【正文】 實行按甩熱量分戶計量收費，屆時將會催生一個非常龐大的實時在線供熱表市場。近百年來，溫度傳感器的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個階段；(1)傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器(含敏感元件)；(2)模擬集成溫度傳感器／控制器；(3)智能溫度傳感器。其微型化主要基于以下發(fā)展趨勢：尺寸上的縮微和性質(zhì)上的增強性；各要素的集成化和用途上的多樣化；功能上的系統(tǒng)化、智能化和結構上的復合性。3．CMOS工藝兼容 目前，國外在研究二次集成技術的同時，集成智能傳感器在工藝上的研究熱點集中在研制與CMOS工藝兼容的各種傳感器結構及制造工藝流程，探求在制造工藝和微機械加工技術上有所突破。2．數(shù)據(jù)融合理論 數(shù)據(jù)融合是集成智能傳感器理論的重要領域，也是各國研究的熱點，數(shù)據(jù)融合技術，簡言之，即對多個傳感器或多源信息進行綜合處理，從而得到更為準確、可靠的結論。這樣，使智能傳感器達到了微型化和結構一體化，從而提高了精度和穩(wěn)定性。如果我國把集成智能傳感器的研制和生產(chǎn)作為半導體工藝的主要發(fā)展方向之一，就可以在現(xiàn)有的集成電路工藝和微機械加工的優(yōu)勢的基礎上另辟蹊徑，使集成智能傳感器的研制與生產(chǎn)具有一定功能模塊化能力，為傳感器產(chǎn)業(yè)的集成化智能化發(fā)展積累新的技術經(jīng)驗，并拓展應用領域的廣泛性，使其成為未來傳感器發(fā)展的主流。本設計中的測溫范圍在O℃～100℃之間，測溫精度為177。武漢紡織大學2011畢業(yè)設計數(shù)字化無線溫度傳感器畢業(yè)論文目 錄1 選題背景 ………………………………………………………………………1 分析內(nèi)容 ……………………………………………………………………1 國內(nèi)、國外現(xiàn)狀及發(fā)展情況 ……………………………………………2 來源及意義 …………………………………………………………………32 方案論證 ……………………………………………………………………… 5 總體方案設計 ……………………………………………………………… 5 傳感器方案 …………………………………………………………………5 微處理器方案 ……………………………………………………………6 射頻模塊方案 ………………………………………………………………7 串行通訊方案 ………………………………………………………………73 硬件原理與實現(xiàn) ……………………………………………………………8 PIC系列單片機 ……………………………………………………………8 PIC系列微控制器硬件結構特點 ……………………………………9 PIC系列微控制器技術性能特點 …………………………………11 PIC16F74單片機 ……………………………………………………13 溫度傳感器DS18B20 ……………………………………………………21 無線模塊PTR4000 …………………………………………………………26 串行接口 …………………………………………………………………304 技術要點 ………………………………………………………………………31 低功耗設計 ……………………………………………………………… 31 實現(xiàn)低功耗的措施 ………………………………………………… 31 嵌入式系統(tǒng)中的零功耗設計 ……………………………………33 本設計中的低功耗技術 …………………………………………… 35 軟件抗干擾技術 …………………………………………………………36 軟件出錯對系統(tǒng)的傷害 …………………………………………36 數(shù)字濾波方法 …………………………………………………………36 軟件冗余技術 …………………………………………………………39 I2C總線技術 ……………………………………………………………405 軟件設計 …………………………………………………………………44 溫度采集程序的實現(xiàn) ……………………………………………………44 PTR4000的軟件編程 ………………………………………………………51 上位機界面設計 ………………………………………………………54 工作流程 ……………………………………………………………………55參考文獻 …………………………………………………………………………56英文資料……………………………………………………………………………57中文翻譯……………………………………………………………………………60結束語 ……………………………………………………………………………63致 謝 ……………………………………………………………………………64武漢紡織大學2011畢業(yè)設計1 選題背景 分析內(nèi)容本課題的研究涉及兩方面內(nèi)容，其一是無線通訊技術，其二是數(shù)字化傳感器技術?！?