【正文】 基于NRF905無線收發(fā)芯片溫度監(jiān)測無線通信系統(tǒng)的設(shè)計設(shè)計與總結(jié)報告目錄摘要 31方案論證與比較 3 4 4 5 52硬件電路設(shè)計 5 5 5 6 6 7 SPI接口設(shè)計 8 工作模式 9 工作電源 9 NRF905無線收發(fā)工作參數(shù) 10 11 113軟件設(shè)計 11 11（發(fā)射端） 11（接收端） 13 144系統(tǒng)測試 15 15 15（LCD1602）測試及數(shù)據(jù) 15 16 16 175總結(jié) 17附錄 18計算機監(jiān)控軟件使用說明： 18被檢測端（發(fā)射端）主程序： 18檢測端（接收端）主程序： 21計算機監(jiān)控軟件主程序： 24基于NRF905無線收發(fā)芯片溫度監(jiān)測無線通信系統(tǒng)的設(shè)計摘要本系統(tǒng)采用NRF905無線收發(fā)模塊實現(xiàn)了被監(jiān)測端（發(fā)射端）至監(jiān)測端（接收端）的單工數(shù)據(jù)傳輸。被監(jiān)測端以單片機AT89S51為核心，使用DS18B20溫度傳感器進行數(shù)據(jù)的采集。AT89S51對采集到的溫度進行處理，然后通過NRF905把溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)測端。監(jiān)測端采用NRF905內(nèi)置的CRC檢測，從而保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。通過LCD1602液晶顯示器來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示；通過MAX232芯片實現(xiàn)與上位計算機通信的功能；可以同時放置若干個監(jiān)測端（接收端）從而實現(xiàn)多點監(jiān)測。1方案論證與比較針對題目要求，經(jīng)過分析，系統(tǒng)主要包括溫度傳感器、無線收發(fā)模塊、單片機控制模塊、顯示模塊及上位計算機通信模塊。系統(tǒng)采用軟件工程的UML建模語言進行建模，： “操作人員”給“控制器”上電，“控制器1”以串口方式讀取“溫度采集”模塊的數(shù)據(jù)，經(jīng)“控制器1”處理，處理后的溫度數(shù)據(jù)傳輸給“本地顯示”模塊以進行顯示，最后在通過“無線發(fā)射”模塊把溫度數(shù)據(jù)發(fā)送出去?！盁o線接收”模塊接收到溫度數(shù)據(jù)后傳輸“控制器2”，“控制器2”進行數(shù)據(jù)處理，處理后的溫度數(shù)據(jù)傳輸給“本地顯示”模塊以進行顯示，然后再通過串口通信，把溫度數(shù)據(jù)傳輸給上位計算機的“PC溫度監(jiān)控”模塊，計算機內(nèi)部處理后顯示在計算機屏幕上，以便“監(jiān)控人員”進行監(jiān)控。 溫度采集模塊是系統(tǒng)設(shè)計的重點之一，直接影響整個系統(tǒng)對環(huán)境溫度變化的反應(yīng)速度、采集準(zhǔn)確度以及精度等指標(biāo)?！痉桨敢弧坎捎脭?shù)字溫度傳感器DS18B20，具有連接簡單、采集速度快、精度高等特點。它采用單線總線與單片機相連（和地線），這允許在許多不同地方放置溫度傳感器。它可在1秒內(nèi)把溫度變換為數(shù)字，采集速度較快能及時反應(yīng)溫度的變化。最高12位溫度讀數(shù)，溫度采集范圍55～125攝氏度，在很多場合下都能使用，并且價格低，很容易買到?！痉桨付坎捎媚M傳感器。雖然它能及時的反應(yīng)出溫度變化，但是它的精度較低，并且還要使用A/D轉(zhuǎn)換器，這樣增加了成本和控制的難度，所以采用方案一。 顯示部分能在本地及時的顯示出當(dāng)前的溫度，方便操作人員了解本地的溫度。【方案一】采用LCD液晶顯示屏，它是以若干個5 X 10點陣塊組成，能顯示英文字符和數(shù)字。