12基于nrf905射频的远程温度读取系统林颖报告

1、本设计以射频收发nRF905STC89C52单片机为主控芯模块以数字式温湿度传感器DHT11的温湿度参数简单处理后通过nRF905无线模块发送到接收端口。无线数据传输模块通过进行数据收发处理，的集成度较高，与STC89S52的接口电路设计和接收端通过LCD12864实时显示温湿度值。并。关键字 STC89C52 单片机；nRF905 本设计以射频收发nRF905STC89C52单片机为主控芯模块以数字式温湿度传感器DHT11的温湿度参数简单处理后通过nRF905无线模块发送到接收端口。无线数据传输模块通过进行数据收发处理，的集成度较高，与STC89S52的接口电路设计和接收端通过LCD1286

2、4实时显示温湿度值。并。关键字 STC89C52 单片机；nRF905 目录摘第1 章 绪引课题研究内容及意国内外研究现本文主要工第2 章 系统总体设系统概无线通信系温湿度传感器的选MCU的选无线方式及射的选2.6 本章小第3 章 硬件电路设3.1 单片机STC89C52 单片机概2.6 本章小第3 章 硬件电路设3.1 单片机STC89C52 单片机概单片机时钟电路的设电源电3.2 系统的设DHT11概通信方显示电路设无线模3.4.1 nRF905的工作模nRF905的SPI接nRF905的接口电本章小4 设4.1nRF905 的配置及收发流系统发射流程系统接收流程设本章小第5 章 系统调硬

3、件设测本章小结第11.1 1.2 具1.3 系统，它的的主要由传感器、放大器、采样保持器、模拟多路开关、（如PC机）1.4 度部分主要介绍温湿度传感器的比较和选择，MCU的选择，温湿度传感器与第11.1 1.2 具1.3 系统，它的的主要由传感器、放大器、采样保持器、模拟多路开关、（如PC机）1.4 度部分主要介绍温湿度传感器的比较和选择，MCU的选择，温湿度传感器与MCU的硬件连接及原2.1 本系统主要由温湿度 模块和显示模块。系统的总体设计框图如图 2-1 2-1 湿度情况：设置无线模块是将温湿度传感器到的温湿度信息传送到LED 上显示，便于在监测房工作时及时了解到现场的温湿度情况；在电源

4、模块分别设置了 5V 电路使用，此外还有 2.2 模端2-2 2.1 本系统主要由温湿度 模块和显示模块。系统的总体设计框图如图 2-1 2-1 湿度情况：设置无线模块是将温湿度传感器到的温湿度信息传送到LED 上显示，便于在监测房工作时及时了解到现场的温湿度情况；在电源模块分别设置了 5V 电路使用，此外还有 2.2 模端2-2 2-2 无线通信系统的在于无线模块的建立，要适合于可移动的应用条系功率放大等操作后，将数据无线发送到接收端的无线模块进行解调等操作MCU LED 2.3 系。温湿度传感器是开发较早、应用较广的一类传感器。在半导体技术的支撑下，温湿度传感器主要有数字、模拟和集成温湿度

5、传感器三种类型。热电偶温湿度传感器是利用不同材质结合的导体连接点的热电势来确定温湿度的。在工程应用上较广，构造简单，使用方便，测量温湿度范围宽。热电偶的灵敏度较低，容易受到外界环境干扰信号和前置放大器温湿度漂移2.4MCUMCU 作为一个系统的器件，它的选择影响着这个系统的优劣和功能的实现。目前工控领域中常使用的微控制器有应用最广泛的 51 单片机、针对大量计算的数字信号处理器 2-2 无线通信系统的在于无线模块的建立，要适合于可移动的应用条系功率放大等操作后，将数据无线发送到接收端的无线模块进行解调等操作MCU LED 2.3 系。温湿度传感器是开发较早、应用较广的一类传感器。在半导体技术的

