【正文】 無線通訊技術(shù)，其二是數(shù)字化傳感器技術(shù)。 ℃，要求靜態(tài)功耗電流小于 10 A? ，動(dòng)態(tài)功耗電流小于 8mA，無線傳輸距離大于 10 米，傳輸速率為． 本設(shè)計(jì)中利用無線技術(shù)和數(shù)字化集成溫度傳感器技術(shù)，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(cè)量回水溫度帶來的可靠性、安全性差等諸多問題。 電子自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展與進(jìn)步促使傳感器技術(shù)、特別是集成智能傳感器技術(shù)日趨活躍起來，近年來隨著半導(dǎo)體技術(shù)的迅猛發(fā)展，國(guó)外一些著名的公司和高等院校正在大力開展有關(guān)集成智能傳感器的研制，國(guó)內(nèi)一些著名的高校和研究所也積極跟進(jìn)，集成化智能傳感器技術(shù)取得了令人矚目的發(fā)展。 目前，市場(chǎng)上的集成智能傳感器已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)，其發(fā)展方向主要有以下幾個(gè)方面： (1)向微型化發(fā)展； (2)應(yīng)用新的物理現(xiàn)象、化學(xué)反應(yīng)、生物效應(yīng)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(shù) (如化學(xué)微腐技術(shù)、微機(jī)械加 工技術(shù) )； (6)向高可靠性、寬溫度范圍發(fā)展。對(duì)于多個(gè)傳感器組成的陣列，數(shù)據(jù)融合技術(shù)能夠充分發(fā)揮各個(gè)傳感器的特點(diǎn)，利用其互補(bǔ)性、冗余性，提高測(cè)量信息的精度和可靠性，延長(zhǎng)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(shí)提高了可靠性并降低了成本，隨著微機(jī)械 加工技術(shù)的逐步發(fā)展，使得以 CMOS 工藝技術(shù)制造的集成濕 度傳感器已經(jīng)成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。 本設(shè)計(jì)中的無線溫度傳感器為正在研究中的科研項(xiàng)目，暫時(shí) 只用各種器件臨時(shí)組合，如果方案進(jìn)入成熟階段，可將其集成在一塊芯片上，實(shí)現(xiàn)其微型化。目前，國(guó)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(luò)化的方向發(fā)展。因此，戶用熱量計(jì)是給暖商品化必不可少的工具，也是建筑節(jié)能的一項(xiàng)重要措，隨著 供 暖事業(yè)的發(fā)展必將得到普遍應(yīng)用。 陜西廣播電視大學(xué)機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 第二章 方案論證 總體方案設(shè)計(jì) 數(shù)字化無線溫度傳感器的設(shè)計(jì)應(yīng)包含兩個(gè)部分：一部分是溫度測(cè)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 A? 以下作微小變化。由于受單片機(jī)指令運(yùn)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。 陜西廣播電視大學(xué)機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 方案二：采用 PTR4000 作為無線收發(fā)模塊，它含有 CRC 硬件校驗(yàn)，當(dāng) PTR4000接收到數(shù)據(jù)與攝制的本機(jī)地址一致且 CRC 效驗(yàn)正確時(shí)，才把接收到的數(shù)據(jù)以中斷方式傳給 CPU，誤碼率低，與 PTR20xx 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(duì)平衡差分信號(hào)線；而 RS485 為半雙工，采用一對(duì)平衡差分信號(hào)線。驅(qū)動(dòng)器輸出電平在 以下時(shí)為邏輯“ l，在 +“ O’’。它是異步串行通訊中應(yīng)用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)總線，它 包括了按位串行傳輸?shù)碾姎夂蜋C(jī)械方面的規(guī)定。迄今為止，至少有 35 家半導(dǎo)體廠商的微控制器進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)。其高速度 （ 每條指令最快可達(dá) 160ns） 、低電壓 （ 最低工作電壓可為 2V） 、低功耗 （ 3V， 32kHz 時(shí) 15181。 PIC 系列微控制器硬件結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1． 精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī) (RISClikeReduced Instruction Set Computerlike)結(jié)構(gòu) Microchip 技術(shù)公司具有先進(jìn)的類 RISC 結(jié)構(gòu)的 PIC 系列微控制器的簡(jiǎn)潔性， 為 8陜西廣播電視大學(xué)機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 位微計(jì)算機(jī)市場(chǎng)設(shè)立了一種事實(shí)上的新的性能標(biāo)準(zhǔn)。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(chǔ)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(gè)內(nèi)部時(shí)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(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)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 1 14 和 16 位。而在指令流水CPU 程序存儲(chǔ) CPU 數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 陜西廣播電視大學(xué)機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 線結(jié)構(gòu)中，取指和指令執(zhí)行在時(shí)間上是相互重疊的，所以才可能實(shí)現(xiàn)單周期指令。 而大多數(shù)其它微控制器都有需要兩個(gè)以上的周期才能改變寄存器的內(nèi)容。 