智能开关(硬件)设计毕业设计本科学位论文.doc

本科毕业设计(论文) 题目：智能开关（硬件）设计院 （系） 光电工程学院 专 业 光电信息工程 班 级 姓 名 学 号 导 师 2015年6月毕业设计（论文）任务书 1.毕业设计（论文）题目： 智能开关系统（硬件）设计 2.题目背景和意义： 智能家居又称智能住宅，在国外常用Smart Home表示。智能家居可以定义为一个目标或者一个系统。智能家居一般是以住宅为基础平台，综合建筑装潢、网络通信、信息家电、设备自动化等技术，将系统、结构、服务、管理集成为一体的高效、安全、便利、环保的居住环境。随着近年我国科技快速发展，特别是住宅产业迅速发展起来，人们对居住环境智能化、舒适程度等要求会越来越高，智能家居在国内也引起越来越多的关注，这给智能家居的发展提供了很大的市场空间。本项目只是智能家居系统的一部分，主要包括针对电饭煲、饮水机、浴室加热器等在无人时若打开会浪费能源也不利于健康，关闭后在主人回家时又不方便，浪费时间及夜间主人对室内各个房间照明灯开关、照明亮度等控制的不方便。 3.设计(论文)的主要内容（理工科含技术指标）：本课题基于51系列单片机作为主控制器。 1、在设计时采用时钟模块、矩阵键盘、显示模块和控制模块四部分，实现对电饭煲、饮水机和浴室加热设备更智能的定时加热和居家照明灯的远程控制和亮度智能调控。2、进行硬件平台搭建并测试；3、配合软件设计进行联调。4.设计的基本要求及进度安排（含起始时间、设计地点）： 1）1.16-3.10 查阅资料，完成开题报告。 2）3.10-3.31确定方案，选择各个模块。 3）4.1-4.30 焊接电路板，结合软件细化功能，完善并协调好各个功能， 3）5.1-5.30 结合软件配合调试，进一步优化硬件的不足。 4）6.1-6.20 进行最后的完善，并完成毕业论文。 5.毕业设计（论文）的工作量要求 实验（时数）*或实习（天数）： 图纸（幅面和张数）*： 其他要求： 无 指导教师签名： 年 月 日 学生签名： 年 月 日 系（教研室）主任审批： 年 月 日智能开关硬件设计摘 要随着时代的发展，社会的进步，人们对生活质量的要求不断提高，使得智能家居系统在国际上已经成为一个炙手可热的竞争标志，加上电子技术的不断发展，代代更新更是层出不穷，发展前景也是一片光明。智能开关作为智能家居里边一个重要的环节，它承担着很多经常需要人们手工操作的重复性工作，使人们可以把更多的精力放在其他地方。此智能开关使用了无线传输模块，把硬件分为发射部分和接受部分，主要包括时间单元、通讯单元、控制单元。本设计采用STC89C52单片机作为主控模块，通过44矩阵键盘输入指令，LCD1602模块显示时间变化以及各个模块的工作状态，nRF24L01无线模块主要是用于发射部分和接收部分的通讯连接。本设计可以实现饮水机等家用电器的远程定时控制和照明灯亮度的远程控制。关键词：单片机；时钟模块；nRF24L01无线模块；无线通讯Hardware Design of Intelligent SwitchAbstractWith the development of the time, the progress of the society, peoples requirement on the quality of life continues to increase, making smart home system in international market has become a hot competition logo, and with continuous development of electronic technology, the update from generation to generation is endless, development prospect is bright. Intelligent switch is an important part of smart home, which bears much repetitive work that often needs to operate by hand, so people can put more energy in other aspects.This intelligent switch uses wireless transmission module, the hardware is divided into emitting portion and receiving portion, including