校园智能路灯设计初探.docx

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1、传感器与检测应用设计汇报试验名称：基于NRF24L(H日勺校园智能路灯课程设计一. 设计名称基于NRF24L01的校园智能路灯初步粗略设计方案二.摘要kWh,学校大多用电平局一度电在0.55元左右，因此，每晚一盏路灯所产生日勺电费大概在1. 2-1. 8元左右，大学校园如同一种小都市，每个学校的路灯至少上百盏，路灯的数量有时会到达上千盏甚至更多。这给学校每天的开销带来了 一部分没必要的挥霍。节省校园照明用电消耗成为响应国家对于节能号召的重要措施之一。 一般日勺校园照明系统只是运用一般日勺声控及光控传感器构成开环时 控制系统，其灵活性差，功耗大，不可人为干预。而市场上闭环控制 日勺照明系统投入资

2、金大，稳定性差，无法在校园中得到推广。三.设计目的1 .理解NRF24L01的基本通信原理2 .掌握StnI32f 103芯片日勺AD转换原理3 .纯熟掌握光敏电阻日勺应用4 .将本学年所学知识进行一次综合汇总四.设计原理系统的设计重要有如下四个模块部分：微控制器STM32,光敏电阻模 块，LED照明电路.无线射频模块。其中光敏电阻模块与LED照明电路构成检测照明部分，重要负责检测 外界光的强度，人流高峰期会默认启动一般照明模式，夜间会默认启 动节能模式。微控制器STM32负责搜集采集数据，以及AD转换，通过串口向PC机 发送消息。 无线射频模块负责向主机传递信息，当从机照明电路出现错误时会触

3、 发射频模块发射数据，不一样从机对应不一样数据。发送完毕结束传 播。1 .本设计的设计规定(1) .综合考虑选择是一主多从还是一从多主。(2) .硬件设计上应当考虑到滤波日勺重要性，构造尽量简朴实用，易 于实现，使系统电路尽量简朴。(3) .软件设计必须要有完善的思绪，要充足考虑到多种传感器和无 线收发器日勺时序，做到程序简朴，调试以便。(4) .通过软件设计尽量减少无线数据传播的误码率2 .重要硬件简介(1) . NRF24L01无线模块简介各管脚如下定义：8. IRQ7. MISO6. MOSI5. SCK4. CSN 3. CE2. VCC1.GND详细阐明：3. CE芯片的模式控制线。

4、在CSN为低日勺状况下，CE协同NRF24L01日勺CONFIG寄存器共同决定NRF24L01的状态(参照NRF24L01日勺状态机）。4. CSN为芯片日勺片选线CSN为低电平芯片工作5. SCK 为芯片控制日勺时钟线（SPI时钟）6. MOSI为芯片控制数据线（Master output slave input） 主输出从输入7. MISO 芯片控制数据线 （Master input slave output）主输 入从输出8. IRQ 中断信号引脚。中断时变为低电平，即NRF24L（H内部发生 中断时IRQ引脚从高电平变为低电平。引脚会在如下三种状况变低: Tx FIFO发完并且收到AC

5、K （使能ACK状况下）、Rx FIFO收到数据、 到达最大重发次数。中断：nRF24L01日勺中断引脚（IRQ）为低电平触发，当状态寄存器中TX_DS （数据发送完毕中断位）、RX-DR （接受数据中断位）或MAX_RT （到达最多次重发中断位）为高时触发中断。当MCU给中断源写1，时， 中断引脚被严禁。可屏蔽中断可以被IRQ中断屏蔽。通过设置可屏蔽 中断位为高，则中断响应被严禁。默认状态下所有日勺中断源是被严禁 日勺。系统构造框图如下所示厂STM32微控制器STM32微控制器NRF24L01 通道五.设计原理NRF24L01工作原理发射数据时，首先将nRF24L01配置为发射模式：接着把接

6、受 节点地址TX_ADDR和有效数据TX_PLD按照时序由SPI 口写入nRF 24L01缓存区，TX_PLD必须在CSN为低时持续写入，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10s, 延迟130 s后发射数据；若自动应答启动，那么nRF24L01在发射 数据后立即进入接受模式，接受应答信号（自动应答接受地址应 当与接受节点地址TX_ADDR 一致）。假如收到应答，则认为本次 通信成功，TXDS置高，同步TXPLD从TX FlFO中清除；若未收 到应答，则自动重新发射该数据（自动重发已启动），若重发次数（ARe）到达上限，MAX_RT置高，TX FIFO中数据保留

