外界环境实时检测及无线传输系统设计

外界环境实时检测及无线传输系统设计

［摘要］:外界环境要紧包含温度、湿度、光照强度与灰尘浓度等，这些因素都会影响人们的生活，实时熟悉

外界环境很有必要。本文要紧使用主控芯片AT89s52对温湿度传感器DHT11,光软电阻与PM2.5传感器GP2Y1010AU

的操纵，实现对外界环境的检测，数模转换器使用的是ADC0832,然后通过NRF24L01的无线模块对采集的数据进行

无线传输，最后显示在1602LCD屏上。该设计能够实现温度、温度光照强度的实时检测，液晶屏上能准确显示出当

前的数据。

［关键字］:AT89S52,DHT11,光敏电阻，GP2Y1010AU

RealtimeDetectionandWirelessTransmissionSystem

Design

Author:WuXumin

(Grade2012,Class4,MajorofCommunicationEngineering,SchoolofPhysicsandTelecommunication

EngineeringofShaanxiUniversityofTechnology,Hanzhong723003,Shaanxi)

Tutor:LiCuihca

Abstract:Theexternalenvironmentmainlyincludestemperature,humidity,lightintensityandduslconcentration.

etc.Thesefactorswillaffectpeople'slives,itisverynecessarytounderstandthereal-timeoftheexternalenvironment.This

textmainlyusesthechipAT89s52tocontrolthesechips.suchasthetemperatureandhumiditysensorDHT11,the

photosensitiveresistanceaswellasthePM2.5sensorGP2Y10I0AU,toachievethedetectionoftheexternal

environment.DigitaltoanalogconverterusingADC0832,AndthenthroughtheNRF24L01wirelessmoduetocollectthe

dataforwirelesstransmission,andfinallydisplayedonthe1602LCDscreen.Thedesigncanrealizethereal-timedeiecrion

oftemperatureandhumiditylightintensity,andthecurrentdatacanbedisplayedontheLCDscreen.

Keywords：AT89S52.DHTII.Photosensitiveresistance,GP2YlC10AU

目录

1绪论....................................................111

2方案论证....................................................1

2.1显示电路方案...........................................1

2.2无线传输方案...........................................1

2.3系统总体方案设计.......................................1

3硬件电路设计................................................3

3.1操纵部分...............................................3

3・2模数转换部分.............................................5

3.3信息采集部分...........................................6

3.3.1温湿度采集........................................6

3.2.2光照强度采集......................................7

3.2.3灰尘浓度采集......................................7

3.3无线传输部分...........................................7

3.4显示电路部分...........................................8

4软件设计...................................................10

4.1软件的总体设计.........................................10

4.1.1无线发送模块...................................10

4.1.2无线接收模块....................................11

4.2软件的分步设计.......................................12

4.2.1温湿度检测软件设计...............................12

4.2.2无线发送模块软件设计.............................13

4.2.3无线接收模块软件设计..............................13

4.31602显示部分.............................................14

4.4ADC模数转换部分........................................14

5系统调试................................................17

6总结....................................................18

致谢......................................................19

参考文献.................................

附录A..........................................................................................................21

附录B..........................................................................................................30

附录C..........................................................................................................31

附录D..........................................................................................................39

