文 献 综 述

投票显示系统，就是通过无线传输来实现信息的采集和显示，它具有准确、快速、可靠地实现投票信息采集、无线传输及显示功能，给统计赞成的票数的过程带来了很大的方便，操作过程简单、直观，对各种活动的评比都具有重要意义，广泛应用于娱乐场所、市场调研等过程中。

投票的显示结果是娱乐场所、市场调研评比等领域的主要选择参数，对其进行自动、准确的评估具有重要意义。

对于大量的投票群体来说，如果采用人工统计数量，不但要耗费大量的人力，而且，不能够做到及时、准确的统计，特别当投票群体数量庞大时要求精确的数据，可能会造成不必要的结果。对于这样的情况，我们采用无线电子设备实时监控，降低了统计数据消耗的时间，提高了效率，而且操作简单，精度较高，数据传输可靠性高，功耗低，功能易扩展。

本课题设计了基于STC89C52增强型单片机的低功耗无线投票显示系统。该系统包括一个中心站和一个终端，其中终端能够采集投票的数据，通过低功耗的无线射频收发模块向中心站发送数据，将无线收发芯片与单片机系统相结合，采用抗干扰能力强的射频收发芯片实现无线远程通信，并对数据传送进行监控，提高了系统的可靠性。用户还可以通过键盘设定弃权或者赞成，如果赞成则LED灯亮。该低功耗无线投票显示系统期望具有结构简单、应用方便、成本低、工作稳定可靠等特点，同时它具有扩展功能，容易实现多点多参数无线远程数据采集。下面介绍关于此次设计的主要器件。

一、硬件部分

图1所示为该投票显示系统的硬件组成示意图。

图1 投票显示系统的硬件组成示意图

该投票显示系统的总体结构图如图2所示。

图2 投票显示系统的总体结构图

1、器件介绍

（1）单片机

本设计采用PDIP封装的STC89C52芯片为主控制器，该芯片正常工作电压为5V，支持的最高时钟频率为80MHz，Flash程序存储器为8KB,RAM数据存储器为512B,内置看门狗电路，支持ISP/IAP^[6]。本单片机具有以下优点：

lt;1gt;超低功耗。

●掉电模式：典型功耗为0.5uA,可由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行原程序。

●空闲模式：典型功耗为2mA。

●正常工作模式：典型功耗为4mA-7mA。

lt;2gt;超强抗干扰。

●I/O口、电源、时钟、看门狗、复位电路都是经过特殊处理。

●宽电压，不怕电源抖动，工作电压范围为3.4 #8211; 6V。

●高抗静电（高ESD保护），轻松过2000V。

●快速冲干扰。

如图3所示为STC89C52的引脚图。

图3 STC89C52RC的引脚图

（2）无线收发模块

NRF24L01 是 NORDIC 公司最近生产的一款无线通信通信芯片，采用 FSK 调制，内部集成NORDI自己的 Enhanced Short Burst 协议。可以实现点对点或是 1 对 6 的无线通信。无线通信速度可以达到 2M（bps）。NORDIC 公司提供通信模块的 GERBER 文件，可以直接加工生产。嵌入式工程师或是单片机爱好者只需要为单片机系统预留 5 个 GPIO，1 个中断输入引脚，就可以很容易实现无线通信的功能，非常适合用来为 MCU 系统构建无线通信功能。NRF24L01引脚图如图4所示。

图4 NRF24L01引脚图

2、投票无线采集和显示系统的组成

投票无线采集与显示系统包含三个组成部分，发射部分、接收显示部分和控制部分。发射部分采集投票信息，通过无线发送模块将数据信息传送到接收部分；接收部分以显示光柱（用LED表示）形式体现；控制部分控制投票的次数和投票时间，控制部分发出指令后，方可投票，一个投票器只能投票一次，且在一定时间范围内（假设为5s）发出投票有效。操作者可以在固定终端（规定范围内，即不小于500米）进行选择投票，也可以不操作。接收到的投票数据通过固定终端，即LED灯显示。所以我们的设计思想大致可以归结为以下几点：首先，发送端的功能为采集投票信息、处理数据和无线传输，接收端的功能为无线数据接收、处理数据、显示数据，控制端的功能为控制一个终端发送数据的次数和时间。三大部分的大致组成也就是：发送端的组成为键盘、微处理器、无线发射芯片；接收端的组成为无线接收模块、微处理器、显示模块；控制端的组成为控制模块（通过软件程序进行控制）。

3、无线传播模块

系统的主要部分是无线传输部分，它负责信息的传递，实现单片机之间的交流，其功能相当于优先系统中的导线，在这里选用常见的无线传输芯片NRF24L01。它的示意图如图5。

图5 NRF24L01结构图

NRF24L01发送及接收过程：

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。

二、软件部分

本无线投票采集传输系统的软件设计主要包括：芯片的初始化、NRF24L01收发模块的设置、AT89S52的数据处理程序。它有两个板子，隐刺程序的设计需要两个。第一个主要控制投票的次数和投票的时间，第二个主要控制接受信息并通过数码管显示出来。

发送端包含：处理器初始化，NRF24L01初始化、判断NRF24L01是否设置为发射状态，是否数据输入、AT89S52数据处理、数据送至NRF24L01、NRF24L01发送。

发送端的软件流程图如图6所示。

图6 发送端的软件流程图

接收端的软件流程图如图7所示。

图7 接收端的软件流程图

参考文献

[1] 卢超. 粮仓无线温湿度监控系统[J]:计算机系统应用,2011，（9）：161~164,89.

