多点粮仓温湿的无线监测系统设计与实现

1、 JIANGSU TEACHERS UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 本科毕业设计（论文）多点粮仓温湿度的无线监测系统设计与实现学院名称： 电气信息工程学院 专 业： 测控技术与仪器 班 级： 07 测控 2W 姓 名： 陈 晓 玲 指导教师姓名： 刘晓杰 指导教师职称： 讲 师 2011年 6月 多点粮仓温湿度的无线监测系统设计与实现摘要:为满足采集多点粮仓温湿度信息值监测的需求，设计一上位控制主机和多点下位监测分机两部分。由温度传感模块、湿度传感模块、无线传输模块和单片机模块等组成下位监测分机，由单片机模块、按键模块、无线传输模块和报警模块等组成上位控制主机。下位监测分机通

2、过测量粮仓内温湿度，经过无线传输模块把监测节点的温湿度信息值传送至上位主机，并在显示器上显示出该监测节点的节点号和该监测点当前温湿度测量值，并具有温湿度超值报警功能，下位机同时能显示当前本地信息值。关键词：无线传输模块；温湿度传感器；单片机Design ang Implemenatation of the Multi-humiture Wireless Monitoring System for the GranaryAbstract: To collect more information of the humiture required for the granary, the multi

3、-humiture wireless monitoring system is designed , which include some lower detecting equipments and a host monitor. Each lower detecting equipment consists of some temperature sensor modules, some humidity sensor modules, a wireless transmission module, a microcontroller module and other components

4、. The host monitor consists of a microcontroller module, a key module, a wireless transmission module, an alarm module and other components. By measuring the next bit monitoring extension barn temperature and humidity in the wireless transmission module, after the temperature and humidity of the inf

5、ormation value monitoring nod, and transmit first a host on the display shows that the monitoring node node number and the monitoring and measuring value, the temperature and humidity with temperature and humidity value alarm functions, lower place machine and can display the current local informati

6、on value .Keywords: Wireless transmission module; humiture sensors; single-chip microcomputer目录前言1第1章 绪论21.1 课题的意义和目的21.2 课题的研究内容21.3 课题的任务要求3第2章 系统方案设计42.1 方案的选择与论证42.1.1 总体设计方案42.1.2 方案的比较与论证52.1.3 系统结构框图设计62.2 系统各模块的功能设计72.2.1 电源模块72.2.2 温湿度测量模块72.2.3 单片机控制模块72.2.4 无线传输模块82.2.5 按键选择模块82.2.6 显示模块8

7、2.2.7 报警电路模块8第3章 系统各模块的硬件设计93.1 电源模块设计93.2 温湿度测量模块设计103.2.1 温度测量模块设计103.2.2 湿度测量模块设计113.3 单片机控制模块设计123.3.1 时钟电路设计133.3.2 复位电路设计133.4 无线传输模块设计143.4.1 无线传输模块简介143.4.2 无线传输模块与单片机的接口设计163.5 按键选择模块设计163.6 显示模块设计173.7 报警电路模块设计19第4章 系统软件设计214.1 上位机的设计214.1.1 上位机的设计思路214.1.2 上位机的设计流程214.1.3 无线模块软件设计234.2 下位

8、机的设计324.2.1 下位机的设计思路324.2.2 下位机的软件总设计流程324.2.3 温度测量的软件设计344.2.4 湿度测量的软件设计37第5章 系统调试与数据分析415.1 硬件电路的制作和调试415.2 软硬件功能分析435.3 测试结果分析44第6章 总结45参考文献46致谢48附录1 电路原理图49附录2 程序51附录3 实物图70附录4 元器件清单71附录5 传感器英文文献翻译72多点粮仓温湿度的无线监测系统前言随着中国加入WTO，粮食市场的逐渐开放，储存大量的粮食对稳定国民经济的发展起着至关重要的作用，粮仓内的粮食由于温湿度没有得到有效的控制，经常发生粮食变质的情况，因

