基于单片机的温度湿度采集显示控制系统 毕业论文.doc

1 目 录 1 概论 4 1.1 前言 4 1.2 主要研究内容和意义 4 2 系统设计总体方案 5 2.1 方案论证 5 2.2 系统框图 5 3 系统硬件电路设计 7 3.1 单片机及相关电路 7 3.2 模数转换模块 .12 3.3 环境温湿度数据采集模块 .15 3.4 nrf905无线模块 .18 3.5 控制模块 .23 4 软件设计 .24 4.1总体程序流程图设计 24 4.2分模块程序设计 25 5 系统调试 .28 5.1 pcb板制作元器件封装的选取和摆放 28 5.2 电路板的调试 .28 5.3 软件调试 .29 5.4 软硬件结合调试 .29 6 总结 .30 参考文献 .31 致 谢 词 .32 独撰声明 .33 翻译资料 .34 2 基于单片机的温度湿度采集显示控制系 统 摘 要：文中讨论采用 stg89c52单片机为核心，nrf905 无线模块作为桥梁来实现室内环 境中温度和湿度的采集，传输；并通过 lcd显示屏来查看温度和湿度的变化，及时做出调 整的可能性。给出了无线采集模块，无线接收模块，lcd 显示模块，控制模块及 stc89c52 单片机构成的温度湿度采集显示控制系统的设计方案。并详细介绍了无线模块的硬件组成 和软件的工作流程。文章重点阐述了 stc89c52单片机，无线采集模块，无线接收模块的特 点和功能。采用这种方案，不必敷设电缆，节省了费用和时间。该系统体积小，精确度较 高，数据传输可靠性高，功耗低，功能易扩展，适用于实验室，仓库，家庭等多种应用领 域。 关键词：stc89c52 单片机 lcd 显示屏 nrf905 无线收发 系统监测 温湿度传感器 based on single chip microcomputer temperature humidity collection display and control system abstrac ：this paper discusses the stg89c52 microcontroller as the core, nrf905 wireless module used as a bridge to achieve in indoor environment temperature and humidity of the collection, transmission; and through the lcd screen to see the change of the temperature and humidity, make timely adjust the possibility. given the wireless acquisition module, wireless receiving module, lcd display module, control module and stc89c52 single-chip computers.the temperature humidity collection display and control system design scheme. and introduces wireless module of hardware and software flow of work. this paper describes the stc89c52 microcontroller, wireless acquisition module, wireless receiving module characteristics and function. use this scheme, need not laying cable, save the cost and time. the system, small size, high accuracy, high reliability data transmission, low power consumption, the function is easy to expand, used in the lab, warehouse, the family, as well as a variety of applications. 3 key words:stc89c52microcontroller lcddisplay thenrf905wireless transceiver monitoring system temperature and humidity sensor 4 1 概论 1.1 前言 随着现在社会对信息的采集，控制需求变得越来越重要，因而作为获取信息 的手段如：传感器技术,无线技术也得到了显著地发展。而温度，湿度作为与人 们生活息息相关的信息元素也越发的得到重视，例如：在农业大棚生产、仓储 管理、气象预测、生活起居及科学研究中对温度，湿度都有十分严格的要求。 而这所需用到的方法就不得不提到传感器技术和无线技术的应用。传感器在环 境数据采集方面扮演着重要的角色；再加上无线技术，便可以将很多的物体信 息连接成一个网络。 