【正文】 。 CSN=1。 Delay(10)。 界面層 界面層主要提供數(shù)據(jù)交 互，為應(yīng)用層和底層驅(qū)動之間以及底層驅(qū)動層各模塊之間提供數(shù)據(jù)的交互。在本系統(tǒng)中使用了看門狗元件MAX706進(jìn)行掉電告警，使系統(tǒng)在電源電壓在正常工作范圍為進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收顯示。 圖 39 掉電告警 電路圖 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 26 在掉電告 警電路中， VCC_3V 電源在低于 無線模塊最低工作電壓時， PFI 端輸入電源小于 ， PFO 即 GASP 端輸出低電平電壓；單片機(jī)在 管腳端接收到低電平電壓，將接收到的溫度數(shù)據(jù)置為無效數(shù)據(jù)，數(shù)碼管顯示 CCCC 四個字符，同時不將此時接收到的溫度數(shù)據(jù)傳到 PC 機(jī)上。 在無線模塊接收到數(shù)據(jù)時，將 CD、 AM 信號置高電平；在數(shù)據(jù)接收完后，將 DR 端置為高電平；再將接收到的數(shù)據(jù)通過 SPI 接口 MISO 和 MOSI 口傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)上。 無線接收模塊的 可由 轉(zhuǎn)換得到，使用電源轉(zhuǎn)換元件 LM1117 將 的電源轉(zhuǎn)換成可供無線接收模塊正常工作的 電源。其中 電源設(shè)計方案有以下幾種： (1) 可由三節(jié)干電池串連為 的電源，使用三節(jié)干電池的電池盒提供 電壓。 在自動重發(fā)模式時， DR 信號在前導(dǎo)碼的開始時置高，在前導(dǎo)碼的結(jié)束開始時置低，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒（ DR）信號在每次數(shù)據(jù)包傳輸?shù)?開始時產(chǎn)生脈沖。 b)SPI 接口： SPI 接口由 CSN、 SCK、 MOSI 以及 MISO 組成。 a)狀態(tài)寄存器（ StatusRegister）：寄存器包含數(shù)據(jù)就緒 DR 和地址匹配 AM 狀態(tài)。當(dāng)進(jìn)入這種模式時，一部分晶體振蕩器是活動的。 表 21 nRF905 的管腳說明表 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 14 nRF905 有兩種工作模式（ RX/TX）和兩種節(jié)電模式 ,活動模式為 ShockBurst RX 和 ShockBurst TX，節(jié)電模式為掉電和 SPI 編程及 Standby 和 SPI 編程。傳輸前聽的載波檢測協(xié)議，當(dāng)正確的數(shù)據(jù)包被接收或發(fā)送時有數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒信號輸出，偵測接收的數(shù)據(jù)包當(dāng)?shù)刂氛_輸出地址匹配信號。 復(fù)位信號 RESET 用于啟動或者重新啟動MPU/MCU，令其進(jìn)入或者返回到預(yù)知的循環(huán)程序并順序執(zhí)行。1%以內(nèi)。在本系統(tǒng)中，單片機(jī)工作電壓為 ， 7805 輸出電壓設(shè)定為 5V 輸出。 主要功能特性 ： 1)兼容 MCS51指令系統(tǒng) ； 2)8k 可反復(fù)擦寫 Flash ROM； 3)32個雙向 I/O 口； 4)512x8bit 內(nèi)部 RAM； 5)3個 16位可編程定時 /計數(shù)器中斷； 6)時鐘頻率 024MHz； 7)2個串行中斷，可編程 UART 串行通道； 8)2個外部中斷源，共 8個中斷源； 9)2個讀寫中斷口線， 3級加密位； 10)低功耗空閑和掉電模式， 軟件 設(shè)置睡眠和喚醒功能； 主要管腳有： XTAL1（ 19腳）和 XTAL2（ 18腳）為 振蕩器輸入輸出端口，外接 12MHz 晶振。另外射頻數(shù)據(jù)的處理有 2 種模式可供選擇： FIFO(利用 RF 內(nèi)部的 memory 先儲存要發(fā)射 /接收的數(shù)據(jù) )和陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 10 Direct(直接發(fā)射 /接收 )。發(fā)射功率可在 12dBm~ +10dBm 調(diào)節(jié)，數(shù)據(jù)速率可達(dá) 40Kbit/s。 (3)nRF903單片射頻收發(fā)器芯片工作在 915MHZ國際通用的 ISM頻段 。 常用的無線收發(fā)芯片主要有 ： (1)CC1000 是根據(jù) ChiPcon 公司的 SmartRF 技術(shù)，在 工藝下制造的一種理想的超高頻單片收發(fā)通信芯片。使用該種方案無線通信接口與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)接口電路設(shè)計簡單。