1、- i -本科毕业论文（20 届）基于 RF1100 模块的无线发送与接收系统所在学院专业班级 电子信息工程学生姓名指导教师完成日期- ii -基于 RF1100 模块的无线发送与接收系统目 录前言 .2第 1 章 绪论 .3第 1.1.节 设计背景 .3第 1.2 节 产品设计具体目标 .4第 1.3 节 电路总体的工作原理 .4第 2 章 系统分析 .5第 2.1 节 硬件分析 .5第 2.2 节 软件分析 .10第 3 章 系统设计 .12第 3.1 节 硬件电路设计 .12第 3.2 节 软件程序设计 .15第 4 章 系统测试 .18第 4.1 节 产品测试 .18第 4.2 节 测
2、试数据 .18第 4.3 节 测试结果分析 .21结论 .22参考文献 .23致谢 .24附录 .25附录 1：实物照片说明 .25附录 2：部分源程序 .25第 1 页基于 RF1100 模块的无线发送与接收系统【摘要】：提出了一种针对无线数据传输问题的解决方案，该方案基于 RF1100 来设计无线温度采集系统。该系统采用低功耗、高性能单片机 STC89C52 和温度传感器 18B20来构成多点、实时温湿度监测系统，最后在 PC 机上完成配置、显示和报警等功能。该系统使用方便，扩展十分容易，可广泛应用于各种工农业生产和养殖等场合。传统的有线测温方式存在着布线复杂，线路容易老化，线路故障难以排
3、查，设备重新布局要重新布线等问题。特别是在有线网络不通畅或由于现场环境因素的限制而不便架设线路的情况下，给温湿度的数据采集带来了很大的麻烦。要想监测到实时的温湿度数据，就必须采用无线传输的方式对数据进行采集、发送、接收并对无线采集来的数据通过上位机进行处理，以控制并监测设备的运行情况，减少不必要的线路设备开支【关键词】：STC89C52；RF1100；工农业养殖业；节省成本Abstract : This paper presents a wireless data transmission scheme, the scheme is based on RF1100 to the design
4、of wireless temperature acquisition system. The system adopts low power, high performance micro controller STC89C52 and the temperature and humidity sensor DHT11 to constitute a multiple point, real-time monitoring system of temperature and humidity, finally completes the function configuration, dis
5、play and alarm in the PC machine. The system is easy to use,very easy to expand, can be widely used in various industrial and agricultural production and aquaculture. Cable temperature methods exist in the traditional complex wiring, line easily aging, line fault is difficult to troubleshoot, equipm
6、ent relocation to re wiring problems. Especially in the wired network is not smooth or because the environment factors and inconvenient construction of line case,brought great trouble to the data acquisition of temperature and humidity. To monitor the temperature and humidity data in real time, we m
7、ust adopt the wireless transmission mode of acquisition, transmission, reception and the wireless data gathered through the host computer for data processing, the operation control and monitoring equipment, reduce line equipment unnecessary spending.Key words: STC89C52; RF1100; Agriculture and aquac
8、ulture ;Cost savings第 2 页前言中国自古便是农业生产的大国，蔬菜种植历史悠久，特别是上世纪 70 年代以来，广大菜农经过不断地改革和创新，使普通塑料大棚的温室效应不断优化，把阳光变成了财富，让冰天雪地变成了春色满园，逐渐形成了一套较完善的蔬菜大棚种植管理模式。随着大棚技术的广泛普及，蔬菜大棚数量不断增多，大棚的温度控制便成为一个十分重要的课题。目前绝大部分大棚种植农户对温度控制是在蔬菜大棚内部悬挂温度计，通过人工实地读取温度值来知道大棚内的实际温度，然后根据现有温度与额定温度进行比较，看温度是否过高或过低。如果过高，就对大棚进行降温处理；如果过低，就对大棚进行升温处理。这
