基于NRF905的无线温度监控系统设计与应用论文

1、 PAGE32 / NUMPAGES37编号：毕业设计说明书题 目：基于NRF905的无线温度 监控系统设计与应用 学 院：信息与通信学院专 业：电子信息工程学生：丘华云学 号：0901130434指导教师：纪元法 职 称：教 授 题目类型： 理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发2013 年 6 月 5 日摘 要在现代工业生产活动中，温度作为一种可以实际测量的重要参数，能起到对设备运行状态、生产环境等外界因素进行实时监控的作用，以保证整个生产活动高效开展，因此准确且实用的温度数据采集系统具有举足轻重的作用。然而，生产环境的多变性、不确定性，导致许多工作场所不太方便布线，需要采用

2、无线传输方式。该文主要介绍了由nRF905无线收发模块、12C5A08S2单片机、DHT11温湿度、MQ-3、MQ135传感器组成的无线温度测量系统。该设计以射频收发芯片nRF905为核心，以模块搭建设计为指导思想，搭建无线温度测量系统，系统主要由数据采集模块和无线传输模块组成。数据采集模块以传感器DHT11、MQ-3、MQ135检测温湿度、酒精浓度、空气质量，并将检测的参数简单处理后经过nRF905无线模块发送到接受接口。无线数据传输模块通过nRF905芯片进行数据的收发处理，最后将采集到的数据通过电平转换芯片MAX232传到PC机。关键词: 无线传输；数据采集；nRF905；Abstrac

3、tActivities in the modern industrial production, the temperature as an actual measurement of the important parameters, can play the role of the real-time monitoring of the device operation status, the production environment, and other external factors, in order to ensure that the entire production a

4、ctivities are carried out efficiently, therefore accurate and practicaltemperature data acquisition system has a pivotal role. However, the variability of the production environment, uncertainty, resulting in many workplaces less convenient wiring requires the use of wireless transmission.This paper

5、 introduces the nRF905 wireless transceiver module, 12C5A08S2 MCU, DHT11 temperature and humidity, MQ-3, MQ135 sensor wireless temperature measurement system. The design of RF transceiver chip nRF905 module construction design as the guiding ideology, to build a wireless temperature measurement syst

6、em, the system is mainly composed of data acquisition module and wireless transmission module. Data acquisition module to the sensor DHT11, MQ-3, the MQ135 detecting temperature and humidity, the alcohol concentration, the air quality, and the detected parameter is a simple treatment after nRF905 wi

7、reless module is sent to the receiving interface. Wireless data transmission module nRF905 chip transmit and receive data, at last, the collected data through the level converter chip MAX232 to the PC.Keywords : wireless transmission; data collection; nRF905;目 录 TOC o 1-3 h z t 引目参,1 HYPERLINK l _To

8、c356389303引言 PAGEREF _Toc356389303 h 1HYPERLINK l _Toc3563893041 研究容 PAGEREF _Toc356389304 h 3HYPERLINK l _Toc3563893052 实现方法 PAGEREF _Toc356389305 h 3HYPERLINK l _Toc3563893063系统方案分析与选择论证 PAGEREF _Toc356389306 h 4HYPERLINK l _Toc3563893073.1系统方案设计 PAGEREF _Toc356389307 h 4HYPERLINK l _Toc3563893083

9、.1.1主控芯片方案 PAGEREF _Toc356389308 h 4HYPERLINK l _Toc3563893093.1.2无线通信模块方案 PAGEREF _Toc356389309 h 5HYPERLINK l _Toc3563893103.1.3温湿度传感方案 PAGEREF _Toc356389310 h 5HYPERLINK l _Toc3563893113.1.4显示模块方案 PAGEREF _Toc356389311 h 6HYPERLINK l _Toc3563893123.1.5单片机与PC机通信方案 PAGEREF _Toc356389312 h 6HYPERLIN

10、K l _Toc3563893133.2系统最终方案设计 PAGEREF _Toc356389313 h 6HYPERLINK l _Toc3563893144系统模块硬件设计 PAGEREF _Toc356389314 h 6HYPERLINK l _Toc3563893154.1NRF905无线收发模块 PAGEREF _Toc356389315 h 6HYPERLINK l _Toc3563893164.1.1NRF905的发送流程和接收流程 PAGEREF _Toc356389316 h 8HYPERLINK l _Toc3563893174.1.2NRF905的特点 PAGEREF

