基于at91sam7s64的无线温湿度监控系统设计(编辑修改稿)

基于at91sam7s64的无线温湿度监控系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

H： 为 Flash 部分 地 提供电源， 而且是 Flash正确 工作的先 决 条件。 电压范围 为 到 ，标 称 值为。 • VDDCORE：芯 片 逻辑 部分的电源。 电 压范围从 到 ， 典型 值为。 可以通过 解耦 电 容连 接到 VDDOUT 引脚。 VDDCORE 是 器件内 核 ，包括 Flash正确 工作的 前 提。 • VDDPLL： 振荡器和 PLL的电源。 可以 直 接 连 接到 VDDOUT。 各 个 输入电源并 没 有独立的 地回 路 引脚。 因此 GND 与 系统 地 平 面 的 连 接 应尽 可能 短。 功耗 :在 25176。 C 时， VDDCORE 的 静 态电 流小 于 60 μA ，包括 RC 振荡器、电 压调节器和上电复位。 使能掉电复位 BOD 将额 外 增 加 20 μA 的 静 态电 流。 全速工作 且 运行 不基 于 Flash 时 VDDCORE的动态功耗 小 于 50 mA。 若 程序在 Flash 上运行 则 VDDFLASH 的电 流不超 过 10 mA。 电 压 调节器 :AT91SAM7S64 有一个由系统控制器管理的电 压 调节器。 在 正 常模式下，电 压 调节器 消 耗的 静 态电 流还不 到 100 μA ， 而 输出电 流则 高 达100 mA。 电 压 调节器支持低功耗模式。 在 此 模式下 它只消 耗 不 到 20 μA 的 静 态电 流 ，输出电 流 可 达 1 mA。 常州大学 毕业设计（论文） 第 5 页 共 34 页 VDDOUT 必须 有 足够 的 解耦 电 容 以 减少纹波 和防止振荡。 最 好 的 方法是 并 联 两个电 容 于 VDDOUT和 GND之 间 ： 一个 470 pF (或 1 nF) NPO材质 的电 容 ， 尽 量 靠近芯 片 ；另 一个 是 μF ( 或 μF) X7R 材质 的电 容。 VDDIN 也需要足够 的 解耦 来提高 启 动 稳 定性以及 减少 电 压降。 输入电 容也需要尽量 靠近芯 片。 例如 可以 将 两个电 容 并 联 在一 起： 100 nF 的 NPO 电 容 和 μF 的X7R 电 容。 AT91SAM7S64 支持 单电源模式。 片内电 压 调节器 连 接到 ，输出 则连 接到 VDDCORE 和 VDDPLL。 图 USB 总 线供电的线路 图。 图 单电源供电系统 温湿度采集模块设计 数据采集模块采用温湿度传感器 DHT11，。 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内存中，传感器内部在检测信号的 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。 接口说明：建议连接线长度短于 20米时用 5K上拉电阻 ,大于 20米时根据实际情况使用合适的上拉电阻 DHT11 引脚说明，如表 所示 : 表 DHT11 引脚说明 常州大学 毕业设计（论文） 第 6 页 共 34 页 图 ARM7 与 DHT11 的硬件接口 DHT11的供电电压为 3－。 传感器上电后，要等待 1s 以越过不稳定状态在此期间无需发送任何指令。 电源引脚（ VDD， GND）之间可增加一个 100nF 的电容，用以去耦滤波。 测量分辨率分别为 8bit（温度）、 8bit（湿度）。 DHT11是用单总线传输数据，在 ARM7发送起始信号， DHT11返回应答信号还有发送数据，起始阶段都需要将总线置为低电平，然后再拉为高电平，所以同样需要上拉电阻，阻值大约为 5KΩ。 DHT11也采用外部电源方式供电，在外部电源供电方式下，整个电路工作稳定可靠，抗干扰能力强，电路也比较简单，同时总线上可以挂接多个 DHT11传感器，组成多点测量温湿度系统。 此时， DHT11的 3引脚悬空， 4引脚要接地或者电源的负极。 无线收发模块设计 数据发送模块设计 数据发送模块选用无线数传 nRF24L01，由 RAM 平台控制发送数据。 nRF24L01是一款工作在 2． 4～ 2． 5GHz 的单片无线收发器芯片。 其无线收发器包括：频率发生器、增强型 SchockBurst TM 模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器和解调器。 频道选择和协议的设置可以通过 SPI 接口进行设置。 其供电电压范围为 1． 9— 3． 3V，最大发射功率为 1mW。 它采用 SPI 的通信方式进行数据的交互。 该模块在通信时 SCK 高电平有效，在一个跳变沿采样，高位在前。 此外模块的引脚数据传输的速率采用 1MHZ。 模块数据的收发速率选择 1Mbps。 表 NRF24L01模块引脚功能 管脚 功能 VDD 电源 CE 工作模式选择， RX或 TX模式选择 常州大学 毕业设计（论文） 第 7 页 共 34 页 CSN SPI片选使能，低电平使能 SCK SPI时钟 MOSI SPI输入 MISO SPI输出 IRQ 中断输出 GND 电源地 说明： (1) VCC脚接电压范围为 ~，不能在这个区间之外，超过 烧毁模块。 推荐电压。 (2) 除电源 VCC和接地端，其余脚都可以直接和普通的 5V单片机 IO口直接相连，无需电平转换。 