基于89C51和STM32F1实现2.4G无线射频智能家居

桃扇骨 2022-06-14 11:48 214阅读 0赞

前段时间学51单片机的时候做了一个简单的智能家居，实现了三个传感器采集数据，于OLED显示。当时并没有深入的去研究，仅仅是51采集数据显示：[单片机==简易智能家居OLED][OLED]。这次扩展了一下这个项目。

**项目需求：**

采集房间的温度、湿度、光照、烟雾等信息，51采集完数据在OLED上显示，采用2.4G射频模块NRF24L01，将51采集的数据发送给STM32，STM32接收完数据在TFT屏中显示一下。当温度、湿度、烟雾过高时，启动蜂鸣器报警电路。

**项目过程：**

首先这个项目已经在普中开发板上运行过了，详细信息请到前文博客查看：：[单片机==简易智能家居OLED][OLED]。

第一步，制作单片机电路原理图和PCB图：

原理图：

![SouthEast][]

![SouthEast 1][]

![SouthEast 2][]

PCB图：

![SouthEast 3][]

绘制原理图和PCB图是最基础的一步，PCB绘制成功后便开始了PCB板子的制作。本项目采用的是单层板，首先将PCB图用激光打印机打印至热转印纸上，然后将热转印纸和单层铜板贴合，放至热转印机中来回5-6次，取出撕掉热转印纸，将铜板放至腐蚀液中半小时左右，取出，打孔。PCB板便做成功了。

**注意：在制作PCB板时，一开始没有采用镜像打印，导致了后期电路不好焊，又重新做了一个。打印时一点要添加镜像。**

总结：此次PCB图绘制时没有考虑到布局的影响，导致了最终很多器件挤在一起，这是本次的一个大失误。

成品：

![SouthEast 4][]![SouthEast 5][]

51制作完毕后，限于实验条件的影响，STM32的PCB板子不好制作，所以STM32直接在淘宝上买了一个最小系统板使用。

STM32移植了UCOS-III系统，使用TFT屏显示无线接收的数据，按照原计划我本来是想移植STEMWin的GUI来显示，奈何买的STM32最小系统板没有带外部SRAM，所以导致GUI的空间分配不够，最终无奈放弃了。

这里我就分享一下24L01的收发代码吧，其他传感器的程序在上次的博客中说过，就不在讲了。

/********************STC89C51发送数据****************************/
    #ifndef _24L01_H_
    #define _24L01_H_
    
    sbit  MISO = P1^3;
    sbit  MOSI = P1 ^ 4;
    sbit  SCLK1  = P1^5;
    sbit  CE   = P1^7;
    sbit  CSN  = P1^6;
    
    unsigned char code RxAddr[]={'m','n','m','n','i'};
    unsigned char code TxAddr[]={'m','n','m','n','i'};
    
    unsigned char bdata sta;   
    
    sbit RX_DR=sta^6;
    sbit TX_DS=sta^5;
    sbit MAX_RT=sta^4;
    #define TX_ADDR_WITDH 5	
    #define RX_ADDR_WITDH 5
    #define TX_DATA_WITDH 32
    #define RX_DATA_WITDH 32
    #define  R_REGISTER      0x00
    #define  W_REGISTER      0x20
    #define  R_RX_PAYLOAD 	 0x61
    #define  W_TX_PAYLOAD	 0xa0
    #define  FLUSH_TX		 0xe1
    #define  FLUSH_RX		 0xe2
    #define  REUSE_TX_PL     0xe3
    #define  NOP             0xff
    #define  CONFIG          0x00
    #define  EN_AA			 0x01
    #define  EN_RXADDR       0x02
    #define  SETUP_AW        0x03
    #define  SETUP_RETR      0x04
    #define  RF_CH           0x05
    #define  RF_SETUP        0x06
    #define  STATUS          0x07
    #define  OBSERVE_TX      0x08
    #define  CD              0x09
    #define  RX_ADDR_P0      0x0a
    #define  RX_ADDR_P1      0x0b
    #define  RX_ADDR_P2      0x0c
    #define  RX_ADDR_P3      0x0d
    #define  RX_ADDR_P4      0x0e
    #define  RX_ADDR_P5      0x0f
    #define  TX_ADDR         0x10
    #define  RX_PW_P0        0x11
    #define  RX_PW_P1        0x12
    #define  RX_PW_P2        0x13
    #define  RX_PW_P3        0x14
    #define  RX_PW_P4        0x15
    #define  RX_PW_P5        0x16
    #define  FIFO_STATUS     0x17
    
    /**************************************************
    函数：NRFSPI()
    
