【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 、TX_EN 和PWR_UP 三個(gè)引腳決定，nRF905使用SPI (Serial Peripheral Interface) 串行外設(shè)接口與微處理器之間進(jìn)行通信。圖25 無(wú)線射頻電路 本章小結(jié) 本章以溫室溫度為控制對(duì)象，研究了基于無(wú)線射頻模塊nRF905的溫室溫度測(cè)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)各個(gè)部分的設(shè)計(jì)思想、電路原理圖以及核心芯片的主要技術(shù)參數(shù)、特點(diǎn)等；為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的低成本和低功耗，在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，盡可能使用了芯片內(nèi)部功能和選擇價(jià)格低廉、低功耗的元器件,達(dá)到了基本的設(shè)計(jì)要求。第三章 基于nRF905 的溫室溫度測(cè)控系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)在測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，軟件的設(shè)計(jì)在很大程度上決定了測(cè)控系統(tǒng)的性能。溫度采集點(diǎn)和控制端的程序設(shè)計(jì)是在Keil 181。Vision2開(kāi)發(fā)環(huán)境下，采用C語(yǔ)言編寫(xiě)?；趎RF905 的溫室溫度測(cè)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要包括：溫度信號(hào)采集模塊、無(wú)線傳輸模塊的程序設(shè)計(jì)。 溫度采集模塊程序設(shè)計(jì)由于DS18B20采用的是單總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而單片機(jī)STC89C52在硬件上不支持單總線協(xié)議，需要采用軟件的方法來(lái)模擬單總線的協(xié)議時(shí)序來(lái)完成對(duì)DS18B20芯片的訪問(wèn)。因此，DS18B20測(cè)溫軟件的編寫(xiě)，需要嚴(yán)格遵循單總線協(xié)議，以保證數(shù)據(jù)的完整性。DSl8B20工作過(guò)程中的協(xié)議如下：初始化；ROM操作命令；存儲(chǔ)器操作命令；處理數(shù)據(jù)。每一次訪問(wèn)DS18B20時(shí)必須遵循這一順序，如果其中的任何一步缺少或順序混亂，DS18B20將不會(huì)響應(yīng)。單總線上的所有處理均從初始化序列開(kāi)始。[2729]一旦總線主機(jī)檢測(cè)到從器件的存在，即可根據(jù)具體情況發(fā)出器件相應(yīng)的ROM操作命令，所有ROM操作命令均為8位二進(jìn)制數(shù)。(1)Read ROM(讀ROM)[33H]：允許總線主機(jī)讀DS18B20的8位產(chǎn)品系列編碼、唯一的48位序列號(hào)、8位的CRC。 (2)Match ROM(匹配ROM)[55H]：允許總線主機(jī)對(duì)多點(diǎn)總線上待定的DS18B20尋址。(3)Skip ROM(跳過(guò)ROM)[CCH]：在單點(diǎn)總線系統(tǒng)中，該命令通過(guò)允許主機(jī)不提供64位ROM編碼而直接訪問(wèn)存儲(chǔ)器操作來(lái)節(jié)省時(shí)間。(4)Search ROM(搜索ROM)[F0H]：允許總線控制器用排除法識(shí)別總線上的所有從器件的64位編碼。(5)Alarm Search(告警搜索)[ECH]：僅在最近一次溫度測(cè)量出現(xiàn)告警的情況下，DS18B20才對(duì)此命令作出響應(yīng)。告警的條件定義為溫度高于TH或低于TL。DS18B20一上電，告警條件就保持在設(shè)置狀態(tài)，直到另一次溫度測(cè)量顯示出非告警值或者改變TH或TL的設(shè)置，使得測(cè)量值再一次位于允許的范圍之內(nèi)，存儲(chǔ)在E2PROM內(nèi)的觸發(fā)器值用于警告。 (1)Write Scratchpad(寫(xiě)暫存存儲(chǔ)器)[4EH]：向DS18B20的暫存器中寫(xiě)入數(shù)據(jù)，開(kāi)始位置在地址2，接下來(lái)寫(xiě)入的兩個(gè)字節(jié)將存在暫存器中的地址位置2和3，可以在任何時(shí)刻發(fā)出復(fù)位命令來(lái)終止寫(xiě)入。(2)Read Scratchpad(讀暫存存儲(chǔ)器)[BEH]：讀取暫存器的內(nèi)容，讀取數(shù)據(jù)將從字節(jié)0開(kāi)始，字節(jié)8(CRC)結(jié)束，可以在任何時(shí)間發(fā)出復(fù)位命令中止讀取。(3)Copy Scratchpad(復(fù)制暫存存儲(chǔ)器)[48H]：將暫存器的內(nèi)容復(fù)制到DS18B20的E2PROM存儲(chǔ)器里，即把溫度報(bào)警觸發(fā)字節(jié)存入非易失性存儲(chǔ)器里。 (4)Convert Temperature(溫度變換)[44H]：?jiǎn)?dòng)一次溫度轉(zhuǎn)換而無(wú)需其它數(shù)據(jù)。溫度轉(zhuǎn)換命令被執(zhí)行，DS18B20保持等待狀態(tài)。如果總線控制器在這條指令之后發(fā)出讀時(shí)間隙，而DS18B20忙于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，DS18B20輸出“0”；溫度轉(zhuǎn)換完成，輸出“1”。 如果使用寄生電源，總線控制器必須在這條命令發(fā)出后立即啟動(dòng)強(qiáng)上拉并保持500ms。