仓库多点无线采集系统的设计(编辑修改稿)

仓库多点无线采集系统的设计(编辑修改稿)内容摘要：

出电压， Uo为分得电压，即 nRF24L01 的输入电压。 通 过 调节电位计，使 Uo=，以此达到电平转换的作用。 采用电位计通过分压来进行电平转换，虽说在理论上能够进行电平转换，但是在实践操作中，却存在着很大问题，主要体现在：人为影响太大。 每次实验前都需检测与调节 Uo是否在 nRF24L01 的工作范围内，以防止 nRF24L01 被过高的电压烧坏，整个电平转换电路不够稳定。 方案二：采用稳压模块 LM1117 LM1117 它只有三个引脚，外接电路简单，只需要两个电容，就能够输出稳定的 电压，为 nRF24L01 提供 工作电源。 在 下图 中，引脚 1 接 5V电压 ， 引脚 3 接地 ， 引脚 2 便输出 电压，来作为 nRF24L01 的工作电压 ，如表 所示。 3 1 2 图 LM1117 引脚分配图 表 LM1117 引脚功能 引脚 名称 功能描述 1 VCC 输入端 2 Vout 输出端 3 GND 地线 综上所述，根据实验要求并比较以上两种方案，采用稳压模块 LM1117 电路简单易行，稳定性强，可实现电压转换。 因而选用第二种方案。 显示方案 本设计中， 在从机上需要把温湿度的数值传输到显示器上进行显示，在主机上显示从机无线发射过来的温湿度数值 ， 所以必须在 CPU 上外接一个显示外围电路， 本设计 有如下两种方案选择： 方案一：单片机扫描键盘得到 功率预置值，通过 IOB 高 8 位接口控制选定数码管，IOB 低 8 位接口控制数码管显示，将该值送到 LED显示器中显示。 其硬件原理如 GND VCC Vout 9 图 3 所示。 此方案设备体积大，功耗大，因此 不采用此方案。 图 3 LED硬件原理图 方案二：用 1602 液晶显示器显示， 该液晶是要一种 5X7 点阵图形来显示字符的液晶显示器，根据显示的容量可以分为 1行 16 个字 .2行 16 个字 .2行 20个字等等， 选用 1602 液晶，具有体积小、质量轻、功耗低等优点，因此采用此方案。 数据 包 处理方式选择 在无线模块 NRF2401 中，有 ShockBurstTM和增强型 ShockBurstTM两种模式，下面分别对这两种模式进行介绍 方案一 .ShockBurstTM模式： ShockBurstTM模式下 NRF2401 可以与成本较低的低速 MCU 相连。 高速信号处理是由芯片内部的射频协议处理的， NRF2401 提供 SPI 接口，数据率取决于单片机本身接口速度。 ShockBurstTM模式通过允许与单片机低速通信而无线部分高速通信，减小了通信的平均消耗电流。 在 ShockBurst 接收模式下，当接收到有效的地址和数据时 IRQ 通知 MCU，随后 MCU 可将接收 到的数据从 RX_FIFO 寄存器中读出。 在 ShockBurst 发送模式下， NRF2401 自动生成前导码及 CRC 校验，数据发送完毕后 IRQ 通知 MCU。 减少了 MCU 的查询时间，也就意味着减少了 MCU的工作量同时减少了软件的开发时间。 NRF2401 内部有三个不同的 RX_FIFO 寄存器（ 6个通道共享此寄存器）和三个不同的 TX_FIFO 寄存器。 在掉电模式下、待机模式下和数据传输的过程中 MCU 可以随时访问 FIFO 寄存器。 这就允许 SPI接口可以以低速进行数据传送，并且可以应用于 MCU 硬件上没有 SPI 接口的情况下。 方案二：增强型 ShockBurstTM 增强型 ShockBurstTM模式可以使得双向链接协议执行起来更为容易、有效。 典型的双向链接为：发送方要求终端设备在接收到数据后有应答信号，以便于发送方检测有无数据丢失。 一旦数据丢失，则通过重新发送功能将丢失的数据恢复。 增强型的 ShockBurstTM 模式可以同时控制应答及重发功能而无需增加 MCU 的工作量。 