9、此粮仓温湿度的测量方法以及相应的智能控制一直是粮食保存的一个重要问题，随着我国科技的快速发展和农业自动化程度的提高，粮仓管理技术得到很大的发展。传统人工测量的方法逐渐被电子测量所代替，小的粮仓采用小的测量仪测量，大的粮库逐渐配备微机。同时随着单片机技术和工业生产自动化程度的不断提高，单片机测控技术已得到了广泛的推广和应用。这种单片机的测试技术为工业控制、农业控制、家用电器和仪器仪表智能化的应用提供了一种全新的、有效的测试方法，并具有很大的实用意义和广阔的应用前景。粮食的保存至关重要，为了实现粮食的大量储存，本课题设计了一个智能测量系统多点粮仓温湿度的无线监测系统。该系统不仅能测量粮仓的温湿度，

10、也能测量大棚温湿度，还能应用于工业测量，应用范围甚广。第1章 绪论1.1 课题的意义和目的当代科学技术日益向高速化、智能化、信息化、网络化发展，不管是生活还是生产，都离不开自动化。信息社会对工业和农业生产提出了更高、更新的要求，不仅要节约成本，而且要高效化。温湿度的测量是工业和农业生产中重要的一个环节，尤其对于农业发展，比如大棚种植、粮仓管理等等，都必须保证精确的温湿度控制。防潮、防霉、防腐、防爆是粮仓日常工作的重要内容，也是衡量粮仓管理工作的重要指标。为了保证日常工作的顺利进行，必须加强粮仓内温湿度的监测工作，但传统的监测方法既费时又费力，而且误差较大，因此需要造价低廉、使用方便、测量精确的

11、监测系统。为了满足粮仓温湿度的精确控制要求，满足测温湿度过程信号易处理要求，设计一种可远程无线传输的多点监测数字显示的温湿度测量系统，可以完成多点粮仓温湿度的测量和显示功能。该系统操作简单，功能齐全，是单片机智能化的一种应用。1.2 课题的研究内容本次毕业设计以单片机STC89C52为核心，能够综合测量和处理多点温度和湿度，并能无线收发信号，具有报警系统和数字显示功能。具体设计内容如下：1、选择合适的湿度传感器和温度传感器，并研究它们的使用方法；2、研究温湿度传感器与单片机的连接，以及如何完成数据的采集；3、设计多个温湿度采集从机子系统，编号为1-N，能满足对温湿度的精确测量；4、主机可利用无

12、线模块、单片机和键盘，选择所要监测的温湿度节点，将该监测节点的数据经由无线传送至主机，并用显示器显示出该监测节点结果；5、把测得的数据与限定值比较，如果超出范围，报警系统就会发出警报；6、制作硬件电路，编写相应的软件程序，进行系统调试和测试数据综合分析。1.3 课题的任务要求根据课题的意义和目的，经分析本次课题需要研究的内容，提出了该课题相应的设计任务的要求，具体如下：1、系统供电电压 AC 220V10%，502.5Hz； 2、温湿度传感器的灵敏度和精确度达到5%； 3、系统主机可显示当前信息采集的节点号、温度、湿度信息值，显示清晰直观，下位从机也可显示当前本地信息值；4、各节点数据与主机交

13、换采用无线传输模式进行，系统具有超温/超湿报警功能；5、粮仓适宜温度范围10-40，适宜湿度范围10%-80%；6、系统工作稳定性较好。第2章 系统方案设计确定了课题的目的和意义，根据本课题的研究内容和任务要求，设计出本课题的研究方案，并将方案进行比较论证，选择较优的方案，阐述方案各个模块的功能。2.1 方案的选择与论证 总体设计方案根据本次课题的内容及课题任务的要求，基于多点温湿度的无线监测系统主要由温湿度检测电路、下位机控制电路、无线传输电路、上位机控制电路四个主要模块组成。该系统设计了两个下位监测分机，其总体原理框图，如图2-1所示。图2-1 总体原理框图根据原理框图，设计了两种方案，如

14、下所示。方案一：采用模拟温湿度传感器和A/D转换器组成温湿度检测电路，上位机和下位机采用FPGA开发板，无线收发模块用CC1101，数字显示电路部分运用移位寄存器74LS164移位输入字形码，采用数码管显示。其设计框图如图2-2所示。图2-2 方案一的设计框图方案二：采用温度传感器DS18B20和湿度传感器DHT11进行温湿度测量，上位机和下位机采用单片机STC89C52，利用nRF905作为无线传输模块，数码管显示测量结果，采用7407驱动，动态显示。其设计框图如图2-3所示。图2-3 方案二的设计框图 方案的比较与论证1、温湿度测量部分方案一中采用模拟测量器件，需要经过A/D转换器，测量精