1绪论

数字温度传感器（温度传感器）是在20世界90年代中期M现的。它是由微电子技术、计算机

技术与自动测试技术（ATE）构成的芯片。目前，国际上已研发出很多数字智能温度传感器系列产品

芯片。数字智能温度传感器的内部要紧包含温度传感器、信号处理器、A/D转换器、存储器（或者

寄存器）与接口电路等。有的芯片还自带多路选择器、随机存取存？储器中央操纵器、只读存储器。

数字智能温度传感器的特点是输出温度数据及有关的温度操纵量，适配各类微操纵器；同时在一定

的基础上通过软件来实现测试功能的，它的检测智能化程度由软件开发水平来决定。

20世界90年代中期，最先产生的数字智能温湿度传感器用的是8位A/D转换器，其测试温度

精度较低、分辨力较差，会产生很大的误差。现在国内外已陆续推出多种高精度、高分辨力的智能

数字温度传感器，其用的是9—12位A/D转换器。由美国DALLAS半导体公司新研制的DS1624型高

分辨力的数字智能温度传感器，能输出13位二进制数据，其分辨力高达0.03125度，测温精度为土

2度,为了提高多通道的智能温度传感器的转换速率，有的芯片使用高速逐近逼近式A/D转换器。

新型数字智能温度传感器的测试功能也在不断增强，另外，智能数字温度传感器正从单通道向

多通道的转换，这就为研发多路温度测控系统制造了良好条件。智能温度传感器的总线技术也达到

了标准化、规范化的标准，它所使用的总线要紧有单线总线、12c总线、SUBvs总线与SPI总线。

所谓外界环境，要紧指的是温度，湿度，灰尘浓度，光照强度等。这些因素对人们的出行与生

活产生重大影响，实时熟悉外界环境的状况在生活中很必要。温度操纵广泛应用于人们的生产与生

活中，人们使用温度计来测量温度，通过人工操作来加热、通风与降温设备来操纵温度，这样不但

操纵精度低、实时性差，而且操作人员的劳动强度大。即使有使用半导体二极管作温度传感器的，

但由于其互换性差，效果也不理想，在某些行业中对温度的要求较高，也不能很好的实现温度的实

时检测与传输，由于工作环境不合理而引发的事故时有发生，对工业生产可靠进行造成影响，甚至

操作人员的安全，因此，对传感器的要求也越来越高。为了避免这些缺点，需要在某些特定的环境

里安装数字温度测量及操纵设备。本设计使用的是AT89s52单片机作为核心的微处理器，通过单片

机操纵温湿度传感器实现外界的温度湿度的检测，利用光敏电阻实现对光照强度的检测，利用PM2.5

传感器实现对灰尘浓度的检测。无线模块使用的NRF24L01,实现对温湿度、光照强度、灰尘浓度的

传输，各个指标的显示使用的是1602液晶屏。由于使用了新型单片机对温度进行操纵，以其测量精

度高，操作简单。可运行性强，价格低廉等优点，特别适用于生活，医疗，工业生产等方面的温度

测量及操纵。通过对外界环境的检测让人们直观的看到各类情况下的影响，并找出最佳的外界环境,

对种植大棚蔬菜有重大意义，与观察各类生物的最佳的生活状态有重大影响。比如温室大棚蔬菜，

通过对温度湿度光照等的观察，找出蔬菜的最佳的生长环境。

这次的设计要紧分为五部分，首先就是课题研究的背景意义目的等的简介；其次就是方案的选择

与对比，与各类方案的优劣势等：第三部分就是本次设计的重点了，硬件电路设计，包含要紧的操

纵芯片单片机，采集数据所用的各类传感器，传输数据的无线模块，与最后显示数据的显示模块；

第四部分是软件设计流程，根据各个模块的工作原理与工作顺序对系统的软件进行设计，最后要紧

是对整个设计的硬件电路进行调试了。

2方案论证

本此设计中单片机的检测电路需要完成的基本任务有：①数据自动采集，传感器将外界环境中

的温湿度、光照强度、灰尘浓度的数据检测到，直接送给单片机需通过A/D转换与专门的数据采集

部分；实时监测：在24小时内是实时地检测出外界环境的数据；自动显示：有数码管自动地显示检

测的数据；无线传输：将接收的数据通过无线模块进行传输。

2.1显示电路方案

方案一：使用数码管动态显示

使用七段LED数码管，使用动态显示的方法来显示各项指标，此方法尽管价格成本低，但是显

示单一，且功耗较大。

方案二：使用LCD液晶显示

使用1602LCD液晶显示，此方案显示内容相对丰富，且价格不高，接口简单。

综合上述原因，使用方案二，使用LCD液晶作显示电路。

2.2无线传输方案

方案一：nRF24L01无线芯片；