與知名的藍(lán)牙等短距離無線通訊標(biāo)準(zhǔn)不同的是， NFC 的作用距離進(jìn)一步縮短且不像藍(lán)牙那樣需要有對 應(yīng)的加密設(shè)備 。在 20cm 距離內(nèi)工作于 頻率范圍。 Zigbee 技術(shù)的目標(biāo)就是針對工業(yè)，家庭自動化，遙測遙控，汽車自動化、農(nóng)業(yè)自動化和醫(yī)療護(hù)理等，例如燈光自動化控制，傳感器的無線數(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。 無線網(wǎng)絡(luò)的最大優(yōu)點(diǎn)是兼容性，只要在原有網(wǎng)絡(luò)上裝上 AP (AccessPoint)，就可以提供無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，終端設(shè)備只要裝上無線網(wǎng)卡，就可以訪問所有網(wǎng)絡(luò)資源，象使用有線局域網(wǎng)一樣方便，卻免除 了布線的麻煩。對工業(yè)，家庭自動化控制和遙測遙控領(lǐng)域而言，藍(lán)牙技術(shù)顯得太復(fù)雜，功耗大，距離近，組網(wǎng)規(guī)模太小等，而工業(yè)自動化對無線通信的需求越來越強(qiáng)烈。 下面 介紹了 比較常用的幾種短距離無線通信技術(shù)，并 得出 本系統(tǒng) 所使用 的短距離解決方案。短距離無線通信系統(tǒng)的大部分功能都集成到一塊芯片內(nèi)部，一般使用單片數(shù)字信號射頻收發(fā)芯片，加上微控制器和 少量外圍器件構(gòu)成專用或通用無線通信模塊。 第 四 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計， 介紹了本系統(tǒng)的軟件 實(shí)現(xiàn) 設(shè)計，介紹了無線測溫系統(tǒng)的整體軟件框圖 ，介紹了底層驅(qū)動層 、 界面層 、 應(yīng)用層的具體功能 ，詳細(xì)介紹了數(shù)據(jù)采集和無線收發(fā)流程及程序。 實(shí)現(xiàn)方法 本系統(tǒng)是通過單片機(jī)控制無線傳輸來實(shí)現(xiàn)對 溫度數(shù)據(jù)的接受 ,利用可視化編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控 ， 是 STC89C52RC 單片機(jī)為控制單元 ，以 nRF905 無線傳輸模塊為溫度數(shù)據(jù)接受單元， 實(shí)現(xiàn)溫度的 接受 、顯示、控制 ，同時用 串口連接到 PC 機(jī)上實(shí)現(xiàn)溫度的實(shí)時監(jiān)控如可顯示實(shí) 時溫度、歷史溫度，就是一套通過無線方式實(shí)現(xiàn)溫度的 接受顯示 系統(tǒng)。 (1)針對實(shí)際應(yīng)用需求設(shè)計系統(tǒng)總體方案，完成了溫度數(shù)據(jù)無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計。 關(guān)于溫度智能控制，現(xiàn)在已經(jīng)有了許多新的器件和方法，并且有些已經(jīng)運(yùn)用到實(shí)際生活和生產(chǎn)當(dāng)中，比如美國達(dá)拉斯公司生產(chǎn)的 DS18B20 溫度巡檢器，采用單線總線結(jié)構(gòu)，通過一根 I/O 線與主控 CPU 進(jìn)行數(shù)據(jù)和命令的傳送。 目前，智能家居通常被定義為利用通信、網(wǎng)絡(luò)和綜合布線技術(shù)，通過家庭信息管理平臺將與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合的一個系統(tǒng)。短距離無線通信技術(shù)是近年來的研究熱點(diǎn)，短距離 無線技術(shù)可以解決某些無法或不便布線的環(huán)境下的數(shù)據(jù)采集問題，以及解決有線網(wǎng)絡(luò)帶來的布線麻煩、不易維護(hù)等缺點(diǎn) ，短距離無線技術(shù)可輕松實(shí)現(xiàn)多路數(shù)據(jù)采集。 隨著射頻、集成電路技術(shù)的發(fā)展，無線通信功能的實(shí)現(xiàn)更容易，數(shù)據(jù)傳輸速率更快，抗干擾能力更強(qiáng)。 但是在很多場合有線傳輸排線復(fù)雜， 無線傳輸是一種 將 有效數(shù)據(jù)傳輸 至遠(yuǎn)方的一種有效方法 ，所以使用無線傳輸?shù)臏y溫系統(tǒng)可以對生產(chǎn)環(huán)境的溫度進(jìn)行無線 采集 并且能夠使操作員可以遠(yuǎn)距離實(shí)時了解被測現(xiàn)場的溫 度變化情況 。 本文詳細(xì)論證了實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)采集與無線傳輸方案的設(shè)計的總體架構(gòu)，闡述了系統(tǒng)的硬件電路結(jié)構(gòu)和完成各項功能相 關(guān)的軟件設(shè)計。 