11、_Toc356389317 h 9HYPERLINK l _Toc3563893184.2温湿度传感 PAGEREF _Toc356389318 h 10HYPERLINK l _Toc3563893194.3MQ-3酒精传感 PAGEREF _Toc356389319 h 11HYPERLINK l _Toc3563893204.4MQ135空气质量传感 PAGEREF _Toc356389320 h 11HYPERLINK l _Toc3563893214.5显示模块 PAGEREF _Toc356389321 h 12HYPERLINK l _Toc3563893224.5.1接收端LC

12、D12864显示模块 PAGEREF _Toc356389322 h 12HYPERLINK l _Toc3563893234.5.2发送端LCD5110显示模块 PAGEREF _Toc356389323 h 13HYPERLINK l _Toc3563893244.6报警电路 PAGEREF _Toc356389324 h 13HYPERLINK l _Toc3563893254.7接收端与PC机通信 PAGEREF _Toc356389325 h 14HYPERLINK l _Toc3563893264.8电源电路设计 PAGEREF _Toc356389326 h 14HYPERLIN

13、K l _Toc3563893274.8.1系统主电源转换模块7805 PAGEREF _Toc356389327 h 14HYPERLINK l _Toc3563893284.8.23.3V电源转换模块LM1117 PAGEREF _Toc356389328 h 15HYPERLINK l _Toc3563893294.9硬件电路总设计 PAGEREF _Toc356389329 h 16HYPERLINK l _Toc3563893304.9.1发送端原理图 PAGEREF _Toc356389330 h 16HYPERLINK l _Toc3563893314.9.2接收端原理图 PAG

14、EREF _Toc356389331 h 16HYPERLINK l _Toc3563893325系统软件设计 PAGEREF _Toc356389332 h 17HYPERLINK l _Toc3563893335.1LCD5110显示程序设计 PAGEREF _Toc356389333 h 18HYPERLINK l _Toc3563893345.2NRF905发送程序设计 PAGEREF _Toc356389334 h 19HYPERLINK l _Toc3563893355.3温湿度检测子程序 PAGEREF _Toc356389335 h 20HYPERLINK l _Toc3563

15、893365.4酒精浓度、空气质量采集子程序设计 PAGEREF _Toc356389336 h 21HYPERLINK l _Toc3563893375.5AD采集程序设计 PAGEREF _Toc356389337 h 21HYPERLINK l _Toc3563893385.6LCD12864显示程序设计 PAGEREF _Toc356389338 h 22HYPERLINK l _Toc3563893395.7NRF905接收程序设计 PAGEREF _Toc356389339 h 24HYPERLINK l _Toc3563893406系统调试 PAGEREF _Toc3563893

16、40 h 25HYPERLINK l _Toc3563893416.1硬件调试 PAGEREF _Toc356389341 h 25HYPERLINK l _Toc3563893426.1.1单片机最小系统调试 PAGEREF _Toc356389342 h 26HYPERLINK l _Toc3563893436.1.2液晶显示模块调试 PAGEREF _Toc356389343 h 26HYPERLINK l _Toc3563893446.2软件调试 PAGEREF _Toc356389344 h 27HYPERLINK l _Toc356389345总结 PAGEREF _Toc3563

17、89345 h 28HYPERLINK l _Toc356389346致 PAGEREF _Toc356389346 h 29HYPERLINK l _Toc356389347参考文献 PAGEREF _Toc356389347 h 30引言随着社会的进步和生产的需要，利用无线通信进行温度数据采集的方式应用已经渗透到生活各个方面。在工业现场，由于生产环境恶劣，工作人员不能长时间停留在现场观察设备是否运行正常，就需要采集数据并传输数据到一个环境相对好的操控室，这样就会产生数据传输问题。由于厂房大、需要传输数据多，使用传统的有线数据传输方式就需要铺设很多很长的通讯线，浪费资源，占用空间，可操作性差

