相同，在接收模块软件设计中，同样要先将nRF905 设置为接收状态， TRX_CE=1 ，TX_EN=0 ，这样主机才能从nRF905 读取数据。开始SPI 配置寄存器，TRX_CE为高， TX_EN为低，进入接收状态载波监测引起CD 为高？N Y 接收地址数据N 地址匹配引脚AM 为高？接收数据CRC 校验正确？DR 引脚置高， TRX_CE置低，进入空闲状态主单片机从SPI 读取数据Y 读取完毕N 图14 nRF905 接收流程图6.3 模拟SPI口的实现由于单片机不存在 SPI口，为了实现单片机与 nRF905 的通讯，需要进行模拟SPI口，SPI口的工作方式可以通过 SPI指令进行设置。 首先必须设置器件的发送/ 接收模式才能保证有效的数据发送接收。SPI 口外围串行接口包括： MOSI （主机写操作）、MISO （主机读操作）、SCK （串行时钟信号，由主机控制） 、CSN（片选信号，低电平有效） 。SPI 口的读写操作如图 15 和图 16 所示。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 31 页 - - - - - - - - - 图 15 SPI 读操作时序图16 SPI写操作时序7 系统调试与性能分析首先在元器件的布局方面，把相互有关的元件放得比较近，例如：晶振、单片机的时钟输入端都易产生噪音，在放置元件时的时候把它们靠近些。地线应构成闭环形式， 提高了电路的抗干扰能力， 电路提供的电源是具有稳压作用的+5V电源。单片机选用 12MHZ 的晶振，因为这样有利于得到没有误差的波特率。特别是当与单片机进行通信的话，选用这种晶振比较好。由于单线数字温度传感器SHT10 ，测温相当准确，我们主要时间花在了，单片机软件程序的编辑和调试以及电路模块的制作方面。在使用 nRF905进行无线传输时，使用的程序就是模块自带的程序，我所要做的就是进行稍许修改，并进行调用函数。另外还要注意的就是单片机共有4 个双向的 8 位并行 I/O 端口，但是当 P0口作为输出端口使用时必须外接上拉电阻才能有高电平输出。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 31 页 - - - - - - - - - 结论本系统能较好地完成一个半双工无线数据传输工作，在空旷地带数据传输平均有效距离为 200m ；在复杂环境下， 由于发射接收模块属于微功率器件，一般数据传输有效距离在20m-50m 之间。基于单片机89S52 、温湿度传感器SHT10 和射频模块 NRF905 构成的无线温湿度数据采集系统， 具有数据采集和运算处理方便简单的优点。另外由于本次设计的程序使用C 语言编程，由于许多模块本身自带语言，大大减小了编程的难度。本方案的可扩展性比较强， 整个程序的程序框架已经搭建好，可以继续编写程序完成其他功能。例如：添加语音播报功能；添加超高温报警功能等。通过这次设计，在进行电路设计，焊接，程序设计，调试等工作的同时，更加深入的了解了温度传感器， 无线传输模块， 以及单片机的结构功能和具体应用，也使我们对电路PCB 板有了更深的认识。在老师和同学们的帮助下，我完成了本次设计，本设计可以实现温度的无线采集和实时显示，并且相当精确。我们的电路板虽然简单，没有运放等元件，但可以基本上完成此系统的任务，在电源的稳定， 和电路的焊接方面， 我也相应的补充改进了我的设计方案。致谢经过一个学期的努力， 论文终于顺利地完成。 本论文从选题到完成， 每一步都是在导师的指导下完成的， 倾注了马宾老师大量的心血。 马老师以其严谨求实的治学态度， 督促我完成这篇毕业设计。 在此，谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢！同时，在此次毕业设计过程中他让我学到了许多了关于51 系列单片机方面的知识。除此以外自己的实验技能有了很大的提高。本论文的顺利完成， 也离不开其他各位老师、 同学和朋友的关心和帮助。 感谢和我一起生活四年的室友， 在我遇到不解时， 是你们和我不断讨论， 遇到挫折时，不断鼓励我。另外，实验室的老师也时常帮助我， 在此我也衷心的感谢他们。感谢在本科学习期间给我诸多教诲和帮助的工学院的各位老师，是你们让我在校期间学会许多专业知识，才使得这次设计可以顺利完成。再次感谢传授我知识的每一位老师，马上就要走出校门， 走上工作岗位， 我名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 19 页，共 31 页 - - - - - - - - - 将带着你们所传授的技能去打拼去奋斗，谢谢你们！参考文献1. 黄友锐 .单片机原理及应用 .合肥：合肥工业大学出版社，2006.11 2. 黄智伟 .无线发射与接收电路设计M. 北京：北京航空航天大学出版社，2004. 3. 陈杰，黄鸿 .传感器与检测技术 .北京：高等教育出版社，2002.8 4. 荚荚庆，王代华，张志杰 .基于nRF905 的无线数据传输系统 J. 国外电子元器件.2008 ， （1） ：29-31. 5. 李建设 .低功耗低成本温湿度测量仪的设计J. 节能， 2006 ， （05 ）6. 谭浩强 . C 程序设计 .北京：清华大学出版社 ,1991.7 7. 孟臣 , 李敏 .数字式温湿度传感器原理与应用J. 世界电子元器件,2003 (8):66268. 8.Cotter W.塞尔.无线通信设备与系统设计大全M. 张之超等译 .北京：人民邮电出版社， 2004 9.JacbMillman,ArvinGrabel:Microeletronics,2ndEdition,McGraw-Hill,I-nc.,1988 10.Atmel Coporation.AT89S52.pdf EB/ OL. (2001 - 01 - 07) 2008 - 08 - 14.http :/ / www. 21icsearch. com/ so. asp. 11 Nordic VLSI ASA. nRF905 Product SpecificationS.Norway： Nordic VLSI ASA ，2005. 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 20 页，共 31 页 - - - - - - - - - TitleA Design of Wireless Temperature and Humidity System Acquisition Abstract The measurement of temperature and humidity is widely applied in industrial field. In order to avoid the traditional wiring installation, the electromagnetic interference and signal attenuation caused by measuring, this article has designed and realized one kind of wireless data collected system. The acquisition system treats AT89S52 as the core, and measures with SHT10, the measuring data is sent to MCU, MCU can communicate with nRF905 through SPI Ports, MCU transfers the data to nRF905, because nRF905 has functions of transmission and receiving, after a certain distance of transmission, the data is transmitted to MCU through antenna of nRF905. At the same time,the data is identified and displayed of temperature and humidity through the LCD1602, then it will successfully achieve the collection of temperature and humidity in the wireless way.Keywords ： nRF905 AT89S52 AHT10 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 21 页，共 31 页 - - - - - - - - - 附录A：发射模块电路图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - -