基于51单片机和NRF24L01的无线温度监控.docx
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基于51单片机和NRF24L01的无线温度监控
基于51单片机和NRF24L01的无线温度监控
一丶实现功能：
以51单片机为核心实现智能化远程无线温度监控。
利用18B20温度传感器获取温度信号，将需要测量的温度信号自动转化为数字信号，通过无线模块NRF24L01一对一传送将数据传送到接收机，最终单片机将信号转换成LCD可以识别的信息显示输出。
二丶所需原件：
51单片机*2
DS18B20*1（温度测量范围为-55~+125^C）
12M晶振*2
22uf电容*2
5V降压至3.3V降压模块*2
NRF24101无线模块*2
1602液晶显示屏*1
按键*3
蜂鸣器*1
发光二极管*1
排阻10K*9脚*2
四丶NRF12401JI介绍：
1、GFSK调制，硬件集成OSI链路层；
2、具有自动应答和自动再发射功能；
3、片内自动生成报头和CRC校验码；
4、数据传输率为l Mb/s或2Mb/s；
5、SPI速率为0 Mb/s～10 Mb/s；
6、125个频道与其他nRF24系列射频器件相兼容；
7、QFN20引脚4 mm×4 mm封装；
8、供电电压为1.9 V～3.6 V；
封装引脚介绍：
CE：
使能发射或接收；
CSN，SCK，MOSI，MISO：
SPI引脚端，微处理器可通过此引脚配置
nRF24L01：
IRQ：
中断标志位；
VDD：
电源输入端；
VSS：
电源地；
XC2，XC1：
晶体振荡器引脚；
VDD_PA：
为功率放大器供电，输出为1.8 V；
ANT1,ANT2：
天线接口；
IREF：
参考电流输入；
工作模式：
工作原理：
发射数据时，首先将nRF24L01配置为发射模式：
接着把接收节点地址TX_ADDR和有效数据TX_PLD按照时序由SPI口写入nRF24L01缓存区，TX_PLD必须在CSN为低时连续写入，而TX_ADDR在发射时写入一次即可，然后CE置为高电平并保持至少10μs，延迟130μs后发射数据;若自动应答开启，那么nRF24L01在发射数据后立即进入接收模式，接收应答信号（自动应答接收地址应该与接收节点地址TX_ADDR一致）。
如果收到应答，则认为此次通信成功，TX_DS置高，同时TX_PLD从TX FIFO中清除;若未收到应答，则自动重新发射该数据（自动重发已开启），若重发次数（ARC）达到上限，MAX_RT置高，TX FIFO中数据保留以便在次重发;MAX_RT或TX_DS置高时，使IRQ变低，产生中断，通知MCU。
最后发射成功时,若CE为低则nRF24L01进入空闲模式1;若发送堆栈中有数据且CE为高，则进入下一次发射;若发送堆栈中无数据且CE为高，则进入空闲模式2。
接收数据时,首先将nRF24L01配置为接收模式，接着延迟130μs进入接收状态等待数据的到来。
当接收方检测到有效的地址和CRC时，就将数据包存储在
RX FIFO中，同时中断标志位RX_DR置高，IRQ变低，产生中断，通知MCU去取数据。
若此时自动应答开启，接收方则同时进入发射状态回传应答信号。
最后接收成功时，若CE变低，则nRF24L01进入空闲模式1。
在写寄存器之前一定要进入待机模式或掉电模式。
SPI配置：
SPI指令设置
用于SPI接口的常用命令见下表。
当CSN为低时，SPI接口开始等待一条指令，任何一条新指令均由CSN的由高到低的转换开始
寄存器：
读操作
写操作
五丶温度监测：
温度检测模块软件设计DS18B20的测温原理遵循严格的单总线协议，以确保通信数据的准确性，单片机通过时序来写入和读出DS18B20中的数据，包括初始化、读l、读0，写1、写0等操作。
传感器复位后，接收应答信号，跳过读ROM中序列号后，启动温度转换，等待温度转换完毕后，保存数据。
如此反复，完成所有操作。
六丶无线流程：
发射：
首先进行初始化操作，初始化包括设置单片机I／O和SPI相关寄存器两部分其可以和nRF24L01通信。
通过SPI总线配置射频芯片使其进入正确的工作模式。
发射数据时，首先将nRF24L01配置为发射模式。
接着把发送端待发射数据的目标地址TX—ADDR和数据TX
—PLD写入nRF24L01缓冲区，延时后发射数据，其流程图如图4.2所示
接收：
接收数据时，首先将nRF24L01配置为接收模式。
接着延迟进入接收状态等待数据的到来。
当接收方检测到有效地址和CRC时，就将数据包储存在接收堆栈中，同时状态寄存器中的中断标志位RX—DR置高，产生中断使IRQ引脚变为低电平，以便通知MCU去取数据，其流程图如图4.3所示。
七丶软件总体部分：
发送部分：
发送部分的一个循环的总体思路是这样的先初始化DS18B20，从DS18B20读出温度（DS18B20采用默认的12位精度），将得到的温度值的反码转化成十制，取温度数组的高两位（即整数部分）写入发送数据数组，然后初始化nRF24L01，将温度发送，其流程图如图4.5所示
接收部分：
接收部分的总体思路是这样的，首先还是初始化nRF24L01，然后进入大循环判断状态寄存器是否有接收中断。