环境温湿度数据采集在现代工业和人们的日常生活中都有重要的意义，它作 为科学技术发展的一个综合性的结果，在越来越多的领域扮演着重要的角色， 如何使数据采集的多样化，方便化和精度化是人们一直以来努力思考探索的方 向。正是基于这种需要我设计了该套装置。基于单片机的温湿度采集显示控制 动装置，预计通过无线技术来远程获取环境温湿度参数，有效的避免了危险环 境给人们带来的伤害。无线控制的移动平台可以很好的弥补远程操作而带来的 不便。当然我这套装置只是探索性、实验性的去设计制作，肯定会存在许多的 不足之处，希望在以后的研究中间改进加强。 1.2 主要研究内容和意义 本设计主要包含无线采集模块系统，无线接收模块系统两大部分，能够实现 对环境中温度，湿度的数据有效采集，传输，显示和控制；并以 lcd显示的方 式来提醒工作者及时了解环境中温湿度的变化，并及时作出适当的调整，保证 环境中所需的正常温湿度。特别适用于农业大棚生产、仓储管理、气象预测、 生活起居及科学研究中；也适用于家庭环境，有利于家人身心健康。而通过无 线模块实现显得更加方便，快捷。不仅减少了有线连接的繁琐，而且有效的避 免了电气干扰，增加了系统的有效性。 5 2 系统设计总体方案 2.1 方案论证 用干湿球湿度计或毛发湿度计来测量湿度的方法，早已无法满足现代科技发 展的需要。这是因为测量湿度要比测量温度复杂得多，温度可独立测量，而湿 度却受其他因素（大气压、温度）的影响。利用 stc89c52单片机强大的功能， 同时结合智能传感器测量温湿度有快速和使用简便等特点，设计了一个温湿度 采集系统来对温湿度进行实时监控。通过对实际环境的温湿度测量，证明了该 系统硬件电路布局设计简单合理，体积小，功能齐全，精度高，成本低，性价 比相当高，是一款可以普及化的高精度温湿度参数检测仪。 本设计通过温湿度传感器来采集环境中的温度和湿度数据。将数据处理后再 通过无线采集模块将两种参数数据传输至无线接受控制模块，并用 lcd液晶显 示屏显示，让我们清晰的了解到环境中的温湿度情况。 2.2 系统框图 根据设计要求及论证分析，本设计系统所包含的总体电路方框图如下图 1, 图 2所示： 图 1 温湿度采集板 adc0809 数模转换 电源 5v nrf905 发送 无线模 块 湿度传 感器 温度传感 器 stc8 9c52 单片 机 系统 6 图 2 温湿度显示控制板 为了达到上述功能，主要设计的硬件模块有：单片机控制最小系统 （stc89c52 单片机）、模数转换模块（adc0809）、温度传感器模块(ds18b20)、 湿度传感器模块（hr31）、无线传输接收模块(nrf905)、lcd12864 液晶显示模 块、控制模块。 电源 5v lcd显示 继电器控制 nrf905 接受 无线模 块 stc8 9c52 单片 机 系统 设备 7 3 系统硬件电路设计 3.1 单片机及相关电路 3.1.1.stc89c52 单片机简介 stc89c52是一种低功耗、高性能 cmos8位微控制器，具有 8k 在系统可编 程 flash 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 cpu 和在系统可编程 flash， 使得 stc89c52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k字节 flash，512 字节 ram， 32 位 i/o 口线，看门狗 定时器，内置 4kb eeprom，max810 复位电路，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。另外 stc89x52 可降至 0hz 静态逻辑 操作，支持 2种软件可选择节电模式。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。 最高运作频率 35mhz，6t/12t 可选。 单片机 stc89c52引脚图如图 3所示： 8 p1.0/t2exci34567rs9xdnwalvogu 图 3 stc89c52 单片机引脚图 下面就对本系统用到的 stc89c52单片机的结构和功能进行介绍： stc89c52是一种带 8k字节闪烁可编程可檫除只读存储器（fperom-flash programable and erasable read only memory ）的低电压，高性能 comos8的 微处理器，俗称单片机。该器件采用 atmel搞密度非易失存储器制造技术制造， 与工业标准的 mcs-51指令集和输出管脚相兼容。 