综上所述 的比较， 选择方案二。 本章小结 本章主要讲解了本设计的总体方案 ，并且 分别 介绍了 无线 模块 .中央处理器 .温湿度传感器等 的选择方案。 10 4 多点 无线温 湿度采集 系统的硬件设计 根据前面几章的介绍与方案的选择，有了如下的系统结构，该章介绍了总体的硬件结构 以及 各个模块的作用 与功能 ， 硬件系统结构 本系统应用 nRF2401 射频收发模块设计的多点无线控制 系统 ,充分发挥了射频芯片高集成度、低功耗、工作频率稳定、无需曼彻斯特编码和底层通信协议设计、设计简洁等优点 ,大大降低了设计成本 ,缩短了开发周期 ,可扩展性好。 RFID系统的硬件设计框图如图 与图 所示 . 本系统主要分为射频接 口 ， 传感 器 和液晶显示三大部分 ,射频接 口 即为nRF2401 射频模块 (包含外围元件及天线 ),控制系统即为微控制器 (MCU)，本系统设计中主机和从机的微控制器 (MCU)均采用低电压、微功耗、高性能 单片机STC89C52RC,该 单片机 可采用 C 语言开发 ,内含 256 字节的随机存取数据存储器RAM,可以将驱动及控制 nRF2401 的程序写入该闪存 ,无需外接 EPROM 而简化了电路设计降低了系统功耗。 STC 微控制器内置看门狗定时器 ,可有效避免程序跑飞 ,使系统抗干扰性大大增强。 此模块由 STC89C52 单片机、时钟 电路 .复位电路组成， 如下图 所示，时钟电路采用内部时钟利用单片机内部一个高增益的反向放大器，把一个晶振和两个电容器组成的自激振荡电路接到 XTAL1（ 19 脚）和 XTAL2（ 18 脚）之间。 振荡器发出的脉冲直接送入内部时钟电路。 本最小系统中晶振采用 12M，起振电容采用 30pF。 CPU第 9管脚 有 复位 （ RST）功能，本设计具有上电复位功能。 在单片机最小系统上电时，利用 R1和 C3 充放电原理，从外部给 RST脚 2个机器周期以上的高电平 ，以达到实现的单片机最小系统的复位。 此模块应用在主机以及两个从机上。 键盘输入 STC89C52 1602液晶显示器 NRF2401无线模块 电源模块 主机 STC89C52 1602液晶显示 热释电传 感器 DHT 温湿度模块 电源模块 从机 NRF2401无线模块 控制模块 报警模块 11 图 最小系统 此部分由芯片 三端稳压管及滤波电容组成，为无线模块NRF2401 提供 直流电源，用大电容滤低频，小电容滤高频，所以选择了 10uF滤低频 .104 电容滤高频，如下图 所示， 此模块应用在主机以及两个从机上。 图 电源模块 NRF2401模块 该模块有 NRF2401 芯片以及外围电路 （电容 .电阻 .电感 .晶振 .天线等） ， 该部分的每个与单片机相连的管脚都要加 2K 的限流电阻， 如下图 所示， 此模块应用在主机以及两个从机上。 12 图 NRF2401无线模块 该部分由热释电传感器以及 LM339 电压比较器组成， 由于 热释电传感器传输过来的信号 高电平只有 左右，所以比较 经过电压比较器后 再 进入单片机 I0口，如下图 所示。 此模块应用在两个从机上。 图 1脚为电源 5V 接入线， 2脚为串行数据线，经过 10K 上拉电阻后进入 单片机，3 脚悬空， 4 脚接地。 通过此方式可以采集到温湿度 ，如下图 所示。 此模块应用在两个从机上。 13 图 LCD显示模块 此模块为 1602 液晶显示模块 ， 1 脚金额地， 2脚接 5V电源，第 3 脚： V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度，第4脚： RS 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。 