設(shè)計(jì)師還可以用 PIC 微控制器， 通過對(duì)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(jī)等設(shè)計(jì)來進(jìn)一步開發(fā)其高性能價(jià)格比的 優(yōu)點(diǎn)，PIC 微控制器除了其價(jià)格優(yōu)勢(shì)外，設(shè)計(jì)師還可以得到多方面的可編程靈活性、強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)電壓源； (8)內(nèi)部集成的振蕩器； (9)32*4 點(diǎn)陣多路復(fù)用的 LCD 驅(qū)動(dòng)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(shí)時(shí)時(shí)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(dòng) (SLAVE)端口； (15)64 字節(jié) EEPROM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。外圍接口的中斷優(yōu)先級(jí)用軟件確定。精簡(jiǎn)指令集，僅 35 條單字節(jié)指令，易學(xué)易用 多種硬件中斷 雙向可獨(dú)立編程設(shè)置 I／ 0 引腳 8位定時(shí)器／計(jì)數(shù)器 TMR2，帶有 8位的周期寄存器及預(yù)分頻和后分頻 flagsh 存儲(chǔ)器。振蕩定時(shí)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 陜西廣播電視大學(xué)機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 一標(biāo)準(zhǔn)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(jí)： O℃～ +70℃ 一工業(yè)級(jí)：一 40℃～ +85℃ 一汽車級(jí)：一 40℃～ +125℃ PIC16F74 是片內(nèi)帶 A/D 的芯片所以它在測(cè)量?jī)x器表、工業(yè)控制、汽車電子、家用電器及通訊等眾多方面應(yīng)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 陜西廣播電視大學(xué)機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 外圍功能芯片操作。但對(duì)減法指令 SUBWF，減法運(yùn)算結(jié)果產(chǎn)生借位時(shí)，該位被清零，而 無借位時(shí)被置 l。對(duì)減法指令的借位極性能則剛好相反。 (6)PAl、 PAO(D D5)(Program Page Preselect)程序存儲(chǔ)器頁面地址預(yù)選位，對(duì)不同型號(hào)的芯片它們的定義不一樣。 陜西廣播電視大學(xué)機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 OPTION 寄存器的設(shè)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)D D6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(gè)物理寄存器，它被用來協(xié)同寄存器 FSR 實(shí)現(xiàn)間接尋址操作，實(shí)際有效地址是寄存器 FSR 的內(nèi)容。 其關(guān)系如下： 陜西廣播電視大學(xué)機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 FSR D6 D5 存儲(chǔ)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(jì)數(shù)器 PC 程序計(jì)數(shù)器 PC可以產(chǎn)生最多對(duì) 2K*12位片內(nèi) EPROM/OTP ROM 存儲(chǔ)單元進(jìn)行尋址的地址信號(hào)。 (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(diǎn)地址壓棧保護(hù)。 (4)如果任何一條指令中 PC 被作為目標(biāo)操作數(shù)，那么計(jì)算的 8 位結(jié)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(duì)輸出驅(qū)動(dòng)控制寄存器加載。 二、 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器。 ROM 的作用是使每一個(gè) DS18B20 都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè) DS18B20的目的。 斜 坡 累 加 器計(jì) 數(shù) 器計(jì) 數(shù) 器低 溫 度 系 數(shù) 振 蕩 器高 溫 度 系 數(shù) 振 蕩 器預(yù) 置預(yù) 置比 較溫 度 寄 存 器停 止增 加LSB置位/清O= 0= 0 圖 9溫度傳感器測(cè)量電路 DS18B20是這樣測(cè)溫的：用一個(gè)高溫度系數(shù)的振蕩器確定一個(gè)門周期，內(nèi)部計(jì)數(shù) 陜西廣播電視大學(xué)機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 器在這個(gè)門周期內(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)來得到溫度值。然后計(jì)數(shù)器又開始計(jì)數(shù)直到 O，如果門周期仍未結(jié)束，將重復(fù)這一過程。 五、 CRC 發(fā)生器 DS18B20 中有 8 位 CRC 存儲(chǔ)在 64 位 ROM 的最高有效字節(jié)中。 CRC 值的比較以及是否進(jìn)行下一步操作完全由總線控制器決定。移 入 8 位 CRC 會(huì)使移位寄存器復(fù) O。 一、 基本電氣特性 表 3 參數(shù) 數(shù)值 工作頻率 2400MHZ~2524MHZ 調(diào)制方式 GMSK 穩(wěn)頻方式 PLL 最大發(fā)射 功率 OdB 接收靈敏度 90Db 最高通信速率 l000Kbit/s 工作電壓 ~ 發(fā)射電流 (峰值 ) 10mA 接收電流 (峰值 ) 18mA 掉電模式功耗 luA 二、 引腳說明 陜西廣播電視大學(xué)機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 1234567891 01 11 21 31 41 51 6D A T AG N DC L K 1G N DD R 1C SD O U T 2G N DC L K 2G N DD R 2C EP W RG N DV D DV D D 圖 12 PTR4000 的管腳圖 表 4 管腳 名稱 功能 方向 1 DATA 通道 l數(shù)據(jù)輸入／輸出腳，接單片機(jī) I／ O I/O 2 GND 電源地 3 CLK1 通道 1時(shí)鐘 I 4 GND 電源地 I 5 DR1 通道 1中斷輸出 O 6 CS 工作模式選擇，選擇芯片為配置模式還是發(fā)者 /接收模式 I 7 DOUT2GND 通道 2數(shù)據(jù)輸入 /輸出腳，接單片機(jī) I/O O 8 GND 電源地 9 CLK2 通道 2時(shí)鐘 O 10 GND 電源地 11 DR2 通道 2中斷輸出 O 12 CE 使能，使芯片進(jìn)入工作模式 I 13 PWR Powredown 模式 I 14 GND 電源地 15 VDD Vcc，正電源 輸入 I 16 VDD Vcc，正電源 輸入 I 四、硬件接口 l、編程配置接口 該接口由 CE、 CS、 PWR 組成，控制 PTR4000 的四種工作模式：配置模式，發(fā)射／接收模式，待機(jī)模式，掉