15、度要受到影响，如果选择精度较高的A/D转换器，那费用也较高。方案二中采用DS18B20测温和DHT11测湿，测量方便、精度较高且价格适中，故选择方案二的温湿度测量方法。2、单片机部分方案一中采用FPGA，它的功能强大，I/O口较多，处理能力强，但其价格较高，使用复杂，用在此系统中未免有些大材小用，而STC89C52单片机的性能也较好，价格便宜，功能已经完全满足此次设计要求，使用也较为方便，故选择STC89C52单片机。3、无线传输部分方案一中选择利用CC1101无线传输模块，该模块可用于多频段，低功耗，收发一体，方案二中的nRF905也是低功耗，多频道多频段，可以很方便地实现点对点及点对多点无

16、线通信，两者性能相似，都能满足本次设计系统的要求，但CC1101的价格较高，考虑到经费的问题，故选择nRF905无线传输模块。4、显示部分方案一中的显示采用移位寄存器移位显示，数据需要串行输入，在时钟端脉冲上升沿作用下输入数据，本设计是四位显示，就需要接四个74LS164,虽然软件设计比动态显示简单，占用内存少，但其硬件焊接量大。方案二中采用芯片7407驱动，动态显示，数码管也是四位一体的，不但软件设计简单，而且硬件制作方便，价格也低廉，故选择方案二的显示方法。综上所述，选择方案二。 系统结构框图设计该设计选择方案二的方法，该方案包括上位机和两个下位机两部分。下位机由单片机STC89C52最小

17、模块、数码管显示模块、nRF905无线传输模块和温湿度测量模块四个模块组成；上位机由nRF905无线传输模块、按键选择模块、数码管显示模块、温湿度超值报警模块、单片机STC89C52最小模块五个模块组成。系统结构框图，如图2-4所示。图2-4 系统结构框图2.2 系统各模块的功能设计 电源模块本系统有无线模块、单片机模块、温湿度测量模块等等，综合分析需要电源模块提供+5V电压和+3.5V电压，以满足各模块的工作电压需求。 温湿度测量模块本系统要测量多点粮仓内的温湿度信息值，为了了解粮仓内的每一个时刻的温湿度信息值，温湿度测量模块要能一直测量，当接收到上位监测主机的命令时，就暂时停止测量，将测量

18、信息值传送给上位机，当发送结束后，就继续测量温湿度。2.2.3 单片机控制模块单片机控制模块，它的晶振控制着单片机的工作节奏，I/O口控制着外围电路的工作情况，主要是控制温湿度的测量、nRF905接收和发送数据、报警模块的工作等等。 无线传输模块上位监测主机和下位监测分机都需要连接无线传输模块，根据上位监测主机和下位监测分机的功能要求，处于等待接收模式或发送模式。上位监测主机首先是发送模式，然后等待接收；下位监测分机首先等待接收数据，然后发送数据。 按键选择模块上位机的按键模块功能：当按下KEY1键，1号下位机将温湿度信息值发送给上位机；当按下KEY2键，2号下位机将温湿度信息值发送给上位机。

19、下位机的按键选择模块功能：按下KEY1键测量温度并显示；按下KEY2键测量湿度并显示。2.2.6 显示模块上位机和下位机都具有显示模块，上位机显示模块实时显示下位机发送来的温湿度的测量值以及监测节点的节点号；下位机显示模块实时显示本地实时测量值。 报警电路模块上位机接收到的温度信息值不在给定范围内时，就点亮红色发光二极管并驱动蜂鸣器；湿度信息值不在给定范围内时，就点亮绿色发光二极管并驱动蜂鸣器。本系统设计的适宜温度范围为：10-40，适宜湿度范围为：10%-80%。第3章 系统各模块的硬件设计确定了多点粮仓温湿度的无线监测系统方案设计，根据系统实现方案中各模块的功能设计要求，对多点粮仓温湿度的

