温湿无限采集.docx
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温湿无限采集
引言：
本文设计了一个基于单片机的温湿采集系统统。
采用分布式数据采集结构,由AT89C51作为上位机,定时查询分布于大棚中的下位机状态。
基于性能与价格的考虑,本系统采用DHT11为系统的温度传感器和湿度传感器。
本系统设计简单、可靠,价格便宜但达到较高的控制精度,具有较高的应用价值。
1．设计目的
本次课程设计是在我们学过单片机后的一次实习，可增加我们的动手能力。
特别是对
单片机的系统设计有很大帮助。
本课程设计由两个人共同完成，在锻炼了自己的同时也增强了自己的团队意识和团队合作精神。
2．设计任务与要求
（1）实现温湿度采集
（2）实现无线发送接受
（3）实现多点检测发送
（4）实现单片机跟电脑双机通讯
（5）用labview实现界面优化，数据显示及报警提示
3．温湿度采集发送电路基本原理及电路设计
3.1.1温湿无线采集模块最小系统
3.1.2温湿无线采集发送端大概原理
DHT11的实物图
特点：
1、湿度测量范围：
20---90%RH
2、湿度测量精度：
±5%RH
3、温度测量范围：
0---60℃
4、温度测量精度：
±2℃
5、工作电压：
DC5V
6、数字信号输出
3.2.DHT的引脚接法：
4．数据接受电路基本原理及电路设计
4.1接受端大概原理：
单片机对的NRF24L01对外接口进行SPI读写操作，以此来控制NRF24L01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。
4.2.NRF24L01模块接法及引脚说明：
NRF24L01实物图
引脚名称引脚功能描述
1CE数字输入RX或TX模式选择
2CSN数字输入SPI片选信号
3SCK数字输入SPI时钟
4MOSI数字输入从SPI数据输入脚
5MISO数字输出从SPI数据输出脚
6IRQ数字输出可屏蔽中断脚
7VDD电源电源+3V
8VSS电源接地0V
9XC2模拟输出晶体震荡器2脚
10XC1模拟输入晶体震荡器1脚/外部时钟输入脚
11VDD_PA电源输出给RF的功率放大器提供的+1.8V电源
12ANT1天线天线接口1
13ANT2天线天线接口2
14VSS电源接地0V
15VDD电源电源+3V
16IREF模拟输入参考电流
17VSS电源接地0V
18VDD电源电源+3V
19DVDD电源输出去耦电路电源正极端
20VSS电源接地0V
4.3.工作模式：
4.3.1.EnhancedShockBurstTM收发模式：
EnhancedShockBurstTM收发模式下，使用片内的先入先出堆栈区，数据低速从微控制器送入，但高速（1Mbps）发射，这样可以尽量节能，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。
与射频协议相关的所有高速信号处理都在片内进行，这种做法有三大好处：
尽量节能；低的系统费用（低速微处理器也能进行高速射频发射）；数据在空中停时间短，抗干扰性高。
EnhancedShockBurstTM技术同时也减小了整个系统的平均工作电流。
在EnhancedShockBurstTM收发模式下，NRF24L01自动处理字头和CRC校验码。
在接收数时，自动把字头和CRC校验码移去。
在发送数据时，自动加上字头和CRC校验码，在发送模式下，置CE为高，至少10us，将时发送过程完成后。
4.3.2.EnhancedShockBurstTM发射流程：
A.把接收机的地址和要发送的数据按时序送入NRF24L01；
B.配置CONFIG寄存器，使之进入发送模式。
C.微控制器把CE置高
（至少10us），激发NRF24L01进行EnhancedShockBurstTM发射；D.