stc89c52具体介绍如下： 主电源引脚：2 根； vcc(pin40)：电源输入，接5v 电源； gnd(pin20)：接地线； 外接晶振引脚：2 根； xtal1(pin19)：片内振荡电路的输入端； xtal2(pin20)：片内振荡电路的输出端； 控制引脚：4 根； rst/vpp(pin9)：复位引脚，引脚上出现 2个机器周期的高电平将使单片机 9 复位； ale/prog(pin30)：地址锁存允许信号； psen(pin29)：外部存储器读选通信号； ea/vpp(pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读 指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令； 可编程输入/输出引脚：32 根； stc89c52单片机有 4组 8位的可编程 i/o口，分别位 p0、p1、p2、p3 口， 每个口有 8位（8 根引脚），共 32根； po口（pin39pin32）：8 位双向 i/o口线，名称为 p0.0p0.7； p1口（pin1pin8）：8 位准双向 i/o口线，名称为 p1.0p1.7 ； p2口（pin21pin28）：8 位准双向 i/o口线，名称为 p2.0p2.7 ； p3口（pin10pin17）：8 位准双向 i/o口线，名称为 p3.0p3.7。 stc89c52主要功能如表 1所示： 表 1 stc89c52 主要功能 主要功能特性 兼容 mcs51指令系统，8k 可反复擦写 flash rom 32个双向 i/o口，256x8bit 内部 ram 3个 16位可编程定时/计数器中断，时钟频率 0-24mhz 2个串行中断，可编程 uart串行通道 2个外部中断源，共 6个中断源 2个读写中断口线，3 级加密位 低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功能 3.1.2.stc89c52 单片机最小系统 控制芯片最小系统采用标准的 8051单片机最小系统电路。包括控制芯片 stc89c52单片机、晶振电路和复位电路。单片机最小系统如图 4所示： 10 p2.7/a15864309texcidvslrnogxwu+pfku 图 4 单片机最小系统 3.1.3.晶振电路的选择 晶振电路设计如图 5所示： 图 5 晶振电路 在晶振电路中使用了两个 30pf的电容（c1，c2）和一个晶振（y1） ，分别接 11 的是单片机的 18，19 引脚，晶振频率选取的是 11.0592mhz,是因为主要考虑到 在串口通信时的误码率的问题。下面给出最常用的两种晶振频率 11.0592mhz、12mhz 在同一波特率、同一定时器方式下串口通信时传输数据的 误码率的对比，见下图 6所示： 图 6 不同晶振频率下误码率对比 从以上对比，不难看出，在 9600bps波特率下：采用 11.0592mhz的晶振频 率进行串口通信时是没有误差的，通信质量很好。而 12mhz的晶振频率却高达 8.51的误差！这样大误码率，显然是不能保证串口通信的质量的。虽然在 12mhz晶振频率下降低波特率到一定数值时，误差是可以忽略的，但是这是以 牺牲波特率为前提的，其必然降低串口通信的通信速率，故也不是很明智的办 法。所以综合多方面考虑，我们最终采用了 11.0592mhz的晶振频率。 3.1.4.复位电路的设计 复位是单片机的初始化的操作。单片机控制器在上电启动运行时，都需要 先复位。其作用是使 cpu和控制器中其它部件处于一个确定的初始状态，从这 个状态开始工作，因而，复位是一个很重要的操作方式。但单片机本身是不能 进行自动复位的。必须配合相应的外部复位电路才能实现。 本系统采用按键电平复位电路，其连接方式如图 7所示： 12 k1vc0uf3 图 7 按键电平复位电路 3.2 模数转换模块 3.2.1.adc0809 的选用 模数转换 adc0809是美国国家半导体公司生产的 cmos工艺 8通道，8 位逐 次逼近器。其内部有一个 8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信 号，只选通 8路模拟输入信号中的一个进行 a/d转换。是目前国内应用最广泛 的 8位通用 a/d芯片 。 3.2.2.主要特性 (1)8 路 输 入 通 道 ， 8 位 a/d 转 换 器 ， 即 分 辨 率 为 8 位 ； (2)具 有 转 换 起 停 控 制 端 ； (3)转 换 时 间 为 100 s(时 钟 为 640khz 时 )， 130 s（ 时 钟 为 500khz 时 ） ； (4)单 个 +5v 电 源 供 电 ； (5)模 拟 输 入 电 压 范 围 0 +5v， 不 需 零 点 和 满 刻 度 校 准 ； (6)工 作 温 度 范 围 为 -40 +85 摄 氏 度 ； (7)低 功 耗 ， 约 15mw。 13 3.2.3.内部结构 adc0809是 cmos单片型逐次逼近式 a/d转换器，内部结构如图所示，它由 8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8 位开关树型 a/d转换器、逐次逼 近寄存器、逻辑控制和定时电路组成。 3.2.4 .引脚功能 adc0809引脚图如图 8所示: vcgndp01234567istareo9lkf+-bu 图 8 adc0809 模数转换引脚图 adc0809 芯 片 有 28 条 引 脚 ， 采 用 双 列 直 插 式 封 装 ， 如 图 所 示 。 