【正文】 基于NRF905的無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)畢業(yè)論文目錄摘要 IAbstract II第一章 緒論 1 選課的背景和意義 1 論文研究的主要內(nèi)容和方法 2 主要內(nèi)容 2 研究方法 3 論文結(jié)構(gòu) 3第二章 主要器件與模塊介紹 5 溫度采集芯片 DS18B20 5 DS18B20介紹 5 電路原理圖及器件外觀 6 工作原理： 7 控制芯片STC89C52RC 8 芯片介紹 8 工作原理及功能實(shí)現(xiàn) 8 功能實(shí)現(xiàn) 11 無(wú)線收發(fā)模塊 11 NRF905介紹 12 NRF905工作模式 14 功能實(shí)現(xiàn)方式及原理圖 16 16第3章 無(wú)線測(cè)溫硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 18 各模塊功能實(shí)現(xiàn)過(guò)程及原理圖 18 單片機(jī)STC89C52 主控模塊 18 溫度信號(hào)采集模塊 19無(wú)線傳輸發(fā)送端 19 顯示模塊 19 系統(tǒng)總體電路圖 19 本章小結(jié) 20第4章 無(wú)線測(cè)溫軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21 21 底層驅(qū)動(dòng)層 21 界面層 21 應(yīng)用層 21 22 LED驅(qū)動(dòng)子程序設(shè)計(jì) 23 DS18B20溫度采集子程序設(shè)計(jì) 23 STC89C52RC 單片機(jī)主程序設(shè)計(jì) 24 本章小結(jié) 25第5章 調(diào)試與總結(jié) 26致謝 27參考文獻(xiàn) 28附錄 29II第一章 緒論 選課的背景和意義 在工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)，常常需要采集大量的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，如電壓、電流、溫度、濕度、氣壓等，溫度是一個(gè)非常重要的物理量，因?yàn)樗苯佑绊懭紵?、化學(xué)反應(yīng)、發(fā)酵、烘烤、煅燒、蒸餾、濃度、擠壓成形、結(jié)晶以及空氣流動(dòng)等物理和化學(xué)過(guò)程。溫度控制失誤就可能引起生產(chǎn)安全、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品產(chǎn)量等一系列問(wèn)題，因此對(duì)溫度的檢測(cè)的意義就越來(lái)越大。溫度采集控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和人們的生活領(lǐng)域中，得到了廣泛應(yīng)用，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，很多時(shí)候都需要對(duì)溫度進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控，以使得生產(chǎn)能夠順利的進(jìn)行，產(chǎn)品的質(zhì)量才能夠得到充分的保證。溫度作為一項(xiàng)工業(yè)常用測(cè)量對(duì)象，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和過(guò)程控制中具有至關(guān)重要的作用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,要求溫度測(cè)量的范圍向深度和廣度擴(kuò)展,不但要求有足夠的精度滿足工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的要求,而且還要求有廣泛的測(cè)溫范圍。在許多測(cè)控現(xiàn)場(chǎng)，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸都是通過(guò)有線電纜實(shí)現(xiàn)的。隨著射頻、集成電路技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線通信功能的實(shí)現(xiàn)更容易，數(shù)據(jù)傳輸速率更快，抗干擾能力更強(qiáng)，因此，許多應(yīng)用采用了無(wú)線傳輸技術(shù)。無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸與有線數(shù)據(jù)傳輸相比，有諸多優(yōu)點(diǎn)：一是成本低，省去大量布線；二是建網(wǎng)快捷，只需在每個(gè)終端連接無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊和架設(shè)適當(dāng)高度天線；三是適應(yīng)性好，可應(yīng)用于某些特殊環(huán)境；四是擴(kuò)展性好，只需將設(shè)備與無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊相連接。因此，無(wú)線傳輸是一種有效數(shù)據(jù)傳輸方式。