N24L01的EnhancedShockBurstTM发射
（1）给射频前端供电；
（2）
射频数据打包（加字头、CRC校验码）；（3）高速发射数据包；（4）
发射完成，NRF24L01进入空闲状态。
4.1.1.2EnhancedShockBurstTM
接收流程A.配置本机地址和要接收的数据包大小；B.配置CONFIG
寄存器，使之进入接收模式，把CE置高。
C.130us后，NRF24L01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（正确的地址和CRC校验码），NRF2401自动把字
头、地址和CRC校验位移去；
E.NRF24L01通过把STATUS寄存器的RX_DR置位（STATUS一般引起微
控
制器中断）通知微控制器；F.微控制器把数据从NewMsg_RF2401读出；
G.所有数据读取完毕后，可以清除STATUS寄存器。
NRF2401可以进入
四种主要的模式之一。
4.3.3.ShockBurstTM收发模式：
ShockBurstTM收发模式可以与Nrf2401a,02,E1及E2兼容。
4.3.4.空闲模式
NRF24L01的空闲模式是为了减小平均工作电流而设计，其最大的
优点是，实现节能的同时，缩短芯片的起动时间。
在空闲模式下，部分
片内晶振仍在工作，此时的工作电流跟外部晶振的频率有关。
4.3.5．关机模式
在关机模式下，为了得到最小的工作电流，一般此时的工作电流为
900nA左右。
关机模式下，配置字的内容也会被保持在NRF2401片内，
这是该模式与断电状态最大的区别。
5.软件设计
5.1采集模块软件设计
初始化
测温湿度
判断DHT11Y
是否出错
N
显示温湿度
无线发射
延时
采集模块主程序
5.2接收模块软件设计
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
PC通讯
接收模块主程序
5.3．SPI指令格式：
（命令字：
由高位到低位（每字节））
（数据字节：
低字节到高字节，每一字节高位在前）
5.3.1.SPI时序：
在写寄存器之前一定要进入待机模式或掉电模式。
在图6-16-2中用到了如下符号：
Cn-SPI指令位Sn-状态寄存器位Dn-数据位（注：
由低字节到高字节，每字节高位在前）
SPI读操作
SPI写操作
6．Labview界面
每个模块的显示温湿度
历史记录
历史记录生成的excel报表
平均温湿度
7.主要程序分析
7.1从模块主函数：
voidmain（）
{
inti=0;
CE=0;
SCK=0;
CSN=1;
TX_Mode（）;
while
（1）
{
read_TRH（）;
Transmit（str1）;
sta=SPI_Read（READ_REG+STATUS）;
if（TX_DS）
{
Delay（100）;
SPI_RW_Reg（WRITE_REG+STATUS,sta）;
}
if（MAX_RT）//如果是发送超时
{
Delay（150）;
SPI_RW_Reg（WRITE_REG+STATUS,sta）;
}
}
}
7.2从模块无线发送代码：
voidTX_Mode（void）
{
CE=0;
SPI_RW_Reg（FLUSH_TX,0x00）;
SPI_Write_Buf（WRITE_REG+TX_ADDR,TX_ADDRESS,TX_ADR_WIDTH）;SPI_Write_Buf（WRITE_REG+RX_ADDR_P0,TX_ADDRESS,TX_ADR_WIDTH）;SPI_RW_Reg（WRITE_REG+EN_AA,0x01）;
SPI_RW_Reg（WRITE_REG+EN_RXADDR,0x01）;
SPI_RW_Reg（WRITE_REG+SETUP_RETR,0x1a）;
SPI_RW_Reg（WRITE_REG+RF_CH,40）;
SPI_RW_Reg（WRITE_REG+RF_SETUP,0x07）;
SPI_RW_Reg（WRITE_REG+RX_PW_P0,RX_PLOAD_WIDTH）;
SPI_RW_Reg（WRITE_REG+CONFIG,0x0e）;
CE=1;
delay_ms（100）;
}
voidTransmit（unsignedchar*tx_buf）
{
CE=0;
SPI_Write_Buf（WRITE_REG+RX_ADDR_P0,TX_ADDRESS,TX_ADR_WIDTH）;SPI_RW_Reg（FLUSH_TX,0x00）;
SPI_Write_Buf（WR_TX_PLOAD,tx_buf,TX_PLOAD_WIDTH）;
SPI_RW_Reg（WRITE_REG+CONFIG,0x0e）;
CE=1;
delay_ms（150）;
}
7.3主模块无线接受代码：
ucharSPI_Read_Buf（ucharreg,uchar*pBuf,ucharuchars）
{
ucharstatus,uchar_ctr;
CSN=0;
status=SPI_RW（reg）;
for（uchar_ctr=0;uchar_ctrpBuf[uchar_ctr]=SPI_RW（0）;
CSN=1;
return（status）;
}
7.4温湿采集主要函数
charreceive（）//收发信号检测，数据读取
{
unint8i;
com_data=0;
for（i=0;i<=7;i++）
{
respond=2;
while（（!
TRH）&&respond++）;
delay_us（）;
delay_us（）;
delay_us（）;
if（TRH）
{
temp=1;
respond=2;
while（（TRH）&&respond++）;
}
else
temp=0;
com_data<<=1;
com_data|=temp;
}
return（com_data）;
}
7.5串口通讯
voidStartUART（void）
{
SCON=0x50;//波特率9600
TMOD=0x20;
TH1=0xFD;
TL1=0xFD;
PCON=0x00;
TR1=1;
}
voidR_S_Byte（ucharR_Byte）
{
SBUF=R_Byte;
while（TI==0）;
TI=0;
}
8.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DHT11，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。
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