20、无线监测系统各模块硬件电路进行设计。该模块分为上位机和下位机，其主要包括以下七个模块：电源模块、温湿度测量模块、单片机控制模块、无线传输模块、按键选择模块、显示模块和报警电路模块。3.1 电源模块设计该系统采用的LM317芯片构成稳压可调电源模块。LM317是可调节的3端正电压稳压器，此稳压器非常易于使用，此芯片具有内部限流、热关断和安全工作区补偿的功能，使之基本能防止烧断保险丝，对电路起到了很好的保护作用。LM317的基准电压为1.25V，据此设计电源模块，如图3-1所示。图3-1 电源模块设计图根据上图，可得输出电压V0=1.25*(1+R2/R1) （3-1）通过调节R2电位器，改变R2

21、/R1的值，从而改变输出电压。设计中取R1=220，R2=10K。使得输出电压的范围为1.25V-15V。此系统需要两个这样的模块，分别调至输出电压+5V和+3.5V。3.2 温湿度测量模块设计3.2.1 温度测量模块设计温度测量采用DS18B20，该芯片的性能和具体使用方法如下所述。1、温度传感器DS18B20技术性能描述(1)、独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯；(2)、测温范围 -55125，固有测温分辨率0.5；(3)、支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的数据端上，最多只能并联8个，如果数量过多，

22、会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定；(4)、工作电源: 35V/DC；(5)、在使用中只需要数据端接上拉电阻，不需要其它的外围元件；(6)、测量结果以912位数字量方式串行传送；2、温度传感器DS18B20工作原理DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s 减为750ms。DS18B20测温原理如图3-2所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预

23、置在55所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图3-2中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。图3-2 DS18B20工作原理图3、温度传感器DS18B20的设计图DS18B20是单总线温度传感器，数据线是漏极开路，内部没有拉高电路，给DS18B20接有电源，则需要一个上拉电阻来稳定工作，其工作电流

24、要达到1mA。还有若温度传感器开路或没接时，能起到上拉作用，使之为高电平，从而后续电路保护。DS18B20共三个引脚，其中DQ端是与单片机的通信端，单片机的驱动电流只有几十微安, 为了使其工作电流达到1mA，DQ端需要接上拉电阻，所接电源为+5V，所以上拉电阻不能超过5K，该电路选择上拉电阻为4.7K，使其电流达到1mA，否则会产生较大的误差。具体连接情况，如图3-3所示。图3-3 DS18B20设计图3.2.2 湿度测量模块设计湿度测量采用DHT11芯片，该芯片既能测温度也能测湿度，但其测温精度为2，也就是说当温度大于40时，才能满足5%的精度要求，而本系统规定适宜的温度范围为10-40，所

25、以不能满足5%的精度要求，故只将其作为测湿度的传感器。1、湿度传感器DHT11技术性能描述(1)、相对湿度和温度测量，范围是2090RH 、050，精度5RH、2；(2)、全部校准，数字输出；(3)、卓越的长期稳定性；(4)、只需数据端接上拉电阻，无需额外部件；(5)、超长的信号传输距离，信号传输距离可达20米以上；(6)、超低能耗；(7)、4引脚安装。2、DHT11的设计图DHT11的硬件设计也极其简单，就只有4个引脚，其中还有一个空脚悬空的，实际上其设计与DS18B20是一样的。DHT11的工作电流是0.21mA之间，漏极开路，内部没有拉高电路，当输出0是就是低电平，但输出1时实际上是悬空

26、的，所以要接上拉电阻，满足电流需要，故选择上拉电阻为5K，电流为1mA ,具体的设计图，如图3-4所示。图3-4 DHT11设计图3.3 单片机控制模块设计常用的单片机有很多种：Intel8051系列、STC系列、Motorola和M68HC系列、Atmel的AT89系列、台湾华邦(Winbond)W78系列、荷兰Pilips的PCF80C51系列、Microchip公司系列4位单片机、台湾义隆的EM-78系列等。本次设计最终选用了STC89C52单片机。STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能COMOS8的微处理器。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造

27、技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。单片机最小模块包括两部分：时钟电路和复位电路。3.3.1 时钟电路设计时钟电路是计算机的心脏，它控制着计算机的工作节奏，可以通过提高时钟频率来提高CPU的速度。目前51系列单片机都采用CMOS工艺，允许的最高频率是随型号而变化的，本系统采用12MHz的晶振，则其一个机器周期为1us。因为本设计需要I/O口来模拟SPI时序，以及DS18B20和DHT11都需要严格的时间控制，所以取整数周期，有利于时间的计算。STC89C52中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别为该放大器的输入端和输出端，在XTAL1