nRF24L01是一款新型单片射频收发器件的芯片，工作频段在2.4GHz〜2.5GHz之间。内部含有

频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块，并融合了增强型ShockBursl技术，其

中输出功率与通信频道可通过程序进行配置。nRF24L01功耗低，多种低功率工作模式（掉电模式与空

闲模式）使节能设计更方便。nRF24L01要紧特性如下：直正的GFSK调制硬件集成0SI链路层：具

有自动应答与自动再发射功能；片内自动生成报头与CRC校验码；数据传输率为IMb/s或者2Mb/s;

SPI速率为0Mb/s-10Mb/s;拥有125个频道：与其他nRF24系列射频器件相互兼容;QFN20引

脚4nunX4mm封装；供电电压为1.9V—3.6V。nRF24L01的CE,CSN,SCK,MOSI,MISO.IRQ

引脚可接STC89c52的任意端口，但需在软件编程时注意nRF24L01工作模式通过配置寄存器可

将nRF241L01配置为发射、接收、空闲及掉电四种工作模式，待机模式1要紧用于降低电流损耗，

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。在掉电模式下电流质耗最小，同时nRF24L01也不工作，但其

所有配置寄存器的值仍然俣留。

方案二：nRF905无线芯片；

nRF905无线芯片是有挪威NORDIC公司出品的低于：GHz无线数传芯片，要紧工作于433MHz、

868MHz与915MHz的ISM频段。芯片内包含频率合成器、功率放大器、晶体振荡器与调制器等功能

模块，输出功率与通信频道可通过程序进行配置。非常适合于低功耗、低成本的系统设计。性能参

数：422.4—473.5MHz工作频段，通讯频道512个，满足多点通讯、分组、跳频等应用需求，通道

切换时间W6us发射功率可设置为：10dBm、6dBm、-2dBn与-10dBm通过SPI接口与MCU连接支持

50kbps传输速率ShockBurst传输模式，自动生成前导码与CRC校验码工作电压范围：1.9V—3.6V,

待机模式下电流仅为12.5」人工作温度范围：-40℃—856

综合考虑，使用方案一，电路比较简单，软件设计也比较简单，故使用了方案一。

2.3系统总体方案设计

综合以上的分析可知，基于单片机的外界环境的检测系统比起传统的检测系统有着非常明显的

优势。首先在测量精度方面比起传统的温度计与湿度计大大地提高了其测量精度。在测量准度方面

比起传统的温度计与湿度计有着抗干扰的能力。在显示方面基于单片机的温湿度检测系统是实时的

自动显示而传统的温度计与湿度计还务必从仪器上面用肉眼读出来。随着智能检测系统的飞速进展,

基于单片机的温湿度检测系统将多传感器系统结合在一起。如何把多传感器集中于一个检测操纵系

统，综合利用来自多传感松的信息，获得对被测对象的可靠熟悉与解释，以利于系统做出正确的响

应、决策与操纵，是智能检测操纵系统中需要解决的首要问题。在温湿度要求严格的场合，利用多

传感技术能够提高系统的可靠性与精度，亦能够提高系统的时间空间的覆盖范围。集成数字传感器

具有较高的可靠性与稳固性。本设计是用新型的智能集成温温度传感器DHT11要紧实现检测温度、

湿度的检测，用GP2Y1010AUPM2.5传感器耍紧实现对灰尘的检测，光敏电阻实现对光照强度的检测，

将上述信号通过传感器进行信号的采集并转换成数字信号，再运用单片机STC89C52进行数据的分析

与处理，然后再通过nRF24L01无线模块传输并在LCD1602上显示当前数据。根据上述方案比较，结

合题目要能够将系统分为采集发送模块与接收显示模块，其框图如2.1、2.2所示：

图2.1采集发送方案

图2.2接收显示方案

3硬件电路设计

3.1操纵部分

CPU是整个操纵部分的核心。在考虑经济性与满足需求的前提下，本系统选用ATMEL公司生产

的8位AT89S52单片机作为整个系统的操纵中心。AT89s52是ATMEL公司生产的低功耗,高性能CM0S8

位单片机，片内含8kbytes的可系统编程的Flash只读程序存储器，器件使用ATMEL公司的岛密度、

非易失性存储技术生产,兼容标准8051指令系统及引脚,它集Flash存储器既可在线编辑(ISP)