7、以便在次重发; MAX_RT或TX_DS置高时，使IRQ变低，产生中断，告知MCU。最 终发射成功时，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。接受数据时，首先将RF24L01配置为接受模式，接着延迟130 S进入接受状态等待数据日勺到来。当接受方检测到有效日勺地址 和CRC时，就将数据包存储在RX FlFO中，同步中断标志位RX.DR置高，IRQ变低，产生中断，告知MCU去取数据。若此时自动 应答启动，接受方则同步进入发射状态回传应答信号。最终接受成功时，若CE变低，则nRF24L01进入空

8、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。如下图， 给出SPI操作及时序图:CSN YK jumLmiso图2.4 SPI读操作CSNSCK侬3胆30%0QD0EEEEEE叵M0BH00SPI 口为同步串行通信接口，最大传播速率为10 Mb/s,传播时 先传送低位字节，再传送高位字节。但针对单个字节而言，要先 送高位再送低位。与SPl有关日勺指令共有8个，使用时这些控制 指令由nRF24L01日勺MOSI输入。对应日勺状态和数据信息是从MISO 输出给MCU。nRF24L01所有日勺配置字都由配置寄存器定义，这些配置寄存器 可通过SPI 口访问。nRF24L01日勺配置寄存器共有2

9、5个，常用日勺 配置寄存器如表2所示。表2：常用配置寄存器地址(H)寄存器名称功能00CONFIG设置24LOl工作模式01EN_AA设置接受通道及自动应答02EN_RXADDR使能接受通道地址03SETUP_AW设置地址宽度04SETUP_RETR设置自动重发数据时间和次 数07STATUS状态寄存器，用来鉴定工作 状态0A0 FRX_ADDR_P0P5设置接受通道地址10TX_ADDR设置接受接点地址l6RX_PW_P0P5设置接受通道的有效数据宽 度六.硬件电路图 (1) . NRF24L01 原理图NRFJZS SPI21 MoSl NRFJRQNRF2401NRF2401无线模块接口

10、.光敏电阻模块原理图(3) .硬件电路连接图七.程序源码及分析(1).主机程序主机程序重要实现当三个从机中在时间触发的状况下进行AD采集带电压并且返回给主机，主机进行错误判断一号路灯出现问题时候，主机会通过串口向PC段发送数据，主机端 监视助手会进行判断，对应的对应的灯会出现亮灭以及闪烁状态。以 到达提醒维修人员及时检查维修路灯。程序部分如下所示错误检测NRF RX Mode ();printf (zzReceive modernzz);if (NRF_Rx_Dat(rxbuf) = RX_DR)elsePrintf (接受失败rr);/第一种路灯出现问题if (rxbuf O=JC1 0 M

11、rxbuf 1 =JC1 1 Mrxbuf 2 =JC1 2)bzl=l;USART_SendData(USART1, 0x01);while (USART-GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE)=RESET);delay_ms(10);Printf (“出错请检查路灯rn);memcpy (rxbuf, ，12);printf (zz%drzz, rxbuf 0);printf (zz%drzz, rxbuf 1);printf (zz%drnzz, rxbuf 2);第二个路灯出现问题elseif (rxbuf0=JC20&rxbuf1=JC21&rxb

12、uf2=JC22)bz2=l;USART_SendData(USART1, 0x02);while (USART-GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE)=RESET);delay_ms(10);Printf (“出错请检查路灯rn);memcpy (rxbuf, ，12);printf (zz%drzz, rxbuf 0);printf (zz%drzz, rxbuf 1);printf (zz%drzz, rxbuf 2);/第三个路灯出现问题elseif (rxbuf0=JC30&rxbuf1=JC31&rxbuf2=JC32) bz3=l;USART_

13、SendData (USART1, 0x03);while (USART-GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE)=RESET);delay_ms(10);Printf (“出错请检查路灯rn);memcpy (rxbuf, ，12);printf (zz%drnzz, rxbuf 0);printf (zz%drnzz, rxbuf 1);printf (zz%drzz, rxbuf 2);/路灯一和路灯二出现问题else if (bzlMbz2=l)USART_SendData(USART1, 0x04);while (USART-GetFlagStatu

14、s(USART1, USART_FLAG_TXE)=RESET);delay_ms(10);bzl=O;bz2=0;/路灯二和路灯三出现问题 else if (bz2Mbz3=l)USART_SendData (USART1, 0x05);while (USART-GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE)=RESET);delay_ms(10);bz2=0;bz3=0;/路灯一和路灯三出现问题else if (bzlMbz3=l)USART_SendData(USART1, 0x06);while(USART-GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE)=RESET);delay_ms(10);bzl=O;bz3=0;/路灯一.路灯二.路灯三出现问题else if (bzl&bz2&bz3=l)USART_SendData(USART1, 0x07);while(USART-GetFlagStatus(US