28、、 XTAL2上外接晶振和电容组成振荡器。外接石英晶体及电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联谐振电路。对外接电容C1、C2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程度及温度的稳定性，所以本设计采用12MHz的晶体振荡器和30pF的电容。时钟电路设计，如图3-5所示。图3-5 时钟电路设计3.3.2 复位电路设计单片机有一个复位引脚RST，它是施密特触发输入，当振荡器起振后，该引脚上出现2个机器周期以上的高电平，使器件复位，只要RST保持高电平，单片机保持复位状态，此时ALE、PSEN、P0、P1、P2、P3口都输出高电平，RST上

29、输入返回低电平以后，退出复位，单片机从初始状态开始工作。人工复位就是将一个按钮开关并联于上电复位电路，按一下开关，就在RST端就出现一段时间的高电平，即使器件复位。由于单片机复位端有内接电阻，所以复位电路设计，如图3-6所示。图3-6 复位电路设计按下开关后，电容充电，到达稳定后，电容相当于开路，其两端电压为5V，电路的时间常数为R*C，本设计取R=200、C=10uF,经计算时间常数为2ms，而两个机器周期只有2us，所以该设计完全满足要求。3.4 无线传输模块设计3.4.1 无线传输模块简介1、无线传输模块性能介绍(1)、433Mhz 开放 ISM 频段免许可证使用；(2)、最高工作速率

30、50kbps，高效 GFSK 调制，抗干扰能力强，特别适合工业控制场合； (3)、125 频道，满足多点通信和跳频通信需要；(4)、内置硬件 CRC 检错和点对多点通信地址控制；(5)、低功耗 1.9 - 3.6V 工作，待机模式下状态仅为 2.5uA； (6)、收发模式切换时间 650us；(7)、模块可软件设地址，只有收到本机地址时才会输出数据，可直接接各种单片机使用，软件编程非常方便；(8)、TX Mode: 在+10dBm 情况下，电流为 30mA; RX Mode: 12.2mA；(9)、标准 DIP 间距接口，便于嵌入式应用。2、无线传输模块接口电路管脚说明nRF905管脚图，如图

31、3-7所示。图3-7 nRF905管脚图nRF905各个管脚的具体说明如表3-1所示。表3-1 nRF905的管脚说明图管脚名称管脚功能说明1VCC电源电源+3.33.6V DC2TX_EN数字输入TX_EN= 1 TX 模式 TX_EN= 0 RX 模式3TRX_CE数字输入使能芯片发射或接收4PWR_UP数字输入芯片上电5uCLK时钟输出本模块该脚废弃不用，向后兼容6CD数字输出载波检测7AM数字输出地址匹配8DR数字输出接收或发射数据完成9MISOSPI 接口SPI 输出10MOSISPI 接口SPI 输入11SCKSPI 时钟SPI 时钟12CSNSPI 使能SPI 使能13GND地接

32、地14GND地接地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，该系统采用+3.5V电压。由于单片机上面没有 SPI ，所以该系统用IO 口模拟 SPI 。3.4.2 无线传输模块与单片机的接口设计无线传输模块与单片机的接口的连接的对应关系，如表3-2所示。表3-2 无线传输模块与单片机的接口连接情况表无线模块单片机无线模块单片机TX_ENP1.7DRP1.0TRX_CEP1.6MISOP1.1PWR_UPP1.5MOSIP1.2CDP1.4SCKP3.0AMP1.3CSNP3.1无线模块与单片机的连接图，如图3-8所示。图3-8 无线传输模

33、块nRF905设计图3.5 按键选择模块设计上位机与下位机均采用了开关，下位机用的是六脚锁存开关，上位机采用的是四脚按钮开关。锁存开关只要按下了，就不会自动恢复，而按钮开关当人手松开按键后就会自动恢复。其具体的连接图，如图3-9所示。图3-9 按键设计图图中只画了一个按键，其余按键与单片机的连接具体如下：上位机中KEY1接P3.3口，KEY2接P3.4口；下位机中KEY1接P2.0口，KEY2接P2.1口。3.6 显示模块设计本系统采用动态显示，数码管为四位一体共阴，7407驱动数码管位选端，P0口接上拉电阻驱动数码管的段选端。1、动态扫描数码管动态扫描显示时若采用独立的一位数码管，就需要将所