    描述：
        根据SPI协议，写一字节数据到nRF24L01，同时从nRF24L01
    	读出一字节
    /**************************************************/
    unsigned char NRFSPI(unsigned char date)
    {
        unsigned char i;
       	for(i=0;i<8;i++)          
       	{
    	  if(date&0x80)
    	    MOSI=1;
    	  else
    	    MOSI=0;   
       	  date<<=1;            
       	  SCLK1=1; 
    	  if(MISO)               
       	    date|=0x01;       	
       	  SCLK1=0;            	
       	}
        return(date);           
    }
    
    /**************************************************
    函数：NRFReadReg()
    
    描述：
        从reg寄存器读一字节
    /**************************************************/
    unsigned char NRFReadReg(unsigned char RegAddr)
    {
       unsigned char BackDate;
       CSN=0;
       NRFSPI(RegAddr);
       BackDate=NRFSPI(0x00);
       CSN=1;
       return(BackDate);
    }
    
    /**************************************************
    函数：NRFWriteReg()
    
    描述：
        写数据value到reg寄存器
    /**************************************************/
    unsigned char NRFWriteReg(unsigned char RegAddr,unsigned char date)
    {
       unsigned char BackDate;
       CSN=0;
       BackDate=NRFSPI(RegAddr);
       NRFSPI(date);
       CSN=1;
       return(BackDate);
    }
    
    /**************************************************
    函数：NRFWriteTxDate()
    
    描述：
        把pBuf缓存中的数据写入到nRF24L01，通常用来写入发
    	射通道数据或接收/发送地址
    /**************************************************/
    unsigned char NRFWriteTxDate(unsigned char RegAddr,unsigned char *TxDate,unsigned char DateLen)
    { 
       unsigned char BackDate,i;
       CSN=0;
       BackDate=NRFSPI(RegAddr);
       for(i=0;i<DateLen;i++)
         {
    	    NRFSPI(*TxDate++);
    	 }   
       CSN=1;
       return(BackDate);
    }
    
    /**************************************************
    函数：NRFReadRxDate()
    
    描述：
        从reg寄存器读出bytes个字节，通常用来读取接收通道
    	数据或接收/发送地址
    /**************************************************/
    unsigned char NRFReadRxDate(unsigned char RegAddr,unsigned char *RxDate,unsigned char DateLen)
    { 
        unsigned char BackDate,i;
    	CSN=0;
    	BackDate=NRFSPI(RegAddr);
    	for(i=0;i<DateLen;i++) 
    	  {
    	     RxDate[i]=NRFSPI(0);
    	  } 
        CSN=1;
       return(BackDate); 
    }
    
    /**************************************************
    函数: NRF24L01Int()
    
    描述:
        初始化IO
    /**************************************************/
    void NRF24L01Int()
    {
    	CE=0;    
    	CSN=1;  
    	SCLK1=0;
    	delay_ms(2);
    }
    
    /**************************************************
    函数：NRFSetTxMode()
    
    描述：
        这个函数设置nRF24L01为发送模式，（CE=1持续至少10us），
    	130us后启动发射，数据发送结束后，发送模块自动转入接收
    	模式等待应答信号。
    /**************************************************/
    void NRFSetTxMode()
    {
    	CE=0; 
        NRFWriteTxDate(W_REGISTER+TX_ADDR,TxAddr,TX_ADDR_WITDH);
    	NRFWriteTxDate(W_REGISTER+RX_ADDR_P0,TxAddr,TX_ADDR_WITDH);
    	NRFWriteReg(W_REGISTER+EN_AA,0x01);
    	NRFWriteReg(W_REGISTER+EN_RXADDR,0x01);
    	NRFWriteReg(W_REGISTER+SETUP_RETR,0x1a);
    	NRFWriteReg(W_REGISTER+RF_CH,40);
    	NRFWriteReg(W_REGISTER+RF_SETUP,0x0f);
    	NRFWriteReg(W_REGISTER+CONFIG,0x0e);      
    	CE=1;
    	delay_ms(1);
    }
    
    
    unsigned char NRF_TxData(unsigned char *TxDate)
    {
    	unsigned char sta;
      CE=0; 
      NRFWriteTxDate(W_TX_PAYLOAD,TxDate,TX_DATA_WITDH);
    	CE=1;
    	delay_ms(1);
    	sta = NRFReadReg(STATUS);
    	NRFWriteReg(W_REGISTER+STATUS,sta);
    	if(sta&0x10)
    	{
    		NRFWriteReg(FLUSH_TX,0xff);
    		return 1;
    	}
    	if(sta&0x20)
    		return 0;
    	else
    	    return 0xff;
    }
    
    /**************************************************
    函数：NRFSetRXMode()
    