18、，出现错误换线困难。而且，当数据采集点处于运动状态、所处的环境不允许或无法铺设电缆时，数据甚至无法传输，此时便需要利用无线传输的方式进行数据采集。在农业生产上，不论是温室大棚的温度监测，还是粮仓的管理，传统上都是采取分区取样的人工方法，工作量大，可靠性差。而且大棚和粮仓占地面积大，检测目标分散，测点较多，传统的方法已经不能满足当前农业发展的需要。当前的科技水平下，无线通信技术的发展使得温度采集测量精确，简便易行。在日常生活中，随着人们生活水平的提高，居住条件也逐渐变得智能化。如今很多家庭都会安装室温度采集控制系统，其原理就是利用无线通信技术采集室温度数据，并根据室温度情况进行遥控通风等操作，自

19、动调节室温度湿度，可以更好地改善人们的居住环境。以上只是简单列举几个现实的例子，在现实生活中，这种无线温度采集系统已经被成功应用于工农业、环境监测、军事国防、机器人控制等许多重要领域，而且类似于这种温度采集系统的无线通信网络已经被广泛的应用到民用和军事领域。凡是布线繁杂或不允许布线的场合都希望能通过无线方案来解决。为此，需要设计相应的接口系统，控制这些射频芯片工作，完成可靠稳定的无线数据通信，这样的研究也变得更加有意义了。目前，在工业数据采集应用领域，都采用无线方式进行远距离数据传输。和传统的有线传输方式相比，无线传输网络具有巨大的优越性。基于此，本文介绍一种基于通用低功耗单片机和多信道单片收

20、发芯片nRF905的无线温度数据采集模块。系统集成12C5A08S2单片机在低功耗应用方面的优势和nRF905特有的多频道支持与功耗低、易控制等优点，以与DHT11的单总线数据传送模式，特别适合于低功耗、小数据量的无线数据传输系统。无线测量的发展现状与发展趋势 数据采集技术是信息科学的重要组成部分，已广泛应用于工业等各个领域。在数据传输方式上，目前数据采集系统基本上是使用有线方式进行数据的采集与传输，有线方式的数据传输速度快，可靠性高且运行稳定，能满足大多数情况的需要；由于有线方式其应用受现场环境和应用对象的限制，无线传输方式成为现今数据采集的主要研究方向。无线单片技术利用射频方式进行非接触双

21、向通信自动识别对象并获取相关数据，具有精度高环境适应能力强传输围广信息量大等优点。近年来，无线单片技术已被广泛应用于工业自动化商业自动化等众多领域。随着无线射频技术、微电子技术与集成电路技术的进步，无线通信的实现成本越来越低，传输速度越来越快，可靠性越来越高。短距离无线通信技术是近年来的研究热点，短距离无线技术可以解决某些无法或不便布线的环境下的数据采集问题，以与解决有线网络带来的布线麻烦、不易维护等缺点，短距离无线技术可轻松实现多路数据采集。随着计算机技术的发展和集成电路技术在信号处理中的广泛应用，现代的测量系统在数字信号处理方面的能力也大大加强了，形成了数字化测量技术。数字化测量就是借助于

22、各种类型的传感器检测外部世界的各种信号，并转换成电信号，然后进行信号调理和A/D转换，使之转换成为能够在数字系统中进一步处理的数字信号。具体来说，就是将温度、湿度、气体密度等物理信号转化为数字量。目前，传感器正不断朝着多功能性和智能性方向发展。无线测量技术就是将集成测量技术与无线射频技术结合，测量温度、湿度等环境参数并利用无线技术进行数据传输。目前，已经将传感器技术和新兴的无线通信技术相结合，力图通过数据传输的无线化来达到智能家居中布线不便时对室生活环境指标数据的采集。随着计算机技术、通信技术、网络技术、控制技术和信息技术的迅猛发展与提高，人们对所居住的环境提出了更高的要求，在这种形势下发展出

