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1、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12 设计要求13 系统总体方案14 采集模块硬件电路设计24.1 电源模块设计24.2 SHT10温湿度传感器34.3 AT89S52芯片介绍44.3.1 时钟电路44.3.2 复位电路54.4 nRF905功能的实现54.4.1 nRF905的接口54.4.2 nRF905的工作模式64.4.3 器件配置74.4.4 nRF905供电电源85 接收模块硬件电路设计85.1 nRF905的接收流程85.2 LCD1602液晶显示96 软件设计106.1 采集模块软件设计106.2 接收模块软件设计126.
2、3 nRF905通过SPI口与单片机通讯137 系统调试与性能分析14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 nRF905原理图20附录D 实物图21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S
3、PI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
4、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
5、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。
6、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。 nRF905 温湿度 M 433MHZ M 传感器 C 无线发射 无线接收 C 液晶显示 电源 U U 采集模块 接收模块PreambleAddressPay_LoadCRC32 bit32 bit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SHT1
7、0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。 SHT10传感器 M C 发送模块 电源 U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。图3 电源模块电路图4.2 SHT10温湿度传感器传统的温湿度传感器将温湿度转换成可以测量的电压或电容进行计算，虽然价格便宜，但精度不高，而且电路复杂，需要通过A/D转换器转换才能将电信号转换成数字信号。而数字式传感器测量得到的是数字量，可以直接与单片机相连。因此本设计传感器选择的是数字式温湿度传感器SHT10。瑞士sensiron司推出了shtxx单片数字温湿度
8、集成传感器，采用CMOS过程微加工专利技术，确保产品具有极高的可靠性和出色的长期稳定性，该传感器由两个电容式聚合体测湿元件和一个隙式测温元件组成，并与一个14位A/D转换器以及一个2-wire数字接口在单芯片中无缝结合，使得该产品具有功耗低，反应快，抗干扰能力强等优点。图4 温湿度采集模块单片机与SHT10接口电路部分：SHT10的SCK口和DATA口分别与单片机的P1.6口和P1.7口连接，DATA需要一个外部的上拉电阻(4.7k)将信号提拉至高电平，只有当DATA为高电平时，SHT10才开始工作，如图4所示。4.3 AT89S52芯片介绍 AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微
9、控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。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。
10、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
11、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1.2MHZ到24MHZ之间选择，常用的晶振频率有6MHZ、12MHZ和11.0592MHZ。电容CX1和CX2主要是帮助起振，称为谐振电容，电容值无严格要求，但电容的取值对振荡频率输出的稳定性、大小、振荡电路起振速度有少许影响，CX1、CX2可在20pF到100pF之间取值，当时钟频率为12MHZ时典型值为
12、30pF。所以本设计中振荡晶体采用12MHZ，电容选择30pF。4.3.2 复位电路AT89S52的复位是由外部的复位电路实现的。复位引脚RST通过一个斯密特触发器来抑制噪声，在每个机器周期的S5P2,斯密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号。图6 单片机最小系统4.4 nRF905功能的实现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nRF9