第 5 脚为 R/W 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作， 当RS和 RW 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当 RS 为低电平 RW为高电平时可以读忙信号，当 RS为高电平 RW 为低电平时可以写入数据，第 6脚： E端为使能端，当 E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令，第 7～ 14 脚为D0～ D7 为 8 位双向数据线，经过 2K 上拉电阻后与单片机连接，第 15 脚为背光电源正极接 5V 电源，第 16 脚为背光电源负极接地，如下图 所示，此模块应用在主机以及两个从机上 图 显示模块 本章小结 本章主要讲述了 烟叶仓库 多点 无线采集系统硬件的结构 .以及 对 主机 .从机上各个模块的简单介绍 14 5 多点无线 温湿度采集 系统的软件设计 本设计重点实现的是无线采集温湿度等，上章给出了硬件设计，本章 将 介绍软件部分， 分别 介绍了温湿度的采集程序，无线发射与接收等思路 ， 阐述了无线采集温湿度实现 的 思路与方法。 增强型 ShockBurstTM Mode的发送流程 使用的接口引脚为 CE、 CLK DATA，其发送流程如图 51所示。 A. 当微控制器有数据要发送时，将 CE 置高，使 nRF2401 工作处于收发模式； B. 将接收点的地址和要发送的数据按时序送入 nRF2401； C. 微控制器把 CE 置低，激发 nRF2401 进行 ShockBurstTM发射； D. nRF2401 的 ShockBurstTM发射给射频前端供电；射频数据打包 (加字头、CRC 校验码 )；高速发射数据包；发射完成， nRF2401 进入等待状态。 增强型 ShockBurst TM Mode的接收流程 使用的接口引脚为 CE、 DR CLK1 和 DATA(以频道 1为例 )，其接收流程如NO NO NO nRF 处于猝发发射模式 CE=1 nRF2401 测字头与地址数据 地址是否正确 ? nRF2401接收数据以及 CRC校验 CRC 校验正确否 ? nRF2401 传送数据到 MCU nRF2401 把 DR1 置高 nRF 数据寄存器为空 nRF2401 把 DR1 置 0 NO 图 52 增强型 ShockBurst TM接收流程 nRF 处于猝发发射模式 CE=1 接收 MCU 传来的数据和地址 nRF2401根据数据计算 CRC码 CE=0? nRF2401 高速发送数据包 nRF2401 给发送数据加字头 发送完毕。 YES 图 51 增强型 ShockBurst TM发射流程 15 上图图 52所示。 ； ，把 CE 置高； 后， nRF2401 进入监视状态，等待数据包的到来； ， nRF2401 自动把字头、地址和 CRC 校验位去除； 通过把 DR1 置高，引起微控制器中断，通知微控制器可进行数据接收； nRF2401 移出； ， nRF2401 把 DR1 置低，此时如果 CE为高，则等待下一个数据包，如果 CE为低，则开始其它工作流 的无线传输流程 在主机上，首先要设置为接收模式，接收到 两个从机的 温湿度后并在主机上显示，按下 KEY1 按键后，可以设置温湿度的上下限值，在按下按键时为发射模式，发射温湿度上下限值给 两个 从机并接收应答信号，在按下时停止发射温湿度上下限值变为接受模式，接受温湿度信号 ，流程图如下图 所示 16 流程 在从机上，初始化后，拉高总线延时后传输数据， 读取仓库的温湿度 ， 校验读取温湿度值 读取成功 1602 显示 结束 初始化 开始 图 温湿度流程图 开始 NRF2401管脚配置 NRF2401初始化 接收模式 发射模式 Key 是否按下 等 待外部中断 接受温湿度以及热释电信号 发射应答信号 接收模式 发射温湿度上下限值 接收模式 否 是 结束 否 是 图 主机流程图。