    描述：
        这个函数设置nRF24L01为接收模式，等待接收发送设备的数据包
    /**************************************************/
    void NRFSetRXMode()
    {
      CE=0;
      NRFWriteTxDate(W_REGISTER+RX_ADDR_P0,TxAddr,TX_ADDR_WITDH);
    	NRFWriteReg(W_REGISTER+EN_AA,0x01);
    	NRFWriteReg(W_REGISTER+EN_RXADDR,0x01);
    	NRFWriteReg(W_REGISTER+RF_CH,40);
    	NRFWriteReg(W_REGISTER+RX_PW_P0,RX_DATA_WITDH);
    	NRFWriteReg(W_REGISTER+RF_SETUP,0x0f);
    	NRFWriteReg(W_REGISTER+CONFIG,0x0f);      
    	CE=1;
    	delay_ms(0);
    }
    
    extern unsigned char ty;
    
    void GetDate(unsigned char *rec_buf)				 
    {
        sta=NRFReadReg(R_REGISTER+STATUS);
    	  RX_DR=(sta&0x40);
    	  ty=RX_DR;
    	  NRFWriteReg(W_REGISTER+STATUS,sta);
        if(RX_DR)				
        {
    			CE=0;
    			NRFReadRxDate(R_RX_PAYLOAD,rec_buf,RX_DATA_WITDH);
    			NRFWriteReg(FLUSH_RX,0xff);
    		  CSN=0;
    		  NRFSPI(FLUSH_RX);
    		  CSN=1;		
    		}			
    } 
    #endif

/**********************STM32F103ZET6接收数据******************************/
    #ifndef _24L01_H_
    #define _24L01_H_
    
    #include  <stm32f10x.h>
    #include "delay.h"
    #define  MISOIN    GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_6)
    
    
    #define  SCK_1     GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_5)
    #define  SCK_0     GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_5)
    
    #define  MOSI_1    GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_7)
    #define  MOSI_0    GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_7)
    
    #define  CSN_1     GPIO_SetBits(GPIOC,GPIO_Pin_4)
    #define  CSN_0     GPIO_ResetBits(GPIOC,GPIO_Pin_4)
    
    #define  CE_1      GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_4)
    #define  CE_0      GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_4)
    
    
    
    unsigned char  RxAddr[]={'m','n','m','n','i'};
    unsigned char  TxAddr[]={'m','n','m','n','i'};
    
    unsigned char  sta;   
    
    u8 RX_DR;
    #define TX_DS  sta&(1<<5)
    #define MAX_RT sta&(1<<4)
    
    #define TX_ADDR_WITDH 5	
    #define RX_ADDR_WITDH 5
    #define TX_DATA_WITDH 32
    #define RX_DATA_WITDH 32
    #define  R_REGISTER      0x00
    #define  W_REGISTER      0x20
    #define  R_RX_PAYLOAD 	 0x61
    #define  W_TX_PAYLOAD	 0xa0
    #define  FLUSH_TX		 0xe1
    #define  FLUSH_RX		 0xe2
    #define  REUSE_TX_PL     0xe3
    #define  NOP             0xff
    #define  CONFIG          0x00
    #define  EN_AA			     0x01
    #define  EN_RXADDR       0x02
    #define  SETUP_AW        0x03
    #define  SETUP_RETR      0x04
    #define  RF_CH           0x05
    #define  RF_SETUP        0x06
    #define  STATUS          0x07
    #define  OBSERVE_TX      0x08
    #define  CD              0x09
    #define  RX_ADDR_P0      0x0a
    #define  RX_ADDR_P1      0x0b
    #define  RX_ADDR_P2      0x0c
    #define  RX_ADDR_P3      0x0d
    #define  RX_ADDR_P4      0x0e
    #define  RX_ADDR_P5      0x0f
    #define  TX_ADDR         0x10
    #define  RX_PW_P0        0x11
    #define  RX_PW_P1        0x12
    #define  RX_PW_P2        0x13
    #define  RX_PW_P3        0x14
    #define  RX_PW_P4        0x15
    #define  RX_PW_P5        0x16
    #define  FIFO_STATUS     0x17
    void _NOP_()
    {
    	int i;
    	i++;i--;
    }
    void NRF24L01Int(void)
    {
    	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);
    	
    	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_7|GPIO_Pin_11;//ce  pb13   csn  pb12   sck   pb10    mosi  pb11   miso  pb9
    	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; 		 //推挽输出
      GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;		 //IO口速度为50MHz
    	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    	
      GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
      GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
      GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    	
    	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;
      GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
      GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    	GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
    	
