通信技术
基于NRF24L01的无线环境监测系统
张万江刘晓野孙凡
(沈阳建筑大学信息与控制工程学院辽宁沈阳110168)
数事执本与或用
摘要：介绍了以STC12LE5A60S2单片机为控制核心,选取DHT11为温湿度传感器，nRF24L01为无线收发芯片的的智能环境监测系统。主要介绍了系统构成、硬件电路及软件设计流程等几个方面。且此系统功耗小、电路简单、成本低、易于实现
关键词:nRF24L01无线传输技术环境监测
中图分类号：TP274 1引言
文献标识码：A
文章编号:1007-9416(2014)03-0030-02
据无线收发，工作电压1.93.6V),DHT11温湿度传感器(用于湿湿度数据采集，工作电压3.3~5.5V),ASM1117稳压电路(为系统提供
因无线传输技术的先进性、优越性及其迅猛发展，无线传输技术被越来越广泛的应用于各领域中，而利用无线传输技术对温度、湿度等环境参数进行监测并实时显示的工作方式也越来越广泛的应用于工农业生产中。传统的有线监测方式一般需要铺设很长的线路，布线复杂，空闻占用率大，且线路故障时排除困难。而无线数据采集方式因具有无需布线，不受空间限制、布置灵活、实时监测性强等优点而受到人们的青赚，
本文采用的无线传输技术一一射频识别技术更是一种成本低，功耗低，且易于在嵌入式系统中实现的无线传输技术。所谓射频识别技术即是一种可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需接触的双向数据通信方式。本文提出的就是一种基于
nRF24L01无线射频收发芯片的实时环境监测系统。 2系统实现方案
系统平面拓扑结构如(图1)所示，主要由三部分组成：温混度采集分站、数据接收主站及监测主站。拥有自已独立地址的各无线温湿度采集器分布于监测环境的各监测点，自动进行温湿度数据采集。且各温湿度传感器以数据接收主站为中心组成无线数据传输网络。数据接收主站通过识别各温湿度采集器的地址与之通信及发送控制命令。当数据接收主机发送巡检命令时，对应的湿湿度传感器将采集到的信息通过传输模块以无线方式传递给数据接收主站。数据接收主站接收到环境参数信息后通过串口通信方式将采集的温湿度数据信息上报给监测主站，最后计监测主站内部的信息管理系统等软件对数据进行分析、处理并进行实时显示。
本无线环境监测系统主要由STC12LEC5A60S2单片机(控制模心，低功耗，工作电压2.2~3.6V)，nRF24L01无线收发芯片(用于数
分站
温湿度采集器
RS 232
数据接收主站
无费
无然
监测主站(计算机）
图1无线环境监测系统平面拓扑结构图
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图2统原理框图
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作者简介：刘晓野(1989.05-)女,沈阳建筑大学,项士研究生
3.3V电源)，RS232串口电路（用于传输数据到PC机及程序的下载调试)组成。系统原理框图如(图2)所示。
控制芯片是整个系统的核心，单片机的选择对整个系统来说尤为重要。分析本系统我们选择的单片机需要满足以下几点：(1)有较大数据处理容量及丰富的外部接口；(2)高数据运算率(3)低功耗，高抗扰性及性价比；(4)便于调试和下载；结合以上几点选择了宏品科技生产的STC12LE5A60S2单片机。它是新一代的增强型8051单片机，低功耗设计，工作电压为2.2~3.6V，且指令代码完全兼容传统8051；集成有1280字节RAM8通道，10位高速ADC，单机器周期，支持ISP/ IAP，无需专用编程器及专用仿真器，可通过串口(P3.0/P3.1)直接下载用户应用程序，且时间只需数秒。且具有通用全双工异步串行口(UART)及高速SPI申行通信接口。对于本系统的设计非常适用。 3硬件电路设计
3.1温湿度采集电路设计
DHT11湿湿度传感器采用湿湿度传感技术和数字模块采集技术，且内部含有已校准数字信号输出，因此具有响应快，高抗扰性，性价比高等优点。它主要是由一个NTC测温元件和一个电阻式感湿元件组成。主要通过DATA引脚与高性能的8位单片机进行输人输出双向传输，只需一根传输线(当传输线长度小于20m时，需用5kQ电阻上拉)。且此种单线双向串行通信方式既能传输数据信号文能传输时钟信号，使得外围电路设计简单。工作电压为3.3~5.5V。其温湿度采集电路如(图3)所示
3.2无线传输电路设计
nRF24L01是一款工作在2.4GHz全球开放ISM频段的无线射频收发芯片。它无线数据传输速度为1或2Mbps，抗干扰能力强；具有自动应答及自动重发功能，内置硬件CRC检错和点对多点通信地址控制，125个可选工作频道，最多可实现1对6的无线通信，很短的频道切换时间，满足多点通信和跳频通信需要，当工作在发射模式下发射功率为-6dBm时电流消耗为9mA，接收模式时为12.3mA，掉电模式和待机模式下电流消耗更低。工作电压为1.9"3.6V，采用标准SPI总线接口进行数据通信，SPI接口通信速率可高达10Mbps
本系统控制芯片与无线收发芯片之间采用的是SPIL总线接口通信方式。且采用的是单主机一从机数据通信方式，STC12LE5A60S2单片机设定为主机而nRF24L0I无线收发芯片设定为从机。其与单片机连接图如(图4)所示。其SPI接口通信原理如下，主机SPI与从机SPI的8 位移位寄存器连接成一个循环的16位移位奇存器，当主机由程序控制向SPDAT数据寄存器写人一个字节信息时，SPL总线接口将会立即启动一个连续的8位移位通信过程：主机的SCLK引脚发出一申脉冲送人从机的SCLK引脚，在此脉冲的驱动下，主机SPI8位移位奇存器中的数据将移动到了从机SPI的8移位奇存器中，与此同时，从机SPI的8 位移位寄存器中的数据移动到了主机SPI的8位移位寄存器中。此为
个循环，由此，主机既可向从机发送数据，又可读从机中数据。 4系统软件设计
4.1温湿度数据信息采集分站软件设计流程
系统上电后，首先将STC12LE5A60S2.DHT11及nRF24L01初