也可用传统方法进行编辑及通用8位微处理器于单片芯片中，功能强大AT89S52单片机可为您提供

许多高性价比的应用场合。在本系统中，AT89s52单片机内部的功能单元已经能够满足系统设计需

要，不需要系统扩展。AT89S52具有下列的特点：8031CPU与MCS51兼容寿命：1000写/擦循环8K

字节可编程FLASH存储器全静态工作：0-24MHZ三级程序存储器保密锁定256*8位内部RAM32

条可编程I/O线两个16位定时器/计数器6个中断源可编程串行通道低功耗的闲置与掉电模式片

内振荡器与时钟。AT89s52是一种低功耗、高性能CM0S8位微操纵器，具有8K在系统可编程

Flash存储器。使用Atmcl公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80c51产品指令

与引脚完全兼容。片上Flash同意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与在系统可编程Flash,使得AT89s52为众多嵌入式操纵应用

系统提供高灵活、超有效的解决方案⑵。AT89s52引脚功能AT89S52单片机为40引脚芯片见

图3.1

(T2)P1.0140Vcc

(T2EX)PT7239PO.O(ADO)

PL?338P0.l(ADl)

PL?

437P0.2(AD2)

Pl.4536P0.3(AD3)

Pl-5635P0.4(AD4)

PL?734P0.5(AD5)

PL7833P0.6SD6)

7

RST"932P0.7(AD7)

(RXD)P3.01031EA/Vpp

(TXD)P3.111AT89S5230ALE/PROG

(INT0)P3?I

1229PSEN

(INTDP3.31328P2.7

(T0)P377

1427P2.6

(TDP3.51526P2.5

(WR)P3.61625P2.4

(RD)PT71724P2.3

7?2

XTAL11823

XTAL11922P2.1

GND2021P2.0

图3.1AT89s52引脚图

(1)口线：P0、Pl、P2、?3共四个八位口。

P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻

辑电平。P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，pl输出缓冲器能驱动

4个TTL逻辑电平。对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，如今能够作为输入口

使用.作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因.将输出电流(HI.)C

此外，Pl.0与PL1分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）与定时器/计数

器2的触发输入（PL1/T2EX）。在访问外部程序存储器或者用16位地址读取外部数据存储

器时，P2口送出高八位地址。在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。

（2）其他引脚说明：

RST：复位输入。晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时

完成后，RST脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位能够使此

功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。

对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。

如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的DO位置位，可禁止ALE

操作。该位置位后，只有一条“OVX与MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉

高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。

（3）操纵或者更位引脚

RESET此脚为高电平常（约2个机器周期）可将单片机复位。

RST/VPD——当出现两个机器周期高电平常，单片机复位。复位后，P0〜P3输出高电平；SP寄存

器为07H；其它寄存器全部清0；不影响RAM状态。如图3.2所示。

(T2)P1.0140Vcc

(T2EX)P1.1239PO.O(ADO)

Pl.2338P0.1(AD1)

Pl.3437P0.2(AD2)

Pl.4536P0.3(AD3)

Pl.5635P0.4(AD4)

Pl.6734P0.5(AD5)

(7

10uF/25V±n7Pl.7833P0.6(AD6)

UI

RST932P0.7(AD7)

