基于太阳能的无线数据传输查重

西南交通大学本科毕业 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 （论文）基于太阳能的无线数据传输系统设计年级:2011级学号:20116982姓名:牛振专业:电子信息工程指导老师:潘育山2015年6月摘要随着社会的飞速发展，传统的燃料能源正在一天天减少，对环境造成的危害日益突出。太阳能由于其环保、资源丰富等优点越来越受到大家的青睐。温度在工业生产中扮演着越来越重要的角色。比如粮仓中的温度检测、炼钢厂中温度的检测等等。无线数据传输在现在及未来的日常生活中逐渐占据主流地位，是因为无线传输在和传统传输相比较其具有不需要传输线缆并且施工简单以及成本低廉和便捷、覆盖面积广等优点。而随着单片机技术的发展，致使无线传输的成本大大降低，并且增加了其灵活性。本文在利用太阳能提供能源的前提下，通过以单片机为基础，采用温度传感器（DS18B20）进行采集温度数据并将其发送至单片机，经过单片机的编码处理，将采集的温度数据编码成高频率的脉冲串信号。然后经过无线传输发送模块（NRF24L01）将高频率的脉冲串信号发送出去。在系统的另一端通过无线传输接收模块（NRF24L01）接收高频率的脉冲串信号，并且将接收到的信号发送至单片机，然后由单片机进行放大检波等一系列动作将传输过来的信号解码出来，然后发送至LED，最后通过LED显示出来。在本设计中以单片机为基础，利用无线传输模块的无线传输和收发功能，将采集到的温度数据进行发送和接收从而来实现数据的无线传输。关键词：太阳能单片机nRF24L01温度传感器无线数据传输ABSTRACTWiththerapiddevelopmentofsociety,thetraditionalfuelenergyisbeingreduceddaybyday,tocauseharmtotheenvironmenthavebecomeincreasinglyprominent.Solarenergybecauseofitsenvironmental,resource-richadvantagesofmoreandmorepeopleofallages.Temperatureplaysanincreasinglyimportantroleinindustrialproduction.Suchasthegranaryofthetemperaturedetection,temperaturesteelmillinthepalmandsoon.Wirelessdatatransmissioninthepresentandfutureofdailylifegraduallyoccupythemainstream,becausethewirelessdatatransmissionanddatatransmissioncomparedtoconventionaltransmissionisnotrequiredcablesandhavingasimpleconstructionandlowcostandconvenienceadvantagesofthewidecoveragearea.Withthedevelopmentofchiptechnology,resultinginwirelessdatatransmissiongreatlyreducethecostandincreaseitsflexibility.Inthispaper,underthepremiseofusingsolarenergytoprovideenergy,basedonwirelessdatatransmissionschemeSTC89C51nRF24L01microcontrollersandwirelesstransceivermoduletothetemperaturesensorDS18B20positionacquisitionmodule,andMCUprogrammingmethodforidentifyingthemachievethetemperatureofwirelesstransmission.KEYWORDS:SolarSCMnRF24L01temperaturesensorforwirelessdatatransmission目录TOC\o"1-3"\h\z\uHYPERLINK\l"_Toc421962499"第一章绪论PAGEREF_Toc421962499\h1HYPERLINK\l"_Toc421962500"1.1课题背景PAGEREF_Toc421962500\h1HYPERLINK\l"_Toc421962501"1.2课题研究价值PAGEREF_Toc421962501\h1HYPERLINK\l"_Toc421962502"1.3课题发展前景PAGEREF_Toc421962502\h2HYPERLINK\l"_Toc421962503"第二章主要元件介绍PAGEREF_Toc421962503\h3HYPERLINK\l"_Toc421962504"2.1太阳能电池板PAGEREF_Toc421962504\h3HYPERLINK\l"_Toc421962505"2.1.1太阳能简介PAGEREF_Toc421962505\h3HYPERLINK\l"_Toc421962506"2.1.2太阳能电池工作原理PAGEREF_Toc421962506\h3HYPERLINK\l"_Toc421962507"2.1.3太阳能电池板的成本PAGEREF_Toc421962507\h4HYPERLINK\l"_Toc421962508"2.2温度传感器（DS18B20）PAGEREF_Toc421962508\h5HYPERLINK\l"_Toc421962509"2.2.1温度传感器（DS18B20）简介PAGEREF_Toc421962509\h5HYPERLINK\l"_Toc421962510"2.2.2DS18B20的主要特征PAGEREF_Toc421962510\h5HYPERLINK\l"_Toc421962511"2.2.3DS18B20引脚功能 