下 面 说 明 各 引 脚 功 能 ： in0 in7： 8 路 模 拟 量 输 入 端 ； 2-1 2-8： 8 位 数 字 量 输 出 端 ； adda、 addb、 addc： 3 位 地 址 输 入 线 ， 用 于 选 通 8 路 模 拟 输 入 中 的 一 路 ale： 地 址 锁 存 允 许 信 号 ， 输 入 ， 高 电 平 有 效 ； 14 start： a/d 转 换 启 动 脉 冲 输 入 端 ， 输 入 一 个 正 脉 冲 （ 至 少 100ns 宽 ） 使 其 启 动 （ 脉 冲 上 升 沿 使 0809 复 位 ， 下 降 沿 启 动 a/d 转 换 ） ； eoc： a/d 转 换 结 束 信 号 ， 输 出 ， 当 a/d 转 换 结 束 时 ， 此 端 输 出 一 个 高 电 平 （ 转 换 期 间 一 直 为 低 电 平 ） ； oe： 数 据 输 出 允 许 信 号 ， 输 入 ， 高 电 平 有 效 。 当 a/d 转 换 结 束 时 ， 此 端 输 入 一 个 高 电 平 ， 才 能 打 开 输 出 三 态 门 ， 输 出 数 字 量 ； clk： 时 钟 脉 冲 输 入 端 。 要 求 时 钟 频 率 不 高 于 640khz； ref（ +） 、 ref（ -） ： 基 准 电 压 ； vcc： 电 源 ， 单 一 +5v； gnd： 地 。 3.2.5 .adc0809 的工作过程 首 先 输 入 3 位 地 址 ， 并 使 ale=1， 将 地 址 存 入 地 址 锁 存 器 中 。 此 地 址 经 译 码 选 通 8 路 模 拟 输 入 之 一 到 比 较 器 。 start 上 升 沿 将 逐 次 逼 近 寄 存 器 复 位 。 下 降 沿 启 动 a/d 转 换 ， 之 后 eoc 输 出 信 号 变 低 ， 指 示 转 换 正 在 进 行 。 直 到 a/d 转 换 完 成 ， eoc 变 为 高 电 平 ， 指 示 a/d 转 换 结 束 ， 结 果 数 据 已 存 入 锁 存 器 ， 这 个 信 号 可 用 作 中 断 申 请 。 当 oe 输 入 高 电 平 时 ， 输 出 三 态 门 打 开 ， 转 换 结 果 的 数 字 量 输 出 到 数 据 总 线 上 。 转 换 数 据 的 传 送 a/d 转 换 后 得 到 的 数 据 应 及 时 传 送 给 单 片 机 进 行 处 理 。 数 据 传 送 的 关 键 问 题 是 如 何 确 认 a/d 转 换 的 完 成 ， 因 为 只 有 确 认 完 成 后 ， 才 能 进 行 传 送 。 为 此 可 采 用 下 述 三 种 方 式 ： （ 1） 定 时 传 送 方 式 对 于 一 种 a/d 转 换 器 来 说 ， 转 换 时 间 作 为 一 项 技 术 指 标 是 已 知 的 和 固 定 的 。 例 如 adc0809 转 换 时 间 为 128 s， 相 当 于 6mhz 的 mcs-51 单 片 机 共 64 个 机 器 周 期 。 可 据 此 设 计 一 个 延 时 子 程 序 ， a/d 转 换 启 动 后 即 调 用 此 子 程 序 ， 延 迟 时 间 一 到 ， 转 换 肯 定 已 经 完 成 了 ， 接 着 就 可 进 行 数 据 传 送 。 （ 2） 查 询 方 式 15 a/d 转 换 芯 片 由 表 明 转 换 完 成 的 状 态 信 号 ， 例 如 adc0809 的 eoc 端 。 因 此 可 以 用 查 询 方 式 ， 测 试 eoc 的 状 态 ， 即 可 确 认 转 换 是 否 完 成 ， 并 接 着 进 行 数 据 传 送 。 （ 3） 中 断 方 式 把表明转换完成的状态信号（eoc）作为中断请求信号，以中断方式进行数 据传送。 不管使用上述哪种方式，只要一旦确定转换完成，即可通过指令进行 数据传送。首先送出口地址并以信号有效时，oe 信号即有效，把转换数据送上 数据总线，供单片机接受。 3.3 环境温湿度数据采集模块 3.3.1.ds18b20 温度数据采集 环境温度数据采集模块主要使用了 ds18b20传感器。ds18b20 是由美国 dallas半导体公司生产最新单线数字式温度传感器，主要特性如下：可实现对 一 55到+125 范围内的温度测量，并且测量温度的误差在0.5，实际系 统的分辨率可单独设定，并且保存在 eeprom 中，即使断电也能够保存；现场 温度的测量值通过串行通信的方式传输，即“单线总线”的数字方式传输；系 统供电电压容许范围大，可在 3v到 55v 的范围波动。ds18b20 实物图及引脚 图如图 9所示： 图9 ds18b20实物及引脚排列图 16 引脚功能简介： (1)dq为数字信号输入/输出端； (2)gnd为电源地； (3)vdd为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。 3.3.2.ds18b20 与 stc89c52 单片机的连接 本设计中 ds18b20与 stc89c52单片机的连接，见图 10所示：gnd5kr6vcp321quds8b0 图10 ds18b20温度传感器连接电路 这里使用了5k的上拉电阻来保证传感器的正常工作，在实验中我们发现，在 数据线很短的情况下，即使不使用上拉电阻也可正常的工作。上拉电阻的选用 要根据数据线的长短合适的选取。为了稳妥起见，我们使用了一个5k的上拉电 阻 3.3.3.hr31 湿度数据采集 环境湿度数据采集模块主要使用了 hr31湿敏电阻传感器。