1(RXD)P3.0

31

VCC10EA/Vpp

R6y(TXD)P3.1

11AT89s5230ALE/PROG

°°RST110K(INT0)P3.21229PSEN

(INTDP3.31328P2.7

士(T0)P3.4

1427P2.6

(TDP3.51526P2.5

(WR)P3.61625P2.4

(RD)P3.71724P2.3

XTAL11823P2.2

XTAL11922P2.1

GND2021P2.0

__

图3.2复位电路

AT89SXX系列单片机实现了ISP下载功能，故而取代了89CXX系列的下载方式，也是由

于这样，ATMEL公司已经停止生产89CXX系列的单片机，现在市面上的AT89CXX多是停产前

的库存产品。

单片机的现状及进展方向：单片机是为了工业操纵需要满足而诞生的，是自动操纵系统的核心

部件，因而也要紧用于工业操纵、智能化仪器仪表、家用电器中。它具有体积小，功能多、价格低、

使用方便、系统设计灵活等优点，应用领域不断扩大，除了工业操纵，智能化仪表，通讯，家用电

器外，在智能化高档电子玩具产品中也大量使用单片机芯片作为核心操纵部件。

由于单片机要紧面向工业操纵，工作环境比较恶劣，高温，强电磁干扰，甚至含有腐蚀性气体,

这决定了单片机CPU于通月微机CPU具有不一致的技术特征与进展方向：（1）可靠性高；（2）操纵

功能往往很强，数值计算交叉；（3）指令系统比通用微处理器慢的多；（4）X系列芯片取代；（5）抗

干扰性强，工作温度范围宽。

3.2模数转换部分

ADC0832是美国国家半导体公司生产的一种8位分辨率、双通道A/D转换芯片。由于它体积

小，兼容性强，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。学习并使

用ADC0832能够使我们熟悉A/D转换器的原理，有助于我们单片机技术水平的提高。ADC0832为

8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，能够习惯通常的模拟量转换要求。其内部电源

输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在0—5V之间。芯片转换时间需要322，据有双

数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳固性能强。独立的芯片使能输入，使

多器件挂接与处理器操纵变的更加方便。通过DI数据输入端，能够轻易的实现通道功能的选择纥

本设计中ADC0832输入信号来自光敏电阻与GP2Y1010AU,然后与单片机的PIO、Pll、P12连接。

ADC0832要紧特点：8位分辨率；双通道A/D转换；输入输出电平与TTL/CMOS相兼容；5V电源供

电时输入电压在0—5V之同；工作频率为250KHZ,转换时间为32uS；通常功耗仅为15niW；8P、14P

—DIP（双列直插）、PICC多种封装；商用级芯片温宽为0°Cto+70°C,工业级芯片温宽为Y0°

Cto+85°C；

管脚图如图3.3

CS18vcc

cmCLK

27

CH2OUT

36

GNDD1

45

图3.3ADC0832管脚图

CS_片选使能，低电平芯片使能。CH0模拟输入通道0,或者作为IN+/-使用。CH1模拟输

入通道1，或者作为IN+/-使用。GNI）芯片参考（）电位（地工1）1数据信号输入，选择通道操纵。

D0数据信号输出，转换数据输出。CLK芯片时钟输入。Vcc/REF电源输入及参考电压输入（复用）。

ADC0832为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，能够习惯通常的模拟量转换要求。

其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在5V之间。芯片转换时间仅为32

PS,据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳固性能强。独立的芯片使

能输入，使多器件挂接与处理器操纵变的更加方便。通过DI数据输入端，能够轻易的实现通道功

能的选择。

正常情况下ADC0832与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS、CLK、DO、DI。但由于DO