time unit, communication unit, control unit. This design adopts microcontroller of STC89C52 as the main control module, using 44 matrix keyboard input commands, LCD1602 module display time changing and the working state of each module, nRF24L01 wireless module is mainly used for emitting part and receiving part of the communication connection.The design can achieve the remote timing control of household appliances, such as drinking fountains, and the remote control of lights brightness.Keywords: microcontroller; clock module; nRF24L01 wireless module; wireless transmission目 录摘 要IAbstractII1 绪论11.1 引言11.2 研究背景及现状11.2.1 智能家居系统的发展11.2.2 智能家居系统的研究现状21.3 研究目的与设计要求21.3.1 研究目的21.3.2 设计要求21.4 各章节主要内容32 方案设计42.1 系统结构图及总体方案论证42.2 主控处理器（MCU）的选择42.3 无线通讯方式的选择52.4 时钟模块的选择82.5 显示器模块选择82.6 本章小结83 硬件设计103.1 系统原理图介绍103.2 主控处理器103.2.1 单片机的介绍103.2.2 单片机的工作模式功耗113.2.3 单片机的引脚113.2.4 单片机的内部结构123.3 无线通讯方式硬件设计143.4 时钟模块的电路设计183.4.1 时钟接口电路183.4.2 时钟芯片的性能183.5 显示器电路的设计203.6 矩阵键盘设计223.7 继电器设计243.8 本章小结244 总结与展望254.1总结254.2 展望25致谢26参考文献27毕业设计（论文）知识产权声明28毕业设计（论文）独创性声明29附录30附录A 智能开关发射部分实物图30附录B 智能开关接收部分实物图30附录C 智能开关部分模块实物图31附录D 智能开关发射部分原理图33附录E 智能开关发射部分接收图33附录F 外文翻译34IV1 绪论1 绪论1.1 引言随着现代技术的发展，智能化已经影响着人们生活的各个方面，人们对居家生活品质的追求，促进了智能家居的产生。智能家居又称智能住宅，在国外常用Smart Home表示。智能家居一般是以住宅为基础平台，综合建筑装潢、网络通信、信息家电、设备自动化等技术，将系统、结构、服务、管理集成为一体的高效、安全、便利、环保的居住环境【1】。智能家居可以定义为一个目标或者一个系统。利用先进的计算机、网络通讯、自动控制等技术，将与家庭生活有关的各种应用子系统有机的结合在一起，通过综合管理，让家庭生活更舒适、安全、有效和节能。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，还能提供舒适安全、高效节能、具有高度人性化的生活空间，将一批原来被动静止的家居设备转变为具有“智慧”的工具，提供全方位的信息交换功能，帮助家庭与外部保持信息交流畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效的安排时间，增强家庭生活的安全性，并为家庭节省能源费用，是具有较强的技术性和前瞻性的新产品。智能家居在未来生活中必然占有不可动摇的一片天地【2】。炎炎的夏日，在回家途中，用手机打个电话就可以提前打开家里的空调，让榨汁机准备一杯新鲜的果汁，再让家庭音响准备好你最喜欢的音乐；慵懒的冬季，躺在客厅沙发上的你，通过一支遥控器就可以让厨房里的咖啡机煮出一壶热咖啡；小区里面也不再有神色紧张的保安，谁家的煤气泄漏了、发生火灾了、有人闯入了，都能自动及时的通知到小区的报警服务器，从而降低损失。智能开关控制系统作为智能家居一部分具有其独特的特性，迎合了当前社会的发展趋势，具有绿色节能、环保、安全、智能化生活的观念。该控制系统可以定时实现对室内灯光、电饭煲、饮水机智能化的开关控制，极大的方便了人们生活，提高人们的生活质量。