【正文】 +5V 電源由 USB 接口提供給單片機(jī)和其他模塊 ?；?nRF24L01 模塊的無線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì) 31 DS18B20 接單片機(jī) 口。 基于 nRF24L01 模塊的無線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì) 26 C 1 +1C 1 3C 2 +4C 2 5V s +2V s 6V C C16GND15T 1I N11T 1O U T14T 2I N10T 2O U T7R 1 O U T12R 1 IN13R 2 O U T9R 2 IN8U 1 2 M A X 2 32 V C CV C CGNDC71uC81uC91uC 1 01uC 1 11uR X DT X D162738495J 10S C 9 圖 單片機(jī) 與 PC機(jī)串口通信電路 電源電路設(shè)計(jì) A、本系統(tǒng)單片機(jī)需要一組＋ 5V 電源，采用的電源電路如圖 所示。讀時(shí)隙起始于單片機(jī)拉低總線至少 1 μs 。如執(zhí)行數(shù)據(jù)讀寫指令則需要嚴(yán)格遵循 18B20 的讀寫時(shí)序來操作。第 9 個(gè)字節(jié)為前 8 個(gè)字節(jié)的 CRC 碼。 64 位光刻 ROM 的排列是：開始 8 位（ 28H）是產(chǎn)品類型標(biāo)號，接著的 48 位是該 DS18B20 自身的 序 列 號 ， 最 后 8 位 是 前 面 56 位 的 循 環(huán) 冗 余 校 驗(yàn) 碼（ CRC=X8+X5+X4+1）。 nRF24L01 的配置寄存器共有 25 個(gè)，常用的配置寄存器如表 2 所示 。如果收到應(yīng)答，則認(rèn)為此次通信成功， TX_DS 置高，同時(shí) TX_PLD 從 TX FIFO 中清除 。 （ 2）、復(fù)位電路 單片復(fù)位端低電平有效。 PORT1(― )：端口 1 也是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/O 端口，其輸出緩沖器可以推動(dòng) 4 個(gè) LS TTL 負(fù)載，若將端口 1 的輸出設(shè)為高電平，使是由此端口來輸入數(shù)據(jù)。 軟件設(shè)置空閑和省電功能 178。空閑模式下， CPU 暫停工作，而 RAM 定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷 系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM 的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。 綜合以上方案，我們選擇了經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的字符液晶 LCD1602 來作為接收端的顯示。但是此模塊價(jià)格較貴，且 Zigbee 協(xié)議相對較為復(fù)雜。為此，需要設(shè) 計(jì)相應(yīng)的接口系統(tǒng)，控制這些射頻芯片工作，完成可靠穩(wěn)定的無線數(shù)據(jù)通信，這樣的研究也變得更加有意義了。本文提出一種采用單片機(jī) AT89S52 控制 DS18B20 實(shí)現(xiàn)的無線溫度測量系統(tǒng)。 通過簡單的無線通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)可靠性與功耗平衡， 該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對溫度的檢測，能夠同時(shí)進(jìn)行溫度檢測，是可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的無線溫度檢測系統(tǒng)。 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用了 Nordic 公司新推出的工作于 頻段 NRF24L01 射頻芯片，由 AT89S52單片機(jī)控制 實(shí)現(xiàn)短距離無線數(shù)據(jù)通信。 方案二：采用 NRF24L01 無線射頻模塊進(jìn)行通信， NRF24L01 是一款高速低功耗的無線通信模塊。發(fā)送端用 7 段數(shù)碼管顯示。同時(shí)該芯片還具有 PDIP、TQFP 和 PLCC 等三 種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 靈 活的 ISP 字節(jié)和分頁編程 178。如果是使用 8052 或是 8032 的話， 又當(dāng)作定時(shí)器 2 的外部緩沖輸入腳，而 P。 