基于单片机的无线温湿度采集系统设计说明

毕业论文（设计）论文题目无线温湿度采集系统设计二零一一年六月目录1 引言 (1)2 设计要求 (1)3 系统总体方案 (1)4 采集模块硬件电路设计 (2)4.1 电源模块设计 (2)4.2S H T10温湿度传感器 (3)4.3A T89S52芯片介绍 (4)4.3.1 时钟电路 (4)4.3.2 复位电路………………………………………………………………………54.4n R F905功能的实现 (5)4.4.1n R F905的接口 (5)4.4.2 nRF905的工作模式…………………………………………………………64.4.3 器件配置 (7)4.4.4n R F905供电电源 (8)5 接收模块硬件电路设计 (8)5.1n R F905的接收流程 (8)5.2L C D1602液晶显示 (9)6 软件设计…………………………………………………………………………10 6.1 采集模块软件设计……………………………………………………………10 6.2 接收模块软件设计……………………………………………………………1 26.3 nRF905通过SPI口与单片机通讯 (13)7 系统调试与性能分析……………………………………………………………1 4结论 (15)致谢 (15)参考文献 (16)附录A 发射模块电路图……………………………………………………………18附录B 接收模块电路图……………………………………………………………19 附录C n R F905原理图 (20)附录D 实物图………………………………………………………………………2 1无线温湿度采集系统设计摘要：温湿度测量在工业生产中有着广泛的应用。

通常，要实现温湿度测量和自动控制，监控室与现场之间必须敷设大量的电缆，这是一个麻烦的问题。

本文提出采用无线温湿度测量的方案，不必敷设电缆，可以节省费用和时间。

该采集系统是以AT89S52芯片为主要，利用数字式温湿度传感器SHT10进行收集，将收集数据传给单片机AT89S52，经过处理从无线发送模块nRF905发射出去，单片机通过模拟SPI口实现与nRF905之间的通信，因为nRF905兼具发射和接收功能，经过一定距离的通信，接受模块通过NRF905将数据传给AT89S52，单片机经处理后，将数据传给显示屏LCD1602.完成无线数据采集与发送。

关键词：nRF905 AT89S52 AHT101 引言温度、湿度是工农业生产的主要环境数据，在工农业生产实践中占有重要地位，比如湿度大温度高的话会使粮食发芽，腐败，有可能还会导致二氧化碳的增加，使进入的工人窒息如果粮食发芽，会导致温度升高，从而发生火灾等。

所以对其进行适时准确的测量具有重要意义。

而传统的温湿度传感器需通过较复杂的电路才能将温度信号转化为数字信号，且远距离传输会引起较大的误差。

本系统采用单总线数字温湿度传感器芯片SHT10，直接将温湿度变为数字信号，配合单片机及无线通信模块nRF905进行无线数据传输，达到实时采集的目的。

利用单片机对温、湿度控制具有控温、湿精度高、功能强、体积小、价格低，简单灵活等优点，很好的满足了工艺要求。

本文介绍了利用AT89S52对温湿度进行智能化采集的过程。

2 设计要求温湿度的测量在仓库管理，生产制造，科学研究以及日常生活中被广泛应用。

传统的温湿度测量采用有线测控系统，实施网络布线工程，大大增加了系统成本，降低了系统灵活性，可维护性与可扩展性。

把无线通信技术应用到温湿度测量系统中，由传感器实时采集各节点处温湿度的信息，经处理后通过无线数据采集系统将温湿度信息传输到监控终端，从而实现集成化，低成本和易操作的目的。