1.2 研究背景及现状1.2.1 智能家居系统的发展智能家居概念的起源甚早，但一直没有过具体的案例出现，直到1984年，世界上第一幢智能建筑在美国康涅迪格州落成，这栋意义非凡的建筑只是一座旧式大楼在一定程度的改造而完成的。它只是采用计算机系统对大楼的空调、电梯、照明等设备进行监控，并提供语音通信、电子邮件、情报资料等方面的信息服务。2000年，新加坡有近30个社区的约5000户家庭采用了这种家庭智能化系统，而美国的安装住户高达4万户【5】。2003年，网络化家居的建设带来了高达45009西安工业大学毕业设计（论文）亿美元的市场价值，这其中有3700亿美元是智能家电硬件产品的价值，剩余的部分则是软件和技术支持服务的费用。现在，国外的智能家居系统技术己日趋成熟，2014年，50%以上的新房都已具有一定的“智能型家居”功能。于此同时由于技术的日益标准化，这些新型智能家居系统将比比尔盖次耗资6000万美元的高端别墅便宜得多。在智能家居系统研发方面，美国及一些欧洲国家一直处于领先地位。近年来，以美国微软公司及摩托罗拉公司等为首的一批国外知名企业，先后挤身于智能家居的研发中。例如：微软公司开发的“梦幻之家”、摩托罗拉公司开发的“居所之门”、IBM公司开发的“家庭主任”等均已日趋成为先进技术，而强占家居市场。此外，日韩新等国的龙头企业纷纷致力于家居智能化的开发，对家居市场更是跃跃欲试。20世纪90年代后期，我国的智能小区日益兴起。众所周知，我国的智能化住宅建设最早起于上海、广州和深圳等沿海城市，并逐渐向内陆发展。在97年港回归之际，在建设部“97跨世纪住宅小区案竞赛活动”中，上海中皇广场被建设部科技委员会列为全国首家“智能住宅示范工程”，揭开了全国智能小区发展的序幕。1999年，建设部勘察设计司、建设部住宅产业化办公室联合组织实施全国住宅小区智能化技术示范工程，标志着我国住宅小区智能化进入了一个新阶段。随着信息化走进了千家万户，由国家经贸委牵头成立了家庭信息网络技术委员会，而信息网络技术体系研究及产品开发已经被列为了国家技术创新的重点专项计划。据建设部要求，截止今年，我国将有70%以上的家庭拥有Internet入网设备，大中城市中50%的住宅要实现智能化【8】。1.2.2 智能家居系统的研究现状智能开关系统作为智能家居的一个重要环节，它功能的完善必将推动住宅智能化的发展。而系统功能的集成化、用户使用的傻瓜化以及市场的平民化将是智能开关的发展趋势，系统也将逐步迈向绿色化。最终，全人类的梦想是智能开关系统将囊括所有的居家事务，让我们真正的享受舒适温馨的家庭生活。1.3 研究目的与设计要求1.3.1 研究目的本项目只是智能家居系统的一部分。主要是针对现一些上班族的家电使用，如电饭煲、饮水机、浴室加热器等设备在上班无人的状态下长时间开启，不仅浪费能源，而且长时间加热的水质也不利于人体健康，但关闭后，当需要使用时又不能及时供应，非常不方便且浪费时间等，还有各个环境对照明亮度需求不同等问题，本设计使用了时钟单元和单片机等原件来解决以上问题。1.3.2 设计要求实现硬件电路的设计。(1）通过MCU即单片机控制；(2)采用时钟模块对时间进行控制；(3）必须使用无线模块实现远程控制；(4）要自行设计矩阵键盘并结合显示模块、控制模块、能够实现远程定时功能。1.4 各章节主要内容本文所做的主要工作有： 第一章: 主要是明确智能开关系统设计背景及意义以及设计目的与要求； 第二章: 主要是设计方案的制定，包括主控处理器、时钟模块及继电器的选择、通讯方式的选择、接口的选择； 第三章: 主要是系统硬件设计，包括主控处理器、串口通讯、各个元器件硬件连接设计； 第四章: 主要是对论文主要工作进行总结。西安工业大学毕业设计（论文）2 方案设计2.1 系统结构图及总体方案论证本设计在任务书中要求有远程控制功能，所以在设计中使用了无线通讯模块即方案中的无线发射模块和无线接收模块作为远程通讯联接，故整体电路被分为了发射部分和接收部分。发射部分主要由主控处理器（MCU）、时钟模块、显示器、矩阵键盘和无线发射模块组成。接收部分主要有主控处理器（MCU）、时钟模块、显示器、无线接受模块和继电器的组成。系统结构图如下所示：图2.1 发射部分 图2.2 接收部分发射部分整体的工作流程是键盘所输入所需指令，经过主控处理器分析、协调，把结果给予显示模块显示并通过无线模块传输到接收部分。发射部分中主控处理器（MCU）作为核心元件，主要用于处理其它各个元件之间的协同工作；矩阵键盘作用为起始时间的调控、定时的设置及一些开关按键；时钟模块用于对时间的控制及对时时变化的时间给予单片机相应的指令；显示器作用为时时显示时钟模块控制下的时间变化和其它一些元器件的工作状态；无线发射模块作用主要是发射主控处理器给予的指令。