【正文】 發(fā)芯片的工作頻段有433MHz，968MHz，以及ZigBee使用的2．4GHz等等。有些芯片似乎比較便宜，可是外圍元件使用很多昂貴的元件，如變?nèi)莨?、聲表濾波器等；還有些芯片收發(fā)分別需要兩根天線，會(huì)增加成本。它的開關(guān)頻率為1．2 MHz，效率最高可達(dá)92％。對(duì)于小電流工作的傳感器，可由處理器 I/O 口直接驅(qū)動(dòng)，可以減少能量消耗。因此，它是現(xiàn)代監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。單總線系統(tǒng)是由掛在一對(duì)雙絞線(一根信號(hào)線，一根地線)上的單總線器件芯片，專門的通信協(xié)議組成，該系統(tǒng)中只有一個(gè)總線命令者，從者可以有多個(gè)。DSl8820只有三根外部引腳，其中VDD和GND為電源引腳，另一根DQ則作為I/O總線，因此稱為一線式數(shù)據(jù)總線。 DS18B20的使用方法由于 DS18B20 采用的是 1－Wire 總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對(duì) AT89C51 單片機(jī)來說，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，我們必須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時(shí)序來完成對(duì) DS18B20 芯片的訪問。C64 位ROM和單線接口高速緩存存儲(chǔ)器與控制邏輯溫度傳感器高溫觸發(fā)器 TH低溫觸發(fā)器 TL配置寄存器8 位 CRC 發(fā)生器VDD圖 26 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)I/O64 位 ROM 的結(jié)構(gòu)開始８位是產(chǎn)品類型的編號(hào)，接著是每個(gè)器件的惟一的序號(hào)，共有 48 位，最后８位是前面 56 位的 CRC 檢驗(yàn)碼，這也是多個(gè) DS18B20 可以采用一線進(jìn)行通信的原因。低５位一直為１，ＴＭ是工作模式位，用于設(shè)置DS18B20 在工作模式還是在測(cè)試模式，DS18B20 出廠時(shí)該位被設(shè)置為０，用戶要去改動(dòng)，R1 和Ｒ0 決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來設(shè)置分辨率。當(dāng)符號(hào)位 S=0 時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)符號(hào)位 S=1 時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為負(fù)值，要先將補(bǔ)碼變成原碼，再計(jì)算十進(jìn)制數(shù)值。DS18B20 器件要求采用嚴(yán)格的通信協(xié)議，以保證數(shù)據(jù)的完整性。在寫 0 時(shí)隙期間，微控制器在整個(gè)時(shí)隙中將總線拉低；而寫 1 時(shí)隙期間，微控制器將總線拉低，然后在時(shí)隙起始后 15us 釋放總線。因而主機(jī)在讀時(shí)隙期間，必須釋放總線。AT89C51 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4K bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和 128bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)通用 8 位中央處理器（CPU）和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大 AT89C51 單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。LTC3400 輸出 外圍電路如圖 214：圖214 射頻模塊 無線射頻芯片CC2500CC2500芯片是Chipcon公司的第四代產(chǎn)品，工作頻率為2．4GHz，符合IEEE802．1 5．4規(guī)范。CC2500從天線接收到射頻信號(hào)時(shí)，首先經(jīng)過低噪聲放大器(Low Noise Amplifier，LNA)，然后在正交下變頻到2MHz的中頻上，形成中頻信號(hào)的同向分量和正交分量?；鶐盘?hào)的同相分量和正交分量直接被數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，通過低通濾波器后，直接變頻到設(shè)定的信道上。設(shè)計(jì)中使用內(nèi)部晶體振蕩器，晶體接在XOSCl6_Q1和XOSCl6_Q2引腳之間，但是需要如果使用外部時(shí)鐘，直接從XOSCl6_Ql引腳引入，XOSCl6_Q2引腳保持懸空。（3）控制數(shù)據(jù)的傳輸速率接口應(yīng)具備對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率（波特率）的控制選擇能力，即應(yīng)具有波特率發(fā)生器。0為禁止接受；1為允許接受。表26 PCON寄存器SMOD X X X GF1 GF0 PD IDLSMOD：波特率加倍位。 串口的電路設(shè)計(jì)，MX232的T1out，R1in與串口的2和3腳連接。 在 開 發(fā) 大 型 軟 件 時(shí) 更 能 體 現(xiàn) 高 級(jí) 語 言 的 優(yōu) 勢(shì) 。這樣的節(jié)點(diǎn)由低功耗的微處理器和外圍器件共同組成，具有網(wǎng)絡(luò)和通信能力，可以響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求。