9、些操作都是在人工情况下完成的，耗费了大量的人力物力。随着我国家经济的快速发展，农业产业规模的不断扩大，农产品在大棚中培育的品种越来越多，对于数量较多的大棚，这种落后的测温方式已很难满足蔬菜生长的需要，这种落后传统的温度控制措施也显现出很大的局限性。而新一代蔬菜大棚的建设对温度检测技术也提出了更高的要求。随着传感器技术和单片机的迅速发展，自动检测领域发生了很大变化，大棚环境自动监测控制方面的研究有了明显的进展，并且必将以其优异的性能价格比，逐步取代传统的温度控制措施。但是，目前应用于温室大棚的温度检测系统大多采用模拟温度传感器、多路模拟开关、AD 转换器及单片机等组成的传输系统。这种温度检测系统
10、需要在蔬菜大棚内布置大量的测温电缆，才能把现场传感器的信号送到主控机上，这样势必导致系统布线复杂、成本增加、故障率高、难于维护等问题。特别是在大棚蔬菜的耕种过程中，测温连线容易遭到人为损坏。在平时农药的喷洒过程中，裸露的缆线也容易腐蚀。况且这种传统的测温系统主要用于工业生产中，价格昂贵，不易推广。同时线路上传送的是模拟信号，易受干扰和损耗，测量误差也比较大。在计算机技术高速发展的今天，蔬菜大棚管理中急需要一种价格低廉、操作简便、安装方便的无线温度自动检测控制系统，以快速测量控制蔬菜大棚内温度，适应农作物生长需要，提高经济效益。本课题就是利用价格便宜的一般电子器件来设计一个参数精度高，操作控制方
11、便，性价比高的应用于蔬菜大棚的无线测温系统。本次设计基于 RF1100 无线模块，它具有众多优点，采用单片机进行控制，采用18B20 温度传感器进行温度采集。该温度系统可以自己设定上下限，当超过限制时发出警报，提醒人们温度控制，十分人性化。第 3 页第 1 章 绪论第 1.1.节 设计背景1.1.1. 基于 RF1100 模块温度的无线发射与接收设计背景RF1100 模块介绍RF1100 微功率无线传输模块，采用 TI 公司的高性能 CC1101 无线通信芯片(CC1100芯片的改进版，比 CC1100 更胜一筹，且无缝替换，程序完全相同） ，最大传输数率可达500Kbps，并可软件修改波特率
12、，开阔地传输距离可达 200-300 米，具有无线唤醒等功能，灵敏度达到-110dBm，可靠性高，可广泛应用于各种场合的短距离无线通信领域（如无线抄表、工业遥控、低功耗手持设备等）,RF1100-232 无线收发模块特点1.低功耗模块，最大发射功率 10mW 使用 TI 公司的 CC1101 低功耗无线通信芯片，发射功率可调（推荐使用 10dBm/10mW，以达到最佳的通信效果） 。2.工作于 433MHz 频段免许可证使用模块工作于 433MHz 频段，该频段为免费 ISM 频段免许可证使用（ 420MHz440MHz ） 。还可以为用户提供其他的载频频段 475MHz、868MHz 和 9
13、15MHz 选择（需要定制） 。3.高抗干扰能力和低误码率基于 FSK 的调制方式，采用高效前向纠错和信道交织编码技术，提高了数据抗随机干扰和突发干扰的能力，在信道误码率为 10 时，可得到实际误码率 10 10。4.传输距离远在直线可视情况下，天线放置高度2 米，9600bps 可靠传输距离大于 100m (BER=10 /9600bps） ；1200bps 传输距离最大可达 200m(BER=10-3/1200bps)。可以选配多种 SMA 接口天线，方便应用。5.支持透明数据传输提供透明的数据接口，能适应任何标准或非标准的用户协议。自动过滤掉空中产生的假数据(所收即所发)，使用简单无需编
14、程，大大方便应用6256 个可编程信道（433M 频段）在同一个频段可以按照用户 200KHz 间隔频点则可以提供至少 256 个信道，满足用户多种通信组合方式。1.1.2. 现代农业的发展方向现代农业发展方向一直在朝着人性化、智能化的方向发展，温度对于农业的发展是一个至关重要的因素，温度控制的好坏直接影响了农业产值。所以需要一个更加人性化的温度检测仪器来测量温度，提高劳动效率。设计一个以单片机和 RF1100 模块的无线温度采集器方便的解决了这个事情。利用DS18B20 温度采集芯片对温度进行采集，通过 A/D 将模拟量转换成数字量，然后通过单第 4 页片机将信号传送给无线模块最后在显示屏上
15、进行显示。这样大大的降低了人力劳动。第 1.2 节 产品设计具体目标随着科学技术的高速化，网络化和智能化的发展，基于无线传输的数据采集也成为一种必然趋势。该技术必将改变现在落后的农业生产现状，它将解放人的劳动力，使人如“秀才不出门，便知天下事” ，大大提高劳动效率。目标： 采用 RF1100 的无线传输模块进行多个不同区域的温度采集 并将采集的数据汇总到主机进行显示和汇总 设定温度的上下限，当超出这限制时，报警提示，并显示超出超温度的区域工作温度：-55 +125测量温度：10 +45第 1.3 节 电路总体的工作原理该系统由发送/接收模块、单片机模块、显示模块、温度采集模块、报警模块以及按键