具有低功耗、長壽命、高可靠性、清晰、體積小等特點。【方案二】采用LED八段顯示器。雖然LED具有原理簡單、顯示快速等特點。但是它不能顯示英文字符，如果使用鎖存方式顯示，增加了電路難度。不使用鎖存方式則增加了控制的難度。所以采用方案一。 無線接收發(fā)射是系統(tǒng)設(shè)計的重點之一，它是連接監(jiān)測端和被監(jiān)測端的橋梁。無線模塊對環(huán)境比較敏感，同時，無線模塊的功耗、傳輸距離也是影響系統(tǒng)可用度的一個因素。所以必須選用能自己檢測傳輸錯誤，并且功耗較小、傳輸距離長的無線模塊?！痉桨敢弧坎捎肗RF905無線收發(fā)芯片。具有體積小、功耗低、發(fā)射電流小、抗干擾能力強、發(fā)射速率高等特點，同時自帶CRC檢測，傳輸距離可達300M。【方案二】采用PTR2000進行溫度的發(fā)送和接收，該方案具有模塊體積超小型，超低功耗，高速率，抗干擾能力強，開闊地時的使用距離最遠可達1000米，但接收到發(fā)射的轉(zhuǎn)換時間較長，不能及時傳輸時空變化的溫度，所以采用方案一。 【方案一】采用MAX232串口通信芯片。具有電路簡單、編程容易等特點，并且價格便宜，容易買到?！痉桨付坎捎肬SB通信。采用此方案技術(shù)難度較大，編程困難。所以采用方案一。綜上所述，總體方案是：控制部分采用通用的AT89S51芯片，溫度采集使用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，本地顯示采用點陣液晶屏，無線收發(fā)采用NRF905芯片，采用MAX232串口方式與上位計算機通信。2硬件電路設(shè)計系統(tǒng)在被監(jiān)測端（發(fā)射端）采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20實現(xiàn)溫度的采集，DS18B20才用單總線接口，只占用單片機的一個端口。DS18B20可以采用數(shù)據(jù)線供電的方式，但是為了采集速度更快，我們使用外部供電方式。其測量范圍從－55攝氏度到＋125攝氏度，能滿足一般民用需求。： 工作原理：首先單片機初始化DS18B20，然后發(fā)送啟動溫度轉(zhuǎn)換命令，然后再發(fā)送準(zhǔn)備讀取溫度命令，最后讀取2字節(jié)的溫度數(shù)據(jù)。具體步驟如下：單片機給DS18B20一個初始化命令，然后發(fā)送0xcc命令跳過讀序列號，發(fā)送0x44命令以啟動溫度轉(zhuǎn)換。再發(fā)送一個初始化命令，同樣發(fā)送0xcc命令跳過讀序列號，發(fā)送0xbe命令準(zhǔn)備讀取溫度，單片機連續(xù)讀取2字節(jié)的溫度數(shù)據(jù)。 DS18B20采用2字節(jié)來存儲溫度，其中15～11位表示溫度符號，10～4位表示溫度的整數(shù)位，3～0位表示溫度的小數(shù)位，： 正溫度計算： 由于15～11位全為0，DS18B20采用正碼形式存儲溫度，所以只需把10～0位右移4位就能算出溫度，也就是除以16。比如采集到的溫度0550H，除以16，的十進制的85，那么溫度就為85攝氏度。 負溫度計算： 對于負溫度,DS18B20采用補碼形式存儲溫度，15~11位全為1，10～0位為補碼，所以要轉(zhuǎn)換為正碼，然后再用正溫度的計算方式。比如采集到的溫度為FC90H,二進制為1100 1001 0000，轉(zhuǎn)換為正碼為0011 0111 0000，十六進制為370H,除以16為十進制55攝氏度，再加上符號位則計算出來的溫度為55攝氏度。 顯示模塊使用比較通用的LCD1602液晶屏，它是以若干個5 X 10點陣塊組成，具有清晰、快速、可靠等特點。： 本系統(tǒng)采用單片機P0口作為LCD1602的數(shù)據(jù)端口，，VO背光接地，電源采用+5v。排阻RR1為單片機P0口的上拉電阻。 