所以使用無(wú)線傳輸?shù)母呔葴y(cè)溫系統(tǒng)可以對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的溫度進(jìn)行無(wú)線傳輸并且能夠進(jìn)行使操作員可以遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)了解被測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的溫度變化情況,保證生產(chǎn)的自動(dòng)化、智能化能夠順利、安全進(jìn)行，從而提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。（1）多路復(fù)用(OFDM)調(diào)制技術(shù)，速率達(dá)54Mbit/s，。(2)Zigbee技術(shù)ZigBee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無(wú)線通訊技術(shù)。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。Zigbee技術(shù)是隨著工業(yè)自動(dòng)化對(duì)于無(wú)線通信和數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蠖a(chǎn)生的，它是一個(gè)由可多到65000個(gè)無(wú)線數(shù)傳模塊組成的一個(gè)無(wú)線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，十分類(lèi)似現(xiàn)有的移動(dòng)通信的CDMA網(wǎng)或GSM網(wǎng)，每一個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊類(lèi)似移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)基站，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，它們之間可以進(jìn)行相互通信。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的距離可以從標(biāo)準(zhǔn)的75米，到擴(kuò)展后的幾百米，甚至幾公里。另外整個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)還可以與現(xiàn)有的其它的各種網(wǎng)絡(luò)連接。Zigbee技術(shù)的目標(biāo)就是針對(duì)工業(yè)，家庭自動(dòng)化，遙測(cè)遙控，汽車(chē)自動(dòng)化、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化和醫(yī)療護(hù)理等，例如燈光自動(dòng)化控制，傳 感 器 的 無(wú) 線 數(shù) 據(jù)采 集 和監(jiān) 控，油 田，電 力，礦山和物流管理等應(yīng)用領(lǐng)域。另外它還可以對(duì)局部區(qū)域內(nèi)移動(dòng)目標(biāo)例如城市中的車(chē)輛進(jìn)行定位。Zigbee技術(shù)和RFID技術(shù)在2004，市場(chǎng)前景最廣闊的十大最新技術(shù)中的兩個(gè)。2009年開(kāi)始，zigbee采用了IETF的6Lowpan標(biāo)準(zhǔn)作為新一代智能電網(wǎng)SmartEnergy（SEP）的標(biāo)準(zhǔn)，致力于形成全球統(tǒng)一的易于與互聯(lián)網(wǎng)集成的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)端到端的網(wǎng)絡(luò)通信。隨著美國(guó)及全球網(wǎng)的大規(guī)模建設(shè)和應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)感知層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)將逐漸由zigbee技術(shù)向IPv66Lowpan標(biāo)準(zhǔn)過(guò)渡。(3)無(wú)線單片技術(shù)無(wú)線單片技術(shù)是將成熟的單片機(jī)技術(shù)與無(wú)線技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。 嵌入了高性能單片機(jī)內(nèi)核的高速、體積小、功耗少、外圍元件少的低成本單片射頻收發(fā)芯片，即將單片機(jī)和射頻收發(fā)器集成在一體。該芯片外設(shè)少、成本低、干擾少、功耗低，保證了產(chǎn)品的技術(shù)穩(wěn)定性。與藍(lán)牙和Zigbee技術(shù)相比，無(wú)線單片技術(shù)沒(méi)有復(fù)雜的通信協(xié)議，完全對(duì)用戶透明，同種產(chǎn)品之間可以自由通信，成本低。