接收部分整体工作流程就是接收发射部分传来的指令后，主控处理器同样经过分析、协调，在显示模块予以显示，并把相应指令发送至继电器，从而控制家用电器。在接受部分中主控处理器（MCU）作用和发射部分的基本相同，区别在于在各个串口的使用；时钟模块和显示器的作用和发射部分的也基本相同，不再赘述；寄存器用于在处理器串口不够用的情况下的扩充，用于执行主控处理器协调其他元器件得到的最终结果。2.2 主控处理器（MCU）的选择主控处理器作用为对系统进行控制，合理协调各模块之间的工作关系，完成对于时间信息的采集、显示及对于按键的扫描。对于处理器的选择我准备了两个方案：方案一：采用传统的STC89C52作为系统的控制中心，单片机的计算能力强，自由度大，软件编程灵活多变，对于一些逻辑编程以及算法可以使用软件实现，并且基于其体积小，发展成熟，性价比高，功耗小等诸多优点，使其在各个领域的使用都特别的广泛【9】。实物如图2.3所示：图2.3 STC89C52实物图方案二：采用STC10F04单片机，还带有非异失性Flash程序存储器。它是一种高性能、低功耗的8 bit CMOS微处理芯片，市场应用最多。其主要特点如下：8Kb FlashROM，可以擦除1000次以上，数据保存10年。实物如图2.4所示：图2.4 STC10F04实物图由于本系统对CPU运算速度要求很高，需要执行比较复杂的运算，方案一的成本比较低，而且对于STC89C52比较熟悉，用起来顺手，性价比高，适合本设计进行使用，故选择方案一作为主方案。2.3 无线通讯方式的选择在选择无线通讯模块时，在传输距离，精度、发射模块和接收模块配合及在装置中所占空间等条件限制下，模块的选择涉及了较多问题。本设计准备了五个方案以供选择，下面是一些成熟的短距、低功耗无线技术：a.ZigBee：ZigBee联盟声称“能让无线控制变的简单”基于IEEE802.15.4标准，该技术适合于低速率和低功耗的应用。实物如图2.5所示：【3】图2.5 ZigBee模块b.蓝牙：基于IEEE 802.15.1标准，工作在2.42.485GHz频段，已经在移动电话和PC市场上取得了成功。Bluetooth SIG推出的各种版本已经应用在多种外设上，比如无线耳机。实物如图2.6所示：图2.6 蓝牙模块c.Wi-Fi：Wi-Fi是基于IEEE 802.11标准的第三代无线技术。它作为无线局域网技术已被广泛应用于“hotspots”、家庭和办公室。Wi-Fi主要被用作TCP/IP网络的传输层。Wi-Fi标志如图2.7所示：图2.7 Wi-Fi标志d.Cypress公司的WirelessUSB：Cypress公司的专利产品和名为“Certified Wireless USB”的产品无关，那是由基于WiMedia联盟UWB平台的无线USB促进组织开发的。Wireless USB是一种专利产品，半双工，工作在2.4GHz频段。它使用DSSS方式以满足ITU的规定，避免与现有的其它工作在2.4GHz频段的标准产生干扰。实物如图2.8所示：图2.8 Wireless USB封装实物e.Nordic半导体公司的nRF24L01：Nordic的方案是有专利的，无线半工的调制解调器，工作在2.4GHz频段。它使用FHSS方式和一个数字化的分段，可以发送最大256bit的数据包，接收方将会丢弃错误的数据包。实物如图2.9所示：图2.9 nRF24L01模块本设计方案否决了ZigBee方案，因为ZigBee虽然有低功耗和精度高等优点，但价格相对较高，而且以前未曾接触，相对开发周期较长，时间限制等原因选择放弃。蓝牙技术在个人计算机及手机上非常普及，但是仔细研究之后发现，实际上所有计算机备的都是低功率的蓝牙Class2或Class3，工作距离不超过10米。虽然蓝牙Class1能够满足设计需求，但其成本太高，而且功耗太大，实际使用不划算，因此否决了蓝牙方案。随着电池技术的发展，越来越多的移动设备比如PDA和手机集成了Wi-Fi， 在“热点”附近Wi-Fi主要被用来浏览网页和收发email，Wi-Fi的功耗很大，不太适合长时间供电系统的人应用，因此也将其排除在外。WirelessUSB有效的数据速率远低于广告中声称的62.5Kbps，传输速率过低，因此放弃该技术。本设计最终选择了Nordic半导体公司的nRF24L01作为我的无线通讯芯片。按照规格书，nRF24L01是一种GFSK单芯片收发器，最大的数据速率为2Mbps。它包括一个完整的频率合成器、一个功率放大器、一个晶体振荡器和一个调制器。通过一个三线的串行接口，可以由程序来调整输出功率和通频率通道。