23、了“智能家居”这一概念。目前，智能家居通常被定义为利用通信、网络和综合布线技术，通过家庭信息管理平台将与家居生活有关的各种子系统有机地结合的一个系统。智能家居首先要实现对所有家电设备和家居环境的监视，满足家居网络与外界进行通信的要求，实现家庭的远程监控和信息的交换。智能家居的最终目的就是满足人们对安全、舒适和方便的现代生活理念的追求。智能家居中，对当前环境状况的监测分析是首要的，无线数据采集系统即是针对智能家居中对室生活环境指标如温度和湿度等进行采集分析的解决方案。近年来，智能控制技术已取得了突飞猛进的发展，并日益显示出其重要价值。智能控制已成为多种学科的综合与集成，吸引了全球不同领域、不同学

24、科的众多专家学者，进行着广泛的研究工作，并不断探索新的方法、新的理论和新的有效的实际应用。人们正在努力使用智能控制技术进入工程化和实用化的阶段，智能控制已渐渐渗透到人们生产、生活的各个领域，成为人们生活的重要组成部分。随着科学技术的发展和社会的进步，电子技术、计算机技术等的革新，无线测量技术必定会广泛应用于各领域，智能控制必将迎来发展的新时期，智能控制的未来一定会更加美好。关于温度智能控制，现在已经有了许多新的器件和方法，并且有些已经运用到实际生活和生产当中，比如美国达拉斯公司生产的DHT11温度巡检器，采用单线总线结构，通过一根I/O线与主控CPU进行数据和命令的传送。再如基于反射强度调制的

25、光纤温度巡检系统，光纤传输距离可达1km以上，检测精度也可显著提高。而更为先进的是，某些粮仓已经在尝试将有线控制变位无线控制，利用无线传感器来实现粮情检测和智能控制。这些新器件新方法的应用，给温度智能控制带来了新的气息。研究容本课题主要是进行基于无线传输模块的温度数据接受系统的设计，本系统由无线传输模块、单片机控制单元、显示模块、蜂鸣器报警模块和上位机远程监测五部分组成。 本课题将新兴的无线通信技术和远程监控技术相结合，力图通过数据传输的无线化来达到智能家居、工业控制等领域中布线不便时对室生活环境、工业测控现场温度等指标数据的采集。 本课题提出了一种有效的数据采集分析方案，设计并实现了一种基于

26、基于无线射频收发模块nRF905跟12C5A08S2单片机为核心，以低功耗和模块化为设计原则的温度数据采集无线传输系统。设计出具有体积小，功耗低，数据传输稳定可靠与成本低的无线测温系统。 (1)针对实际应用需求设计系统总体方案，完成了温度数据无线数据传输的结构设计。(2)以低功耗和模块化为选择元器件的原则，选取了合适的单片机、无线收发模块。 (3)设计无线收发方案，并通过软件控制nRF905无线传输模块工作模式等方式实现系统的低功耗设计。 (4)完成无线数据发收模块调试与相关配置。主要包括无线射频模块的接口设计以与单片机与PC通信的接口设计。 本课题旨在通过软、硬件的有机结合，以硬件为基础，进

27、行各功能模块的编写。对系统硬件的工作原理进行了分析描述，并进行系统硬件设计。具体实现显示、12C5A08S2与nRF905等器件外接电路接口的软、硬件调试。 实现方法本系统是通过单片机控制无线传输来实现对温湿度、酒精浓度、空气质量数据的接受,利用可视化编程技术实现远程监控，是12C5A08S2单片机为控制单元，以nRF905无线传输模块为温湿度、酒精浓度、空气质量数据接受单元，实现温湿度、酒精浓度、空气质量的接受、显示、控制，同时用串口连接到PC机上实现温湿度、酒精浓度、空气质量的实时监控如可显示实时温度，就是一套通过无线方式实现温湿度、酒精浓度、空气质量的接受显示系统。 基于无线收发芯片nR

28、F905的温度测量系统主要由五个模块构成，分别为无线收发模块、单片机控制模块、蜂鸣器报警模块、显示模块以与PC机监测模块。 总系统框图如下图2.1所示。从机1DHT11显示NRF9055MQ-3从机2显示NRF905主机显示报警PC键盘NRF905从机3MQ135显示NRF905图2.1 总系统框图系统方案分析与选择论证系统方案设计主控芯片方案方案一：采用AT89S52八位单片机实现。单片机软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制。而且体积小，硬件实现简单，安装方便。既可以单独对多DS18B20控制工作，还可以与PC机通信.运用主从分布式思想，由一台上位机（PC微型计算机