34、有数码管的8个段线相应地并接在一起，并接到 STC89C52的P0口，由P0口控制字段输出。而各位数码管的共阴极由STC89C52的P2口控制，来实现4位数码管的位输出控制。而由于本系统采用四位一体数码管，本身内部就已经将每一位的段选连在了一起，所以关键要控制的就是位选信号。这样，对于一组数码管动态扫描显示需要由两组信号来控制：一组是字段输出口输出的字形代码，用来控制显示的字形，称为段码；另一组是位输出口输出的控制信号，用来选择第几位数码管工作，称为位码。由于各位数码管的段线并联，段码的输出对各位数码管来说都是相同的。因此，在同一时刻如果各位数码管的位选线都处于选通状态的话，8位数码管将显示相

35、同的字符。若要各位数码管能够显示出与本位相应的字符，就必须采用扫描显示方式。即在某一时刻，只让某一位的位选线处于导通状态，而其它各位的位选线处于关闭状态。同时，段线上输出相应位要显示字符的字型码。这样在同一时刻，只有选通的那一位显示出字符，而其它各位则是熄灭的，如此循环下去，就可以使各位数码管显示出将要显示的字符。虽然这些字符是在不同时刻出现的，而且同一时刻，只有一位显示，其它各位熄灭，但由于数码管具有余辉特性和人眼有视觉暂留现象，只要每位数码管显示间隔足够短，给人眼的视觉印象就会是连续稳定地显示。2、显示部分的设计图数码管的段选信号由P0口控制。当位选信号有效时，要使得哪一段亮，就必须给高电

36、平。由于P0口是开漏输出的，当输出0时为低电平，但输出1时却是悬空的，所以必须接上拉电阻，使其输出为高电平。位选信号有P2.7-P2.4经过7407来驱动，当需要某一位数码管显示时，只要给相应的位选端一个低电平，其余位选端给高电平，P0口给相应的字型码。显示部分的设计图，如图3-10所示。图3-10 显示电路设计图3、显示字符的编码由图3-10的接线方法，确定字符与字型码的对应表，如表3-3所示。表3-3 显示字符码的编码表字符码字型码字符码字型码0EDH0.FDH128H1.38H2CBH2.DBH3ABH3.BBH42EH4.3EH5A7H5.B7H6E7H6.F7H729H7.39H8E

37、FH8.FFH9AFH9.BFHR6FHH6EHCC5H3.7 报警电路模块设计报警电路要达到的功能是，当下位机测量得到的数据传输给上位机后，上位机将接收到的数据与限定值相比较，如不在范围内，就发出警报。1、蜂鸣器简介蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。本系统采用压电式蜂鸣器，压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。当接通电源后（1.515V直流工作电压），

38、多谐振荡器起振，输出1.52.5kHz的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。由于蜂鸣器的工作电流一般比较大，以致于单片机的I/O 口是无法直接驱动的，所以要利用放大电路来驱动，本系统使用PNP型三极管来放大电流。2、报警电路的设计发光二极管根据型号的不同，其工作电压少有不同，工作电流也不一样，本系统确定其工作电流为10mA,工作电压为1.5V，据此计算限流电阻值。计算公式为：R=(U-UF)/IF (3-2)式中UF为发光二极管的工作电压，IF为工作电流。经过计算的：R=（5-1.5）/10=0.35K=350 。三极管发射极电流IE=IB+IC (3-3)IC/IB (3-4)其中IB为

39、基极电流，IC为集电极电流，IB较小，变化也较小，但会引起IC的较大变化，这就是三极管的放大原理，蜂鸣器驱动也正是利用此原理。其工作情况是，当接收到的数据不在范围内时，给控制口低电平，则发光二极管被点亮，蜂鸣器响起。为了区分温度超值还是湿度超值，所以需要两个发光二极管来区分，若红灯亮则温度超值，绿灯亮湿度超值。根据以上情况，选择三个I/O口作为控制口，用三极管驱动蜂鸣器。报警模块的具体设计图，如图3-11所示。图3-11 报警电路设计图第4章 系统软件设计在硬件设计的基础上，根据硬件设计的各个模块，完成软件设计。软件设计分为两个部分，上位机软件设计和下位机软件设计。分别介绍上位机和下位机的设计