在发射(TX)功率为5dBm时电流低至10.5mA，在接收(RX)状态下电流为18mA，供电电压为1.93.6V。该收发器提供一个专有的工作在接收和发射模式下的专有功能，简化了协议和软件设计，使功率消耗最小化，并且对微控制器的要求也不高。Nordic的产品在成本，接收灵敏度，传输速率，上电时间和功率消耗之间也具有很好的平衡。限于设计条件的种种限制，本文中采用nRF24L01芯片应用的成熟产品nRF24L01模块。关于模块的具体介绍见下一章节。2.4 时钟模块的选择对于时钟芯片的选择，主要考虑对于时间进行准确的采集和计算。本设计准备了三个方案供选择：方案一：采用单片机定时计数器提供信号，使用程序实现年、月、日、时、分、秒、星期的计时。采用此种方案虽然能够减少芯片的使用，节约成本，但是实现的时间误差较大，所以不采用此种方案；方案二：采用DS1302时钟芯片实现时钟控制，DS1302芯片是一种高性能的时钟芯片，可自动对秒、分、时、日、月、年、周以及闰年补偿的年份进行计数，而且精度高，工作电压2.55.5V范围内，2.5V时耗电小于300nA；方案三：采用DS12C887时钟芯片，DS12C887芯片也是一种高性能的时钟芯片，比起DS1302更为精准，但是，芯片价格较高，引脚数目多，接线较DS1302更为繁杂。故比较上述三种方案，在设计阶段，选择性价比较好的DS1302，既不会产生太大的费用，基本性能也可以保证。2.5 显示器模块选择对于单片机采集到的信息进行显示：方案一：采用点阵式数码管显示，点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示文字比较合适，如采用在显示数字显得太浪费，且价格相对也比较高，所以不用此种方式作为显示；方案二：采用LED数码管动态扫描，LED数码管价格适中，对于显示数字最合适，而且采用动态扫描法与单片机连接时，占用的单片机口线少，但显示效果不太好，不够清晰，功能不够强大，所以不采用LED数码管作为显示；方案三：采用LCD液晶显示屏，液晶显示功能强大，可显示大量字符和符号，显示多样，清晰可见，价格适中，需要的接口线多，但都比较容易接，所以在此设计中采用了LCD液晶显示屏。采用LCD1602芯片进行显示原因：其一：数据量小，接线简单，适合基础不是很好的新手使用。其二：耗电量小，工作电流仅在2mA，而数码管每段的工作电流都在510mA。故经比较，最后选择LCD1602进行数据的显示。2.6 本章小结本章首先是总体系统方案的设计和制定。通过系统考虑、针对生活中现实问题，不断归纳问题寻找解决的办法。先设想要达到目标、确定要克服的困难，设置两至三种方案，最后综合要达到的目标及面临的困难，进行各个方案的对比，取长补短，不断优化，最终确定方案。然后就是所使用器件在价格、功耗、性能等方面的对比，寻找最适合本方案设计要求的的元器件。通过本章介绍，从中不仅了解了很多元器件的一些性能和一些可替代元件的优劣势，更主要的是对方案的制定有了更深刻的了解，明确了一些思考方向。西安工业大学毕业设计（论文）3 硬件设计3.1 系统原理图介绍附件D和附件E分别为发射部分和接收部分的电路原理图，主要展示了主控处理器各个接口引脚与矩阵键盘、时钟模块、显示器、寄存器、无线模块及主控处理器自身供电电源、晶振电路和复位电路等接口的具体对应连接。两幅电路原理图的右下角都是两个为供电电路，其中，较底端的电路为+5V适配器直接给主控处理器、时钟模块和显示器等器件供电的电路图，如图3.1所示。较上边的电路为应用串联三个二极管分压来达到降压为+3V供电电路，主要为无线模块nRF24L01供电。如图3.2所示。图3.1 +5V 供电电源电路图图3.2 +3V供电电源电路图3.2 主控处理器该模块在系统中的主要作用是控制调节各个模块间的协调工作，采集矩阵键盘的信息，控制应答模块做出动作，并且使显示模块上显示出当前的状态信息。3.2.1 单片机的介绍本设计中采用的是STC89C52单片机，STC89C52是一个低电压，高性能单片机，原件采用高密度、非易失性存储技术生产。其主要性能如下：1. 增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051；2. 工作电压：3.35.5V（5V单片机）；3. 工作频率范围：040MHz，实际工作频率可达48MHz；4. 用户应用程序空间为8Kbit；5. 片上集成512字节，8KB可反复擦写(大于1000次）Flash ROM，2568 bit内部RAM；6. 