它可應(yīng)用在:無(wú)線數(shù)據(jù)通訊、報(bào)警和安全系統(tǒng)、自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)、家庭自動(dòng)化控制、遙控裝置、監(jiān)測(cè)、車(chē)輛安全系統(tǒng)、工業(yè)控制和無(wú)線通訊電信終端。通過(guò)以上幾種無(wú)線技術(shù)的介紹，從系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、傳輸速率，確定該系統(tǒng)部分電路設(shè)計(jì)使用無(wú)線收發(fā)芯片。無(wú)線單片芯片的可靠性高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)，通訊協(xié)議簡(jiǎn)單透明，技術(shù)成熟。使用該種方案無(wú)線通信接口與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)接口電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。無(wú)線收發(fā)芯片的種類(lèi)和數(shù)量比較多，在設(shè)計(jì)中選擇合適芯片可以提高產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、節(jié)約成本。 論文研究的主要內(nèi)容和方法 主要內(nèi)容 本課題主要是進(jìn)行基于無(wú)線傳輸模塊的溫度測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，測(cè)溫系統(tǒng)由溫度信號(hào)采集與顯示模塊、單片機(jī)控制單元、無(wú)線傳輸模塊四部分組成。本課題將傳感器技術(shù)、新興的無(wú)線通信技術(shù)和遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)相結(jié)合，力圖通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o(wú)線化來(lái)達(dá)到智能家居、工業(yè)控制等領(lǐng)域中布線不便時(shí)對(duì)室內(nèi)生活環(huán)境、工業(yè)測(cè)控現(xiàn)場(chǎng)指標(biāo)數(shù)據(jù)的采集。 本課題提出了一種有效的數(shù)據(jù)采集分析方案，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于無(wú)線射頻傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采集系統(tǒng)。本系統(tǒng)基于無(wú)線射頻收發(fā)模塊NRF905跟STC89C52RC單片機(jī)為核心，以低功耗和模塊化為設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)出具有體積小，功耗低，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可靠及成本低的無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)，由以下四個(gè)方面依次完成： (1) 針對(duì)實(shí)際應(yīng)用需求設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體方案，完成了溫度數(shù)據(jù)采集和處理、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 (2) 以低功耗和模塊化為選擇元器件的原則，選取了合適的溫度傳感器、單片機(jī)、無(wú)線收發(fā)模塊。 (3) 設(shè)計(jì)無(wú)線收發(fā)方案，并通過(guò)軟件控制元器件工作模式等方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的低功耗設(shè)計(jì)。(4) 完成無(wú)線數(shù)據(jù)采集的硬件電路設(shè)計(jì)及相關(guān)的開(kāi)發(fā)和調(diào)試。主要包括傳感器接口電路設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)采集與處理相關(guān)程序設(shè)計(jì)、無(wú)線射頻模塊的接口設(shè)計(jì)。本課題旨在通過(guò)軟、硬件的有機(jī)結(jié)合，以硬件為基礎(chǔ)，進(jìn)行各功能模塊的編寫(xiě)。對(duì)系統(tǒng)硬件的工作原理進(jìn)行了分析描述，并進(jìn)行系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。具體實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示、STC89C52RC及NRF905等器件外接電路接口的軟、硬件調(diào)試。