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 PAGEREF_Toc421962511\h6HYPERLINK\l"_Toc421962512"2.2.4DS18B20工作原理PAGEREF_Toc421962512\h6HYPERLINK\l"_Toc421962513"2.2.5DS18B20的有关程序PAGEREF_Toc421962513\h8HYPERLINK\l"_Toc421962514"2.3单片机（AT89S51）PAGEREF_Toc421962514\h10HYPERLINK\l"_Toc421962515"2.3.1单片机的简介PAGEREF_Toc421962515\h10HYPERLINK\l"_Toc421962516"2.3.2单片机发展PAGEREF_Toc421962516\h10HYPERLINK\l"_Toc421962517"2.3.3AT89S51介绍PAGEREF_Toc421962517\h11HYPERLINK\l"_Toc421962518"2.3.4主要功能部件PAGEREF_Toc421962518\h13HYPERLINK\l"_Toc421962519"2.3.5单片机无线数据传输原理PAGEREF_Toc421962519\h14HYPERLINK\l"_Toc421962520"2.4无线数据收发模块（NRF24L01）PAGEREF_Toc421962520\h15HYPERLINK\l"_Toc421962521"2.4.1无线数据收发模块（NRF24L01）简介PAGEREF_Toc421962521\h15HYPERLINK\l"_Toc421962522"2.4.2NRF24L01组成PAGEREF_Toc421962522\h15HYPERLINK\l"_Toc421962523"2.4.3NRF24L01的工作特性PAGEREF_Toc421962523\h16HYPERLINK\l"_Toc421962524"2.4.4NRF24L01的工作原理PAGEREF_Toc421962524\h17HYPERLINK\l"_Toc421962525"2.5七段码显示器（LED）PAGEREF_Toc421962525\h20HYPERLINK\l"_Toc421962526"2.5.1七段码简介PAGEREF_Toc421962526\h20HYPERLINK\l"_Toc421962527"2.5.2七段码工作原理PAGEREF_Toc421962527\h20HYPERLINK\l"_Toc421962528"2.5.3七段码部分程序PAGEREF_Toc421962528\h21HYPERLINK\l"_Toc421962529"第三章软硬件设计PAGEREF_Toc421962529\h23HYPERLINK\l"_Toc421962530"3.1硬件设计概述PAGEREF_Toc421962530\h23HYPERLINK\l"_Toc421962531"3.2收发端硬件介绍PAGEREF_Toc421962531\h23HYPERLINK\l"_Toc421962532"3.2.1无线数据传输发射端硬件介绍PAGEREF_Toc421962532\h23HYPERLINK\l"_Toc421962533"3.2.2无线数据传输接收端硬件介绍PAGEREF_Toc421962533\h24HYPERLINK\l"_Toc421962534"3.3无线数据传输软件介绍PAGEREF_Toc421962534\h25HYPERLINK\l"_Toc421962535"3.3.1无线数据传输发射端软件设计PAGEREF_Toc421962535\h25HYPERLINK\l"_Toc421962536"3.3.2无线数据传输接收端软件设计PAGEREF_Toc421962536\h27HYPERLINK\l"_Toc421962537"3.4系统设计简介PAGEREF_Toc421962537\h30HYPERLINK\l"_Toc421962538"结论PAGEREF_Toc421962538\h32HYPERLINK\l"_Toc421962539"致谢PAGEREF_Toc421962539\h33HYPERLINK\l"_Toc421962540"参考文献PAGEREF_Toc421962540\h34西南交通大学本科毕业设计（论文）第PAGE\*MERGEFORMAT15页第一章绪论1.1课题背景随着科技的发展，传统的传输模式已经满足不了人们的需求，而无线数据传输的稳定性和高可靠性以及低成本的优点，使其在人们的日常生活中占据着越来越重要的位置，人们享受着无线数据带所来的便捷。