端与DI端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，因此电路设计时能够将D0与DI

并联在一根数据线上使用。（见图3）当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，如今芯片禁

用，CLK与D0/DI的电平可任意。当要进行A/D转换时，须先将CS使能端置于低电平同时保持低

电平直到转换完全结束。如今芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK输入时钟脉

冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。在第1个时钟脉冲的下沉之前DI端务

必是高电平，表示启始信号。在第2、3个脉冲下沉之前1）1端应输入2位数据用于选择通道功能，

其功能项见表。

表3.1ADC0832功能图

MUXAddressChannel

SGL/DIF0DD/SIGN01

10+

11+

如表3.1所示，当此2位数据为“1”、“0”时，只对CH0进行单通道转换。当2位数据为

“1”、“1”时，只对CII1进行单通道转换。当2位数据为“0”、“0”时，将CH0作为正输入

端IN+,CH1作为负输入端IN-进行输。单通道模拟信号输入时ADC0832的输入电压是0—5V且8

位分辨率时的电压精度为19.53mVo假如作为由IN+与［N-输入的输入时，能够将电压值设定在某

一个较大范围之内，通过转换能够提高转换的宽度。但值得注意的是，在进行IN+与1\-的输入时，

假如IN-的电压大于IN+的电压，则转换后的数据结果始终为00H。

3.3信息采集部分

3.3.1温湿度采集

DHTU数字智能温湿度传感器是一款含有已校准的数字信号输出的温湿度复合传感器。它具有

专用的数字模块采集技术与温湿度传感技术，确保产品芯片具有极高的可靠性与卓著的长期稳固性。

传感器包含一个电阻式感温元件与一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产

品具有品质卓著、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的

湿度校验室中进行校准。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，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。产品为4针

单排引脚封装。连接方便，特殊封装形式可根据用户需求而提供⑶。它的性能说明如下表3.2所示：

表3.2DHT11性能说明

参数条件MinTypMax单位

湿度

分辨率111%RH

16Bit

重复性±1%RH

精度25℃±4%RH

0-50C±5%RH

互换性可完全互换

量程范围0C3090%RH

25℃2090%RH

50℃2080%RH

响应时间l/e(63%)25*C,61015S

lm/s空气

迟滞±1%RH

长期稳固性典型值±1%RH/yr

温度

111℃

161616Bit

重复性±1℃

精度±1±2℃

量程范围050

响应时间l/e(63%)630S

接口说明：建议连接线长度短广20米时用5K上拉电阻，大广20米时根据实际情况使用合适的上

拉电阻。

串行接口（单线双向）：DATA用于微处理器与DHTU之间的通讯与同步，使用单总线数据格式，

一次通讯时间4nls左右,数据分小数部分与整数部分,具体格式在下面说明，当前小数部分用于以后扩

展，现读出为零.操作流程如卜:一次完整的数据传输为40bit,高位先出。数据格式:8bit湿度整数数

据+8bil湿度小数数据+8bi温度整数数据+8bil温度小数数据+8bil校验与数据传送正确时校验与数

据等于“8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bi温度整数数据+8bit温度小数数据”所得结果的