40、思路和流程。4.1 上位机的设计4.1.1 上位机的设计思路当需要1号下位机将测量数据传送过来时，就按下主机的KEY1键，单片机就发送命令给主机的无线模块nRF905，通过下位机的无线模块nRF905把命令发送给1号下位机，然后将主机的无线模块nRF905转换成接收模式，一直检测1号下位机是否发送数据来，若主机接收到数据，就将数据与设定的范围比较，如果超过范围就启动警报，并显示传输过来的数据和1号监测节点号，直到有键按下，判断KEY1键还是KEY2键，重复以上步骤。不同的是，如果是KEY2键按下，主机是把命令发送给2号下位机，并等待2号下位机返送温湿度信息值。4.1.2 上位机的设计流程上位机

41、程序的流程图，如图4-1所示。图4-1 上位机的软件设计流程图上位机的具体执行步骤如下：第一步：初始化上位机的无线模块nRF905配置寄存器；第二步：利用while(1)语句进入死循环；第三步：判断KEY1键是否按下，如果按下，等待按键松开，然后进入第四步，如果KEY1键没有按下，就判断KEY2键是否按下，如果KEY2键被按下，等待KEY2键松开，就进入第五步，若果KEY2键也没按下，就重复第三步；第四步：发送命令给1号下位机，发送完成后，等待1号下位机将温湿度信息值发送给上位机，通过DR引脚来判断，如果接收到，则DR=1，否则就一直等待接收。DR=1以后，关闭芯片接受和发送的使能端，读取接收

42、到的数据。并判断是否在给定的范围内，如果温度超值则点亮红色发光二极管LED1并驱动蜂鸣器，如果湿度超值则点亮绿色发光二极管LED2并驱动蜂鸣器，如果都没有超值，则不驱动报警模块。然后点亮红色发光二极管LED3，表明是1号下位机传送来的信息。如果KEY1和KEY2都为1，则显示1号下位机发送来的温湿度信息值，如果KEY1=0，则重复第四步，如果KEY2=0，则第四步结束，进入第五步。第五步：发送命令给2号下位机，发送完成后，等待2号下位机将温湿度信息值发送给上位机，通过DR引脚来判断，如果接收到，则DR=1，否则就一直等待接收。DR=1以后，关闭芯片接受和发送的使能端，读取接收到的数据。并判断是

43、否在给定的范围内，如果温度超值则点亮红色发光二极管LED1并驱动蜂鸣器，如果湿度超值则点亮绿色发光二极管LED2并驱动蜂鸣器，如果都没有超值，则不驱动报警模块。然后点亮红色发光二极管LED4，表明是2号下位机传送来的信息。如果KEY1和KEY2都为1，则显示2号下位机发送来的温湿度信息值，如果KEY2=0，则重复第五步，如果KEY1=0，则第五步结束，进入第四步。 无线模块软件设计1、无线模块nRF905的工作方式NewMsg-RF905一共有四种工作模式, 其中有两种活动RX/TX 模式和两种节电模式。 活动模式 ：ShockBurst RX 和ShockBurst TX。节电模式：掉电和S

44、PI编程、STANDBY和 SPI编程。nRF905 工作模式由TRX_CE、TX_EN、PWR_UP 的设置来设定，如表4-1所示。表4-1 工作模式的设置表PWR_UPTRX_CETX_EN工作模式0XX掉电和SPI 编程10XStandby和SPI 编程110ShockBurst RX111ShockBurst TX该系统中只使用了ShockBurst RX 和ShockBurst TX模式，故只介绍这两种工作模式的流程。ShockBurstTM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

45、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)；数据在空中停留时间短，抗干扰性高。ShockBurstTM技术同时也减小了整个系统的平均工作电流。在ShockBurstTM收发模式下，RF905自动处理字头和CRC校验码。在接收数据时，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，当发送过程完成后，DR引脚通知微处理器数据发射完毕。具体的发送和接受流程如下。(1)、ShockBurst TX 发送流程：1). 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