6、支撑下，温湿度传感器主要有数字、模拟和集成温湿度传感器三种类型。热电偶温湿度传感器是利用不同材质结合的导体连接点的热电势来确定温湿度的。在工程应用上较广，构造简单，使用方便，测量温湿度范围宽。热电偶的灵敏度较低，容易受到外界环境干扰信号和前置放大器温湿度漂移2.4MCUMCU 作为一个系统的器件，它的选择影响着这个系统的优劣和功能的实现。目前工控领域中常使用的微控制器有应用最广泛的 51 单片机、针对大量计算的数字信号处理器 CAN、一些增强型的 16 32 。从八十年代初 51 开发方面已经很成熟了，只是功能实现方面相对简单；CAN 功能侧重于有有某些相似之处，在小型系统中增强型的 16 2

7、.5 3.1 电源是提供电压的装置。把其他形式的能转换成电能的装置叫做电源。由于该系统中的单片机的需要 5V 供电，所以需要加个稳压 用 LM7805 进行稳压处理。把 12V 稳降至 5V 来供给单片机及各用。经测试 12V 此设计的电源电路是由 7805 (1)78053-5 调整管接在输入端与输出端之间，当电网电压或负载电流波动时，调整自身的集-射压降使输出电压保持不变。在 7805三端集成稳压电路中，调整管由两个三极管组成的复合管充当，这种结构只要求放大电路用较小的电流即可驱动调整管发射极回路中较大的输出电流，而且提高了调整管的输入电调 整保护路源路3.1 电源是提供电压的装置。把其他

8、形式的能转换成电能的装置叫做电源。由于该系统中的单片机的需要 5V 供电，所以需要加个稳压 用 LM7805 进行稳压处理。把 12V 稳降至 5V 来供给单片机及各用。经测试 12V 此设计的电源电路是由 7805 (1)78053-5 调整管接在输入端与输出端之间，当电网电压或负载电流波动时，调整自身的集-射压降使输出电压保持不变。在 7805三端集成稳压电路中，调整管由两个三极管组成的复合管充当，这种结构只要求放大电路用较小的电流即可驱动调整管发射极回路中较大的输出电流，而且提高了调整管的输入电调 整保护路源路放大-+3-5 放大电路将基准电压与从输出端得到的采样电压进行比较，然后再放大

9、并送到调整管的基极。放大倍数愈大，则稳定性能愈好。在 73-5 放大电路将基准电压与从输出端得到的采样电压进行比较，然后再放大并送到调整管的基极。放大倍数愈大，则稳定性能愈好。在 7805 三端集成稳压器中，放大管也是复合管，电路组态为共射接法，并采用有源负载，可以获得较高的电压放大倍数。基准电压的稳定性将直接影响稳压电路输出电压的稳定性。在 7805中，采用一种能带间隙式基准源，这种基准源具有低噪声，低温漂的特点，在单片式大电流集成稳压器中被广泛应用。采样电路由两个分压电阻组成，它将输出电压变化量的一部分送到放大启动电路的作用是在刚接通直流输入电压时，使调整管,放大电路和基准电源等建立起各自

10、的工作电流，而当稳压电路正常工作时启动电路被断在 7805 中，已将三种保护电路集成在，它们是限流保护电电源电路如图 3-6 所示，此电源电路能输出稳定的+5V 的作用。其中 7805 器的 1 脚为输入，3 脚为输出，2 脚为接地。作用是将由桥式整流电路，整流滤波后得到的直流输入电压转变成稳定的直流+5V 输出电压，为了改善纹波电压，常在输入端接入电容 CJ3，我所选用的电容容量为 100uF。同时，在输出端接上电容 CJ2，以改善负载的瞬态响应，CJ2 的容量为 电源电路如图 3-6 所示，此电源电路能输出稳定的+5V 的作用。其中 7805 器的 1 脚为输入，3 脚为输出，2 脚为接地