本设计是实现温度和湿度的测量和实时监控，通过单片机AT89S52直接连接传感器，将测量得到的温度和湿度数据显示在液晶屏上。

上位机的数据经过无线传输及显示后再被传输至接受端的AT89S52,由单片机将数据转化为可以由液晶显示板1602显示的数据。

3 系统总体方案本系统采用AT89S52单片机作为主控制器，无线温湿度采集系统是一种基于射频技术的无线湿温度检测装置。

本系统由传感器和接收机，以及显示芯片组成。

传感器部分由数字温湿度度传感器芯片SHT10，单片机AT89S52，低功耗射频传输单元nRF905和天线等组成。

传感器采用电源供电，接收机接收来自传感器的温度数据，经过处理、保存后在LCD1602上显示，所存储的温度数据可以通过串行口连接射频装置与接收端进行交换。

单片机对nRF905 的对外接口进行SPI 读写操作，以此来控制nRF905 的工作模式以及相关收发数据的操作，从而完成无线数据传输。

图1 系统通讯方式及总体框图4 采集模块硬件电路设计显示单元采用LCD1602液晶显示，通过温湿度度传感器SHT10实现温湿度的采集，通过射频芯片nRF905实现无线数据传输和接收。

采集模块框图2所示。

图2 采集模块框图4.1 电源模块的设计输出+5V直流电源为设计中各个分电路、器件供电。

如图3所示。

完全兼容。

片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。

在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。

AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

AT89S52是片内有ROM/EPROM的单片机，因此，这种芯片构成的最小系统简单、可靠。

用AT单片机构成最小系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可，如图AT89S52单片机最小系统所示。

由于集成度的限制，单片机最小应用系统只能作一些小型的控制单元。

其应用特点：有可供用户使用的大量I/O口线；内部存储器容量有限；应用系统开发具有特殊性。

图5 单片机引脚图4.3.1 时钟电路AT89S52虽然有内部振荡电路，但要形成时钟，必须外部附加电路。

AT89S52单片机的时钟产生方法有两种，一种是内部方式，利用时钟内部的振荡电路产生时钟信号；另一种是外部方式，时钟信号由外部引入。

本设计采用内部时钟方式，利用芯片内部的振荡电路，在XTAL1、XTAL2引脚上外接定时元件，内部的振荡电路便产生自激振荡。

本设计采用最常用的内部时钟方式，即用外接晶体和电容组成的并联谐振电路。

振荡晶体可以在hockBurst工作模式的特点是自动产生前导码和CRC，可以很容易通过S PI接口进行编程配置。

nRF905系统原理图见附录C。

4.4.1 nRF905的接口nRF905主要包括三种接口：1）、模式控制接口：该接口由PWR、TRX_CE、TX_EN组成控制由nRF905组成的高频头的四种工作模式：掉电和SPI编程模式；待机和SP I编程模式；发射模式；接收模式。

2）、SPI接口：SPI 接口由CSN、SCK、MOSI以及MISO组成。

在配置模式下单片机通过SPI接口配置高频头的工作参数；在发射/接收模式下单片机SPI接口发送和接收数据。

3）、状态输出接口：提供载波检测输出CD，地址匹配输出AM，数据就绪输出DR。

4.4.2 nRF905的工作模式nRF905有两种工作模式和两种节能模式。

两种工作模式分别是ShockBu rstTM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。

nRF905的工作模式由TRX_CE、TX_EN、PWR_UP三个引脚决定。

表2 nRF905的工作模式与射频数据包有关的高速信号处理都在nRF905片内进行，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工作于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的数据包被接收到后，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。

（1）nRF905的发送流程A. 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；B. 微控制器置高TRX_CE和TX_EN，激发nRF905的ShockBurstTM发送模式；C. nRF905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；当数据发送完成，数据准备好引脚被置高；D. AUTO_RETRAN被置高，nRF905不断重发，直到TRX_CE被置低；E. 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。

（2）nRF905的节能模式nRF905的节能模式包括关机模式和空闲模式。

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保持配置字中的内容，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内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。

4.4.3 器件配置所有配置字都是通过SPI接口送给nRF905。

SIP接口的工作方式可通过SPI 指令进行设置。

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。

（1）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。