29、），下位机（单片机）多点温度数据采集，组成两级分布式多点温度测量的巡回检测系统,实现远程控制。另外AT89C51在工业控制上也有着广泛的应用，编程技术与外围功能电路的配合使用都很成熟。方案二：12C5A08S2单片机是STC生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机,是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机,指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。部集成MAX810专用复位电路，8路高速10位A/D转换（250K/S,即25万次/秒），针对电机控制，强干扰场合。考虑到此系统需要用到A/D，系统的复杂,从性能和价格上综合考虑我们选择方案一，即用12C5A08S2作为本系统的主控芯片

30、。无线通信模块方案方案一：采用GSM模块进行通信，GSM模块需要借助移动卫星或者手机卡，虽说能够远距离传输，但是其成本较大、且需要置SIM卡，通信过程中需要收费，后期成本较高。 方案二：采用TI公司CC2430无线通信模块，此模块采用Zigbee总线模式，传输速率可达250kbps，且部集成高性能8051核。但是此模块价格较贵，且Zigbee协议相对较为复杂。 方案三：采用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。可以工作于ShockBurst(自动

31、处理前缀、地址和CRC方式)。置电压调整模块，最大限度地抑制噪音，为系统提供1.93.6V的工作电压，载波检测。 由于nRF905功耗低，工作可靠nRF905没有复杂的通信协议，完全对用户透明，同种产品之间可以自由通信，因此很适用于无线数据传输系统的设计。它可应用在:无线数据通讯、报警和安全系统、自动测试系统、家庭自动化控制、遥控装置、监测、车辆安全系统、工业控制、远程遥控与其它短距离无线高速应用。考虑到系统的复杂性和程序的复杂度，我们采用方案三作为本系统的通信模块。温湿度传感器方案方案一：采用热敏电阻，可满足40摄氏度至90摄氏度测量围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，对于检测1摄氏度的

32、信号是不适用的。方案二：采用单片模拟量的温度传感器，比如AD590,LM35等。但这些芯片输出的都是模拟信号，必须经过A/D转换后才能送给计算机，这样就使得测温装置的结构较复杂。另外，这种测温装置的一根线上只能挂一个传感器，不能进行多点测量。即使能实现，也要用到复杂的算法，一定程度上也增加了软件实现的难度。方案三：采用带有A/D转换功能的数字温度传感器,DHT11现成的带有A/D转换功能的数字温度传感器DHT11直接输出的数字信号，与单片机通信。DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。湿度测量围是2090%RH，对于12位的分辨率为5%RH，测量围为0度+50

33、度，对于14位的分辨率为2度。其温湿度的测量围相对方案二窄，但其价格较低，经济实惠。因此可以非常容易实现多点测量。轻松的组建传感器网络。显示模块方案方案一：选择主控为ST7920的带字库的LCD12864来显示信息。12864是一款通用的液晶显示屏，能够显示多数常用的汉字与ASCII码，而且能够绘制图片，描点画线，设计成比较理想的结果。 方案二：采用字符液晶LCD1602显示信息，1602是一款比较通用的字符液晶模块，能显示字符和数字等信息，且价格便宜，容易控制。 方案三：采用LED7段数码显示管显示，其成本低，容易显示控制，但不能显示字符。综合以上方案，我们选择了经济实惠的字符液晶LCD12

34、864来作为接收端的显示。发送端用LCD5110显示。单片机与PC机通信方案采用RS-232串口与PC机通信。系统最终方案设计环境温度参数监测是环境研究和火灾安全防备的重要手段，传统的有线定点采集、人工上报，这种方逐渐被新的技术所代替。目前常用的技术是基于无线模块的环境监测方式，但是在一些用途精度要求不是很高的场所，如单位或家庭火灾安全监测，这样的产品价格过于昂贵，协议比较复杂，缺少灵活度。针对这一情况，本文利用12C5A08S2单片机和nRF905设计了一个无线温度采集系统。一般传统的温度传感器的输出信号均为模拟信号，需经过放大电路和AD转换后才能与单片机连接，系统结构比较复杂。因此采用带有