同时，人们对无线数据传输的需求越来越大和要求越来越高，比如对无线传输的距离、成本、可靠性等方面的要求更加的高。无论是在工业生产中如炼钢厂温度检测、粮仓温度检测、水位检测等还是在科技研究中无线数据传输的优势相比较传统数据传输的优势显而易见。特别是在环境恶劣的野外和在某些环境恶劣的生产现场通常需要将采集数据传送到手持的终端，然后通过终端发送到后台的电脑中进行数据的分析、运算等一系列处理。在这过程中采集到的数据发送到手持终端的过程中数据传输的通信问题需要解决。但是如果选择有线数据传输的方式明显不是很合适的，而选择无线传输会使的整个过程变得比较简单和便捷，同时也会由于工作地点可以任意的改变而增加工作的效率。特别是随着专用的无线数据传输的集成电路的涌现使得很多无线数据传输系统变得越来越简单，工作的稳定性更加的可靠。而无线传输技术的缺点是传输距离比较短，传输时信号比较容易受到干扰，使得无线传输的应用具有一定的局限性。所以，无线传输技术的缺点也是人们目前急需解决的问题。1.2课题研究价值数据的采集和传输在日常生活中扮演着原来越重要的角色。而随着无线数据传输技术的发展，传统数据传输的方式逐渐被替换，数据的无线传输成为越来越重要的传送方式。特别是随着单片机技术的发展，数据的无线传输的技术日臻成熟。无论是在人们的日常生活中还是在科技生产（比如化工、航天、制造业、医学、冶金等等）数据的无线传输得到了广泛的应用。由于无线数据传输的优点相对于传统的有线数据传输方式而言，不仅具有比较灵活的特性而且前者的成本也比较低廉。特别是在某些恶劣的环境中，不易架设线缆，此时数据无线传输方式的优势更加的明显。无线传输的局限性体现在其传输的距离没有有线传输的传输距离远，并且在传输过程中传输信号比较容易受到干扰，会使数据传输的完整性大打折扣。但是随着科技的发展，无线传输的方式在未来的日常生活中会成为主流的传输方式，而传统的有线传输方式会逐渐被其取代。无线传输技术的研究与发展是人们需求所要求的，也是科技进步的重要标志。无线传输技术改变了人们的生活，提高了人们生活的质量。1.3课题发展前景科技在现代化社会中飞速的发展，同时单片机的技术也随着飞速的发展，由原来的品种单一、内存小发展到如今的种类繁多、超大容量、高集成度。由于数据的无线传输是以单片机为基础。所以单片机技术的飞速发展为无线数据的传输打下了坚实的基础。特别是单片机体积小、可靠性高、成本低等优点为无线传输的发展提供了更多的可能性。并且随着科技的发展，单片机的前景甚是广阔，单片机的性能会更加的全面，功能也会更加的强大，从而也为无线传输技术的发展提供了坚实的基础。同时在一定程度上提高了无线传输技术的优越性。在市场上收发模块的种类也日趋增多，随着科技的发展，收发模块的性能会越来越高，传输的距离会越来越大，抗干扰的性能也会增强，可靠性会得到提高。会使无线传输的局限性的到解决。使得现在无线传输技术的缺点减少，为无线传输技术的发展提供了有利的条件。由于无线传输的核心部分是无线传输模块。所以收发模块技术的发展决定无线传输技术的最终的命运。以上的有利条件都为数据的无线传输技术提供了可靠地保证。而在人们的日常生活中和劳作生产中对无线传输的需求越来越大，为无线传输技术的发展提供了广阔的市场基础。数据无线传输技术的应用和发展前景非常可观和广阔。由于无线传输不需要考虑传输电缆等安装问题，并且施工难度较于有线传输降低很多。无线传输技术优势使得其必将成为未来数据传输的主要传输方式。所以说无线数据传输是个极具发展潜力的课题。第二章主要元件介绍2.1太阳能电池板2.1.1太阳能简介传统的燃料（比如煤炭、石油天然气等等）面临着枯竭，但是人们对能源的需求随着科技的进步和社会的不断发展变得却越来越大。传统燃料（比如煤炭、石油天然气等等）所产生的环境污染问题日益严重，也别是空气污染的问题在我国尤其的严重。人们对寻找新的无污染的并且含量必须丰富的能源特别的需求。而太阳能清洁能源是将太阳的光能转换成为其他形式的热能、电能、化学能，能源转换过程中不产生其他有害的气体或固体废料，是一种环保、安全、无污染的新型能源。由于技术上的局限性，太阳能在我国的应用并不是特别广泛，在大家的印象和日常生活中太阳能应用最多的应该是太阳能热水器，而由于我国国情的要求（环境污染严重，能源面临着枯竭），太阳能汽车，太阳能充电器等一系列太阳能家用产品会在不久的将来慢慢融入大家的日常生活中。2.1.2太阳能电池工作原理太阳能电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏打效应。光生伏打效应就是当物体受到光照时，其中的一部分会被物体吸收，另一部分则会反射掉，其中被吸收的部分就会使物体内的电荷分布状态发生变化从而产生电动势和电流的一种效应。当太阳光照射到半导体的PN结的时候，就会使PN结的两边出现光生电压。太阳光照使PN结短路，就会产生电动势和电流，也就是电能。太阳能电池板作用是将太阳的辐射能力转换为电能，也就是太阳光使太阳能电池板产生电压和电流。这些电能既可以直接输送到电路中来推动负载工作，也可以送往蓄电池中存储起来。图2-1太阳能电池板工作原理图2.1.3太阳能电池板的成本由于太阳能电池板提供电源并且其价格昂贵，所以太阳能电池板的成本和质量将决定整个系统的成本和质量。制由于硅半导体的成本低，性能高。目前应用比较广泛的就是硅半导体制成的太阳能电池板。太阳能电池板发电的效率会决定太阳能电池板的寿命。由于太阳能电池板在受到光照从而产生电能，但是在这个过程中，PN结会随着时间不断的破裂就会使太阳能电池板的效率也会不断的下降。