[2] 王建平，焦国太，季伟，韩君. 基于单片机的无线温度数据传输系统设计[J]:机电技术,2011,(8):14~17.

[3]祝志威,蔡乐才.基于无线传感器网络的大棚温度采集存储系统[J]:四川理工学院学报(自然科学版),2011(8):477~479.

[4]刘春红，张漫，张帆，刘刚.基于无线传感器网络的智慧农业信息平台开发[J]:中国农业大学学报,2011,16(5): 151~156.

[5]郭亮.基于Si4432 的无线射频收发系统设计[J]: 单片机与嵌入式系统应用，2009 (10): 38~41.

[6]高仁璟,刘国新,唐祯安.基于Si4432 的无线射频遥控系统设计[J]: 通信技术,2010 (10): 137~139.

[6]http://baike.baidu.com/view/3645540.htm Si4432射频无线芯片参数介绍.

[7]潘永雄.新单片机原理与应用[M].西安电子科技大学出版社.2007-02,19~25,65~66

[8] http://wenku.baidu.com/view/0e6f7f4fe518964bcf847c8a.html 使用nrf24L01C程序源代码.

[9] 陈得民.基于无线传感器网络的粮情监测系统[J]: 粮食加工, 2011(5):67~70.

[10]罗春彬，彭奠，易彬．RFID技术发展与应用[J]．通信技术，2009，42(12)：l12#8212;114．

[11] 万志平.杨亦红.基于PTR8000的无线多点温度采集系统设计.商场现代化.Market Modernization.2009年05期.

[12] 戴佳.51单片机C语言应用程序设计实例精讲[M].北京：电子工业出版社.2006.

[13] 欧阳文.ATMEL89系列单片机的原理与开发实践[M].北京：中国电力出版社.2007.

[14] 史德嘉.基于模块PTR8000的无线数据通信[J];微计算机信息;2008年27期.

[15] 林申茂.8051单片机彻底研究实习篇[M].北京.中国电力出版社.2006:168-185.

本课题主要研究：

完成的基本任务，本毕业设计要求系统分为发射部分、接收显示部分和控制部分。发射部分采集投票信息，通过无线发送模块将数据信息传到接收部分，接收部分以显示光柱（用LED表示）形式体现。操作者可以在键盘投票赞成，也可选择不操作。接收到的投票数据经过LED灯显示。之后便是最重要的无线传输模块，在这期间我考虑了nRF905、NRF24L01无线传输模块和PTR8000模块，因为网上普遍用的是nRF905模块，但是NRF24L01无线传输模块也能很好地完成任务，所以我采用比较少用的NRF24L01，实现发送端与接收端的无线连接与传输。在设计中主要的无线传输模块的应用，一开始的设计原理图是把投票者手中的键盘直接连在微处理器上，但是五百个需要分散很远，且要保证不小于500米，很不实际，所以在解决的时候就要想办法，在传输端就应该应用无线传输模块，这是需要解决的难题，500个投票键盘就需要500个无线传输模块，但只需要一个无线接收模块，同时，如果几个键盘同事发出相同的信息，无线传输模块要有识别的功能，把数据区分开。其次是控制模块的应用，控制部分发出指令后，方可投票，，一个投票器只能投票一次，且在一定时间范围内发出投票有效。解决完这两个难题基本上就完成了本设计的基本任务。

在此基础上我们应该考虑到，本设计的投票显示主要应用于娱乐场所，统计赞成之类的，不仅需要显示，还需要识别作用，因为投票显示系统不可能只是单纯的显示投票对象是否有人赞成，比如在娱乐场所之类，受欢迎的对象会有很多人同时对其投票赞成，所以必须有识别系统，所以我在其中加入识别系统，在几个键盘同时发出相同的投票信息，无线传输模块要有识别的功能，把数据区分开。这里就需要led显示的加入，在后期电路中加入就可以了。

查阅文献资料：

了解无线射频收发系统的工作原理，nRF905、NRF24L01无线传输模块和PTR8000模块，通过查看相关案例，熟悉投票无线传输与显示系统的总体框架。通过自己的理解加入自己想要实现的功能。

最后要进行电路的仿真，用Protel画PCB图，然后制作硬件电路，完成电路调试。