hr31 湿敏电阻是 采用有机高分子材料的一种新型的湿度敏感元件，感湿范围宽，长期使用性能 稳定，可以应用于仓储、车厢、居室内空气质量控制、楼宇自控、医疗、工业 控制系统及科研领域等广泛的应用。hr31 的特点有：优良的线性，高性价比， 耗能低，测量范围广，响应迅速，抗污染能力强，性能稳定等。hr31 实物如图 11所示： 17 图 11 hr31 湿敏电阻 3.3.4.hr31 湿敏电阻电路图 hr31采集的数据必须通过 adc0809转换后和单片机相连。电路图如图 12所 示： 12prgndvci0 图 12 hr31 连接电路图 这里采用的是滑动变阻器来保证传感器的正常工作。hr31 功能指标如下所 示： 工作范围：2095%rh 60 供电电压：1.5v ac(max 正弦波) 工作频率 ：500hz2khz 额定功率 ：0.2mw(max 正弦波) 中心值 ：（at251khz 1v ac 60%rh 正弦波）31.0k 阻抗范围 ：（at251khz 1v ac 60%rh 正弦波）19.850.2k 湿度检测精度：5%rh 18 特性参数：at 1khz 单位：欧姆 阻抗特性：at251v ac 1khz 注意事项： （1）为防止极化现象，驱动传感器所用的电压或电流不应含有直流成分； （2）请使用 lcr交流电桥进行测量，请勿使用万用表测量； （3）避免结露情况； （4）推荐保存条件：温度 1040 湿度 60%rh以下。 3.4 nrf905 无线模块 3.5.1.无线 nrf905 简介 nrf905单片无线收发器是挪威nordic公司推出的单片射频发射器芯片，工 作电压为1.9-3.6v，32引脚qfn封装（5mm5mm） ，工作于433/868/915mhz3个 ism频道。 nrf905可 以 自 动 完 成 处 理 字 头 和 crc（ 循 环 冗 余 码 校 验 ） 的 工 作 ， 可 由 片 内 硬 件 自 动 完 成 曼 彻 斯 特 编 码 /解 码 ， 使 用 spi接 口 与 微 控 制 器 通 信 ， 配 置 非 常 方 便 ， 其 功 耗 非 常 低 ， 以 -10dbm的 输 出 功 率 发 射 时 电 流 只 有 11ma， 在 接 收 模 式 时 电 流 为 12.5ma。 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 。 shockburst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的实物如图13所示: 19 图 13 nrf905 模块 3.5.2.nrf905 工作模式 nrf905采 用 nordic公 司 的 vlsi shockburst技 术 。 shockburst技 术 使 nrf905能 够 提 供 高 速 的 数 据 传 输 ， 而 不 需 要 昂 贵 的 高 速 mcu来 进 行 数 据 处 理 /时 钟 覆 盖 。 通 过 将 与 rf协 议 有 关 的 高 速 信 号 处 理 放 到 芯 片 内 ， nrf905提 供 给 应 用 的 微 控 制 器 一 个 spi接 口 ， 速 率 由 微 控 制 器 自 己 设 定 的 接 口 速 度 决 定 。 nrf905通 过 shockburst工 作 模 式 在 rf以 最 大 速 率 进 行 连 接 时 降 低 数 字 应 用 部 分 的 速 度 来 降 低 在 应 用 中 的 平 均 电 流 消 耗 。 在 shockburst rx模 式 中 ， 地 址 匹 配 am和 数 据 准 备 就 绪 dr信 号 通 知 mcu一 个 有 效 的 地 址 和 数 据 包 已 经 各 自 接 收 完 成 。 在 shockburst tx模 式 中 ， nrf905自 动 产 生 前 导 码 和 crc校 验 码 ， 数 据 准 备 就 绪 dr信 号 通 知 mcu数 据 传 输 已 经 完 成 。 总 之 ， 这 意 味 着 降 低 mcu的 存 储 器 需 求 也 就 是 说 降 低 mcu成 本 ， 又 同 时 缩 短 软 件 开 发 时 间 。 3.5.3.nrf905 基本特点 nrf905无线收发模块体积小、精度高、工作稳定、抗干扰性强、通信稳定。 芯片结构如图 14所示： 20 图 14 nrf905 芯片结构 芯片各部分功能及性能介绍： (1) 433mhz 开放 ism 频段免许可证使用； (2) 接收发送功能合一，收发完成中断标志； (3) 170个频道，可满足多点通讯和跳频通讯需求，实现组网通讯 tdma-cdma- fdma (4) 内置硬件 8/16位 crc校验，开发更简单，数据传输可靠稳定； (5) 工作电压 1.9-3.6v，低功耗，待机模式仅 2.5ua； (6) 接收灵敏度达-100dbm； (7) 收发模式切换时间 650us； (8) 每次最多可发送接收 32字节，并可软件设置发送/接收缓冲区大小 2/4/8/16/32字节； (9) 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； (10) 最大发射功率 10毫瓦，发射模式：最大电流30ma；接收模式：电流 12.2ma (12) 标准 dip 间距接口，便于嵌入式应用； (11) 内置 spi接口，也可通过 i/o口模拟 spi实现，最高 spi时钟可达 10m (13) 采用高精度贴片晶振及品牌阻容元件，性能更优，工作更稳定。 