11、。作用是将由桥式整流电路，整流滤波后得到的直流输入电压转变成稳定的直流+5V 输出电压，为了改善纹波电压，常在输入端接入电容 CJ3，我所选用的电容容量为 100uF。同时，在输出端接上电容 CJ2，以改善负载的瞬态响应，CJ2 的容量为 100uF。两3-6 7805 3.2 本系统采用 DHT11 3.2.1 DHT11 概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个 NTC 测温元件，并与一个高性能 8 能力强、性价比极高等优点。每个 DHT11 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在OTP 3.2.2 通信方DATA 用于微处理器与 DHT

12、11 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 数据格式:8bit 湿度整数数据+8bit 湿度小数数据+8bi 温湿度整数数据+8bit 温湿度小数数据+8bit 数据传送正确时校验和数据等于“8bit 湿度整数数据+8bit +8bi 温湿度整数数据+8bit 温湿度小数数据”8 3.3显示电+8bi 温湿度整数数据+8bit 温湿度小数数据”8 3.3显示电路设11286412864液晶与U的接口分为8位/4位并行和3位串行三种，本系统所采用的是

13、8位并行接口，12864写时序图如图3-11所示。3-1112864(2)MCULCD12864的数据也是根据RS、RW、EN相应的时序来控制MCU相应的数据，12864读时序图如图3-123-12128642在本系统中，所用的是8位并行数据接口。所以，12864与U的接口电路设计需要8条数据线，3条控制线。单片机与1264接口电路图如图313所示。3-13 128643.3 nRF9052在本系统中，所用的是8位并行数据接口。所以，12864与U的接口电路设计需要8条数据线，3条控制线。单片机与1264接口电路图如图313所示。3-13 128643.3 nRF905 nRF905 3.3.

14、1 单片射频收nRF905 ，工作于 删的 ISM 频段，多通道工作且通道切换时间小于 650us，使用 SPI 接口与 MCU 设备少，使电路构造简单、方便。实际带来的功率消耗比较小，当以 的输出功率发射时电流只有 11mA12.5mA。进入及安全系统、3-2 erdown 勘测等方面有广泛的应用。nRF905 各性能参数数据如表3-2 nRF905 由完全集成的频率调制器，带解调器的，功率放大器，晶体振荡器和调节器组成，不需要单独的外部 SWA 滤波器。可自动产生前导码和循环冗余码 CRC，采用 频移键控）式进行调制，与 FSK（移频键控）度可达到 MCU 能力强。nRF905 采用曼彻斯

15、特编，不3-12 图3-3.3.2 nRF905 的工作模nRF905 分别有两种活动模式（由完全集成的频率调制器，带解调器的，功率放大器，晶体振荡器和调节器组成，不需要单独的外部 SWA 滤波器。可自动产生前导码和循环冗余码 CRC，采用 频移键控）式进行调制，与 FSK（移频键控）度可达到 MCU 能力强。nRF905 采用曼彻斯特编，不3-12 图3-3.3.2 nRF905 的工作模nRF905 分别有两种活动模式（ShockBurst RX/TX） 和两种节电模式（ 掉电模式和 Standby 模式）。工作模式的选择是通过 STC89C52 控制 TRX_CE、TX_EN 和 PWR

16、_UP 的高低电平来决定的。TRX_CE、TX_EN 和 PWR_U 的高低电平与 nRF905 工作模式对应关系如表 3-3 所示。3-3 nRF905 0XX10XStandby 最大数据传输率（曼彻输出频率为-ERDOWN 即当将 PWR_UP 置低时，不管 TRX_CE、TX_EN 是什么状态，nRF905都工作在掉电模式，即 nRF905 不工作，此时电流消耗最小；PWR_UP 置高， TRX_CE 为低时， 不管 TX_EN 为什么状态， nRF905 即当将 PWR_UP 置低时，不管 TRX_CE、TX_EN 是什么状态，nRF905都工作在掉电模式，即 nRF905 不工作，