具體的程序如圖 33 所示：否否圖33 主程序 讀出溫度子程序流程圖如圖 34 所示：圖34 讀出溫度子程序流程圖置 DS18B20_IS_OK 為 0開始讀一個(gè)字節(jié)寫一個(gè)字節(jié)初始 DS18B20初始化 DS18B20寫一個(gè)字節(jié)置 DS18B20_IS_OK 為 1結(jié)束是否具體程序如圖 35 所示圖35 讀取溫度子程序 顯示溫度子程序流程圖如圖 36 所示：高位是否為 0次高位是否為 0開始獲取溫度小數(shù)部分高 5 為是否為負(fù)數(shù)獲取溫度整數(shù)部分刷新 LCD 緩沖區(qū)顯示溫度結(jié)束次高位不顯示高位不顯示是否是是否否圖36 顯示溫度子程序流程圖4 無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的通信設(shè)計(jì) 射頻通信設(shè)計(jì)CC2500 通過 SPI(SI，SO，SCLK 和 CSn)接口與微控制器相連，CC2500 為從設(shè)備。GD02 引腳連接微處理器外部中斷用于通知單片機(jī) FIFO 的狀態(tài)信號(hào)。開始初始化 RF選擇通信信道準(zhǔn)備接受信號(hào)發(fā)送數(shù)據(jù)接受準(zhǔn)備請(qǐng)求合法發(fā)送完成 是是是否否否圖42 發(fā)送端軟件流程圖開始上電復(fù)位中斷處理子程序數(shù)據(jù)發(fā)送子程序初始化 RF其他任務(wù)有數(shù)據(jù)發(fā)送？有中斷？是是否否圖42 接送端軟件流程圖 數(shù)據(jù)通信包設(shè)計(jì)接收節(jié)點(diǎn)和發(fā)送節(jié)點(diǎn)之間以射頻模塊規(guī)定的數(shù)據(jù)包格式通信，CC2500 規(guī)定的數(shù)據(jù)通信格式如圖 43 所示。該 軟 件 的 特 點(diǎn) ：① 全 部 滿 足 我 們 提 出 的 單 片 機(jī) 軟 件 仿 真 系 統(tǒng) 的 標(biāo) 準(zhǔn) ， 并 在 同 類 產(chǎn) 品 中 具 有明 顯 的 優(yōu) 勢(shì) 。從虛擬終端的仿真結(jié)果顯示，仿真電路可以完成數(shù)據(jù)的發(fā)送。很多子程序是可以借鑒書本上的，但怎樣銜接各個(gè)子程序才是關(guān)鍵的問題所在，這需要對(duì)單片機(jī)的結(jié)構(gòu)很熟悉。致謝XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX參考資料[1]　李朝青.《單片機(jī)原理及接口技術(shù)（簡(jiǎn)明修訂版） 》.杭州：北京航空航天大學(xué)出版社，1998[2]　李廣弟.《單片機(jī)基礎(chǔ)［Ｍ］ 》.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1994[3]　丁元杰.《單片微機(jī)原理》.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994[4]　薛鈞義.《MCS51 系列單片微型計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用》.西安：西安交通大學(xué)出版社，1994[5]　張幽彤.《MCS8098 系統(tǒng)實(shí)用大全》.北京：清華大學(xué)出版社，1993[6]　何立民.《單片機(jī)微機(jī)原理及應(yīng)用》. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2022[7]　周航慈.《單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù)》.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1991[8] Mifarel.《Standerd Card IC S50 Functional Specification DATA SHEET》 Philips,2022[9] 王為青，程國(guó)鋼，單片機(jī) Keil Cx51 應(yīng)用開發(fā)技術(shù)[M].北京:人民郵電出版社，2022 年 2 月第一版[10] 沈紅衛(wèi) .基于單片機(jī)的智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[M]..北京:電子工業(yè)出版社，2022 年1。給我印象最深的是要設(shè)計(jì)一個(gè)成功的電路，必須要有耐心，要有堅(jiān)持的毅力。整個(gè)設(shè)計(jì)通過了軟件上的調(diào)試、仿真。③ 目 前 支 持 的 單 片 機(jī) 類 型 有 ： 68000 系 列 、 8051 系 列 、 AVR 系 列 、 PIC12系 列 、 PIC16 系 列 、 PIC18 系 列 、 Z80 系 列 、 HC11 系 列 以 及 各 種 外 圍 芯 片 。CC2500 在固定長(zhǎng)度通信模式下，可刪去長(zhǎng)度域；在可變長(zhǎng)度通信模式下，需要 8 位的長(zhǎng)度域給出除去導(dǎo)言與同步字外所有數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)。 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)之間的通訊設(shè)計(jì)在整個(gè)系統(tǒng)中，通信協(xié)議的設(shè)計(jì)是重中之重的事情，這部分的協(xié)議關(guān)系到與外圍節(jié)點(diǎn)之間能不能正常進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}。SPI 接口上所有的處理都同一個(gè)包含一個(gè)讀／寫位，一個(gè)突發(fā)訪問位和一個(gè) 6 位地址的頭字節(jié)在一起作用。 數(shù)據(jù)采集部分的主程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)程序主要包括數(shù)據(jù)采集部分的主程序，讀出溫度子程序，顯示溫度子程序，顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等。軟件開發(fā)的編程語言采用C語言實(shí)現(xiàn)．因?yàn)镃語言比傳統(tǒng)的匯編語言更有優(yōu)勢(shì)。具體的電路圖如圖217所示。需要指出的是，對(duì)CHMOS的單片機(jī)而言，PCON還有幾位有效控制位。