下降的程度大概是十五年降到原来的百分之九十左右，二十五年之后就会降到原来百分之八十左右。综上所述，太阳能电池板的寿命一般在二十年。在本设计中，因为需要提供电能的对象是单片机，而单片机的工作电源是5V，所以在选择太阳能电池板是应该选择输出电压是5V，功率应该选择在合适的范围内，从而来保证整个设计系统的正常运行。2.2温度传感器（DS18B20）2.2.1温度传感器（DS18B20）简介温度传感器是计算机技术、自动测试技术和微电子技术的产物。在国际上已经开发出许多种的温度传感器的产品。但是在本文中如何选择出适合本设计的温度传感器，在选择时应该选择以下几个因素：1.测温应该精确，精度尽量高2.测温的分辨率应该尽量高3.外围的电路应该简单，温度传感器的总线负载的能力应该尽量强4.是否能够满足多点测温5占用I/O引脚数尽量少。在市面上的温度传感器种类繁多，在需要高精度、高可靠性的场合时，由DALLS(达拉斯)公司生产的温度传感器DS18B20是最合适的选择。这是由于其硬件开销小、体积小、精度高、抗干扰能力强、附加能力、连接方便、占用口线少强等优点是其他传感器所不具有的。DS18B20接线方便，封装后可根据应用场合的要求来改变其形状。例如管道式、磁铁吸附式、螺纹式等等。其可应用于弹药库温度测量、生产大棚温度的检测、机房温度检测、锅炉温度测量等不同场合。DS18B20型号同样多种多样比如LTM8877、LTM8874等等价格也低廉。由于DS18B20和单片机之间的通信靠串行数据传输，所以在读写程序时必须保证读写的时序，不然DS18B20将读不出测量的温度。2.2.2DS18B20的主要特征DS18B20的主要特征：1.单总线数据通信2.简单的多点分布应用3.最高分辨率为12位，以0.5摄氏度递增4.最大工作周期为750毫秒5.零待机功耗6.内置EEPROM，具有温度报警功能7．温度以9位数字量读出8.无需外部器件9．多样封装形式，适应不同硬件系统图2-2DS18B20引脚图2.2.3DS18B20引脚功能说明DQ单数据总线GND电压地VDD电源电压NC空引脚2.2.4DS18B20工作原理DS18B20温度传感器工作原理框图如图所示：图2-3温度传感器工作原理框图如图2-3所示，由振荡频率受温度影响很小的低温度系数晶振来产生固定频率的脉冲，并将所产生的脉冲信号送到计数器1，计数器1对脉冲信号进行减法运算。再由振荡频率容易受温度影响的高温度系数晶振来产生脉冲，并将所产生的脉冲信号发送到计数器2。其测温过程如下，计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。DS18B20在被整个系统中的主机或者单片机控制来完成温度的转换的时候，由于DS18B20通讯 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存在，所以整个系统的单片机或者主机必须完成三个步骤：若整个系统中的主机或者单片机想要对DS18B20进行预定的定向操作，那么在整个系统中的主机或者单片机每次读写的时候都需要对DS18B20复位，并且在每次DS18B20成功复位后整个系统中的主机或者单片机需要发送一条ROM指令，然后整个系统中的主机或者单片机再发送给RAM一个固定的指令。复位时要求CPU需要将数据线延后500us，释放，然后在DS18B20收到了信号之后等待16us到60us之间的时间，再发送60us到240us的低频脉冲，DS18B20复位成功的标志是整个系统中的主机或者单片机的CPU收到了这个信号。2.2.5DS18B20的有关程序DS18B20读取数据的程序voidDS18B20_Read_Temperature(void){DS18B20_res();//复位DS18B20_WriteOneChar(0x44);//启动温度转换DS18B20_res();DS18B20_WriteOneChar(0xBE);//读取温度寄存器temp_data[0]=DS18B20_ReadOneChar();//温度低8位temp_data[1]=DS18B20_ReadOneChar();//温度高8位}DS18B20读取数据转换的程序voidDS18B20_Temperature(void){uchartemp;inttemp_i;temp=temp_data[1]&0xf0;if(temp==0xf0)//判断是否为负温度，{if(temp_data[0]==0)//判断是否低位取反后有进位{temp_data[0]=~temp_data[0]+1;temp_data[1]=~temp_data[1]+1;}else{temp_data[0]=~temp_data[0]+1;temp_data[1]=~temp_data[1];}}temp_d[0]=temp/100+0x30;//取十位temp_d[1]=temp%100/10+0x30;//取十位temp_d[2]=temp%10+0x30;//取个位//小数部分temp=temp_data[0]&0x0f;//取低字节的低4位temp_i=temp*625;//625=0.0625*1000//先将小数放大10000倍进行处理temp_d[3]=temp_i/1000+0x30;//取十分位}#endif2.3单片机（AT89S51）2.3.1单片机的简介单片机就是单片微型计算机的简称，它在一个芯片上集成了中央处理器（CPU）、只读存储器（ROM）、输入/输出接口、定时器/计数器以及其他一些功能部件（比如A/D、D/A转换器等）。