35、AD转换功能的单片机12C5A08S2简化了系统外围电路。nRF905是Nordic公司推出的单片射频发射器芯片，可以自动完成处理字头和CRC，配置简单方便，功耗低。本文的系统不仅克服了温度采集系统在使用空间上的局限性，而且大大简化了系统硬件电路。本文设计的无线节点温度采集系统能够用于实际多点温度采集，结果也表明系统工作稳定，数据可靠，可以应用于室和室外的温度监测。系统模块硬件设计系统硬件主要包含：由DHT11芯片构成的温湿度采集电路、nRF905芯片构成的无线节点模块与PC与单片机的串口通信系统。NRF905无线收发模块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

36、硬件自动完成解码，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工作详情 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

37、议有关的高速信号处理放到芯，nRF905提供给应用的微控制器一个SPI接口，速率由微控制器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接收完成。在ShockBurst TX模式中，nRF905自动产生前导和CRC校验，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。各管脚的详细功能介绍如下表4.1所示：表4

38、.1 各管脚的详细功能管脚名称管脚功能说明1VCC电源电源+3.3-3.6V DC2TX_EN数字输入工作模式选择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（未使用）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13、14GND地接地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。n

39、RF905的工作模式由TRX_CE、TX_EN和PWR_UP三个引脚决定。 与射频数据包有关的高速信号处理都在nRF905片进行，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工作在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

40、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。下面具体详细分析NRF905的发送流程和接收流程典型的nRF905发送流程分以下几步： 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传给nRF905，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_CE和TX_EN，激发nRF905的ShockBurstTM发送模式； 3nRF905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

41、数据发送完成，数据准备好引脚被置高； 4AUTO_RETRAN被置高，nRF905不断重发，直到TRX_CE被置低； 5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。nRF905接收数据流程： 1当TRX_CE为高、TX_EN为低时，nRF905进入ShockBurstTM接收模式； 2650us后，nRF905不断监测，等待接收数据； 3当nRF905检测到同一频段的载波时，载波

42、检测引脚被置高； 4当接收到一个相匹配的地址，地址匹配引脚被置高； 5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； 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，以一定的速率把数据移到微控制器； 8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；9nRF905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

43、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。节能模式：nRF905的节能模式包括关机模式和节能模式。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保持配置字中的容，但不会接收或发送任何数据。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。器件配置：所有配置字都是通过SPI接口送给nRF905。SPI接口的工作方式可通过SPI指令进

44、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。 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。 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_AD

45、DRESS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。数据经过无线传输与接收后再被传输至接受端的单片机中，然后再由MAX232将数据传输至PC。NRF905的特点a)载波检测 当NRF905工作在接受模式时，如果有与器件被编程通道一样的载波出现，载波引脚（CD）被置高，这一特征对于避免工作在一样频率的不同发射机的数据碰撞非常有效，任何时候当器件准备发射送数据时，应先进入接收模式，判断是否希望的通道

46、输出可以数据，这就是发射前先监听的协议。b)地址匹配 当NRF905工作在接收模式时，引入的数据包的地址与器件自身地址一样时，地址匹配引脚（AM）被置高，使用这个引脚控制被指示在数据准备就绪（DR）信号置高前，器件正在接收数据，如果数据准备就绪（DR）信号没有置高，例如CRC校验错误，地址匹配引脚（AM）在数据包接收结束时复位置低，这一特征对MCU特别有用。如果地址匹配引脚（AM）被置高，MCU可以决定等待，观察如果数据准备就绪（DR）信号被没有置高，说明一个有效地数据包已经接收，或者放弃一个可能已经接收的有效数据包并改变工作模式。c)数据准备就绪 数据准备就绪（DR）信号使最大限度地降低软件