21 (14) 尺寸小巧，不含天线 25mm*19mm； (15) 发射速率 5 0 kbps，外置 433mhz天线，空旷通讯距离可达 200-300米。 nrf905引 脚 图 如 图 15所 示 ：vctx_e23pwu4lkd6am78isog. 图15 nrf905引脚图 管脚及功能如表2所示： 表2 nrf905管脚功能 管脚 名称 管脚功能 说明 1 vcc 电源 电源+3.33.6v 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 22 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 说明:(1) vcc 脚接电压范围为 3.3v3.6v 之间，不能在这个区间之外，超 过 3.6v将会烧毁模块。推荐电压 3.3v左右 (2) 除电源 vcc和接地端，其余脚都可以直接和普通的 5v单片机 io口直接 相连，无需电平转换。当然对 3v左右的单片机更加适用 (3) 硬件上没有 spi的单片机，可以用普通单片机 io口模拟 spi，不需要 单片机 spi模块介入，只需添加代码模拟 spi时序即可 (4) 13脚、14 脚为接地脚,需要和母板的逻辑地连接起来 (5) 排针间距为 100mil,标准 dip插针，如果需要其他封装接口，比如密脚 插针，或者其他形式的接口，可以联系我们定做 (6) 与 51系列单片机 p0口连接时候，需要加 10k的上拉电阻,与其余口连 接不需要 (7) 其他系列的单片机，如果是 5v的，请参考该系列单片机 io口输出电流 大小，如果超过 10ma，需要串联电阻分压，否则容易烧毁模块! 如果是 3.3v 的，可以直接和 rf905模块的 io口线连接。 模块引脚和电气参数说明 ：rf905 单片无线收发器工作在 433/868/915mhz 的 ism 频段由一个完全集成 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 shockburst 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 接口进行编程配置电流消耗很低在发射功率为10dbm 时发射电流为 30ma 接收电流为 12.5ma. 进入 powerdown 模式可以很容易实现节电。rf905 模块性能参考数据如表 3所示： 表 3 nrf905 性能参数 23 参数 数值 单位 最低工作电压 3.0 v 最大发射功率 10 dbm 最大数据传输率曼切斯特编码 50 kbps 输出功率为-10 dbm 时工作电 流 9 ma 接收模式时工作电流 12.5 ma 温度范围 -40 to +85 典型灵敏度 -100 dbm powerdown 模式时工作电流 2.5 ua rf905模块工作电压与最大发射增益参考数据如表 4所示： 表 4 nrf905 工作电压与发射增益 工作电压(模块 vcc供电电压) 模块最大发射增益(dbm) +3.3v +7.3dbm +3.6v +10dbm 3.5 控制模块 为了实现对温湿度的控制功能，设计一个继电器控制电路模块。这个模块主 要是通过对继电器的控制来实现的。继电器采用的是 5v 驱动的五脚继电器。控 24 制电路图如图 16 所示： d15n407qs8p2gvc.3子jr 图 16 继电器控制电路 从原理图可以看到，我们设计中包含了4个继电器。控制原理是：在无任何 控制信号的时候三极管截止，继电器未吸和，对应的发光二极管亮。当单片机 给一个低电平信号时三极管导通，继电器吸和，对应的发光二极管灭。发光二 极管的限流电阻选用的是常用的470欧姆的电阻，三极管选用的是9012（pnp）, 为了达到合适的驱动电流，三极管基极电阻选用的是1k的电阻。 4 软件设计 4.1 总体程序流程图设计 采集板程序流程如图 17所示： 25 图 17 采集板程序设计流程图 接受控制板程序流程如图 18所示： 图 18 接受控制板程序设计流程图 4.2 分模块程序设计 对于相应的硬件模块，主要要设计的模块程序分别是：数据采集接受的程 序设计，128*64 液晶屏幕显示驱动程序的设计，继电器控制程序设计。蜂鸣器 的控制也只需控制相应的单片机 i/o口输出高/低电平即可。下面我们将分别给 出各个主要模块程序设计的思路。 4.2.1.数据采集模块的程序设计 从硬件的设计和总体程序流程图，我们可以看出，数据采集是一个很重要 温度 采集 湿度 采集 adc0 809 转化 nrf9 05 初 始 化 nrf 905 lcd显示 继电器 开 始 结 束 初 始 化 stc 89c 52 开 始 结 束stc89 c52 26 的步骤。对于数据采集我们主要是采集温度、湿度等环境因素的数据，采用的 传感器分别是 ds18b20，hr31。下面分别给出它们的程序设计思路。 