一个单片机就相当于一台微型计算机。单片机最基本的特征：体积小、功耗低。单片机的发展趋势：1.大容量化2.高性能化3.外围电路内装化4.增强I/O口功能5.进一步减小芯片封装体积6.便捷的开发模式7.朝高集成化、多CPU方向发展。单片机的种类繁多在本文中将采用AT89S51。2.3.2单片机发展单片机自从1976年到现在四十年的发展历史中，它的机型并没有像微处理器发展到64位。现在主流的机型依然是8位的。而它的主要发展体现在集成结构和越来越多的外围电路以及外设接口上，慢慢演变成现如今控制器的结构体系。单片机的发展历史大概分为四个阶段：第一阶段：单片机的探索阶段，也就是单片机的初级阶段。在这个阶段由于集成电路工艺和集成度的局限性使得单片机的性能是极低的。第二阶段：此阶段单片机的性能和配置都比较落后和较低，这个阶段也正是也是单片机的完善阶段。这时单片机已经可以用一个芯片来构成，可是它的CPU功能性不强，并且由于单片机的功能性低，种类少所以只有简单的场合才会应用。总的来说，这时已经可以称为是真正的单片机。第三阶段：高性能单片机出现的阶段，在这个阶段8位单片机的技术已经发展的比较成熟，而16位单片机也陆续出现，单片机的种类也与日俱增。此时单片机的CPU功能很强大。第四阶段：此阶段单片机的发展进入一个全新的时期，随着集成电路技术的日益成熟，单片机发展的趋势也具有了多样化，但是总的来说，单片机已经成为微控制器。2.3.3AT89S51介绍[1]AT89S51是一种带4KBytesISP的可以反复擦写1000次FLASH只读存储器(FPEROM-FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低电压、低功耗、高性能CMOS8位微处理器。AT89S51与Intel公司的8051的唯一区别是前者的程序存储器为可擦写的FLASH，其他如引脚及功能都完全一致。AT89S51有PDIP、PQFP、TQFP、PLCC、LCC等多种封装形式。图2-4AT89S51引脚分布图引脚说明：GND(20):接地。VCC(40):接+5V外接工作电源（由于单片机的型号不尽相同，所以它们的工作电压也不同）P0口:8位 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 双向I/O口，当寻址外部存储器，用来作数据总线以及外部存储器低8位地址，当地址锁存信号ALE脉冲作用时，P0口将采用分时使用方式，具有8个TTL负载门的驱动能力。P1口:8位准双向I/O口，具有4个TTL负载门的驱动能力。P2口:8位准双向I/O口，当系统访问外部存储器时，作为高8位地址，具有4个TTL负载门的驱动能力。P3口:8位准双向I/O口，有4个TTL负载门的驱动能力，同时具有典型的第二功能：RXD(P3.0)：串行口接收输入脚；TDX(P3.1)：串行口发送输出脚；INT0(P3.2)：外部中断0请求信号输入，低电平以及下降沿有效；INT1(P3.3)：外部中断1请求信号输入，低电平以及下降沿有效；T0(P3.4)：定时器0和计时器0外部被测脉冲输入；T1(P3.5)：定时器1和计时器1外部被测脉冲输入；WR(P3.6)：外部RAM写信号输出，低电平有效；RD(P3.7)：外部RAM读信号输出，低电平有效。RES/VPD:复位信号输入端（在脉冲为高电平时有效）/片内RAM备用电源提供脚。ALE/PROG:外部存储器低8位地址锁存信号（在脉冲为高电平时有效）/编程脉冲的输入端。EA/VPP:外部程序存储器访问允许控制端/编程电压的输入端。当EA=1时，若PC<=0FFFH（对含4KB内部ROM的产品）加载并运行片内ROM中的程序；若PC>0FFFH（对含4KB内部ROM的产品）加载并运行片外ROM中的程序；VPP：在片内程序存储器编程时需要接的指定的编程电压。XTAL1:片内振荡器反向器输入端。XTAL2:片内振荡器反向器输端。向器输入端、PC>0FFFHrPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXAT89S51若是掉电模式，则会冻结振荡器来保护RAM中的数据，所以当突然断电时单片机中RAM的数据不会丢失。同时AT89S51中还设计和配置了振荡器频率可为0Hz并通过软件设置的省电模式。在单片机处于空闲模式的时候，CPU是不工作的，但是不同的是此时的串行口、RAM定时计数器、外中断系统等都可以继续工作。2.3.4主要功能部件[1]标准的8051/8052系列单片机主要包括以下功能部件：（1）具有8位CPU;（2）具有位寻址能力；（3）看门狗（WDT）电路；（4）具有4KB或8KB片内程序存储器（ROM/EPROM）;（5）可以寻址外部程序存储器和数据存储器；（6）2或者3个16位的定时器和计数器；（7）具有128或256字节的片内数据存储器（RAM）；（8）单芯片提供位逻辑运算指令；（9）1个全双工异步串行口；（10）片内振荡器和时钟电路；（11）具有5或者6个中断源和2个中断优先级；以上的所有功能部件位是标准的8051单片机的配置，但是标准的8051单片机和如今的51系列的单片机相比较，后者的功能部件向单一化和多样化这两个方向同时发展。比如：某些型号的51单片机只有6条I/O口线，但是另一些却有56条I/O口线。总而言之，现如今的单片机的型号和种类繁多，所以在工作的时候不同的单片机应该选择配置不同的功能部件。