16、模块这六大模块组成。数据采集端由传感器、单片机和无线模块构成。单片机发送请求温度指令传感器将现有的温度进行采集送入 A/D 中将模拟的温度量转换为数字信号送往无线模块打包发出：数据接收端由无线模块、单片机及显示屏组成。数据接收端接收到采集端发送的数据后，将数据按照通信协议拆包，取出里面的有效数据并通过串口发送给单片机在显示屏上进行显示，由单片机对采集到的数据进行分析和处理。系统硬件实现简单，数据采集和接收端均采用无线收发一体芯片。温度采集模块显示模块按键模块报警模块单片机系统接收模块发送模块单片机系统图 1-1 系统基本原理图第 5 页第 2 章 系统分析第 2.1 节 硬件分析2.1.1.
17、单片机控制核心的选择与分析本系统采用单片机进行控制操作，这样使产品更加智能化，所以我了解到有AT89C51.、STC89C52、 MSP430 均可以实现控制功能，所以先采用了 STC89C52 单片机作为控制核心。图 2-1 STC89C52RC 引脚功能说明VCC（40 引脚）：电源电压VSS（20 引脚）：接地P0 端口（P0.0P0.7，3932 引脚）：P0 口是一个漏极开路的 8 位双向 I/O 口。作为输出端口，每个引脚能驱动 8 个 TTL 负载，对端口 P0 写入“1”时，可以作为高阻抗输入。在访问外部程序和数据存储器时，P0 口也可以提供低 8 位地址和 8 位数据的复用总
18、线。此时，P0 口内部上拉电阻有效。在 Flash ROM 编程时，P0 端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。验证时，要求外接上拉电阻。P1 端口（P1.0P1.7，18 引脚）：P1 口是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。P1 的输出缓冲器可驱动（吸收或者输出电流方式） 4 个 TTL 输入。对端口写入 1 时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这是可用作输入口。P1 口作输入口使用时，因为第 6 页有内部上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电流。此外，P1.0 和 P1.1 还可以作为定时器 /计数器 2 的外部技术输入（P1.0/T2 ）和定时器/计数器
19、2 的触发输入（P1.1/T2EX） ，具体参见下表：在对 Flash ROM 编程和程序校验时，P1 接收低 8 位地址。表 2-1 P1.0 和 P1.1 引脚复用功能引脚号 功能特性P1.0 T2（定时器/计数器 2 外部计数输入），时钟输出P1.1 T2EX（定时器/计数器 2 捕获/重装触发和方向控制）P2 端口（P2.0P2.7，2128 引脚）：P2 口是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O端口。P2 的输出缓冲器可以驱动（吸收或输出电流方式）4 个 TTL 输入。对端口写入 1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，这时可用作输入口。P2 作为输入口使用时，因为有内部的上拉
20、电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。在访问外部程序存储器和 16 位地址的外部数据存储器（如执行“MOVX DPTR”指令）时，P2 送出高 8 位地址。在访问 8 位地址的外部数据存储器（如执行“MOVX R1”指令）时，P2 口引脚上的内容（就是专用寄存器（SFR）区中的 P2 寄存器的内容），在整个访问期间不会改变。在对 Flash ROM 编程和程序校验期间，P2 也接收高位地址和一些控制信号。P3 端口（P3.0P3.7，1017 引脚）：P3 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 端口。P3 的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式） 4 个 TTL 输入。对端口写入
21、 1 时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P3 做输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输入一个电流。在对 Flash ROM 编程或程序校验时，P3 还接收一些控制信号。P3 口除作为一般 I/O 口外，还有其他一些复用功能，如下表所示：表 2-2 P3 口引脚复用功能引脚号 复用功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 （外部中断 0）P3.3 （外部中断 1）P3.4 T0（定时器 0 的外部输入）P3.5 T1（定时器 1 的外部输入）P3.6 （外部数据存储器写选通）P3.7 （外部数据存储器读选通）RST