末8位。用户UCU发送一次开始信号后,DHT11从低功耗模式转换到高速模式,等待主机开始信号结束

后,DHT11发送响应信号，送出40bit的数据，并触发一次信号采集，用户可选择读取部分数据.从模式

下,DIIT11接收到开始信号触发一次温湿度采集,假如没有接收到主机发送开始信号,DHT11不可能主

动进行温湿度采集.采集数据后转换到低速模式。等待主机开始信号结束,然后发送80s低电平响应

信号.主机发送开始信号结束后，延时等待20-40us后，读取DHT11的响应信号,主机发送开始信号后，

能够切换到输入模式,或者者输出高电平均可，总线由上江电阻拉高⑶。

3.2.2光照强度采集

光照强度的采集用的是光敏电阻传感器模块，光敏电阻模块对环境光线最敏感，通常用来检测

周围环境的光线亮度，触发单片机或者继电器模块等：模块在环境光线亮度达不到设定阈值时，D0

端输出高电平当外界环境光线亮度超过设定阈值时，D0端输出低电平；D0输出端能够与单片机直接

相连，通过单片机来检测高低电平，由此来检测环境的光线亮度改变：达到检测光照强度的目的。

模块特色：1、使用灵敏型光敏电阻传感器；2、比较器输出，信号干净，波形好，驱动能力强，

超过15mA：3、配可调电位器可调节检测光线亮度；4、工作电压3.3V-5V；5、输出形式：数字

开关量输出（0与1）；6、设有固定螺栓孔，方便安装；7、小板PCB尺寸：3.2cmx1.4cm；8、

使用宽电压LM393比较器。

产品接线说明：1、VCC接电源正极3.3-5V；2、GND接电源负极；3、DOTTL开关信号输出。

3.2.3灰尘浓度采集

产品特点：1.小型薄型封装（46.0X30.0X17.6亳米）；2.低功耗电流（Icc:20mA最大）；

3.能够通过被检测到的灰尘的存在只用一个脉冲的测光；4.使从房屋灰尘烟雾区别；5.无铅兼容

指令与RoHS；

应用：1.在空气中检测到的灰尘。2.比如：空气净化器，空调，空气监测

它用来检测烟雾与烟草空气中的灰尘，灰尘检测原理该传感器适用于使用作为空气净化器，如

空气或者空调清洗功能的自动操作的传感器,由狭缝与透镜，光从（发光二极管）的发光元件是在

被缩小到如A图的光的方面。另外，由于受光元件（光电二极管）也切成尽可能不需要的光，在接

收有效地检测光，并通过狭缝与透镜与光发射部推掉。这些光轴的交叉是在检测区域。输出电压，

当你收到不必要的光线，即使在没有灰尘。我们期待的输出电压在一个无尘（VOC）的输出电压的规

格在这个时候。这是由于光接收元件接收由从壳体内壁的发光元件的各类路由反射的光。输出电流

正比于从光接收元件获得的接收光的光量，并输出为一个（脉冲输出）的模拟电压由这是成正比的

粉尘浓度放大器电路放大。

3.3无线传输部分

无线传输部分使用的是nRF24L01,nRF24L01是一款新型单片射频收发器件,工作于2.4GHz〜

2.5GHzISM频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块,并融合了增强

型ShockBurst技术，其中输出功率与通信频道可通过程序进行配置。nRF24L01功耗低:在以-6dBm

的功率发射时，工作电流也只有9mA;接收时，工作电流只有12.3mA,多种低功率工作模式（掉电

模式与空闲模式）使节能设计更方便。

nRF24L01要紧特性如下：GFSK调制；硬件集成0S［链路层；具有自动应答与自动再发射功

能；片内自动生成报头与CRC校验码；数据传输率为1Mb/s或者2Mb/s：SPI速率为0Mb/s〜

10Mb/s；125个频道：与其他nRF24系列射频器件相兼容；QFN20引脚4nlmX4mm封装；供电

电压为1.9V-3.6VonRF24L（）l的CE,CSN,SCK,MOSI,MISO.IRQ引脚可接STC89C52的任

意端口，但需在编程时注意。

nRF24L01工作模式

通过配置寄存器可将nRF241L01配置为发射、接收、空闲及抻电四种工作模式，待机模式1要

紧用于降低电流损耗，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。

nRF24L01的封装及引脚排列如3.4图所示。

CSN,SCK,MOSI,MISO：SPI引脚端,微处理器可通nRF24L01过此引脚配置。

各引脚功能如下：IRQ：中断标志位；VDD：电源输入端；VSS：电源地；XC2,XC1：