46、传给RF905，SPI接口的速率在通信协议和器件配置时确定；2). 微控制器置高TRX_C 和TX_EN，激发RF905的ShockBurstTM发送模式；3). RF905的ShockBurstTM发送： A. 射频寄存器自动开启； B. 数据打包(加字头和CRC校验码)； C. 发送数据包； D. 当数据发送完成，数据准备好引脚被置高；4). AUTO_RETRAN被置高，RF905不断重发，直到TRX_CE被置低；5). 当TRX_CE被置低，RF905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

47、，发送过程都会被处理完。只有在前一个数据包被发送完毕，RF905才能接受下一个发送数据包。(2)、ShockBurst RX接收流程：1). 当TRX_CE为高、TX_EN为低时，RF905进入ShockBurstTM接收模式；2). 650us后，RF905不断监测，等待接收数据；3). 当RF905检测到同一频段的载波时，载波检测引脚被置高；4). 当接收到一个相匹配的地址，AM引脚被置高；5). 当一个正确的数据包接收完毕，RF905自动移去字头、地址和CRC校验位，然后把DR引脚置高；6). 微控制器把TRX_CE置低，nRF905进入空闲模式；7). 微控制器通过SPI口，以一定的速

48、率把数据移到微控制器内；8). 当所有的数据接收完毕，nRF905把 DR 引脚和 AM 引脚置低；9). 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，RF905立即把其工作模式改变，数据包则丢失。当微处理器接到AM引脚的信号之后，其就知道RF905正在接收数据包，其可以决定是让RF905继续接收该数据包还是进入另一个工作模式。2、无线模块nRF905的配置所有配置字都是通过SPI接口送给RF905。SIP接口的工作方式可通过SPI指令进行设置。当RF905处于空闲模式

49、或关机模式时，SPI接口可以保持在工作状态。(1)、SPI接口寄存器配置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)、SPI指令设置当CSN为低时, SPI接口开始等待一条指令。任何一条新指令均由CSN的由高到低的转换开始。用于SPI接口的有用命令如表4-2所示。表4-2 S

50、PI指令设置表SPI 串行接口指令设置指令名称指令格式操作W_CONFIG (WC)0000AAAA写配置寄存器AAAA 指出写操作的开始字节字节数量取决于AAAA 指出的开始地址R_CONFIG (RC)0001AAAA读配置寄存器AAAA 指出读操作的开始字节字节数量取决于AAAA 指出的开始地址W_TX_PAYLOAD(WTP)00100000写TX 有效数据1-32 字节写操作全部从字节0 开始R_TX_PAYLOAD(RTP)00100001读TX 有效数据1-32 字节读操作全部从字节0 开始W_TX_ADDRESS (WTA)00100010写TX 地址1-4 字节写操作全部从字

51、节0 开始R_TX_ADDRESS(RTA)00100011读TX 地址1-4 字节读操作全部从字节0 开始R_RX_PAYLOAD(RRP)00100100读RX 有效数据1-32 字节读操作全部从字节0 开始CHANNEL_CONFIG (CC)1000pphccccccccc快速设置配置寄存器中CH_NO HFREQ_PLL 和PA_PWR 的专用命令CH_NO=ccccccccc HFREQ_PLL=h PA_PWR=pp(3)、SPI时序SPI时序包括读时序和写时序，如图4-2和图4-3所示。图4-2 SPI 读操作图4-3 SPI 写操作从图中可看出，CSN在低电平是有效，CSK在

52、下降沿时有效，具体命令的设置必须在CSN和CSK有效的情况下实施。(4)、配置寄存器说明nRF905配置寄存器的具体说明如表4-3所示。表4-3 nRF905配置信息说明表参数位宽说明CH_NO9同HFREQ_PLL 一起设置中心频率默认值=001101100b=180d FRF=422.4+ CH_NOd/10 *(1+ HFREQ_PLLd)MHZHFREQ_ PLL1设置PLL 在433 或868/915MHZ 模式默认值=0 0 -器件工作在433MH频段1 -器件工作在868/915MHZ 频段PA_PWR2输出功率默认值=00 00 -10dBm 01 -2dBm 10 +6dBm 11 +10dBm RX_RED_ PWR1降低接收模式电流消耗至1.6mA 灵敏度降低默认值=0 0