無線發(fā)射接收模塊使用NRF905芯片，它與控制器采用SPI協(xié)議進行通信，其內(nèi)部原理如下圖： NRF905單片無線收發(fā)模塊工作在433/868/915MHZ的ISM頻段，本系統(tǒng)采用433MHZ頻段。由一個完全集成的頻率調(diào)節(jié)器，一個帶解調(diào)器的接收器，一個功率放大器，一個晶體振蕩器和一個調(diào)節(jié)器組成。ShockBurst工作模式的特點是自動產(chǎn)生前導(dǎo)碼和CRC?？梢院苋菀淄ㄟ^SPI接口進行編程配置。電流消耗很低，在發(fā)射功率為10dBm時，發(fā)射電流為11mA,進入POWERDOWN模式可以很容易實現(xiàn)節(jié)電。由于AT89S51沒有SPI端口，所以我們用AT89S51模擬SPI，從而與NRF905通信。： NRF905管腳的具體含義請參考下圖： SPI接口設(shè)計SPI接口由狀態(tài)寄存器、射頻配置寄存器、發(fā)送地址寄存器、發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器和接收寄存器5個寄存器組成。1. 狀態(tài)寄存器：包含數(shù)據(jù)就緒DR和地址匹配AM狀態(tài)2. 射頻配置寄存器：包含收發(fā)器的頻率，輸出功率等配置信息3. 發(fā)送地址寄存器：包含目標(biāo)器件地址字節(jié)長度由配置寄存器設(shè)置4. 發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器：包含發(fā)送的有效數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)字節(jié)長度由配置寄存器設(shè)置5. 接收寄存器：包含接收到的有效數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)字節(jié)長度由配置寄存器設(shè)置在寄存器中的有效數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒DR指示 工作模式 NRF905有4種工作模式，本系統(tǒng)采用其中的3種模式：SPI編程模式、發(fā)送模式、接收模式。其工作模式由TRX－CE、TX－EN、PWR－UP的設(shè)置來設(shè)定的。 Standby模式（SPI編程模式）： Standby模式在保持電流消耗最小的同時保證最短的到shockBurst Rx,ShouckBurst Tx的啟動時間。當(dāng)進入這種模式時，一部分晶體振蕩器是活動的。電流消耗取決于晶體振蕩器的頻率。在此模式中，配置字的內(nèi)容保持不變。 ShockBurst Rx模式（接收模式）：當(dāng)有相應(yīng)的溫度數(shù)據(jù)要傳送時，則通過SPI接口，按時序把接收機的地址和要發(fā)送的數(shù)據(jù)送傳給NRF905，SPI接口的速率在通信協(xié)議和器件配置時確定；TRX－CE和TX－EN置高電平，使NRF905的發(fā)送模式啟動；NRF905進行數(shù)據(jù)的發(fā)送。NRF905不斷重發(fā)，直到TRX－CE被置低電平時，NRF905發(fā)送過程完成，自動進入空閑模式。ShockBurst Tx模式（發(fā)射模式）： 當(dāng)TRX－CE為高電平，TX－EN為低電平時，NRF905進入接收模式。650S后，NRF905不斷監(jiān)測，等待接收數(shù)據(jù)；當(dāng)NRF905檢測到同一頻段的載波時，載波檢測引腳被置高電平；當(dāng)接收到一個相匹配的地址，AM引腳被置高電平；當(dāng)數(shù)據(jù)包正確接收完畢，NRF905自動移去字頭、地址和CRC校驗位，然后把DR引腳置為高電平；TRX－CE置為低電平，NRF905進入空閑模式；在一次通過SPI口，以一定的速率把數(shù)據(jù)移到微控制器內(nèi)，當(dāng)所有數(shù)據(jù)接收完畢，NRF9