晶体振荡相引脚；VDD_PA：为功率放大器供电，输出为1.8V；ANTI,ANT2：天线接口；【REF：

参考电流输入。

电路中NRF24101为3.3V模块，而单片机为5V,接口需要加限流电阻。模块数据口分别接了单

片机的P20,P21,P22,P25,P26,P27端口。NRF24L01通过AMS117-3.3将5V电压转换成3.3V进

行供电，如图3.5所示：

U3

AMS1117-3.3

+5V

C7

+3.3VC6

0.lul'33UF/25V

图3.5nRF24L01电压转换

3.4显示电路部分

1602液晶模块内部的噪纵器共有11条操纵指令，丰富的指令能够完成液晶的时序操纵、工作

方式式设置与数据显示等。

显示部分使用的是1602LCD,1602共16个管脚，但是编程用到的要紧管脚只是三个，分别为：

RS（数据命令选择端），R/W（读写选择端），E（使能信号）；以后编程便要紧围绕这三个管脚展开进行

初始化，写命令，写数据。下列具体阐述这三个管脚：RS为寄存器选择，高电平选择数据寄存器，

低电平选择指令寄存器；R/W为读写选择，高电平进行读操作，低电平进行写操作；E端为使能端，

后面与时序联系在一起。除此外，D0、D7分别为8位双向数据线。显示动态效果：显示动态效果包

含让一个字符或者字符串原位置闪烁，或者者前后移动等等。事实上动态效果原理很简单，就是简

单的利用延时。比如让字符原位置闪烁，能够认为是先让1602显示字符，延时一段时间后，能够显

示空格或者者直接清屏操作都能够达到让字符消失不见的效果，再延时一段时间后再让1602显示这

个字符。同理，让字符前后移动也是这样，比如让字符在第一个位置显示，延时一段时间后让其在

后面第二个位置显示，只要显示地址加1,然后显示即可。字符串也是同样的道理。在这里补充一

点就是如何让字符串从1602第16个地址外进入，动态向前移动。事实上能够通过显示地址表我们

明白起始位置开始后1602一行只能显示16个字符，但是一行的地址却远远不止16个。大家能够看

到第一行显示地址是从（）0~27,然而能显示在1602可见范围的只有0（）、0F,后面的位置事实上就是

起到一个缓冲的作用，你完全能够让字符数据存在在10地址后的RAM中，只只是，我们无法看到就

是了，假如存在1（）前的地址我们就能看到显示。因此，我们能够先把显示起始地址设在10地址后

的某一个位置，然后让字符显示地址每次加1,当加到0F时，我们就能够看到字符串第一个字符出

现在1602的最末一位，然后继续向前移动。使用的LCD1602液晶模块是标准16针插座，接口电路

如图3.6所示：

1602液晶

图3.61602的接口电路

4软件设计

本次设计运用的软件较多，如用proteus进行仿真，用AD画PCB电路图，但是最要紧的主控是

用单片机操纵，因此keil软件是最基本的，也是最重要的，因此对它进行了简单的介绍。

4.1软件的总体设计

本设计要紧是用单片机操纵温湿度传感器、光敏电阻与PM2.5传感器GP2Y1010AU0F,传感器将

读取的数据传入单片机内处理，然后将数据通过无线模块发送，另一边的无线模块接收发送的数据

接收，通过单片机的作用，将接收到的数据通过单片机显示在1602的显示屏上，其中，光敏电阻与

GP2Y1010AU0F需要模数转换模块，将模拟信号转换成单片机能够识别处理的数字信号；无线模块使

用的是最常用的nRF24L0L它是真正的GFSK单片式收发芯片，2.4—2.5GHz世界通用ISM频段的

单片无线收发器芯片，125个可用频道。在使用它时，无线传输部分需要先配置NRF24101。然后在

读取各类数据，然后在传输那些数据。

4.1.1无线发送模块

关于发送模块系统的设计是一个循环的系统，系统不停的重复着同样的工作。具体步骤如下，

先定义NRF24L01无线模块的每个端口，配置NRF24L01无线模块各类参数，进行NRF24L01无线模

块初始化。其次分别进行温湿度传感器DHT11、光敏电阻、PM2.5传感器GP2Y1010AUOF的设置，

关丁DHT11,分为DHT11温湿度传感器的复位函数，DHT11温湿度传感器写入函数，再进行DHT11

温湿度传感器读函数，最后是单片机读取温湿度，温湿度处理，主函数调动子函数进行最后的处理,

发送温湿度数据与显示数据；关于光敏电阻与PM2.5传感器GP2Y1010AUOF,除了上述的各个步骤,

还需要添加一个模数转换模块ADC0832,它们内