RB8:在方式2，3中，RB8是接收機(jī)接受到的第9位，該數(shù)據(jù)來自發(fā)送機(jī)的TB8。 串口的波特率波特率是通信中對(duì)數(shù)據(jù)傳送速率的規(guī)定。射頻單元結(jié)構(gòu)圖圖216所示。它在片上集成了一個(gè)直流穩(wěn)壓器，能夠把3．3V電壓轉(zhuǎn)換成1．8V電壓。后續(xù)的處理，如自動(dòng)增益控制、最終信道選擇、解擴(kuò)以及字節(jié)同步等，都是以數(shù)字信號(hào)的形式處理。只需極少外部元器件，性能穩(wěn)定且功耗極低。其結(jié)構(gòu)框圖如圖 212 所示。對(duì)于 DS18B20 的讀時(shí)序分為讀 0 時(shí)序和讀 1 時(shí)序兩個(gè)過程。所以在主機(jī)發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時(shí)隙，以便 DS18B20 能夠傳輸數(shù)據(jù)。與DS18B20 的通信，是通過操作時(shí)隙完成單總線上的數(shù)據(jù)傳輸。表 23　部分溫度對(duì)應(yīng)值表溫度/℃ 二進(jìn)制表示 十六進(jìn)制表示+125 0000 0111 1101 000007D0H+85 0000 0101 0101 00000550H+ 0000 0001 1001 00000191H+ 0000 0000 1010 000100A2H+ 0000 0000 0000 00100008H0 0000 0000 0000 10000000H 1111 1111 1111 0000FFF8H 1111 1111 0101 1110FF5EH 1111 1110 0110 1111FE6FH55 1111 1100 1001 0000FC90H DS18B20的通信協(xié)議由于 DS18B20 采用的是 1－Wire 總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對(duì) AT89C51 單片機(jī)來說，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，我們必須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時(shí)序來完成對(duì) DS18B20 芯片的訪問。因此，在實(shí)際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)衡考慮。DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器還包括一個(gè)高速暫存ＲＡＭ和一個(gè)非易失性的可電擦除的 EERAM。DS18B20 有嚴(yán)格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。DS18B20 引腳介紹：TO－92 封裝的 DS18B20 的引腳排列見圖 25，其引腳功能描述見表 21。作為單總線器件。在本系統(tǒng)中，考慮到現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的多樣性，設(shè)計(jì)采用內(nèi)部和外部傳感器的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。當(dāng)有多個(gè)大電流傳感器接入時(shí)，通常使用集成的模擬開關(guān)芯片來實(shí)現(xiàn)電源控制。因此選擇了LTC3400LTC3400還可在輕負(fù)載情況下自動(dòng)轉(zhuǎn)為突發(fā)模式，以節(jié)省電能。采用曼徹斯特編碼的芯片，在編程上會(huì)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剩话銉H能達(dá)到標(biāo)稱速率的1／3。（1）發(fā)射功率。 其 DuoCeiverTM技 術(shù) 使 nRF2401可 以 使 用 同 一 天 線 ， 同 時(shí) 接 收 兩 個(gè) 不同 頻 道 的 數(shù) 據(jù) 。能滿足本設(shè)計(jì)的需要。方案二：采用Freescale公司的HCS08，每個(gè)HCS08 系列的MCU 都是由HCS08 核加上幾個(gè)存儲(chǔ)器以及外設(shè)模塊組成。該類節(jié)點(diǎn)的能量消耗比采用微控制器大很多，但是其處理能力也強(qiáng)很多，適合圖像等高數(shù)據(jù)量業(yè)務(wù)的應(yīng)用，也適合作為網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。目前傳感器節(jié)點(diǎn)的軟硬件技術(shù)是傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的重點(diǎn)。綜上，本文研究的重點(diǎn)問題集中在兩方面，即：低能耗的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議性能的仿真實(shí)現(xiàn)及研究。這些節(jié)點(diǎn)被安置在建筑物周圍，能夠有效地按照一定的程序組建成網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行突發(fā)事件(如槍聲、爆炸源等)的檢測(cè)，為救護(hù)、反恐等行動(dòng)提供了強(qiáng)力手段。研究人員開發(fā)了基于多個(gè)加速度傳感器的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，用來進(jìn)行人體行為模式監(jiān)測(cè)，如坐、站、躺、行走、跌倒、爬行等。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被廣泛地應(yīng)用于生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)、生物種群研究、氣象和地理研究、洪水、火災(zāi)檢測(cè)，比較常見的應(yīng)用有：可通過跟蹤珍稀鳥類、動(dòng)物和昆蟲的棲息、覓食習(xí)慣等進(jìn)行瀕臨種群的研究等；可在河流沿線分區(qū)域布設(shè)傳感器節(jié)點(diǎn)，