通用I/O口（32个），复位后为：P0/P1/P2/P3是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻；7. ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0，TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片；8. 具有EEPROM功能；9. 共3个16 bit定时器/计数器,即定时器T0、T1、T2；10. 外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒；11. 通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART；12. 工作温度范围：-40+85（工业级）/075（商业级）；13. PDIP封装。【10】3.2.2 单片机的工作模式功耗1.掉电模式：典型功耗0.1A，可由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行原程序；2.空闲模式：典型功耗2mA；3.正常工作模式：典型功耗47mA；3.2.3 单片机的引脚STC89C52采用40Pin封装的双列直接PDIP结构，下图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8 bit共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。引脚的功能说明如图3.3所示：图3.3 STC89C52的引脚图其中，管脚有XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz晶振。RST/Vpd（9脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40脚）和VSS（20脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0P3为可编程通用I/O脚。其中P0口是一组8 bit双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。本设计中，P0口的P0.0P0.7分别与LCD1602的4引脚到14引脚连接，控制LCD1602的显示。P1是一个带内部上拉电阻的8 bit双向I/O口。本设计中，P1口主要是控制矩阵键盘的，负责矩阵键盘的输入。P2是一个带有内部上拉电阻的8 bit双向I/O口。P3口是一组带有内部上拉电阻的8 bit双向I/O口。3.2.4 单片机的内部结构图示3.4为单片机内部结构图图3.4 STC89C52内部结构图STC89C52单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线。现在我们分别加以说明：（1）中央处理器中央处理器(MCU)是整个单片机的核心部件，是8 bit数据宽度的处理器，能处理8 bit二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。（2）程序存储器(ROM)STC89C52共有512个8 bit Flash ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。（3）数据存储器(RAM)STC89C52内部有256个8 bit用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以用户能使用的RAM只有256个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。（4）并行输入输出(I/O)口STC89C52共有4组8 bit I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。（5）定时/计数器STC89C52有两个16 bit 的可编程定时/计数器，以实现定时或计数，其中中断用于控制程序转向。（6）全双工串行口STC89C52内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。（7）中断系统STC89C52具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。（8）时钟电路STC89C52内置最高频率达90MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但STC89C52单片机需外置振荡电容【12】。