    	CE_0;    
    	CSN_1;  
    	SCK_0;
    	delay_ms(2);
    }
    unsigned char NRFSPI(unsigned char date)
    {
        unsigned char i;
       	for(i=0;i<8;i++)          
       	{
    			_NOP_();
    			if(date&0x80)
    				MOSI_1;
    			else
    				MOSI_0;  		
    				date<<=1; 
          _NOP_();			
    				SCK_1;
          _NOP_();				
    			if(MISOIN)               
    					date|=0x01;       	
    				SCK_0;  		
       	}
        return(date);           
    }
    
    unsigned char NRFReadReg(unsigned char RegAddr)
    {
       unsigned char BackDate;
       CSN_0;
       NRFSPI(RegAddr);
       BackDate=NRFSPI(0x00);
       CSN_1;
       return(BackDate);
    }
    
    unsigned char NRFWriteReg(unsigned char RegAddr,unsigned char date)
    {
       unsigned char BackDate;
       CSN_0;
       BackDate=NRFSPI(RegAddr);
       NRFSPI(date);
       CSN_1;
       return(BackDate);
    }
    unsigned char NRFWriteTxDate(unsigned char RegAddr,unsigned char *TxDate,unsigned char DateLen)
    { 
       unsigned char BackDate,i;
       CSN_0;
       BackDate=NRFSPI(RegAddr);
       for(i=0;i<DateLen;i++)
         {
    	    NRFSPI(*TxDate++);
    	 }   
       CSN_1;
       return(BackDate);
    }
    unsigned char NRFReadRxDate(unsigned char RegAddr,unsigned char *RxDate,unsigned char DateLen)
    {  
      unsigned char BackDate,i;
      CSN_0;
      BackDate=NRFSPI(RegAddr);
      for(i=0;i<DateLen;i++) 
      {
        RxDate[i]=NRFSPI(0);
      } 
       CSN_1;
       return(BackDate); 
    }
    u8 NRFGetDate(unsigned char *rec_buf)				 
    {
    	sta=NRFReadReg(R_REGISTER+STATUS);
    	RX_DR=(sta&0x40);
    	NRFWriteReg(W_REGISTER+STATUS,sta);
    	delay_ms(100);
    	if(RX_DR)				
    	{
    		CE_0;
    		NRFReadRxDate(R_RX_PAYLOAD,rec_buf,RX_DATA_WITDH); 
    		NRFWriteReg(FLUSH_RX,0xff);
    		CSN_0;
    		NRFSPI(FLUSH_RX); 
    		CSN_1;	
    		return 1;	
    	 }
    	return 0;
    } 
    void NRFSetRXMode(void)
    {
      CE_0;
      NRFWriteTxDate(W_REGISTER+RX_ADDR_P0,TxAddr,TX_ADDR_WITDH);
    	NRFWriteReg(W_REGISTER+EN_AA,0x01);
    	NRFWriteReg(W_REGISTER+EN_RXADDR,0x01);
    	NRFWriteReg(W_REGISTER+RF_CH,40);
    	NRFWriteReg(W_REGISTER+RX_PW_P0,RX_DATA_WITDH);
    	NRFWriteReg(W_REGISTER+RF_SETUP,0x0f);
    	NRFWriteReg(W_REGISTER+CONFIG,0x0f);      
    	CE_1;
    	delay_us(50);
    }
    
    #endif

效果图：

![SouthEast 6][]![SouthEast 7][]![SouthEast 8][]

[keil工程分享51][keil_51]

[keil工程分享32][keil_32]

[OLED]: http://blog.csdn.net/hjf161105/article/details/71056179
[SouthEast]: /images/20220614/fb83594dc7574a369cfb40da7fe0a002.png
[SouthEast 1]: /images/20220614/9fc7885949484380b8df8f910773285c.png
[SouthEast 2]: /images/20220614/af227c0998ea46d7bcf0eef479ad5d70.png
[SouthEast 3]: /images/20220614/0f415b519b6a4355ae1a3129b4d9e762.png
[SouthEast 4]: https://img-blog.csdn.net/20170619232618441?watermark/2/text/aHR0cDovL2Jsb2cuY3Nkbi5uZXQvaGpmMTYxMTA1/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/gravity/SouthEast
[SouthEast 5]: /images/20220614/d1641f2b6bdd459090e99596efbb2b5b.png
[SouthEast 6]: https://img-blog.csdn.net/20170620000127440?watermark/2/text/aHR0cDovL2Jsb2cuY3Nkbi5uZXQvaGpmMTYxMTA1/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/gravity/SouthEast
[SouthEast 7]: https://img-blog.csdn.net/20170620000135472?watermark/2/text/aHR0cDovL2Jsb2cuY3Nkbi5uZXQvaGpmMTYxMTA1/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/gravity/SouthEast
[SouthEast 8]: /images/20220614/57ec7eaa02854158af2f7cd112ee1a34.png
[keil_51]: http://pan.baidu.com/s/1hs66T5y
[keil_32]: http://pan.baidu.com/s/1miohQ2W