如果有就从FIFO_buffer读入二进制数据，然后将数据转换成十进制在数码管上显示出来，其流程图如图4.6所示。
八：
电路图：
发射机：
接收机：
九丶程序清单：
接收机：
#include
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
#defineREAD_REG0x00//Definereadcommandtoregister
#defineWRITE_REG0x20//Definewritecommandtoregister
#defineRD_RX_PLOAD0x61//DefineRXpayloadregisteraddress
#defineWR_TX_PLOAD0xA0//DefineTXpayloadregisteraddress
#defineFLUSH_TX0xE1//DefineflushTXregistercommand
#defineFLUSH_RX0xE2//DefineflushRXregistercommand
#defineREUSE_TX_PL0xE3//DefinereuseTXpayloadregistercommand
#defineNOP0xFF//DefineNoOperation,mightbeusedtoreadstatusregister
#defineCONFIG0x00//'Config'registeraddress
#defineEN_AA0x01//'EnableAutoAcknowledgment'registeraddress
#defineEN_RXADDR0x02//'EnabledRXaddresses'registeraddress
#defineSETUP_AW0x03//'Setupaddresswidth'registeraddress
#defineSETUP_RETR0x04//'SetupAuto.Retrans'registeraddress
#defineRF_CH0x05//'RFchannel'registeraddress
#defineRF_SETUP0x06//'RFsetup'registeraddress
#defineSTATUS0x07//'Status'registeraddress
#defineOBSERVE_TX0x08//'ObserveTX'registeraddress
#defineCD0x09//'CarrierDetect'registeraddress
#defineRX_ADDR_P00x0A//'RXaddresspipe0'registeraddress
#defineRX_ADDR_P10x0B//'RXaddresspipe1'registeraddress
#defineRX_ADDR_P20x0C//'RXaddresspipe2'registeraddress
#defineRX_ADDR_P30x0D//'RXaddresspipe3'registeraddress
#defineRX_ADDR_P40x0E//'RXaddresspipe4'registeraddress
#defineRX_ADDR_P50x0F//'RXaddresspipe5'registeraddress
#defineTX_ADDR0x10//'TXaddress'registeraddress
#defineRX_PW_P00x11//'RXpayloadwidth,pipe0'registeraddress
#defineRX_PW_P10x12//'RXpayloadwidth,pipe1'registeraddress
#defineRX_PW_P20x13//'RXpayloadwidth,pipe2'registeraddress
#defineRX_PW_P30x14//'RXpayloadwidth,pipe3'registeraddress
#defineRX_PW_P40x15//'RXpayloadwidth,pipe4'registeraddress
#defineRX_PW_P50x16//'RXpayloadwidth,pipe5'registeraddress
#defineFIFO_STATUS0x17//'FIFOStatusRegister'registeraddress
#defineTX_ADR_WIDTH5
#defineRX_ADR_WIDTH5
#defineTX_PLOAD_WIDTH4
#defineTX_PLOAD_WIDTH4
floatf_temp;
uinttemp;
ucharTX_ADDRESS[5]={0x34,0x43,0x19,0x91,0x09};
ucharbdatasta;
sbitCE=P2^7;
sbitCSN=P2^2;
sbitMOSI=P2^3;
sbitMISO=P2^5;
sbitSCK=P2^6;
sbitIRQ=P2^4;
sbitds=P3^7;
sbitled0=P1^0;