ds18b20的程序设计 从上文给出的 ds18b20的资料，在硬件连接正确且上电的情况下，要读出 温度数据，我们设计了以下几个函数： 18b20读字节函数 uchar readonechar(void)。函数功能:向 ds18b20读一 字节数据，入口参数:无，出口参数:dat。 18b20写字节函数 void writeonechar(unsigned char dat)。函数功能:向 ds18b20写一字节数据，入口参数:dat ，出口参数: 无。 18b20初始化函数 void init_ds18b20(void)。函数功能:ds18b20 初始化子 程序，入口参数: 无，出口参数:无。 18b20读温度值函数 readtemperature(void)。函数功能:向 ds18b20读温 度值，并将温度值存入字符数组。入口参数:无，出口参数:temperature。 ds18b20读一次温度数据的程序流程图如图 19所示： 图 19 温度数据采集流程图 初始 化 ds18b 20 高低 位转 换为 实际 温度 读温 度寄 存器 值 （高 8低 8位） 再初 始化 ds18 b20 温 度 转 换 开 始 结 束 27 adc0809以及适度数据采集的程序设计 湿度数据的采集我们采用的是湿敏电阻 hr31采集，因为湿敏电阻是电压型 的传感器，所以单片机需要通过 ad转换才能识别并处理采集到的数据。对于 adc0809和湿度数据的采集我们设计了以下一些函数： adc0809初始化函数 uchar adc( )。函数功能：adc0809 初始化，入口参数： 无，出口参数：getdata。 读取湿度值函数 void readguangzhao( )。函数功能：读取光照值数据，并 将湿度值数据存入字符数组，入口参数：无，出口参数：无。 具体的代码的编写已经完成，这里为节约篇幅，不再附上。adc0809 读一次 数据的流程图如图 20所示： 图 20 adc0809 数据转换流程图 28*64液晶屏幕显示模块驱动程序设计 128*64液晶屏幕主要用于数据和信息的显示，为驱动它正常工作，设计了 以下一些函数：128*64 写指令函数 void zhiling(uchar a)函数功能：写一字 节的指令到 128*64，入口参数：a，.出口参数：无。128*64 写数据函数 void shuju。函数功能：写一字节的数据到 128*64，入口参数：b,出口参数：无。 位置函数 void weizhi(uchar x ,uchar y)。函数功能：设置 128*64的初始显 示位置，入口参数：x,y,出口参数：无；有延时的显示函数 void xianshi(uchar x,uchar y,uchar *p)。函数功能：128*64 有延时显示一个字 符串，入口参数：x,y，*p,出口参数：无。无延时的显示函数 void 选择输 入通道 初始化 adc080 9并读 取数据 将数据 存入字 符数组 开始 结束 28 xianshi1(uchar x,uchar y,uchar *p)。函数功能：128*64 无延时的显示一个 字符串，入口参数：x,y,*p,出口参数：无。128*64 初始化函数 void init(void)。函数功能：128*64 的初始化设置，入口参数：无，出口参数：无。 具体的代码的编写已经完成，这里为节约篇幅，不再附上。128*64 写入一次显 示数据如图 21所示： 图 21 128*64 lcd 一次显示数据流程图 5 系统调试 5.1 pcb 板制作元器件封装的选取和摆放 本次毕业设计要自己制作两块 pcb板：采集板 pcb板和继电器控制板 pcb 板。采集，控制板 pcb板自己设计制成。 这一步在 pcb板制作过程中是很重要的，直接影响到板的大小、布线的难 易及板的大小与美观等。在 altium designer中默认的很多元件封装可能会与 采购的元件封装不符，或大或小或引脚顺序和数目不对，因此首先就需要对封 装不符的元件进行大小和引脚距离的测量，然后自制封装，载入元件库，在原 理图中替代默认封装。 在原理图中将元件封装修改完成后，将所有元件封装导入 pcb图中进行元 件位置的大致摆放，摆放时，尽量将各模块的元件放置在一起，便于布线与电 初始化 128*64 调用显 示函数 写入显 示数据 128*64 显示写 入数据 开始 结束 29 路的检测；元件也尽量放置紧凑，可避免线路过长和缩小电路板。当然，元件 摆好后不是就不能动了，在布线时，根据需要可进行适当的调整，尽量使元件 摆放整齐，布线方便、美观。 5.2 电路板的调试 pcb布线是制板过程中最难花费时间最多的一步。采集板 pcb板和继电器 控制板 pcb板的制作采用的是双面板面板，由于线路比较多，加上制版工艺的 限制，采用自动布线功能难以完成本控制器合理的布线工作，因此采用了手工 布线。 手工布线过程中，在布线之前先要设置好布线的层面和部分布线规则。采 集板 pcb板，线宽设置为 0.4mm，线与线之间的距离设置为 0.8mm。继电器板 pcb板，线宽设置为 0.4mm,线与线之间的距离设置为 0.3mm。 制作好电路板之后需要进行硬件电路的测试。 线路检测：根据电路图用万用表检测 pcb板线路是否有短路和断路现象。 