【正文】 .......................................... 11 收發(fā)天線的設(shè)計(jì) ............................................................................................ 12 5 軟件介紹 .................................................................................................................. 13 采集電路流程圖 ............................................................................................ 13 鍵盤流程圖 .................................................................................................... 13 nRF905 控制程序 ........................................................................................... 13 初始化配置 .......................................................................................... 15 nRF905 發(fā)送流程圖 ............................................................................. 16 nRF905 接收流程圖 ............................................................................. 17 6 結(jié)論 .......................................................................................................................... 17 致謝 .............................................................................................................................. 18 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 18 附錄 1 系統(tǒng)總體原理圖 ............................................................................................. 21 附錄 2 程序清單 ......................................................................................................... 22 1 1 緒論 近十幾年來，隨著網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的發(fā)展，越來越多的信息采集和遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)采用了無線數(shù)據(jù)傳送技術(shù)，它與有線數(shù) 據(jù) 傳 輸 相比主要有布線成本低、安裝簡(jiǎn)便、便于移動(dòng)的 優(yōu)點(diǎn) 。 (3)由于信息傳輸標(biāo)準(zhǔn)各個(gè)等級(jí)的格式都不一樣，要實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)級(jí)別的支持就需要修改源程序，因此增加了復(fù)雜性；國(guó)內(nèi)許多軟件的容錯(cuò)性、延遲性和穩(wěn)定性尚有欠缺，這對(duì)軟件運(yùn)行速度和質(zhì)量上有很大的影響。目前，無線數(shù)據(jù)通信的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣：遙控遙測(cè)、無線抄表、門禁系統(tǒng)、身份識(shí)別、非接觸 RF 智能卡、無線標(biāo)簽、安全防火系統(tǒng)、生物信號(hào)采集、機(jī)器人控制等。對(duì)于遠(yuǎn)距離和多點(diǎn)測(cè)量，眾多的傳輸線還會(huì)帶來成本的上升和分布電容。因此，許多應(yīng)用采用了無 2 線傳輸技術(shù)。 我們知道，在日常生產(chǎn)和生 活中有許多地方要涉及到對(duì)溫度的測(cè)量和控制，比如堆放糧食的倉(cāng)庫(kù)，儲(chǔ)存藥品的庫(kù)房 ,這 些地方對(duì)溫度要求都很嚴(yán)格 。 文中的系統(tǒng) 是 基于挪威 Nordic VLSI 公司推出的 nRF905 單片射頻收發(fā)器，收發(fā)可靠，使用方便，在工業(yè)控制、消費(fèi)電子等各個(gè)領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前景。 基于以上 要求，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)必須有以下結(jié)構(gòu)模塊：溫度傳感器單元、顯示單元，數(shù)據(jù)傳輸單元。