比如I/O口的多少、定时器的长度、存储器的大小和类型、最大工作频率要根据自身的要求去配置。2.3.5单片机无线数据传输原理单片机的无线传输原理由两部分组成：无线数据接收模块和无线数据传输模块。无线数据发送模块由发射端通过单片机将要发送的二进制信号编码(在本文中由单片机将DS18B20采集的温度编制成二进制代码)调制成为一系列的脉冲串信号，并且通过无线数据传送模块的发射端将脉冲信号发射出去。再由无线数据传输模块中的接收端接收脉冲信号，并将脉冲信号进行放大、检波、整形等一系列动作，最后将此信号解码出来并且再将此解码出来的信号传送到单片机，经过单片机解码、运算并执行来控制需要控制的相关对象(即由单片机将TTL电平的编码信号解码出来并通过LED显示出来)。在单片机的无线数据传输过程中通常采用的编码方式有：1.FSK式（移频键控方式FrequencyShiftakaeying），也称为数字调频。2.曼彻斯特编码方式，也成为双相调制编码方式。3.脉宽调制方式。而无线数据传输过程中通用的解码方式：1.硬件解码电路（自行设计的解码电路和专用解码集成电路）2.软件解码。2.4无线数据收发模块（NRF24L01）2.4.1无线数据收发模块（NRF24L01）简介无线数据收发元件NRF24L01是一款新型的工作频率在2.4HZ到2.5HZ之间的世界通用ISM频段的单片射频收发元器件。此元件具备很多优点：体积小、可靠性高、连接便捷、功耗低（发射时工作电流为9mA，），NRF24L01在掉电模式和空闲模式的模式下工作时候功率消耗的很低。2.4.2NRF24L01组成NRF24L01组成：1、频率发生器2、增强型SchockBurst模式控制器3、功率放大器4、调制器5、解调器6、输出功率7、频道可选择8、协议可设置图2-5NRF24L01引脚图NRF24L01的引脚说明：VSS:电源接地；IRQ:中断标志引脚；VDD:电源的输入端；XC1、XC2：晶振的引脚；IREF:输入参考电流引脚；ANT1、ANT2无线的接口；CE:能够使元件发射或者接收信号；VDD_PA:为功率放大器提供电源，输出电压为1.8V；CSN、SCK、MOSI、MISO：SPI的引脚，单片机可以通过它来连接NRF24L01。2.4.3NRF24L01的工作特性NRF24L01的工作特性：1.具有内置的硬件链路层2．具有125个可以选择的工作频道3.SPI的速率在0Mb/s到10Mb/s之间4.可以在很短的时间内切换不同的频道，也可以用作跳频5.与其他该系列的元件可以完全的兼容6．工作电压在1.9V到3.6V之间7.对晶振的要求低8．具有自动应答/自动发射的能力9．数据传输的速率可以为1Mb/s或者2Mb/s10.真正GFSK单收发的芯片2.4.4NRF24L01的工作原理图2-6NRF24L01应用原理框图NRF24L01的工作模式是由CE与寄存器内部的PWR_UP、PRIM_RX一起控制的：模式PWR_UPPRIM_RXCEFIFO寄存器状态发射模式101数据在TXFIFO寄存器中接收模式111-待机模式11-0无数据传输待机模式2101TXFIFO为空掉电模式0---待机模式1：该模式的时候晶体振荡器是在工作的，该模式主要是为了降低电流的损耗待机模式2：只有CE为1并且TX_FIFO为空的时候才会进入此模式掉电模式：NRF24L01由于没有电源所以其不再工作，所以在此模式下NRF24L01电流损耗是最小的，但是仍然保留所有的配置存储器中的值。NRF24L01的工作原理：发射原理：由系统将数据和地址按照时序通过SPI口写入NRF24L01的缓冲区，而数据在CSN为低电平是必须连续的写入，但地址只需在发射时写入过一次就行了。然后当CE置于高电平时并且保持10us以上，再延迟130us以后将数据发射出去。如果自动应答已经开启，则NRF24L01在将数据发射出去后即刻切换到接收模式来接收应答的信号。若NRF24L01受到了应答信号，那么认为这次通信是成功的，然后TX_DS这时候将置高，并且TX_PLD会从TFFIFO中消除。如果没有收到应答信号，那么NRF24L01就会再次自动将该数据发射出去（前提是自动重发已经启动），但是如果重发的次数（ARC）达到了上限，那么MAX_RT就会置高，而TXFIFO中的数据会保留下来，为以后再次发送。当数据发送成功后，如果CE还是为低电平，那么NRF24L01就会进入空闲模式1；如果CE为高电平并且发送堆栈中海油数据，那么就会再次发射数据；如果CE为高电平并且发送堆栈中没有数据，那么NRF24L01就会进入空闲模式2。接收原理NRF24L01设置为接收的模式并且延迟130us后是用来接收数据的。一旦NRF24L01检测CRC与有效地址，那么它就会在RXFIFO中将数据包存储起来，与此同时，中断标志RX_DR将会置高电平，IRQ置为低电平，并有中断产生，从而使MCU将数据取出。如果这时自动应答已经启动，接收方就会进入发射状态，并且回传应答。在最后成功的接收时，如果CE变成了低电平信号，那么NRF24L01就会进入空闲模式1。NRF24L01在平常的生活和生产中应用比较广泛，由于它的价格比较廉价，并且性能稳定，无线传输的距离相对够长，和抗外界干扰的能力较强，还有可以用于跳频以及极地的晶振要求等优点，所以受到了各个领域的青睐。比如：无线鼠标、键盘游戏机操纵杆，遥控玩具，无线门禁，安防系统等等。2.5七段码显示器（LED）2.5.1七段码简介LED数码管，=也称为半导体数码管，是在现如今的高科技的数字电路中用到的最多的显示器件。