17、此时电流消耗最小；PWR_UP 置高， TRX_CE 为低时， 不管 TX_EN 为什么状态， nRF905 工作在 Standby 模式。此时一部分的晶体振荡器是活动的，从而保证能够在最短时间内从 Standby 模式转换到活动模式；PWR_UP 置高，TRX_CE 为高时，nRF905 工作在活动模式。TX_EN为高则 nRF905 工作在 ShockBurst 发送模式，为低时工作在接收模式。MCU SPI 3.3.3 nRF905 SPI 接SPI 的操作都是针对的寄存器操作来进行的，而对寄存器的操作都是通过 SPI 口来完成的。nRF905 所有配置都是通过 SPI 接口进行的，SP

18、I 活的，才能对其进行编程。SPI 接口是由状态寄存器us-Register）、配置寄存器（RFConfiguration Register）、发送地址（TX-Address）、发送有效数据（TX-Payload） 和接收有效数据（RX-Payload） 五个寄存器组3.3.4 nRF905 的接口电nRF905 是利用 SPI 口实现与 STC89C52 的双向通信的，有四个 SPI 接口引脚：MISO（SPI SPI 输出）、MOSI（SPI SPI输入）、CSN（SPI 使能）、SCK（SPI 串行时钟）与 STC89C52 的 SPI 接口连接。nRF905 的输入输出信号与 STC8

19、9C52 的其他几个 I/O 相连接。 nRF905 与单片机 STC89C52 连接如图 3-14 所示。110ShockBurst RX 111ShockBurst TX 图3-nRF905 与图3-nRF905 与STC89C52 单片机的连接天线在无线传输中具有重要作用，是收发信号的关键。nRF905 有很高的灵敏度，考虑到本系统的使用范围及基于系统装置方便携带放置的要求，本设计采用无增益的 PCB天线，它能够直接焊接在 PCB板上，这样可以缩小系统实体的尺寸。PCB 电线在传输距离方面一般环境下能达至300 第24.1 nRF905nRF905 SPI Standby 模第24.1

20、nRF905nRF905 SPI Standby 模中心模块与各现场节点模块的通信是采用轮询的方式。当上位机需对某一通道截止频率和放大增益进行调整时，通过各现场节点模块不同的地址信息进行区分。MCU PWR_UP nRF905 Standby 当 MCU 有数据要发送时，将 TRX_CE 和 TX_EN 置高来激活ShockBurst TX 通过 SPI 口，将发送地址和要发送的数据分别写入发送地址寄存器 TX-Address 和发送有效数据寄存器 TX-Payload。nRF905 根据寄存器设置自动在数据包中加入前导码和 CRC ，采用曼彻斯特编码，以 GFSK 据准备就绪（DR）信号置高

21、通知 MCU AUTO RETRAN 被设置为高，nRF905 TRX_CE 当 TRX_CE 被置低时，nRF905 结束数据传输并自动进入 4-1 所示。（1）TRX_CE 为高，TX_EN nRF905 ShockBurst RX 模式。（2）650us 后，nRF905 （3）当监测到有和接受频率相同的载波时，载波检测（CD）被置高。进入接收模式判断 CD 。（4）当接收到与自己地址相匹配的有效地址时，地址匹配（AM）（5）当接收到有效的数据包后，对 CRC 进行校验，如果下确则去掉前导码、地址和 CRC 段，将数据保存在接收有效数据寄存器 RX-中。DR 被置高，MCU SPI （5

22、）当接收到有效的数据包后，对 CRC 进行校验，如果下确则去掉前导码、地址和 CRC 段，将数据保存在接收有效数据寄存器 RX-中。DR 被置高，MCU SPI （6）MCU TR（TRX_CE 置低，nRF905 Standby 有有效数据被读出后，nRF905 AM DR YnRF905为发射并发射nRF905nRF905NnRF905YYLED数码管上显示出NnRF905nRF905nRF905YYLED数码管上显示出NnRF905nRF905nRF905NnRF905时，要先对DHT11流程图如图4-54.5 部分所做的工作，在此基础上完善了本次设计的功能。具体地说明了系统各部分功能如