學(xué)習(xí)掌握單片機(jī)原理、應(yīng)用，用C51語(yǔ)言對(duì)單片機(jī)編程；了解NRF905和溫度傳感器DS18B20的工作原理及應(yīng)用；各硬件模塊的連接和數(shù)據(jù)通信；掌握各模塊的編程驅(qū)動(dòng)，尤其是兩個(gè)單片機(jī)模塊的編程 研究方法本系統(tǒng)是通過(guò)單片機(jī)控制無(wú)線傳輸來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度數(shù)據(jù)的接收,利用可視化編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，以STC89C52RC單片機(jī)為控制單元，DS18B20為溫度采集模塊，NRF905無(wú)線傳輸模塊為溫度數(shù)據(jù)發(fā)送單元，實(shí)現(xiàn)溫度的采集、發(fā)送、顯示、控制，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度的遠(yuǎn)程傳輸與監(jiān)控。基于無(wú)線收發(fā)芯片NRF905的溫度測(cè)量系統(tǒng)主要由四個(gè)模塊構(gòu)成，分別為溫度采集模塊、無(wú)線收發(fā)模塊、單片機(jī)控制模塊以及數(shù)碼管顯示模塊。通過(guò)軟、硬件的有機(jī)結(jié)合，以硬件為基礎(chǔ)，進(jìn)行各功能模塊的編寫(xiě)。對(duì)系統(tǒng)硬件的工作原理進(jìn)行了分析描述，并進(jìn)行系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。具體實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示、STC89C52RC及NRF905等器件外接電路接口的軟、硬件調(diào)試。 論文結(jié)構(gòu) 論文共有五章，分別對(duì)無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的介紹。第一章緒論。第二章是對(duì)無(wú)線通信的開(kāi)發(fā)介紹及對(duì)無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)主要器件的介紹，首先介紹了單總線技術(shù)，重點(diǎn)介紹數(shù)字溫度傳感器DS18B20，對(duì)它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理、工作過(guò)程等做重點(diǎn)描述，隨后詳細(xì)介紹了本系統(tǒng)的所使用的無(wú)線收發(fā)芯片NRF905。第三章是對(duì)無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)的硬件方案設(shè)計(jì)及功能描述，包括溫度信號(hào)采集與顯示模塊、單片機(jī)、無(wú)線傳輸發(fā)送模塊、無(wú)線傳輸接收模塊等下位機(jī)的具體功能。第四章介紹介紹了本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，介紹了無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)的整體軟件框圖，詳細(xì)介紹了數(shù)據(jù)采集和無(wú)線收發(fā)流程及程序。第五章為系統(tǒng)調(diào)試，總結(jié)與展望。第二章 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 溫度采集芯片 DS18B20 DS18B20介紹 DS18B20是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司繼DS1820之后最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，他能夠直接讀出被測(cè)溫度并且 可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。 ms和750 ms內(nèi)完成9位和12位的數(shù)字量，并且從DS18B20讀出的信息或?qū)懭隓S18B20的信息僅需要一根口線（單線接口）讀寫(xiě),溫度變換功率來(lái)源于數(shù)據(jù)總 線，總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電，而無(wú)需額外電源。DS1820提供九位溫度讀數(shù)，構(gòu)成多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)而無(wú)需任何外圍硬件。因而使用DS18B20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡(jiǎn)單，可靠性更高。他在測(cè)溫精度、轉(zhuǎn)換時(shí)間、 傳輸距離、分辨率等方面較DS1820有了很大的改進(jìn)，給用戶帶來(lái)了更方便的使用和更令人滿意的效果。有如下特點(diǎn)： (1）獨(dú)特的單線接口方式：DS18B20與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。 （2）在使用中不需要任何外圍元件。 （3）可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍： ～ V。 （4）測(cè)溫范圍：55℃～125 ℃。 ℃。 （5）通過(guò)編程可實(shí)現(xiàn)912位的數(shù)字讀數(shù)方式。 （6）用戶可自設(shè)定非易失性的報(bào)警上下限值。 （7）支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。　 （8）負(fù)壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 電路原理圖及器件外觀 圖1 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖2 DS18B20實(shí)物外觀及引腳 工作原理 （1）理論測(cè)溫過(guò)程：DS1820 依靠一個(gè)單線端口通訊。在單線端口條件下，必須先建立ROM 操作協(xié)議，才能進(jìn)行存儲(chǔ)器和控制操作。因此，控制器必須首先提供下面5 個(gè)ROM 操作命令之一：1）讀ROM，2）匹配ROM，3）搜索ROM，4）跳過(guò)ROM，5）報(bào)警搜索。這些命令對(duì)每個(gè)器件的激光ROM 部分進(jìn)行操作，在單線總線上掛有多個(gè)器件時(shí)，可以區(qū)分出單個(gè)器件，同時(shí)可以向總線控制器指明有多少器件或是什么型號(hào)的器件。成功執(zhí)行完一條ROM 操作序列后，即可進(jìn)行存儲(chǔ)器和控制操作，控制器可以提供6 條存儲(chǔ)器和控制操作指令中的任一條。一條控制操作命令指示 DS1820 完成一次溫度測(cè)量。測(cè)量結(jié)果放在DS1820 的暫存器里，用一條讀暫存器內(nèi)容的存儲(chǔ)器操作命令可以把暫存器中數(shù)據(jù)讀出。溫度報(bào)警觸發(fā)器TH 和TL 各由一個(gè)EEPROM 字節(jié)構(gòu)成。如果沒(méi)有對(duì)DS1820 使用報(bào)警搜索命令，這些寄存器可以做為一般用途的用戶存儲(chǔ)器使用?？梢杂靡粭l存儲(chǔ)器操作命令對(duì)TH 和TL 進(jìn)行寫(xiě)入，對(duì)這些寄存器的讀出需要通過(guò)暫存器。所有數(shù)據(jù)都是以最低有效位在前的方式進(jìn)行讀寫(xiě)。用一個(gè)高溫度系數(shù)的振蕩器確定一個(gè)門(mén)周期，內(nèi)部計(jì)數(shù)器在這個(gè)門(mén)周期內(nèi)對(duì)一個(gè)低溫度系數(shù)的振蕩器的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)來(lái)得到溫度值。計(jì)數(shù)器被預(yù)置到對(duì)應(yīng)于55℃的一個(gè)值。如果計(jì)數(shù)器在門(mén)周期結(jié)束前到達(dá)0，則溫度寄存器（同樣被預(yù)置到55℃）的值增加，表明所測(cè)溫度大于55℃。同時(shí)，計(jì)數(shù)器被復(fù)位到一個(gè)值，這個(gè)值由斜坡式累加器電路確定，斜坡式累加器電路用來(lái)補(bǔ)償感溫振蕩器的拋物線特性。然后計(jì)數(shù)器又開(kāi)始計(jì)數(shù)直到0，如果門(mén)周期仍未結(jié)束，將重復(fù)這一過(guò)程。 （2） 測(cè)溫操作過(guò)程：初始化單總線上所有DS18B20。如果還沒(méi)有獲得特定DS18B20的ID號(hào)，先只接一個(gè)DS18B20，發(fā)送讀序列號(hào)命令(0X33H)，然后讀取DS18B20回的該芯片自身的ID號(hào)，將讀出的多個(gè)DS18B20芯片的ID號(hào)順序保存到單片機(jī)EEPROM的指定位置。當(dāng)單總線上接多個(gè)DS18B20時(shí)，用各個(gè)芯片的ID號(hào)選中特定的芯片進(jìn)行操作。如果己經(jīng)獲得ID號(hào)，則先發(fā)送尋求匹配命令(0X55H)，發(fā)送ID號(hào)，選中特定的DS18B20。發(fā)送命令設(shè)置DS18B20的工作模式，命令字(0X4EH)，然后寫(xiě)入3個(gè)字節(jié)：溫度上限、溫度下限模式、設(shè)置字節(jié)(R1，R0)分別在該字節(jié)的5位和6位，第7位為0，其他位為1。自動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換，命令字(0X44H)。等待轉(zhuǎn)換結(jié)束，分辨率不同時(shí)，該等待時(shí)間也應(yīng)不同。讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，發(fā)送命令字(0XBEH)，然后讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。為了保證讀出的數(shù)據(jù)正確，一般情況要讀出DSI8B20的RAM的9個(gè)字節(jié)，并校驗(yàn)讀出的數(shù)據(jù)是否正確。如果校驗(yàn)正確，將讀出的前2個(gè)字節(jié)轉(zhuǎn)換成10進(jìn)制的溫度值。DS18B20為用戶提供了5個(gè)ROM命令和6個(gè)存儲(chǔ)器命令，而具體命令信息的傳送，則主要通過(guò)初始化時(shí)序、讀時(shí)序、寫(xiě)時(shí)序三個(gè)基