它的封装形式是用二极管当做笔段，并且再按照共阴极或者是共阳极的方式连接后进行封装的。七段数码管的优点是工作电压比较低（2.2V到2.6V），响应比较快，体积较小，寿命比较长。2.5.2七段码工作原理而在利用单片机控制LED的亮灭时，在对应的程序中需要字段码，也就是十六位的代码来控制LED显示的状况，而字段码和显示的情况如下图：字段码字形字段码字形DpGFEDCBA十六进制码DpGFEDCBA十六进制码001111113FH011111117FH0000011006H011011116FH010110115BH0111011177H010011114FH011111007CH0110011066H0011100139H011011016DH010111105EH011111017DH0111100179H0000011107H0111000171H字段码和自行对应 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 2.5.3七段码部分程序LED在本文中的应用时软件设计，即单片机对其控制时候的程序。#ifndef_SMG_H_#define_SMG_H_#include#defineduanP0sbitw1=P2^0;sbitw2=P2^1;sbitw3=P2^2;sbitw4=P2^3;（………………………完整的程序在附录中…………………………..）voiddisplay(uchara,ucharb,ucharc,uchard){duan=wei1[a];//不带小数点w1=0;Delay(300);w1=1;duan=wei1[b];//不带小数点w2=0;Delay(300);w2=1;duan=wei2[c];//带小数点w3=0;Delay(300);w3=1;duan=wei1[d];//不带小数点w4=0;Delay(300);w4=1;}#endif第三章软硬件设计3.1硬件设计概述在本文中，由单片机（即整个设计的处理系统，用来处理来自温度传感器（DS18B20）采集到的温度，然后由发射端发射；接收端接收到的数据处理后发送到显示模块）、温度传感器（DS18B20）、无线数据传输的发射模块（NRF24L01）、显示器（LED）以及无线数据传输的接收端（NRF24L01）构成整个无线数据传输系统。其中无线数据传输的发射端由集成芯片（NRF24L01）以及外围的电路组成，同样无线数据传输的发射端由集成芯片（NRF24L01）以及外围的电路组成。从而实现数据的无线传输的功能。无线数据传输硬件的设计根据在软件中画好的电路原理图来焊接。为体现无线数据传输的特征，硬件设计部分分为两块：无线数据传输发射模块和无线数据传输接收模块。在后面将为大家逐一介绍。3.2收发端硬件介绍3.2.1无线数据传输发射端硬件介绍图3-1无线数据传输发送端电路原理图无线数据传输的发射端就是温度传感器（DS18B20）将采集到的数据发送到单片机，由单片机处理运算并将数据编译调制成二进制代码发送到无线数据传输元件（NRF24L01），然后由无线数据传输元件将二进制的高频编码脉冲信号发送出去。之所以采用这种编码方式是因为其宽度稳定并且所消耗的功率是固定的，不会随着发送数据的内容而改变。采用高频是因为它的抗干扰的能力比较强，不易被外界环境所干扰，不易丢失数据，能够将数据完整被接收，从而提高在传输过程中的准确率和完整性。发射端电路主要由晶振电路、复位电路、温度传感器及其外围电路、单片机（主控芯片）、电源接口、程序下载接口、工作指示灯、无线数据传输发送元件及其外围电路等组成。本电路主要实现的功能是采集温度数据，并将数据编码后发送出去。3.2.2无线数据传输接收端硬件介绍图3-3无线数据传输接收端电路原理图无线数据传输接收端就是将无线数据传输发射端发射出来的高频编码脉冲信号接收并发送到单片机，然后再由单片机进行利用软件解码的方式将无线数据传输发射端传输过来的高频编码脉冲信号还原出来。之所以采用软件解码是因为硬件解码的成本比较高，并且硬件需要根据要求的不同来改变其结构，所以硬件解码的灵活性不高。而软件解码不需要考虑这些，但是软件解码要求程序的编写必须要严格规范。无线数据传输过程中的编码和解码大概分为：1.地址加密编码和解码器2.控制数据的地址加密编码和解码器3.控制数据编码和解码器。单片机将解码出来的数据发送到显示器（LED），显示器会将其显示出来，也就是温度传感器（DS18B20）采集到的温度数据。无线数据传输接收端的电路主要由主控芯片、NRF24L01接口、数码管驱动电路、数码管接口、复位电路、晶振电路、下载接口、电源接口组成。无线数据传输接收端功能主要就是将接收到的脉冲信号解码并显示出来。3.3无线数据传输软件介绍3.3.1无线数据传输发射端软件设计无线数据传输发射端软件设计程序一：#include#include#includesbitled=P2^4;voidmain(){NRF24L01Int();//NRF24l01初始化DS18B20_init();led=0;//点亮指示灯while(1){DS18B20_Read_Temperature();//DS18B20读取温度DS18B20_Temperature();//DS18B20温度转换NRFSetTxMode(temp_d);//发送while(NRFCheckACK());//检测是否发送完毕}}以上程序是在为后面的功能完成最基本的准备，即NRF24l01初始化、将指示灯点亮、DS18B20读取温度并将温度转换等。