47、编程的复杂性成为可能。 在发送模式时，一个完整的数据包发送结束时DR置高，告诉MCU NRF905已经准备好新动作，DR信号在数据包传输开始时或转换为其他模式，如接收模式或Standby模式时复位置低。在自动重发模式时，DR信号在前导码的开始时置高，在前导码的结束开始时置低，数据准备就绪（DR）信号在每次数据包传输的开始时产生脉冲。在接收模式时，DR信号在接收有效数据包，如：有效地址，有效地数据长度和CRC时置高，然后MCU可以通过SPI接口读取数据，当数据缓冲区中的数据被读空时或者器件转换到发送模式时，DR信号置低。NRF905原理图接口原理如下图4.1所示：图4.1 NRF905接口原理图

48、温湿度传感器DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个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越、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。校准系数以程序的形式储存在OTP存中，传感器部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。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

49、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。DATA用于微处理器与DHT11之间的通讯和同步，采用单总线数据格式,一次通讯时间4ms左右,数据分小数部分和整数部分,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.操作流程如下：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+8bit湿度小数数据+8bit温度整数数据+8bit温度小数数据+8bit校验和数据传送正确时校验和数据等于“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MCU发送一次开始信号后,DHT1

50、1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,DHT11接收到开始信号触发一次温湿度采集,如果没有接收到主机发送开始信号,DHT11不会主动进行温湿度采集.采集数据后转换到低速模式。技术参数：供电电压：3.3-5.5V DC 输 出：单总线数字信号测量围：湿度20-90%RH， 温度050测量精度：湿度+-5%RH， 温度+-2分 辨 率：湿度1%RH， 温度1互 换 性：可完全互换 长期稳定性：1%RH/年MQ-3酒精传感器MQ-3酒精传感器对乙醇蒸气有很高的灵敏度，并且响应和恢复快速

51、。另外，MQ-3酒精传感器简单的驱动回路和可靠的稳定性是相比较于其他型号传感器的优点。MQ-3酒精传感器可用于机动车驾驶人员与其他严禁酒后作业人员的现场检测，也可用于其他场所乙醇蒸气的检测。MQ-3酒精传感器有6只针状管脚，其中4个管脚（两个A和两个B）用于信号读取，两个H脚用于提供加热电流。MQ3型气敏传感器技术指标如下： 使用气体：酒精(乙醇） 探测围：101000*10-6特征气体：100*10-6灵敏度：Rin air/Rin typical gas5敏感体电阻：4004000k（空气中） 响应时间：10S（70% Response) 恢复时间：30s（70% Response) 加热

52、电阻：313 加热电流：180mA 加热电压：5V0.2V 加热功率：900mW 工作条件：环境温度：1065摄氏度 湿度：95%RH 贮存条件：温度：2070摄氏度 湿度：70%RH 灵敏度调整：MQ3型气敏元件对不同种类，不同浓度的气体有不同的电阻值。因此，在使用此类型气敏元件时，灵敏度的调整是很重要的。建议使用200ppm的乙醇蒸汽校准传感器。当精确测量时，报警点的设定应考虑温湿度的影响。MQ135空气质量传感器MQ135气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(2nOS)。当传感器所处环境中存在污染气体时传感器的电导率随空气中污染气体浓度的增加而增大。使用简单的电路

53、即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。MQ135气敏传感器主要做空气污染用具体可以应用于家庭用空气污染报警器、工业用空气污染控制器、便携式空气污染检测器等多种仪器。作为一种优秀的气敏传感器它有以下优点:1.在较宽的浓度围对有害气体有良好的灵敏2.对氨、硫化物、苯系等气氛灵敏度较高3.长寿命、低成本4.驱动电路简单MQ135传感器对氨气、硫化物、苯系蒸汽的灵敏度高对烟雾和其它有害的监测也很理想。这种传感器可检测多种有害气体是一款适合多种应用的低成本传感器。显示模块本系统显示模块分两种：1、接收端显示模块用LCD12864液晶模块。2、发送端使用LCD5110液晶显示。接收端LCD

54、12864显示模块带中文字库的128x64是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨为12864,置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示84行1616点阵的汉字。也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于一样点阵的图形液晶模块；基本特性：（1）低电源电压VDD：+3.0-+5