当然对 3V左右的单片机更加适用。 (3) 硬件上面没有 SPI的单片机也可以控制本 模块，用普通单片机 IO口模拟 SPI不需要单片机真正的串口介入，只需要普通的单片机 IO口就可以了，当然用串口也可以了。 (4) 9脚接地脚 ,需要和母板的逻辑地连接起来； 2脚和 9脚悬空。 (5) 排针间距为 100mil,标准 DIP 插针 图 nRF24L01引脚排列 常州大学 毕业设计（论文） 第 8 页 共 34 页 图 nRF24L01 及外部接口 C E1C S N2S C K3M O S I4M I S O5IRQ6VDD7VSS8XC29XC110V D D _ P A1 1A N T 11 2A N T 21 3V S S1 4V D D1 5IREF16VSS17VDD18DVDD19VSS20U 1N R F 2 4 L 0 1V D DC 91 0 n FC 81 n FC 12 2 p FR 22 2 KR 1 1 MX 11 6 MC 22 2 p FC 32 . 2 n FC 44 . 7 p FC 73 3 n FC 61 . 0 p FL 33 . 9 n HL 18 . 2 n HL 2 2 . 7 n HC 51 . 5 p F5 0 o m h , R F I / OC EC S NS C KM O S IM I S OI R Q图 nRF24L01 电路原理图 常州大学 毕业设计（论文） 第 9 页 共 34 页 图 ARM7 与 nRF24L01 的硬件接口 nRF24L01 有工作模式有四 种： 收发模式 配置模式 空闲模式 关机模式 工作模式由 PWR_UP register 、 PRIM_RX register 和 CE决定，详见表 表 nRF24L01 工作模式 数据接收模块设计 数据接收模块采用 51单片机作为控制系统。 51 系列单片机是大家非常熟悉的微处理器，是最早由美国 Intel 公司生产的一种单片机。 其具有的特点主要有：体积小、集成度高、运算快、经济等。 其应用范围为工业自动化、信息采集、家电控制等。 在很多现场操作中需要对大量的数据进行采集和处理，对于单片机本身的数据存储器以及在外部扩展的数据存储器而言，这些数据是十分庞大的，其容量远远满足不了需要采集的数据，于是要将数据传输到上位机进行处理和分析。 有线通信的布线、组网等局限性，满足不了技术的发展和需要，而无线通信有很多方法可以解决，如红外脉冲传输、 蓝牙技术、雷达波等，以 RS232 为标准的无线射常州大学 毕业设计（论文） 第 10 页 共 34 页 频通讯方式具有很多优点，如可工作于 ISM 频段，并有内置 UART 接口，其应用广泛，价格低廉。 随着集成电路工业的发展， 51 系列单片机作为一个微控制器的内核，被集成到各种片上系统（英文缩写为 SoC）中。 它只须占用很小的硅片上的面积，成本非常低，然后同其他程序存储器、外围电路等，组合成一个低功耗、低成本的片上系统。 这些采用 51 微处理器内核的片上系统，一方面能继续使用 51微处理器几十年来积累的各种应用软件资源，另一方面具有更多的功能、更快的速度、更小的体积、更低的功耗， 因此，具有更广阔的市场和发展空间。 本设计采 用 AT89 系列单片机内部资源就能满足数据接收模块硬件设计的需求。 不需扩展 外部 存储器或 I/O 接 口等 器件，通过程序，就能达到对单片机的控制。 图 无线接收流程图 单片机 最小系统电路原理图 如图 所示 ： 图 单片机 最小系统原理图 常州大学 毕业设计（论文） 第 11 页 共 34 页 STC89C52 的性能特点： （ 1）与 51系列单片机指令系统完全兼容 （ 2） 8K 字节程序存储器， 512 字节数据存储器 （ 3） 32 个可编程 I/O 口线， 3 个 16 位定时 /计数器 （ 4） 8个中断源 ,真正的看门狗，可放心省去外 部看门狗 （ 5）用户程序用 ISP/IAP 机制写入，一边校验一边写无读出命令，彻底无法解密 图 STC89C52RC 引脚图 STC89C52 单片机有 40 个引脚，共分为电源线，端口线和控制线。 电源线： GND（ 20 脚），接地引脚， VCC（ 40 引脚），正电源引脚，正常工作时，接 +5V电源。 端口线： STC89C52 片内有 4 个 8 位并行 I/O 接口 P0,P1,P2,P3。 3239 脚位、为 P0 口输入输出引脚。 P0 口既可以作为 I/O 口，又可作为低 8位地址总线的分时复用口。 18 脚为 P1 口输入输出引脚。 P1口为 8位准双向 I/O 口，可作通用 I/O 使用。 2128脚为 P2口输入输出引脚。 P2 口既可以作为 I/O 口，又可作为高 8 位地址总线的分时复用口。 1017 脚为 P3 口。 P3 口为 8 为准双向口，同时具有第二功能。 RST/VPD脚（ 9脚）是复位信号 /备用电源线引脚。 ALE 是地址锁存允许 /编程引脚。 EA/VPP是允许访问片外程序存储器 /编程电源线。 XTAL1和 XTAL2 脚是片内振荡电路的输入、输出端。 PSEN 是片外 ROM 选通线。 常州大学 毕业设计（论文） 第 12 页 共 34 页 图 STC89C52 与 nRF24L01 电路连接图 常州大学 毕业设计（论文） 第 13 页 共 34 页 3 软件的设计与实现 系统总体软件设计 同硬件设计一样，软件设计分成数据采集端与数据接收端两部分。 采集系统软件部分利用 ARM7 配套的开发环境 KEIL 开发，它同时支持汇编语言。