，要求靜態(tài)功耗電流小于10，動態(tài)功耗電流小于8mA，無線傳輸距離大于10米，． 本設計中利用無線技術和數(shù)字化集成溫度傳感器技術，研制數(shù)字化無線集成溫度傳感器，以確保熱量表一體化，解決現(xiàn)有熱量表需有線測量回水溫度帶來的可靠性、安全性差等諸多問題。 電子自動化產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展與進步促使傳感器技術、特別是集成智能傳感器技術日趨活躍起來，近年來隨著半導體技術的迅猛發(fā)展，國外一些著名的公司和高等院校正在大力開展有關集成智能傳感器的研制，國內(nèi)一些著名的高校和研究所也積極跟進，集成化智能傳感器技術取得了令人矚目的發(fā)展。 目前，市場上的集成智能傳感器已經(jīng)成為研究熱點，其發(fā)展方向主要有以下幾個方面： (1)向微型化發(fā)展； (2)應用新的物理現(xiàn)象、化學反應、生物效應作為傳感器原理； (3)使用新型材料； (4)向微功耗及無源化發(fā)展； (5)采用新的加工技術(如化學微腐技術、微機械加工技術)； (6)向高可靠性、寬溫度范圍發(fā)展。對于多個傳感器組成的陣列，數(shù)據(jù)融合技術能夠充分發(fā)揮各個傳感器的特點，利用其互補性、冗余性，提高測量信息的精度和可靠性，延長系統(tǒng)的使用壽命。 利用CMOS工藝兼容的集成濕度傳感器將敏感電容和處理電路集成在一塊硅片上，通過Coventor模擬得到全量程總的敏感濕敏電容變化值，同時提高了可靠性并降低了成本，隨著微機械加工技術的逐步發(fā)展，使得以CMOS工藝技術制造的集成濕度傳感器已經(jīng)成為當前研究的熱點。 本設計中的無線溫度傳感器為正在研究中的科研項目，暫時只用各種器件臨時組合，如果方案進入成熟階段，可將其集成在一塊芯片上，實現(xiàn)其微型化。目前，國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、由集成化向智能化、網(wǎng)絡化的方向發(fā)展。因此，戶用熱量計是給暖商品化必不可少的工具，也是建筑節(jié)能的一項重要措，隨著供暖事業(yè)的發(fā)展必將得到普遍應用。2 方案論證 總體方案設計數(shù)字化無線溫度傳感器的設計應包含兩個部分：一部分是溫度測量(發(fā)射)電路，一部分是溫度處理(接收)電路。 方案一：采用AD590作為傳感器。即使電源在515V之間變化，其電流只是在l以下作微小變化。由于受單片機指令運行速度的影響，影響到它的數(shù)據(jù)采集能力，而且它不具有低功耗狀態(tài)，不能滿足低功耗的要求。 ③軟件編程靈活，可采用C語言與匯編語言混合編程。 3) 睡眠和低功耗模式。方案二：采用PTR4000作為無線收發(fā)模塊，它含有CRC硬件校驗，當PTR4000接收到數(shù)據(jù)與攝制的本機地址一致且CRC效驗正確時，才把接收到的數(shù)據(jù)以中斷方式傳給CPU，誤碼率低，與PTR2000相比較，其可靠性高。 方案二:采用RS485接口，它是RS422A的變型，它與RS422A的區(qū)別在于：RS422A為全雙工，采用兩對平衡差分信號線；而RS485為半雙工，采用一對平衡差分信號線?！發(fā)，在+“O’’。它是異步串行通訊中應用最廣泛的標準總線，它包括了按位串行傳輸?shù)碾姎夂蜋C械方面的規(guī)定。迄今為止，至少有35家半導體廠商的微控制器進入中國市場。其高速度（每條指令最快可達160ns）、低電壓（最低工作電壓可為2V）、低功耗（3V，32kHz時15181。 PIC系列微控制器硬件結構特點1． 精簡指令集計算機(RISClikeReduced Instruction Set Computerlike)結構Microchip技術公司具有先進的類RISC結構的PIC系列微控制器的簡潔性，為8位微計算機市場設立了一種事實上的新的性能標準。單字節(jié)指令提高了軟件編碼的效率和減少了所需要的程序存儲單元，使系統(tǒng)具有高處理性能和突出性能。最大限度地提高了每個內(nèi)部時鐘周期的效率。 (3) 由于采用寬字指令，在相同情況下，程序量大為減少，形成的代碼是一般微控制器的一半。而在哈佛結構的計算機中，指令和數(shù)據(jù)空間是完全分開的。數(shù)據(jù)總線都是8位的，但低檔、中檔和高檔系列的指令總線位數(shù)分別為114和16位。