南华大学电气工程学院课程设计（论文）
于购买，因此选择此方案。
1.3.4 显示模块的选择与论证
方案一：采用数码管显示，成本低、亮度高。但本系统所要实现较多的内容，硬 件电路设计会比较复杂，而且功耗大，所以不适合本设计。
方案二：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成，对于显示文字比较适合，如采用在显示数字显得太浪费，且价格也相对较高,所以也不用此种作为显示。
方案三：采用LCD1602液晶屏显示，显示内容较多，方便组合，可视面积大，画面效果好，抗干扰能力强，调用方便简单，而且可以节省软件中断资源。系统中需要显示温度和上限温度等信息，要求显示内容丰富。
比较上述三种方案，方案三电路简单、显示信息量大、能很好的满足题目要求，因此接收机采用方案三，从机采用方案一。
1.3.5 报警模块的选择与论证
方案一：采用555定时器构成蜂鸣器，常用于定时报警，非常实用，其时间可控， 但本设计报警时间是随机的，取决于试验现场的温度，因此不可行。 方案二：采用9102三极管驱动蜂鸣器，当达到温度上下限值，就会给三极管一个高电平驱动蜂鸣器，实现声音报警，并且可以接个发光二级管，同时点亮二极管，实现发光报警。此方案实行起来方便，电路也简单，因此选用此方案。
1.3.6 电路设计方案的最终确定
由以上讨论的各种方案最终得出本次设计的方案为：采用单片机芯片STM32F030C8T6和TM4C123GH6PM作为主控制芯片，DS18B20数字温度传感，NRF24L01作为无线收发模块，LCD1602作为接收机显示模块，数码管作为从机显示模块，采用蜂鸣器声音报警。
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2系统硬件的设计与实现
2.1 接收机硬件设计
2.1.1 TM4C123GH6PM最小系统
单片机我们是用的TI的TM4C123GH6PM，德州仪器Tiva?C系列微控制器
为设计人员提供了高性能ARM?基于-M-的Cortex?架构一套广泛的集成能力和强大的生态系统软件和开发工具。针对性能和灵活性，Tiva?C系列架构提供了一个80 MHz的Cortex-M的与FPU，各种综合内存和多个可编程GPIO。 TIVA?C系列设备为消费者带来引人注目的具有成本效益的解决方案通过集成专用外设，并提供软件的综合库工具，最大限度地降低电路板成本和设计周期时间。提供更快的时间到市场和成本积蓄，Tiva?C系列微控制器是高性能的32位领导的选择应用程序。芯片内部资源如图所示：
表2.1 TM4C123GH6PM内部资源
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TI还提供了这个芯片的评估板，它包含有仿真电路和一个最小系统。为简化电路设计我们的接收机将围绕此评估板展开，此评估板总共引出40个引脚，包括电源接线和通用IO口，实物和引脚排布如图所示：
图2.2 LaunchPad实物图
图 2.3 引脚排布图
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2.1.2 无线接收模块
无线收发我们使用的是
NRF24L01。nRF24L01是由NORDIC生产的工作在
2.4GHz~2.5GHz的ISM 频段的单片无线收发器芯片。无线收发器包括：频率发生器、增强型“SchockBurst”模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器和解调器。输出功率频道选择和协议的设置可以通过SPI 接口进行设置。几乎可以连接到各种单片机芯片，并完成无线数据传送工作。极低的电流消耗：当工作在发射模式下发射功率为0dBm 时电流消耗为11.3mA ，接收模式时为12.3mA，掉电模式和待机模式下电流消耗更低。NRF24L01主要特性有GFSK调制：硬件集成OSI链路层；具有自动应答和自动再发射功能；片内自动生成报头和CRC校验码；数据传输率为l Mb/s或2Mb/s；SPI速率为0 Mb/s～10 Mb/s； 125个频道：与其他NRF24系列射频器件相兼容；QFN20引脚4mm×4mm封装；供电电压为1.9V～3.6V。NRF14L01的封装及引脚排列如图3-5所示 NRF24L01有4种工作模式，我们使用的是标准模式。
表2.2 工作模式表
图2.5 射频模块原理图
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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。 SPI口为同步串行通信接口，最大传输速率为10Mb/s，传输时先传送低位字节，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SPI相关的指令共有8个，使用时这些控制指令由NRF24L01的MOSI输入。相应的状态和数据信息是从MISO输出给MCU。该模块在电路中的接线如图所示：
图2.6 NRF24L01接线图
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