22、（9 引脚）：复位输入。当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来完成单片机单片机的复位初始化操作。看门狗计时完成后，RST 引脚输出 96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器 AUXR（地址 8EH）上的 DISRTO 位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。第 7 页ALE/（30 引脚）：地址锁存控制信号（ALE ）是访问外部程序存储器时，锁存低 8位地址的输出脉冲。在 Flash 编程时，此引脚（）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE 脉冲将会跳
23、过。如果需要，通过将地址位 8EH 的 SFR 的第 0 位置 “1”，ALE 操作将无效。这一位置“1”，ALE 仅在执行 MOVX 或 MOV 指令时有效。否则，ALE 将被微弱拉高。这个 ALE使能标志位（地址位 8EH 的 SFR 的第 0 位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。（29 引脚）：外部程序存储器选通信号（）是外部程序存储器选通信号。当AT89C51RC 从外部程序存储器执行外部代码时，在每个机器周期被激活两次，而访问外部数据存储器时，将不被激活。VPP（31 引脚）：访问外部程序存储器控制信号。为使能从 0000H 到 FFFFH 的外部程序存储器读取指令，必须接
24、GND。注意加密方式 1 时，将内部锁定位 RESET。为了执行内部程序指令，应该接 VCC。在 Flash 编程期间，也接收 12 伏 VPP 电压。XTAL1（19 引脚）：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2（18 引脚）：振荡器反相放大器的输入端。STC89C52 单片机概述STC89C52 是 STC 公司生产的一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。STC89C52 使用经典的 MCS-51 内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统 51 单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 F
25、lash，使得 STC89C52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash，512 字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器，内置 4KB EEPROM，MAX810 复位电路，3 个 16 位定时器/ 计数器，4 个外部中断，一个 7 向量 4 级中断结构（兼容传统 51 的 5 向量 2 级中断结构） ，全双工串行口。另外 STC89C52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。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。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡
26、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。最高运作频率 35MHz，6T/12T 可选。主要特性： 工作电压：5.5V3.3V（5V 单片机）/3.8V2.0V（3V 单片机） 工作频率范围：040MHz，相当于普通 8051 的 080MHz ，实际工作频率可达48MHz 共 3 个 16 位定时器/计数器。即定时器 T0、T1、T2 外部中断 4 路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down 模式可由外部中断第 8 页低电平触发中断方式唤醒 工作温度范围：-40+85（工业级）/075 （商业级）2.1.2. 温度采集设备本次设计温度采集采用 DS18B20 温度
27、传感器，DS18B20 可以程序设定 912 位的分辨率，精度为0.5C。可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围。分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在 EEPROM 中，掉电后依然保存。 DS18B20 的性能是新一代产品中最好的！性能价格比也非常出色！图 2-2 DS18B20 温度传感器引脚图DS18B20 的主要特性 （1）适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电。（2）独特的单线接口方式，DS18B20 在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯。（3）DS18B20 支持多点组网功能，多个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。（4）DS18B20 在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。（5）温范围55125，在-10+85时精度为0.5 （6） 可编程的分辨率为 912 位， 对应的可分辨温度分别为 0.5、 0.25、 0.125和 0.0625，可实现高精度测温。