單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖 ： 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng) E A /V P31X119X218R E S E T9RD17WR16IN T 012IN T 113T014T115P 1 0 / T1P 1 1 / T2P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10U18 0 C 5 2C13 0 p FC23 0 p FX11 2 M H zX1X2V C CR11 0 KC31 0 u FR E S E TP 1 0P 1 1P 1 2P 1 3P 1 4P 1 5P 1 6P 1 7P 2 0P 2 1P 2 2P 2 3P 2 4P 2 5P 2 7P 2 6D0D1D2D3D4D5D6D7R E S E T R X DT X DA L EP S E NIN T 0IN T 1T0T1RDWRX1X2基于 nRF24L01 模塊的無線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 單片 nRF24L01 無線模塊 nRF24L01 芯片概述 nRF24L01 是一款新型單片射頻收發(fā)器件 ,工作于 GHz～ GHz ISM 頻段。若未收到應(yīng)答，基于 nRF24L01 模塊的無線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 則自動(dòng)重新發(fā)射該數(shù)據(jù) (自動(dòng)重發(fā)已開啟 )，若重發(fā)次數(shù) (ARC)達(dá)到上限， MAX_RT 置高， TX FIFO 中數(shù)據(jù)保留以便在次重發(fā) 。 表 2：常用配置寄存器 地址（ H） 寄存器名稱 功能 00 CONFIG 設(shè)置 24L01 工作模式 01 EN_AA 設(shè)置接收通道及自動(dòng)應(yīng)答 02 EN_RXADDR 使能接收通道地址 03 SETUP_AW 設(shè)置地址寬度 04 SETUP_RETR 設(shè)置自動(dòng)重發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)間和次數(shù) 07 STATUS 狀態(tài)寄存器，用來判定工作狀態(tài) 0A~0F RX_ADDR_P0~P5 設(shè)置接收通道地址 10 TX_ADDR 設(shè)置接收接點(diǎn)地址 11~16 RX_PW_P0~P5 設(shè)置接收通道的有效數(shù)據(jù)寬度 基于 nRF24L01 模塊的無線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 nRF24L01 模塊原理圖 nRF24L01 單端匹配網(wǎng)絡(luò)：晶振，偏置電阻，去耦電容。光刻 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。 EEPROM 非易失性記憶體，用于存放長期需要保存的數(shù)據(jù)，上下限溫度報(bào)警值和校驗(yàn)數(shù)據(jù)， DS18B20 共 3 位 EEPROM，并在 RAM 都存在鏡像，以方便用戶操作。數(shù)據(jù)的讀寫方法將有下文有詳細(xì)介紹。DSl8820 在讀時(shí)隙開始 15μs 后開始采樣總線電平。該電路是把 市電 220V 交流電壓經(jīng)電壓器降壓至 8V， 輸入進(jìn)行全橋整流，成為脈動(dòng)直流，經(jīng)過，一級濾波后送至 三端穩(wěn)壓集成電路lm7805 穩(wěn)壓，再經(jīng)二級濾波后即為＋ 5V輸出，圖 管組成了全橋整流電路， C1， C3 是一級濾波電容， U1 是穩(wěn)壓管lm7805， C4 是二級濾波電容。 P0 口接 4 位數(shù)碼管段選端， 分別接數(shù)碼管位選段 S4S1。接入后發(fā)光二極管點(diǎn)亮。 單片機(jī)主控電路由 AT89S52 最小系統(tǒng)組成。如圖 圖 +5V 電源設(shè)計(jì)仿真 發(fā)送端溫度采集與顯示仿真 發(fā)送端溫度采集與顯示電路由 Protues 仿真 軟件進(jìn)行仿真。 MAX232 泵電源引腳必須接 0． 1μf 電容，如圖中的 C C C C10。 讀時(shí)隙需 15～ 60 μs ，且在 2 次獨(dú)立的讀時(shí)隙之間至 少需要1 μs 的恢復(fù)時(shí)間。如執(zhí)行溫度轉(zhuǎn)換指令則控制器（單片機(jī)）必須等待 18B20 執(zhí)行其指令，一般轉(zhuǎn)換時(shí)間為 500uS。第 8 個(gè)字節(jié)為計(jì)數(shù)寄存器，是為了讓用戶得到更高的溫度分辨率而設(shè)計(jì)的，同樣也是內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換、計(jì)算的暫存單元。 內(nèi)部結(jié)構(gòu) ： 圖 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 （ 1）光刻 ROM 中的 64 位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該 DS18B20 的地址序列碼。 nRF24L0l 所有的配置字都由配置寄存器定義，這些配置寄存器可通過 SPI 口訪問。若自動(dòng)應(yīng)答開啟，那么 nRF24L01 在發(fā)射數(shù)據(jù)后立即進(jìn)入接收模式，接收應(yīng)答信號（自動(dòng)應(yīng)答接收地址應(yīng)該與接收節(jié)點(diǎn)地址 TX_ADDR 一致）。 （ 1）、晶振電路 晶振電路由兩個(gè) 30pF 電容和一個(gè) 12MHz 晶體振蕩器構(gòu)成，接入單片機(jī)的 X X2引腳。設(shè)計(jì)者必須外加一個(gè)鎖存器將端口 0送出的地址鎖住成為 A0― A7，再配合端口 2 所送出的 A8― A15 合成一個(gè)完整的 16 位地址總線，而定位地址到 64K 的外部存儲器空間。 看門狗（ WDT）電路 178。引腳圖如圖 此外， AT89S51 設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過軟件設(shè)置省電模式。 方案三：采用 LED7 段數(shù)碼顯示管顯示，其成本低，容易顯示控制，但不能顯示字符。 方案二：采用 TI 公司 CC2430 無線通信模塊，此模塊采用 Zigbee總線模式，傳輸速率可達(dá) 250kbps，且內(nèi)部集成高性能 8051 內(nèi)核。凡是布線繁雜或不允許布線的場合都希望能通過無線方案來解決。 因此設(shè)計(jì)一種低功耗的無線溫度檢測系統(tǒng)很有意義。低功耗、實(shí)時(shí)性的無線溫度檢測是該設(shè)計(jì)的最大特點(diǎn)。該接口設(shè)計(jì)具有成本低、傳輸速率高、軟件設(shè)計(jì)簡單以及通信穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。他能傳輸上千米的距離（加 PA），而且價(jià)基于 nRF24L01 模塊的無線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 格較便宜、采用 SPI 總線通信模式電路簡單 ，操作方便。 基于 nRF24L01 模塊的無線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 單片機(jī)與 PC 機(jī)通信模塊 采用 RS232 串口與 PC機(jī)通信。 圖 單片機(jī)管腳圖 （ 1） 主要功能特性 : 178。 雙數(shù)據(jù)寄存器指針 （ 2） AT89S52 單片機(jī)引腳介紹 : 引腳如圖 ，以下是各引腳的說明。 1 可以有 T2EX 功能，可以做外部中斷輸入的觸發(fā)引腳。內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊 ,并融合了增強(qiáng)型 ShockBurst 技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置 。MAX_RT或 TX_DS 置高時(shí)，使 IRQ 變低，產(chǎn)生中斷，通知 MCU。 C E1C S N2S C K3M O S I4M I S O5IRQ6VDD7VSS8XC29XC110V D D _ P A1 1A N T 11 2A N T 21 3V S S1 4V D D1 5IREF16VSS17VDD18DVDD19VSS20U 1N R F 2 4 L 0 1V D DC 91 0 n FC 81 n FC 12 2 p FR 22 2 KR 1 1 MX 11 6 MC 22 2 p FC 32 . 2 n FC 44 . 7 p FC 73 3 n FC 61 . 0 p FL 33 . 9 n HL 18 . 2 n HL 2 2 . 7 n HC 51 . 5 p F5 0 o m h , R F I / OC EC S NS C KM O S IM I S OI R Q 圖 nRF24L01 單端 50Ω射頻輸出電路原理圖 溫度傳感器 DS18B20 DALLAS 最新單線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 簡介新的 一線器件 體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì) Dallas 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器 DS1820 是世界上第一片支持 一線總線 接口的溫度傳感器。 （ 2） DS18B20 中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以 12 位轉(zhuǎn)化為例：用 16位符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以 ℃ /LSB形式表達(dá)，其中 S為符號位。 控制器對 18B20操作流程： （ 1） 復(fù)位：首先我們必須對 DS18B20 芯片進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位就是由控制器（單片機(jī)）給 DS18B20 單總線至少 480uS 的低電平信號。 當(dāng)主機(jī)收到 DSl8B20 的響應(yīng)信號后，便可以發(fā)出 ROM 操作命令之一，這些命令如下： 指令代碼 代碼 Skip ROM（跳躍 ROM 指令） [CCH] 基于 nRF24L01 模塊的無線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 這條指令使芯片不對 ROM 編碼做出反應(yīng)，在單總線的情況之下，為了節(jié)省時(shí)間則可以選用此指令。 寫時(shí)隙需要 15～ 7