無線測量的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 數(shù)據(jù)采集技術(shù)是信息科學(xué)的重要組成部分，已廣泛應(yīng)用于 工業(yè)等 各個領(lǐng)域。具體來說，就是將溫度、濕度、氣體密度等物理信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字量。 智能家居中，對當(dāng)前環(huán)境狀況的監(jiān)測 分析是首要的，無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)即是針對智能家居中對室內(nèi)生活環(huán)境指標(biāo)如溫度和濕度等進(jìn)行采集分析的解決方案。這些新器件新方 法的應(yīng)用，給溫度智能控制帶來了新的氣息。 (4)完成無線數(shù)據(jù) 發(fā)收模塊 調(diào)試 及相關(guān)配置 。 第一章 引言 ，介紹了本課題的背景與意義 、 本門研究的內(nèi)容及實(shí)現(xiàn)方法和無線測量的發(fā)展。長距離無線通信一般要借助基站達(dá)到長距離通信的目的，被稱為長距離移動通信，比如手機(jī)通信。 新一代短距離無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)具有體積小、功耗低、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而且開發(fā)簡單快速，可以方便地嵌入到各種設(shè)備中， 實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的無線連接，因此，較適合搭建小型網(wǎng)絡(luò)，在工業(yè)、民用領(lǐng)域得到較為廣泛的應(yīng)用。 短距離無線通信方案目前有藍(lán)牙技術(shù) (Bluetooth)、紅外通信技術(shù) IrDA(Infrared Data Association)、 (WiFi)、 Zigbee、 NFC 技術(shù) 和無線單片技術(shù) 。它利用紅外線的通 斷表示計算機(jī)中的 01 邏輯，通常有效作用半徑 2 米，傳統(tǒng)速度可達(dá) 4Mbit/s。更多新的 WiFi 標(biāo)準(zhǔn)正基于無線收發(fā)芯片 NRF905 的溫度測量系統(tǒng)設(shè)計及實(shí)現(xiàn)（上位機(jī)部分） 7 在制定之中。 Zigbee 技術(shù)和 RFID 技術(shù)在 2021 年就被列為當(dāng)今世界發(fā)展最快，市場前景最廣闊的十大最新技術(shù)中的兩個。 NFC 的短距離交互大大簡化了整個認(rèn)證識別過程，使電子設(shè)備間互相訪問更直接、更安全和更清楚，不用再 聽到各種電子雜音。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。在選擇時，應(yīng)主要參考以下幾點(diǎn)： (1)收發(fā)芯片的數(shù)據(jù)傳輸是否需要進(jìn)行曼 徹斯特編碼：采用曼徹斯特編碼的芯片，在編程上會需要較高的技巧和經(jīng)驗(yàn)，需要更多的內(nèi)存和程序容量，并且曼徹斯特編碼大大降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?，一般僅能達(dá)到標(biāo)稱速率的 1/3，而采用串口傳輸?shù)男酒?，?yīng)用及編程非常簡單，傳送的效率很高，標(biāo)稱速率就是實(shí)際速率，編程方便。其 FSK 數(shù)傳速率可達(dá) ，具有 250HZ 步長可編程頻率能力，適用于跳頻協(xié)議 :主要工作參數(shù)能通過串行總線接口編程改變，使用非常靈活。靈敏度高達(dá)100dBm，最大發(fā)射功率達(dá) +10dBm。采用先進(jìn)的 CMOS 工藝，以 nRF2401 芯片結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，將射頻、 8051MCU、 9 輸入 12 位 ADC、 125 頻道、 UART、 SPI、 PWM、 RTC、WDT 全部集成到單芯片中 ； 內(nèi)部有電壓調(diào)節(jié)器 (工作電壓 ~ )和 VDD 電壓監(jiān)視，通常開關(guān)時間小于 200us，數(shù)據(jù)速率 1Mbps，輸出功率 0dBm； 不需要外接 SAW 濾波器，極少的外圍電路，發(fā)射功率、工作頻率等所有工作參數(shù)全部通過軟件設(shè)置完成，所有高頻元件包括電感、振蕩器等已經(jīng)全部集成在芯片內(nèi)部，一致性良好，性能穩(wěn)定且不受外界影響 ?？梢怨ぷ饔?ShockBurst(自動處理前綴、地址和 CRC 方式 )。 P0~P3為可編程通用 I/O 腳，其功能用途由軟件定義 。它與國家半導(dǎo)體的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)器件 LM317 有相同的管腳排列。 