鍵盤用來設(shè)置 接收器 地址 , LED 顯示模塊用來顯示設(shè)置地址，實(shí)時(shí)顯示溫度。由于 發(fā)射系統(tǒng) 的電路圖與 接收系統(tǒng)的 電路圖有多處相似，故本設(shè)計(jì)只介紹發(fā)射系統(tǒng) 的具體電路及工作過程。反相放大器的輸入端為 XTAL1，輸出端為 XTAL2，兩端跨接石英晶體及兩個(gè)電容就可以構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。 1 2 3 4 ABCD4321DCBAT i t leN u m b e r R e v i si o nS i z eBD a t e : 2 9 M a y 2 0 0 8 S h e e t o f F i l e : C : \ P R O G R A M F I L E S \ D E S I G N E X P L O R E R 9 9 S E \E X A M P L E S \B A C K U P ~ 2 2 . D D BD r a w n B y :C33 0 p FC43 0 p FY212MHZ 圖 3 時(shí)鐘發(fā)生器 89C51 無線收發(fā)模塊 顯示模塊 鍵盤 DS18B20 溫度采集 鍵盤 晶振 電源 電路 LED 數(shù)碼顯示 單片機(jī) 89C51 LED 驅(qū)動(dòng) nRF905 無線 收發(fā)模塊 復(fù)位電路 看門狗電路 圖 2 接收 系統(tǒng)框圖 圖 1 發(fā)射 系統(tǒng)框圖 4 復(fù)位電路 RST 引腳是復(fù)位輸入端。其電路如圖4 所示 [3]。如果在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)沒有收到來自單片機(jī)或其他 CPU 的觸發(fā)信號(hào)，則系統(tǒng)會(huì)強(qiáng)制復(fù)位，以保證系統(tǒng)在受到干擾時(shí)仍能夠維持正常的工作狀態(tài)。 （ 2）在任何以字節(jié)為單位的讀 /寫操作前，應(yīng)先選中芯片，即復(fù)位 CS；置位 CS，則表示操作結(jié)束；為了防止誤操作，每一次復(fù)位或置位 CS 時(shí)應(yīng)復(fù)位 CSK。在 X5045 內(nèi)部的一個(gè)控制寄存器中有 2 位可編程位，決定了定時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短，微處理器可以通過指令來改變這 2 個(gè)位，從而改變看門狗定時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短。 74HC164 是串行輸入、并行輸出移位寄存器，并帶有清除端。 (4) CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端，在脈沖的上升沿實(shí)現(xiàn)移位。由于 74HC164 在低電平輸出時(shí)，允許通過的電 流為 8mA 故不必添加驅(qū)動(dòng)電路，亮度也較理想。 在本系統(tǒng)中 使用了兩個(gè) DS18B20芯片， 其測(cè)溫范圍 為 － 20℃ ～＋ 50℃ ，測(cè)溫分辨率 為 1℃ 。 兩 路溫度傳感器由 2 個(gè) DS18B20 組成，可顯示路數(shù) ，也 可以由開關(guān) S1～S2 控制顯示某一路的溫度。它主要由 64 位光刻 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH、 TL 和配置寄存器組成。計(jì)數(shù)器 1 對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置值減到 0 時(shí)，溫度寄存器的值將加 1，計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器 1 重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器 2 計(jì)數(shù)到 0 時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。 這樣，我們就可以通過下面的方法獲得高分辨率的溫度測(cè)量結(jié)果。 nRF905 所有的 RF 頻率都是由片內(nèi)壓控振蕩器 (VCO)產(chǎn)生。對(duì)于 nRF905 收發(fā)器，要求 Q＞ (4 0～ 4 5)，電感量的精度應(yīng)控制在 2％之內(nèi)。工作電壓低（ ～ ），功耗小，待機(jī)狀態(tài)僅為 1μs，以 10dBm輸出功率發(fā)射時(shí)電流只有 11mA，工作于接收模式時(shí)的電流為 ，并且內(nèi)建空閑模式與關(guān)機(jī)模式，易于實(shí)現(xiàn)節(jié)能。 nRF905 有兩種工作模式和兩種節(jié)能模式。通過在芯片上將所有的高速信號(hào)處理變?yōu)樯漕l通信協(xié)議， nRF905 芯片提供了一個(gè)具有微控制器能力 圖 12 nRF905 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 11 的 SPI 接口，數(shù)據(jù)率由具有微控制器功能的接口速率自行設(shè)定。在ShockBurstTMTX 模式中， nRF905 芯片自動(dòng)地完成報(bào)頭的生成和 CRC 校驗(yàn)，當(dāng)發(fā)送過程完成后，能夠通過 DR 信號(hào)外送給 MCU，發(fā)送工作已經(jīng)完成。 (3)當(dāng) nRF905 處與射頻發(fā)射模式時(shí)，射頻電路將自動(dòng)提升功率，對(duì)數(shù)據(jù)打包（添加報(bào)頭，完成 CRC 校驗(yàn)計(jì)算），完成數(shù)據(jù)包的發(fā)送。 數(shù)據(jù)接收 當(dāng) TRXCE 為高、 TXCE 為低時(shí)， nRF905 進(jìn)入接收模式： 12 (1)650μs后， nRF905 開始監(jiān)聽無線電信號(hào) ； (2)當(dāng) nRF905 檢測(cè)接收頻率的載波時(shí)， CD 變?yōu)楦唠娖?。 其中 MOSI/MISO 是發(fā)射 / 接收數(shù)據(jù)的通道； TRX_CE， TXCE 是收 /發(fā)通道的控制端； PWRUP 是工作模式控制端； CSN、 SCK 為串行接口控制端； CD 是接收模式下載波監(jiān)測(cè)信號(hào)輸出端 ； AM是接收到正確的數(shù)據(jù)包地址后芯片指示信號(hào)的輸出端； DR 是發(fā)射完一個(gè)數(shù)據(jù)包后芯片指示信號(hào)的輸出端； UPCLK 是芯片提供的一個(gè)可設(shè)置的時(shí)鐘源信號(hào)輸出端； ANT1 和 ANT2 用于天線部分 。本系統(tǒng)采用 PCB 板上環(huán)形天線，該方案具有成本低，方向性較好等特點(diǎn)。內(nèi)存訪問命令控制選中的 DS18B20 的工作狀態(tài)，完成整個(gè)溫度轉(zhuǎn)換、讀取等工作 (單總線 ROM 命令發(fā)送之前存儲(chǔ)命令和控制命令不起作用 )。 工作中系統(tǒng)對(duì) DS18B20 的操作以 ROM 命令和存儲(chǔ)器命令形式出現(xiàn)。 寫 溫度： 將數(shù)據(jù)線 從高電平拉至低電平，產(chǎn)生寫起始信號(hào)。主機(jī)在讀時(shí)間片下降沿之后 1μs內(nèi)完成讀位。 14 圖 14 工作流程 圖 N i=i+1 Y N 開始 初始化 DS18B20 發(fā)搜索 ROM 命令 讀在線 DSI8B20 序列號(hào) 存在一個(gè)DS18B20？ 初始化 DS18B20 發(fā)跳過 ROM 命 令 發(fā)溫度轉(zhuǎn)換命令 等待 2μs i=1 初始化 DS18B20 發(fā)匹配 ROM 命令 發(fā)一 個(gè) DSI8B20 序列號(hào) 讀存儲(chǔ)器 讀 匹配 DSI8B20 溫度 所有 DS18B20 訪問完？ Y 復(fù)位脈沖 讀一個(gè)脈沖 發(fā) SKIP ROM 命令 發(fā) WRITE SCRATCHPAD 命令 寫 TH,TL和 CONFIG的值 復(fù)位脈沖 讀一個(gè)脈沖 發(fā) SKIP ROM 命令 發(fā) READ SCRATCHPAD 命令 復(fù)位 脈沖 讀一個(gè)脈沖 發(fā) SKIP ROM 命令 發(fā) COPE SCRATCHPAD 命令，等 10μs 復(fù)位脈沖 讀一個(gè)脈沖 圖 15 啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換及讀溫 度值流程圖 15 初始化配置 第一階段應(yīng)完成初始化配置，分以下幾項(xiàng) ： (1)初始化 nRF905 的射頻配置寄存器。 nRF905 發(fā)送流程圖 N N Y N Y Y 配置寄存器中自動(dòng)重發(fā)位是否為高？ 進(jìn)入 SPI 編程模式； 輸入要發(fā)送的地址和數(shù)據(jù) THXCE=1？ 進(jìn)入發(fā)送模式； 自動(dòng)產(chǎn)生先導(dǎo)碼和 CRC 校驗(yàn)碼，開始發(fā)送數(shù)據(jù)，完成時(shí) DR=1 TRXCE=1？ 產(chǎn)生先代碼后 DR 為 0 TXEN=1 PWRUP=1 TRXCE=0 進(jìn)入待機(jī)模式 圖 17 nRF905 的發(fā)送程序流程圖 17 nRF905 接收流程圖 6 結(jié)論 本系統(tǒng)就是充分利用了 DS18B 89C51 和 nRF905。與用傳統(tǒng)溫度傳感器組成的多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)相比可節(jié)省大量電纜 ,而且系統(tǒng)得以簡(jiǎn)化 ,系統(tǒng)擴(kuò)N N Y Y N Y N TRXCE=1？ 進(jìn)入到接收模式； 接收到載波時(shí) CD=1 地址是否正確？ AM=1 接收數(shù)據(jù) 校驗(yàn)是 否正確？ DR=1 Y TRXCE=1？ nRF905 進(jìn)入待機(jī)模式 MCU 通過 SPI 接口接收數(shù)據(jù) DR=O。采用 PCB 板微帶天線時(shí) , 無線通信的距離 比較遠(yuǎn) , 通過發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù) , 在接收端能正確接收數(shù)據(jù)并顯示。 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使 我得到了一次用專業(yè)知識(shí)、專業(yè)技能分析和解決問題全面系統(tǒng)的鍛煉。 在此衷心感謝 指導(dǎo) 老師 ， 同時(shí) 還要感謝其他教育過我的老師們，他們?cè)谶@ 四 年期間，也給了我很大的幫助。 參考文獻(xiàn) [1]鄭長(zhǎng)征 .基于 nRF905 的糧庫(kù)無線測(cè)溫系統(tǒng) [J].微計(jì)算機(jī)信息 ,2020(17):2931 [2]李朝 青 .單片機(jī)原理及接口電路 [M].北京航空航天大學(xué)出版社 ,2020