焊接好元件后，根据电路图检查有极性元件是否反接，元件参数是否合适， 再检测元件引脚与对应的线路是否接通，防止虚焊。 将电源电路接通，用万用表测量各输出电压值是否正常。 确保 pcb板上线路连接正常后，开启自锁开关将板上电源接通，再检测各 电源接口电压是否正常，看各元件能否正常工作如有无发烫现象，过一段时间 再检测，确定硬件控制器的稳定性。 装上单片机，再测量其电压输入口40引脚vcc电压（5v） 、31引脚ea/vpp引 脚电压（5v） 、晶振两引脚与地之间的电压（2.2v左右）和降压引脚之间的电压 （3.3v左右） ；说明单片机能正常工作。 5.3 软件调试 硬件调试成功之后，依次对液晶显示程序，nrf24l0 无线模块对采集量的 传输程序，串口程序等进行调试。 30 5.4 软硬件结合调试 硬件调试和软件调试成功之后，将各部分程序进行揉合处理，分别写入相 应的单片机，看看整个系统能否正常按预期目标工作。如果不能，还要从硬件 和软件部分找出相应的原因，并依次解决问题。 6 总结 通过一段时间地全心投入和辛苦努力，模拟无线系统完成了最终的调试工 作，实现了设计要求的功能。 本文设计实现通过无线采集温湿度数据发送到无线接收端，通过 lcd显示， 继电器控制的的思路。 在整个制作过程中，遇到过一些困难，首先在硬件设计上，由于开始对 nrf905无线模块不熟悉加之其程序量较多，通过我多方面的查找资料，并不断 的向刘老师和同学请教，结合网络资源，最终找出比较完善的方案，在理论上 能够实现功能要求。经过学习，我积累了很多的关于无线传输的经验，并且知 道了在合理布线，pcb 板制图，检查装配无误的情况下，如果还出现电路无输 出的情况，那么可以肯定是原理图错误，这时就要回到原理图进行检查。总体 的检查顺序应该是原理图、pcb 图、装配情况、焊接工艺。从整体来说这是一 个复杂，繁琐的过程。但是经过这次设计也使我深深的认识到：一片耕耘，一 31 片收获！ 参考文献 1 李朝青.单片机原理及接口技术m .北京:北京航空航天大学出版社，2005 2 谭浩强. c 语言设计m.北京：清华大学出版社，2005 3 宫俊卿,彭文标,赵亮方,操金点. 单工无线呼叫及数据传输系统的设计与实 现j安防科技, 2008,(02) 4 黄贤武，郑筱霞，传感器原理及其应用 成都：电子科技大学出版社 2002.7 5 汤青波, 朱文虎, 周荣玮. 单工无线呼叫系统j. 江西理工大学学报, 2007,(01) 6 张超, 吴占江, 邓亮辉. 无线呼叫系统的设计j. 绍兴文理学院学报(自 然科学版), 2006,(02) 7 吴文佳. pt2262/pt2272编解码 ic在无线智能报警系统中的应用j世界 电子元器件, 2004,(12) 32 8 聂光义. 点对多点的多任务无线通信j单片机与嵌入式系统应用, 2003,(03) 9 徐丽香,陈榕福,吴忠仁,蔡志泉. 基于单片机的多路双工无线呼叫系统微 计算机信息, 2007,(14) 10 赵 负 国 . 现 代 传 感 器 集 成 电 路 m. 北 京 ： 人 民 邮 电 出 版 社 ， 2001 11 吴文南,胡爱群,宋宇波. 短距离无线语音和数据传输模块的设计与实现j现 代电子技术, 2007,(05) 12 汤荣生.lcd 显示点阵字库的提取j .苏州大学学报（自然科学)， 2002(4) : 45-48 3 宏晶科技.stc 单片机用户参考资料中文版. / datasheet/stc/stc-ad-pdf/stc89c51rc-rd+_guide-chinese.pdf，2007-1 1-07 14 siemens. tc35i terminal. eb/ol /index0/ tc35i/pdf/tc35i_atc_v0301.pdf 15 王 瑟,刘 超基于 802.15.4协议与嵌入式系统的无线传感器 网络应用 开发j.微计算机信息,2006,22(20):31-33 致 谢 词 在这次设计中， 老师在整体方案选择、从理论指导到实际操作为我作出了 认真的分析和耐心的讲解，无论是在物质上和精神上都给予我大力的支持，使 我能在比较宽松的环境下安心的做设计。整体方案确定以后，在细节问题上刘 老师也给予了精心的指导和耐心的鼓励。这样才使我的毕业设计能够顺利进行 下去，刘老师平易近人、思路开阔、思维周密、治学严谨，在繁忙的教学过程 中还抽出时间给我们辅导，尽力解决我们在设计过程中遇到的各种问题，在定 稿之际，对刘老师表示特别感谢。 在此次毕业设计过程中困难重重，曾几度相当郁闷，不知到如何才好，但 是在同学们的鼓励、帮助之下，毕业设计才有了比较好的进展，特别是室友文 俊提出的宝贵建议使硬件电路设计趋于完善。在此向他表示感谢！最后，再次 33 向各位领导、各位老师、各位同学致以衷心的感谢！ 独 撰 声 明 我声明，本论文（设计）是由本人在指导教师的指导下独 立完成的，在完成论文（设计）时所利用的一切资料均已在参 考文献中列出。 34 姓名： 2012 年 5 月 23 日 翻 译 资 料 随着现代社会对温度，湿度的要求日益重视。如何能够有效地采集温湿度， 并加以监视控制就显得非常必要啦。传统的温湿度采集方法已不适用，新技术 和新业务的开发和应用就已提到十分重要的位置