55、.5V（2）显示分辨率：12864点（3）置汉字字库，提供8192个1616点阵汉字(简繁体可选) （4）置128个168点阵字符，2MHZ时钟频率（5）显示方式：STN、半透、正显，驱动方式：1/32DUTY，（6）视角方向：6点，背光方式：侧部高亮白色LED，功耗仅为普通LED的1/51/10（7）通讯方式：串行、并口可选，置DC-DC转换电路，无需外加负压 （8）无需片选信号，简化软件设计，工作温度：0度- +55度 ,存储温度：-20度- +60度。本设计在接收端部分采用LCD12864液晶显示模块来显示，具体电路如下图4.2所示。图4.2 LCD12864液晶显示模块发送端LCD51

56、10显示模块本设计在发送端部分采用LCD5110液晶显示接口，如图4.3所示：图4.3 LCD5110液晶显示接口报警电路当外界温室度、酒精浓度、空气质量超过预设温度上下限时，为更加有效的引起用户的注意，与时关注温度的变化，本系统设计了声报警电路。该电路由蜂鸣器和PNP三极管组成，具体电路如图4.4所示。图4.4 报警电路原理接收端与PC机通信本系统采用MAX232来完成TTL- EIA（美国电子工业联合会）双向电平转换。电路基于RS-232接口标准，使用DB-9连接器。由于单片机输出的TTL电平与PC机的RS-232串口电平的电气特性不匹配。为了使单片机能与PC机正常通信，采用美信公司的MA

57、X232芯片进行电平转换。MAX232是专门为电脑的RS-232标准串口设计的接口芯片，功能比较强大。MAX232芯片与计算机连接的端口中有3个驱动端和5个接收端，因此可以同时进行多路通信。另外MAX232芯片的传输速率最高可以达235 kbs。MAX232部有电压倍增电路和转换电路，仅需+5 V电源便可工作，使用十分方便，其与12C5A08S2连接时可以采用最简单的方式连接，MAX232的T2IN引脚与12C5A08S2的串行输入口线P31TXD相连，R2OUT引脚与12C5A08S2的串行输入口线P30RXD相连，MAX232的T2OUT、R2IN分别于与RS232的2、3引脚相连。MAX

58、232泵电源引脚必须接0.47f 电容，如图中的C1、C2、C3、C4。经MAX3232完成电平转换后成为RXD1、TXD1信号，再通过串口线与主机相连。具体电路如图4.5所示：图4.5 串口电路设计电源电路设计系统主电源转换模块7805电源转换模块7805为3端正稳压元件，TO-220封装，能提供多种固定的输出电压，应用围广，含过流、过热和过载保护电路。带散热片时，输出电流可达1A。最大的输出电压可达36V，输出电压在3.0-4.0V以上。电路中1端口为7805输入电源，3端为转换模块7805输出电压。在本系统中，单片机工作电压为5.0V，7805输出电压设定为5V输出。采用的电源电路如图所

59、示。该电路是把接入的开关电源+9V+12V送至三端稳压集成电路lm7805稳压，即为5V输出。具体电路设计如下图4.6所示：图4.6 LM7805稳压电路 3.3V电源转换模块LM1117LM1117是一个低压差电压调节器系列。其压差在1.2V输出，负载电流为800mA时为1.2V。它与国家半导体的工业标准器件LM317有一样的管脚排列。LM1117有可调电压的版本，通过2个外部电阻可实现1.2513.8V输出电压围。另外还有5个固定电压输出（1.8V、2.5V、2.85V、3.3V和5V）的型号。 LM1117提供电流限制和热保护。电路包含1个齐纳调节的带隙参考电压以确保输出电压的精度在1%

60、以。LM1117系列具有LLP、TO-263、SOT-223、TO-220和TO-252、D-PAK封装。输出端需要一个至少10uF的钽电容来改善瞬态响应和稳定性。在LM1117的功能管脚图中，1脚为电源转换元件LM1117的电压输入端，3脚为LM1117的电压输出端。由于无线发射模块的正常工作电压为3.3V左右，LM1117元件的输出电压为3.3V。本系统无线模块需要一3.3V电源，采用电源电路如图所示。该电路把先前转换得到的5V电源经过低压差电压调节器LM1117转换为3.3V电源。具体电路设计如下图4.7所示：图4.7 LM1117-3.3V电路设计硬件电路总设计发送端原理图电源模块：由