在 LM1117的功能管腳圖中， 1 腳為電源轉(zhuǎn)換元件 LM1117 的電壓輸入端， 3 腳為 LM1117 的電壓輸出端。通過調(diào)節(jié)電阻值，合理地選擇分壓比， 進(jìn)行電源電壓監(jiān)測。通過將與RF 協(xié)議有關(guān)的高速信號處理放到芯內(nèi)， nRF905 提供給應(yīng)用的微控制器一 個 SPI 接口，速率由微控制器己設(shè)定的接口速度決定。 3)掉電模式 在掉電模式中， nRF905 被止，電流消耗最小，典型值低于 。并且取決于負(fù)載電容和頻率。 d)發(fā)送有效數(shù)據(jù)（ TXPayload）：寄存器包含發(fā)送的有效 ShockBurst 數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)，字節(jié)長度由配置寄存器設(shè)置。 8) NRF905 的特點(diǎn) a)載波檢測 當(dāng) NRF905 工作在接受模式時，如果有與器件被編程通道相同的載波出現(xiàn)，載波引腳（ CD）被置高，這一特征對于避免工作在相同頻率的不 同發(fā)射機(jī)的數(shù)據(jù)碰撞非常有效，任何時候當(dāng)器件準(zhǔn)備發(fā)射送數(shù)據(jù)時，應(yīng)先進(jìn)入接收受模式，判斷是否希望的通道輸出可以數(shù)據(jù)，這就是發(fā)射前先監(jiān)聽的協(xié)議。同時介紹 NRF905 發(fā)收模塊的電路原理，管腳及各種 工作模式 的使用 。 RS232 接口中的各端口在邏輯“ 1”時輸出電壓為 +~+，在邏輯“ 0”時輸出電壓為 ~。 單片機(jī)使用 P2口作為段選信號， P0口低四位作為位選信號，進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示。通過 RS232 接口可反向給整個系統(tǒng)進(jìn)行供電，經(jīng)過整流和電源轉(zhuǎn)換后輸出已可供系統(tǒng)正常工作電源。 圖 310 數(shù)碼管電路圖 在單片機(jī)初始化時將 P2 口全為高電平，將 口置為低電平時，數(shù)碼管 0 進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示；將 口置為低電平時，數(shù)碼管 1 進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示；將 口置為低電平時，數(shù)碼管 2 進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示；將 口置為低電平時，數(shù)碼管 3 進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示。 程序設(shè)計 主要包括無線射頻模塊的接口設(shè)計 、數(shù)碼管顯示接口設(shè)計 以及單片機(jī)與 PC 通信的接口設(shè)計。通過對界面層各個變量及標(biāo)志位的操作控制底層驅(qū)動層各模塊來完成所需功能，而并不越過介面層直接訪問底層驅(qū)動層。 Delay(1)。 RX()。原則上應(yīng)該保持底層的各個模塊間的獨(dú)立性，盡量降低它們之間的耦合度，不產(chǎn)生直接的數(shù)據(jù)交互，也不允許它們之間的相互調(diào)用，底層也不直接訪問應(yīng)用層，如果需要與應(yīng)用程序或者其它模塊之間通信，都要通過界面層進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，并接受應(yīng)用層的調(diào)度。 本章小結(jié) 本章主要對整個系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹， 主要 包括單片機(jī)主控單元、無線收發(fā)模塊、數(shù)碼管顯示模塊 ；同時介紹了各模塊 具體功能 ； 講述了系統(tǒng)的硬件設(shè)計，給出了系統(tǒng)設(shè)計的結(jié)構(gòu)圖，從系統(tǒng)各組成部分分別進(jìn)行了設(shè)計 。掉電告警電路主要避免此類問題。 無線收發(fā)模塊 圖 36 無線收發(fā)模塊電路圖 無線收發(fā)模塊的各引腳直接和單片機(jī)相連，在單片機(jī)的控制下，通過 SPI 接口完成溫度數(shù)據(jù)的讀入讀出，發(fā)送模塊和接收模塊的 nRF905 完成數(shù)據(jù)的無線傳輸。 以上提供的三種方案， RS232 接口反向供電可減少無線溫度測量系統(tǒng)的布線，而且在上位機(jī)上需要通過 RS232 接口與 PC 機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸； RS232 接口反向供電方案節(jié)省布線，而且方便可靠。 圖 31 系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)框圖 系統(tǒng)電源方案設(shè)計 在無線測溫系統(tǒng)中，上位機(jī)單片機(jī) STC89C52