sbitRX_DR=sta^6;
sbitTX_DS=sta^5;
sbitMAX_RT=sta^4;
voidinit_io（void）
{
CE=0;
CSN=1;
SCK=0;
IRQ=1;
}
ucharSPI_RW（ucharbyte）
{
uchari;
for（i=0;i<8;i++）
{
MOSI=（byte&0x80）;
byte=（byte<<1）;
SCK=1;
byte|=MISO;
SCK=0;
}
return（byte）;
}
ucharSPI_RW_reg（ucharreg,ucharvalue）
{
ucharstatus;
CSN=0;
status=SPI_RW（reg）;
SPI_RW（value）;
CSN=1;
return（status）;
}
ucharSPI_read（ucharreg）
{
ucharreg_val;
CSN=0;
SPI_RW（reg）;
reg_val=SPI_RW（0）;
CSN=1;
return（reg_val）;
}
ucharSPI_read_pload（ucharreg,uchar*pBuf,ucharbytes）
{
ucharstatus,i;
CSN=0;
status=SPI_RW（reg）;
for（i=0;ipBuf[i]=SPI_RW（0）;
CSN=1;
return（status）;
}
ucharSPI_write_pload（ucharreg,uchar*pBuf,ucharbytes）
{
ucharstatus,i;
CSN=0;
status=SPI_RW（reg）;
for（i=0;iSPI_RW（pBuf[i]）;
CSN=1;
return（status）;
}
voidTX_mode（uchar*tx_buf）
{
CE=0;
SPI_write_pload（WRITE_REG+TX_ADDR,TX_ADDRESS,TX_ADR_WIDTH）;
SPI_write_pload（WRITE_REG+RX_ADDR_P0,TX_ADDRESS,TX_ADR_WIDTH）;
SPI_write_pload（WR_TX_PLOAD,tx_buf,TX_PLOAD_WIDTH）;
SPI_RW_reg（WRITE_REG+EN_AA,0X01）;
SPI_RW_reg（WRITE_REG+EN_RXADDR,0X01）;
SPI_RW_reg（WRITE_REG+SETUP_RETR,0X1F）;
SPI_RW_reg（WRITE_REG+RF_CH,40）;
SPI_RW_reg（WRITE_REG+RF_SETUP,0X0F）;
SPI_RW_reg（WRITE_REG+CONFIG,0X0e）;
CE=1;//CE置高，使能发送
}
ucharCheck_ACK（）
{
//while（IRQ
//CE=0;
sta=SPI_read（STATUS）;
if（TX_DS||MAX_RT）
{
SPI_RW_reg（WRITE_REG+STATUS,0xff）;
CSN=0;
SPI_RW（FLUSH_TX）;
CSN=1;
return
（1）;
}
else
return（0）;
//CE=1;
IRQ=1;
//if（TX_DS）
//return（0x00）;
//else
//return（0xff）;
}
/*
ucharCheckACK（）
{
sta=NRFReadReg（READ_REG+STATUS）;
if（TX_DS||MAX_RT）
{
NRFWriteReg（WRITE_REG+STATUS,0xff）;
CSN=0;
NRFSPI（FLUSH_TX）;
CSN=1;
return（0）;
}
else
return
（1）;
}
*/
voiddelayus（uintz,uintx）
{
uinti,j;
for（i=z;i>0;i--）
for（j=x;j>0;j--）;
}
voiddreset（void）
{
uinti;
//ds=1;
//_nop_（）;
ds=0;
delayus（7,15）;
ds=1;
i=4;
while（i>0）
i--;
delayus（1,100）;
}
bittempreadbit（void）
{
uinti;
bitdat;
//ds=1;i++;
ds=0;
_nop_（）;
ds=1;
i++;i++;
dat=ds;
i=8;
while（i>0）
i--;
return（dat）;
}
uchartempread（void）
{
uchari,j,dat;
dat=0;
for（i=0;i<8;i++）
{
j=tempreadbit（）;
dat=（j<<7）|（dat>>1）;
}
return（dat）;
}
voidtempwritebyte（uchardat）
{
uinti;
ucharj;
bittestb;
for（j=0;j<8;j++）
{
testb=dat&0x01;
dat=dat>>1;
if（testb）
{
ds=0;
i++;i++;
ds=1;
i=8;