而在指令流水線結構中，取指和指令執(zhí)行在時間上是相互重疊的，所以才可能實現(xiàn)單周期指令。而大多數(shù)其它微控制器都有需要兩個以上的周期才能改變寄存器的內(nèi)容。設計師還可以用PIC微控制器，通過對其編程來取代那些低檔的門陣列、PLD、膠合(G1ue Logic)邏輯和多芯片狀態(tài)機等設計來進一步開發(fā)其高性能價格比的優(yōu)點，PIC微控制器除了其價格優(yōu)勢外，設計師還可以得到多方面的可編程靈活性、強有力的控制器功能和節(jié)約空間的諸多好處。A)和極小的待命狀態(tài)電流(休眠方式3V工作情況下小于1181。這4種振蕩方式是：RC型—低成本的RC振蕩器，XT型一標準的石英晶體振蕩器，HS型一高速石英晶體振蕩器和LP型—低功耗低頻石英晶體振蕩器。所以PIC系列芯片與外部電路和接口效率非常高，可以用來作為高速I／O控制器。s SAR A／D轉(zhuǎn)換器； (3)16通道16位單斜率積分A／D轉(zhuǎn)換器； (4)雙5mV典型偏置的比較器； (5)8位D／A轉(zhuǎn)換器； (6)內(nèi)部集成的溫度傳感器； (7)內(nèi)部集成的基準電壓源； (8)內(nèi)部集成的振蕩器； (9)32*4點陣多路復用的LCD驅(qū)動器； (10)8／9位通用異步串行接收發(fā)送器USART(串行通信接口)； (11)用電池供電的實時時鐘； (12)雙1 6位200ns捕捉寄存器； (13)雙1 6位200ns比較輸出接口； (14)并行從動(SLAVE)端口； (15)64字節(jié)EEPROM數(shù)據(jù)存儲器。外圍接口的中斷優(yōu)先級用軟件確定。精簡指令集，僅35條單字節(jié)指令，易學易用 多種硬件中斷 雙向可獨立編程設置I／0引腳 8位定時器／計數(shù)器TMR2，帶有8位的周期寄存器及預分頻和后分頻 flagsh存儲器。振蕩定時器，保障振蕩的穩(wěn)定建立 四種可選振蕩方式 一低成本阻容：RC 一標準晶體／陶瓷：XT 一高速晶體／陶瓷：HS 一低頻晶體：LP四、CMOS工藝特性寬工作溫度范圍： 一商用級：O℃～+70℃ 一工業(yè)級：一40℃～+85℃ 一汽車級：一40℃～+125℃ PIC16F74是片內(nèi)帶A/D的芯片所以它在測量儀器表、工業(yè)控制、汽車電子、家用電器及通訊等眾多方面應用廣泛。 寄存器組可以分成兩大類：通用寄存器和專用寄存器。 (2)專用寄存器 它又可分成兩類：一類用于CPU核心操作，另一類用于控制外圍功能芯片操作。但對減法指令SUBWF，減法運算結果產(chǎn)生借位時，該位被清零，而無借位時被置l。對減法指令的借位極性能則剛好相反。 (6)PAl、PAO(DD5)(Program Page Preselect)程序存儲器頁面地址預選位，對不同型號的芯片它們的定義不一樣。 OPTION寄存器的設置是通過執(zhí)行ORTION指令，把工作寄存器W中的數(shù)據(jù)加載到OPTION寄存器中。(5)DD6位保留位未用五、 間接尋址INDF和FSR寄存器 INDF間址寄存器不是一個物理寄存器，它被用來協(xié)同寄存器FSR實現(xiàn)間接尋址操作，實際有效地址是寄存器FSR的內(nèi)容。其關系如下：FSR D6 D5 存儲體 邏輯地址 物理寄存器地址 0 0 Bank0 00h~1Fh 00h~1Fh 10h~1Fh 0 1 Bank1 20h~3Fh 00h~1Fh 30h~3Fh 1 0 Bank2 40h~5Fh 00h~1Fh 50h~5Fh 1 1 Bank3 60h~7Fh 00h~1Fh 70h~7Fh六、程序計數(shù)器PC 程序計數(shù)器PC可以產(chǎn)生最多對2K*12位片內(nèi)EPROM/OTP ROM存儲單元進行尋址的地址信號。(1)“GOTO無條件轉(zhuǎn)移指令可以直接改變PC的低9位地址(D8D0)值。PC的值加l后指向返回的地址，再把斷點地址壓棧保護。 (4)如果任何一條指令中PC被作為目標操作數(shù)，那么計算的8位結果將被送入PC的低8位，PC的低8位，PC的第9位將被清零。通過執(zhí)行TRIS f指令可以用工作寄存器W的內(nèi)容對輸出驅(qū)動控制寄存器加載。二、DS18B20的內(nèi)部結構 DS18B20內(nèi)部結構如圖7所示，主要由4部分組成：64位ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。ROM的作用是使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20的目的。圖9溫度傳感器測量電路DS18B20是這樣測溫的：用一個高溫度系數(shù)的振蕩器確定一個門周期，內(nèi)部計數(shù)器在這個門周期內(nèi)對一