基于51单片机环境监测设计 光照 PM2.5粉尘 温湿度 2.4G无线通信
- 1、项目简介
- 1.1 系统构成
- 1.2 系统功能
- 2、部分电路设计
- 2.1 STC89C52单片机核心系统电路设计
- 2.2 dht11温湿度检测电路设计
- 2.3 NRF24L01无线通信电路设计
- 3、部分代码展示
- 3.1 NRF24L01初始化
- 3.2 NRF24L01的SPI写时序
- 3.3 读取BH1750光照数据
- 3.3 串口初始化
- 实物图
1、项目简介
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1.1 系统构成
本设计共两块电路板，无线环境参数采集板将各项信息通过2.4G无线模块传给显示板，显示板完成显示及报警功能
接收板电路：由NRF24L01无线模块电路+LCD12864屏幕显示电路+按键电路+ds1302实时时钟电路+报警电路+STC89C52单片机最小系统电路构成
发送板电路：STC89C52单片机最小系统电路+PM2.5检测电路+dht11温湿度传感器电路+bh1750光照传感器电路+NRF24L01无线模块电路构成
1.2 系统功能
- 1.设计采用2.4G的NRF24L01无线模块实现无线通信。
- 2.设计采用温湿度传感器DHT11完成温湿度的采集。
- 3.设计采用PM2.5传感器GP2Y1050AU0F（或可互换型号）粉尘参数的采集。
- 4.光强传感器BH1750FVI（或可互换型号）完成环境光照强度参数的采集。
- 5.按键可设置温湿度上下限报警值、PM2.5上限报警值，蜂鸣器报警、LED报警提示。
- 6.按键可设置日期时间参数。
- 7.按设置键进入设置功能，再按加减按键设置对应参数，按设置按键切换设置项。
- 8.设计采用LCD12864液晶中文显示，各项监测值均在液晶上直观显示。
2、部分电路设计
2.1 STC89C52单片机核心系统电路设计
STC89C52单片机最小系统电路由复位电路、时钟电路和电源电路。拥有这三部分电路后，单片机即可正常工作。
单片机最小系统原理图如下图所示：
实物图：
2.2 dht11温湿度检测电路设计
DHT11 是一款湿温度一体化的数字传感器。
该传感器包括一个电阻式测湿元件和一个 NTC测温元件，并与一个高性能 8 位单片机相连接。通过单片机等微处理器简单的电路连接就能够实时的采集本地湿度和温度。DHT11 与单片机之间能采用简单的单总线进行通信，仅仅需要一个 I/O 口。
传感器内部湿度和温度数据 40Bit 的数据一次性传给单片机，数据采用校验和方式进行校验，有效的保证数据传输的准确性。DHT11 功耗很低，5V 电源电压下，工作平均最大电流 0.5mA。
其具体电路原理图如下图所示：
实物图如下图所示：
2.3 NRF24L01无线通信电路设计
NRF24L01是NORDIC公司生产的一款无线通信通信芯片，采用FSK 调制，集成NORDIC自家的Enhanced Short Burst协议。可以实现点对点或是1对6的无线通信。无线通信速度最高可达到2Mbps。
NRF24L01采用SPI通信，可以很方便的连接到MCU上面。
特点：
- 2.4G全球开放的ISM频段，免许可证使用。
- 126个可选的频道，满足多点通信和调频通信的需要。
- 最高工作速率2Mbps，高校的GFSK调制，抗干扰能力强。
- 内置CRC检错和点对多点的通信地址控制。
- 可设置自动应答，确保数据可靠传输。
其具体电路原理图如下图所示：
实物图如下：
3、部分代码展示
3.1 NRF24L01初始化
由于需要对模拟信号进行处理，所以使用到STM32中的ADC
void init_NRF24L01(void)
{
inerDelay_us(100);
CE=0; // chip enable
CSN=1; // Spi disable
SCK=0; // Spi clock line init high
SPI_Write_Buf(WRITE_REG + TX_ADDR, TX_ADDRESS, TX_ADR_WIDTH); // 写本地地址
SPI_Write_Buf(WRITE_REG + RX_ADDR_P0, RX_ADDRESS, RX_ADR_WIDTH); // 写接收端地址
SPI_RW_Reg(WRITE_REG + EN_AA, 0x01); // 频道0自动 ACK应答允许
SPI_RW_Reg(WRITE_REG + EN_RXADDR, 0x01); // 允许接收地址只有频道0，如果需要多频道可以参考Page21
SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RF_CH, 0); // 设置信道工作为2.4GHZ，收发必须一致
SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RX_PW_P0, RX_PLOAD_WIDTH); //设置接收数据长度，本次设置为32字节
SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RF_SETUP, 0x07); //设置发射速率为1MHZ，发射功率为最大值0dB
SPI_RW_Reg(WRITE_REG + CONFIG, 0x0e); // IRQ收发完成中断响应，16位CRC，主发送
}
3.2 NRF24L01的SPI写时序
uint SPI_RW(unsigned char uchar)
{
unsigned char bit_ctr;
for(bit_ctr=0;bit_ctr<8;bit_ctr++) // output 8-bit
{
MOSI = (uchar & 0x80); // output 'uchar', MSB to MOSI
uchar = (uchar << 1); // shift next bit into MSB..
SCK = 1; // Set SCK high..
uchar |= MISO; // capture current MISO bit
SCK = 0; // ..then set SCK low again
}
return(uchar); // return read uchar
}
3.3 读取BH1750光照数据
void Read_BH1750(void)
{
uchar i;
BH1750_Start(); //起始信号
BH1750_SendByte(SlaveAddress+1); //发送设备地址+读信号
for (i=0; i<3; i++) //连续读取6个地址数据，存储中BUF
{
BUF[i] = BH1750_RecvByte(); //BUF[0]存储0x32地址中的数据
if (i == 3)
{
BH1750_SendACK(1); //最后一个数据需要回NOACK
}
else
{
BH1750_SendACK(0); //回应ACK
}
}
BH1750_Stop(); //停止信号
Delay5ms();
}
3.3 串口初始化
void UartInit(void) //2400bps@11.0592MHz
{
SCON = 0x50; //8-bit variable UART
PCON=0X00;
TMOD = 0x20; //Set Timer1 as 8-bit auto reload mode
TH1 = TL1 = 0XF4; //Set auto-reload vaule
TR1 = 1; //Timer1 start run
ES = 0; //Enable UART interrupt
EA = 0; //Open master interrupt switch
}
实物图