while（i>0）
i--;
}
else
{
ds=0;
//i=8;
//while（i>0）i--;
delayus（1,5）;
ds=1;
i++;i++;
}
}
}
voidtempchange（void）
{
dreset（）;
delayus（1,113）;
tempwritebyte（0xcc）;
tempwritebyte（0x44）;
}
uintget_temp（）
{
uchara,b;
dreset（）;
delayus（1,113）;
tempwritebyte（0xcc）;
tempwritebyte（0xbe）;
a=tempread（）;
b=tempread（）;
temp=b;
temp<<=8;
temp=temp|a;
f_temp=temp*0.0625;
temp=f_temp*10+0.5;
//f_temp=f_temp+0.05;
returntemp;
}
voidmain（）
{
uchartx_buf[4]={0};
init_io（）;
while
（1）
{
tempchange（）;
delayus（1,113）;
get_temp（）;
tx_buf[0]=（uchar）（temp/100）;
tx_buf[1]=（uchar）（（（temp-500）%100）/10）;
tx_buf[2]='.';
tx_buf[3]=（uchar）（（temp%100）%10）;
TX_mode（tx_buf）;
}
}
接收机：
#include
//#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
#defineREAD_REG0x00//Definereadcommandtoregister
#defineWRITE_REG0x20//Definewritecommandtoregister
#defineRD_RX_PLOAD0x61//DefineRXpayloadregisteraddress
#defineWR_TX_PLOAD0xA0//DefineTXpayloadregisteraddress
#defineFLUSH_TX0xE1//DefineflushTXregistercommand
#defineFLUSH_RX0xE2//DefineflushRXregistercommand
#defineREUSE_TX_PL0xE3//DefinereuseTXpayloadregistercommand
#defineNOP0xFF//DefineNoOperation,mightbeusedtoreadstatusregister
//SPI（nRF24L01）registers（addresses）
#defineCONFIG0x00//'Config'registeraddress
#defineEN_AA0x01//'EnableAutoAcknowledgment'registeraddress
#defineEN_RXADDR0x02//'EnabledRXaddresses'registeraddress
#defineSETUP_AW0x03//'Setupaddresswidth'registeraddress
#defineSETUP_RETR0x04//'SetupAuto.Retrans'registeraddress
#defineRF_CH0x05//'RFchannel'registeraddress
#defineRF_SETUP0x06//'RFsetup'registeraddress
#defineSTATUS0x07//'Status'registeraddress
#defineOBSERVE_TX0x08//'ObserveTX'registeraddress
#defineCD0x09//'CarrierDetect'registeraddress
#defineRX_ADDR_P00x0A//'RXaddresspipe0'registeraddress
#defineRX_ADDR_P10x0B//'RXaddresspipe1'registeraddress
#defineRX_ADDR_P20x0C//'RXaddresspipe2'registeraddress
#defineRX_ADDR_P30x0D//'RXaddresspipe3'registeraddress
#defineRX_ADDR_P40x0E//'RXaddresspipe4'registeraddress
#defineRX_ADDR_P50x0F//'RXaddresspipe5'registeraddress
#defineTX_ADDR0x10//'TXaddress'registeraddress
#defineRX_PW_P00x11//'RXpayloadwidth,pipe0'registeraddress
#d
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