程序二：#ifndef_DS18B20_H_#define_DS18B20_H_#includeuchartemp_data[2];//存储读回的数字温度uchardatatemp_d[4];//存储转换完后的温度bitpresence;//检测18b20是否插好ucharTemperature;//存期温度整数部分值voidDS18B20_init(void);//DS18B20初始化bitDS18B20_res(void);//DS18B20复位ucharDS18B20_ReadOneChar(void);//DS18B20读一个字节voidDS18B20_Read_Temperature(void);//DS18B20读取温度voidDS18B20_Temperature(void);//DS18B20温度转换（………………完整的程序在附录…………………………）temp_d[0]=temp/100+0x30;//取十位temp_d[1]=temp%100/10+0x30;//取十位temp_d[2]=temp%10+0x30;//取个位temp=temp_data[0]&0x0f;//取低字节的低4位temp_i=temp*625;//625=0.0625*10000,先将小数放大10000倍进行处理temp_d[3]=temp_i/1000+0x30;//取十分位}#endif以上程序（程序一和程序二）就是用于使温度传感器（DS18B20）采集数据，并将采集的数据发送到单片机，然后由单片机将其转化为温度，并且将温度取到小数点后一位，然后将转化后的数据发送到无线数据传输元件（NRF24L01）并确定发送完整。同时将指示灯点亮。以上程序是在为后面的功能完成最基本的准备工作。整个的程序设计就是将温度传感器（DS18B20）采集到的温度数据发送到单片机，然后进行编码并形成高频脉冲信号经过无线数据传输元件（NRF24L01）发送出去。在这个过程中会伴随很多动作：点亮指示灯，温度数据的转化，数据的编码，数据的发射等等。3.3.2无线数据传输接收端软件设计无线数据传输接收端软件设计：程序一：#include#include#includevoidmain(){NRF24L01Int();led=0;while(1){led=1;NRFSetRXMode();NRFGetDate();display(RevTempDate[0]-0x30,RevTempDate[1]-0x30,RevTempDate[2]-0x30,RevTempDate[3]-0x30);}}程序一的主要功能是初始化无线数据传输接收元件（NRF24L01），并将无线数据传输接收元件（NRF24L01）设置成接收的模式，然后无线数据传输接收元件（NRF24L01）开始接收由无线数据传输发射端（NRF24L01）发射出的数据信号。程序二：#ifndef_NRF24L01_H_#define_NRF24L01_H_#include（…………….完整的程序在附录………………………）voidNRFGetDate(){sta=NRFReadReg(R_REGISTER+STATUS);//发送数据后读取状态寄存器if(RX_DR)//判断是否接收到数据{CE=0;//待机led=0;CSN=0;NRFSPI(FLUSH_RX);CSN=1;Wait=1;}elseWait=0;}#endif程序二的主要功能是让无线数据传输发射端发送数据，并让无线数据传输接收端判断是否接收到了数据然后接收发射端发射的数据，并将接收到的数据标识出中断。还有其他功能：读写配置寄存器，读写有效数据，清除寄存器，NRF24L01自动重发延时等等。程序三:#ifndef_SMG_H_#define_SMG_H_#include#defineduanP0sbitw1=P2^0;sbitw2=P2^1;sbitw3=P2^2;sbitw4=P2^3;voiddisplay(uchara,ucharb,ucharc,uchard);//显示函数voidDelay(unsignedintnum)（……………………….完整的程序在附录…………………………）{duan=wei1[a];//不带小数点w1=0;Delay(300);w1=1;duan=wei1[b];//不带小数点w2=0;Delay(300);w2=1;duan=wei2[c];//带小数点w3=0;Delay(300);w3=1;duan=wei1[d];//不带小数点w4=0;Delay(300);w4=1;}#endif程序三主要的功能是把显示器（LED）初始化并重新定义，然后将单片机发送过来的数据即温度传感器（DS18B20）采集到的数据显示出来。以上程序（程序一、程序二、程序三）主要的功能是就是将无线数据传输发射端发射出来的数据通过无线数据传输接收端的无线数据接收模块接收，并将接收到的数据发送到单片机，单片机将接收到的数据进行解码，然后发送至显示器（LED），显示器（LED）将其显示出来。3.4系统设计简介综上所述，在本文中，无线数据传输系统的设计主要体现在将温度传感器（DS18B20）采集到的温度数据的进行无线数据传输，即利用无线数据传输元件（NRF24L01）无线数据传输特性将数据发送和接受。本文设计的思路是将无线数据传输系统分为两个部分即：无线数据传输发射部分和无线数据传输接收部分。也就是由温度传感器（DS18B20）采集到的温度数据发送到单片机，由单片机将数