23、何用程序实现，为了便于了解各部分是如何工作的，画出了5.1 利用 Altium 然后将其转化成相应的 PCB 图，布绘制过程中要注意布置线要求：铜箔厚0.05mm11.5mm 2A 3，因此导线宽度为 1.5mm (60mil)可满址要求。对于集成电路，尤其是数字电路，通常选 0.020.3mm(0.8时，要先对DHT11流程图如图4-54.5 部分所做的工作，在此基础上完善了本次设计的功能。具体地说明了系统各部分功能如何用程序实现，为了便于了解各部分是如何工作的，画出了5.1 利用 Altium 然后将其转化成相应的 PCB 图，布绘制过程中要注意布置线要求：铜箔厚0.05mm11.5mm

24、2A 3，因此导线宽度为 1.5mm (60mil)可满址要求。对于集成电路，尤其是数字电路，通常选 0.020.3mm(0.812mil)系统采用语言进行编程，在 上进行开发。自 ATMEL 单片机推出使用以来，许多公司都推出了针对 ATMEL 具，目前应用较普遍的是 KEIL,能在 5. 度集部分设计的过程中，测温原理，命令及信号方式等，并进了合理的接口的性能特点及其与 MCU 和在最后对系统的开发及调试环境作了简单的介#include #include #include #include /-#define #define uchar unsigned /-#include #inclu

25、de #include #include /-#define #define uchar unsigned /-#define BYTE_BIT0#define /-bdata uchar #define DATA7 (DATA_BUF&BYTE_BIT7) != #define (DATA_BUF&BYTE_BIT0) != flag flag1 #define /液晶读/sbit LCD_RS sbit LCD_RWsbit =/-发送数据缓冲区-/uchar TxRxBuf4=0 x29,0 x30,0 x31,0 x32,; uchar TxRxBuf32;code char ucha

26、r code dis1 = uchar code dis2 = 智能设计课设dis3 = dis4 = 00.0 度dis4 = 温度：00.0 度dis4 =温度uchardis4 = 00.0 度dis4 = 温度：00.0 度dis4 =温度ucharshi; uchar i;uchar u-工作模式控制端口-端口/-nrf905 状态端口-/-按键端口-/-LED 显示端口-/-nrf905 控制指令-#define WC #define RC #define WTP #define RTP #defineWTA #define RTA#define -/-nrf905 控制指令-#d

27、efine WC #define RC #define WTP #define RTP #defineWTA #define RTA#define /-NRF905 寄存器配置-uchar idata 部时钟信号不使能，16M /配置命令/CH_NO,配置频段在 /输出功率为 10db,不重发，节电/4 /接收发送有效数据长度为 4 /CRC 充许，8 CRC void while(ms-uchar 检查忙状态/*lcd_busy 为 1 时，忙，等待。lcd-busy 为 0 时,闲，可写指令与数据。bit bit result; LCD_RS =0;LCD_RW = LCD_EN = re

28、sult = (bit)(LCD_data&0 x80); LCD_EN = 0;写指令数据到，高脉冲，D0-指令码。void lcd_wcmd(uchar LCD_RS = 0;LCD_RW = 写指令数据到，高脉冲，D0-指令码。void lcd_wcmd(uchar LCD_RS = 0;LCD_RW = LCD_EN = LCD_data = cmd; LCD_EN = 1;LCD_EN =0;写显示数据到，高脉冲，D0-数据。void lcd_wdat(uchar void lcd_wdat(uchar LCD_RS = 1;LCD_RW = LCD_EN = LCD_data = dat; LCD_EN = 1;LCD_EN =0;初始化设定void /LCD void /LCD