如图3.5所示：图3.5 STC89C52的时钟电路（9）复位电路Pin9：RESET/Vpd复位信号复用脚，当STC89C52通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器PC指向0000H，P0P3输出口全部为高电平，堆栈指针写入07H，其它专用寄存器被清“0”。RESET由高电平下降为低电平后，系统即从0000H地址开始执行程序。然而，初始复位不改变RAM（包括工作寄存器R0、R7）的状态。STC89C52的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位，见下图3.6。此外，RESET/Vpd还是一复用脚，Vcc掉电其间，此引脚可接上备用电源，以保证单片机内部RAM的数据不丢失。图3.6 STC89C52复位电路3.3 无线通讯方式硬件设计通讯方式主要是无线部分，本设计选择了nRF24L01无线通讯模块需要一个1.93.6V电源，六根线与单片机I/O口相连即可操作。接收模块和发射模块原理图所示。以下是其参数的介绍。a.模块原理图如图3.7所示.图3.7 nRF24L01模块原理图b.基本参数1. 2.4GHz全球开放ISM频段免许可证使用；2. 最高工作速率2Mbps，高效GFSK调制，抗干扰能力强，特别适合工业控制场合；3. 126频道，满足多点通信和跳频通信需要；4. 内置硬件CRC检错和点对多点通信地址控制；5. 低功耗1.93.6V工作，待机模式下状态为22A；掉电模式下为900nA；6. 内置2.4GHz天线，体积小巧15mm29mm；7. 模块可软件设地址，只有收到本机地址时才会输出数据（提供中断指示)，可直接配合各种单片机使用，软件编程非常方便；8. 内置专门稳压电路，使用各种电源包括DC/DC开关电源均有很好的通信效果；9. 2.54mm间距接口，DIP封装；10.具有可选的内置包应答机制，极大的降低丢包率；11. 与51系列单片机P0口连接时候，需要加10K的上拉电阻，与其余口连接不需要；12. 其他系列的单片机，如果是5V的，请参考该系列单片机I/O口输出电流大小，如果超过10mA，需要串联电阻分压，否则容易烧毁模块！如果是3.3V的，可以直接和nRF24L01模块的I/O口线连接。c.模块结构和引脚说明nRF24L01芯片外形如图3.8所示，模块使用Nordic公司的nRF24L01芯片开发而成。图3.8 nRF24L01芯片外形图引脚及功能：表3.1 nRF24L01芯片引脚及功能引脚名称引脚功能描述1CE数字输入RX或TX模式选择2CSN数字输入SPI片选信号3SCK数字输入SPI时钟4MOSI数字输入从SPI数据输入脚5MISO数字输出从SPI数据输出脚6IRQ数字输出可屏蔽中断脚7VDD电源电源（+3V）8VSS电源接地（0V）9XC2模拟输出晶体震荡器2脚10XC1模拟输入晶体震荡器1脚/外部时钟输入脚11VDD_PA电源输出给RF的功率放大器提供的+1.8V电源12ANT1天线天线接口113ANT2天线天线接口214VSS电源接地（0V）15VDD电源电源（+3V）16IREF模拟输入参考电流17VSS电源接地（0V）18VDD电源电源（+3V）19DVDD电源输出去耦电路电源正极端20VSS电源接地（0V）d.工作方式：nRF24L01可以设置为以下几种主要的模式表3.2 nRF24L01芯片工作模式模式PWR_UPPRIM_RXCEFIFO寄存器状态接收模式111-发送模式101数据在TX FIFO寄存器中发送模式1010停留在发送模式，直至数据发送完待机模式II101TX FIFO为空待机模式I1-0无数据传输掉电模式0-（1）收发模式收发模式有Enhanced ShockBurstTM收发模式、ShockBurstTM收发模式和直接收发模式三种，收发模式由器件配置字决定。本设计使用Enhanced ShockBurstTM收发模式，下面主要对其进行介绍。Enhanced ShockBurstTM收发模式下，使用片内的先入先出堆栈区，数据低速从微控制器送入，但高速(1Mbps)发射，这样可以尽量节能。因此，使用低速的微控制器也能得到很高的射频数据发射速率。与射频协议相关的所有高速信号处理都在片内进行，这种做法有三大好处：尽量节能；低的系统费用(低速微处理器也能进行高速射频发射)；数据在空中停留时间短，抗干扰性高。Enhanced ShockBurstTM技术同时也减小了整个系统的平均工作电流。在Enhanced ShockBur