(5)Recall E2PROM(重新調(diào)出)[B8H]：將存儲(chǔ)在E2PROM中溫度觸發(fā)器的值重新調(diào)至?xí)捍娲鎯?chǔ)器。(6)Read PowerSupply(讀電源)[B4H]：對(duì)于在此指令發(fā)送至DS18B20之后所發(fā)出的第一讀數(shù)據(jù)的時(shí)間隙，器件都會(huì)給出其電源方式的信號(hào)：“0”為寄生電源供電，“1”為外部電源供電。當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以2字節(jié)補(bǔ)碼形式存放在高速暫存存儲(chǔ)器的第0和第1字節(jié)，單片機(jī)可以通過(guò)單線接口讀出該數(shù)據(jù)，低位在前，高位在后。溫度數(shù)據(jù)采集程序流程圖如圖31所示；溫度信號(hào)采集程序清單見(jiàn)附錄1。是否向DS18B20發(fā)送初始化脈沖開(kāi)始向DS18B20發(fā)送跳過(guò)ROM命令(CCH)向DS18B20發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換命令(44H)轉(zhuǎn)換結(jié)束？向DS18B20發(fā)送初始化脈沖向DS18B20發(fā)送跳過(guò)ROM命令(CCH)向DS18B20發(fā)送讀溫度暫存器命令(BEH)圖31溫度數(shù)據(jù)采集程序流程圖讀取數(shù)據(jù)nRF905 通過(guò) SPI 與微控制器進(jìn)行通信，只有在關(guān)機(jī)模式和待機(jī)模式下 nRF905 才能通過(guò) SPI 接口進(jìn)行通信，因此微處理器STC89C52對(duì) nRF905 進(jìn)行讀寫(xiě)操作前都應(yīng)該將 nRF905 置于待機(jī)模式。 nRF905發(fā)送流程程序設(shè)計(jì)nRF905 設(shè)置為待機(jī)模式，MCU 準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)要發(fā)送到目的節(jié)點(diǎn)，通過(guò) SPI 口將目的節(jié)點(diǎn)的地址信息和有效數(shù)據(jù)信息傳送到nRF905 的發(fā)送寄存器中，MCU 設(shè)置 TRX_CE 和 TX_EN 為高來(lái)激活 nRF905的發(fā)送模式。nRF905 進(jìn)入發(fā)送模式后，數(shù)據(jù)打包完成(自動(dòng)加字頭和CRC校驗(yàn)碼)，數(shù)據(jù)包發(fā)送(自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)曼徹斯特編碼、GFSK 調(diào)制、100 kbps 速率發(fā)送)，若 DR 信號(hào)置高則說(shuō)明發(fā)送完成。如果自動(dòng)重發(fā)信號(hào)(AUTO_RETRAN)被置高，則 nRF905 將不斷地重發(fā)數(shù)據(jù)，直到 TRX_CE 被置低為止。當(dāng) TRX_CE 被置低時(shí)，nRF905 會(huì)立刻結(jié)束正在發(fā)送的數(shù)據(jù)包，并將自己置為 standby 模式[22]。發(fā)送完成后需要設(shè)置為待機(jī)模式，發(fā)送程序流程圖如圖 32 所示。nRF905發(fā)送程序清單見(jiàn)附錄2。Nrf905自動(dòng)生成前導(dǎo)碼，CRC校驗(yàn)碼、數(shù)據(jù)打包圖 32 發(fā)送程序流程圖 否是結(jié)束設(shè)為待機(jī)模式發(fā)送是否完成?開(kāi)始設(shè)置為待機(jī)模式寫(xiě)發(fā)送地址給nrf905寫(xiě)發(fā)送數(shù)據(jù)至nrf905設(shè)置為發(fā)送模式開(kāi)始發(fā)送 nRF905接收流程程序設(shè)計(jì)當(dāng) TRX_CE 被置高，且 TX_EN 被置低時(shí)，NRF905 進(jìn)入接收模式，650 us 之后，nRF905 開(kāi)始偵聽(tīng)信道；若 nRF905 監(jiān)聽(tīng)到所要接收的頻段的載波信號(hào)，則載波偵聽(tīng)信號(hào) CD 被置高；若接收到的數(shù)據(jù)包地址有效，則地址匹配信號(hào) AM 被置高；若循環(huán)校驗(yàn)碼 CRC 檢測(cè)正確，則 nNRF905 將去除數(shù)據(jù)包的字頭，地址和 CRC 各位，并將數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好信號(hào) DR 置高。MCU 將 TRX_CE 信號(hào)置低，進(jìn)入 standby 模式，并通過(guò) SPI 口以一定的速率將 NRF905 接收寄存器中的數(shù)據(jù)讀到微控制器中。當(dāng)所有數(shù)據(jù)傳送完畢后，NRF905 將 DR 和 AM 信號(hào)置低。此時(shí) nRF905 可以進(jìn)入接收模式，發(fā)送模式和節(jié)電模式。接收流程圖 33 所示。nRF905接收程序清單見(jiàn)附錄2。在程序編寫(xiě)時(shí)需要注意：發(fā)送模式會(huì)確保一個(gè)傳輸數(shù)據(jù)包發(fā)送開(kāi)始后，總是能夠完成，不管在發(fā)送的過(guò)程中 TRX_CE，TX_EN 被如何設(shè)置。當(dāng)發(fā)送結(jié)束后，新的模式才被激活。而在接收模式下，正在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，如果 TRX_CE 或 TX_EN 的狀態(tài)被改變，那么 nRF905 將立刻改變模式，并且傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包丟失。因此，在程序設(shè)計(jì)時(shí)，如果 MCU 已經(jīng)檢測(cè)到 AM 信號(hào)，說(shuō)明 nRF905 正在接收數(shù)據(jù)，這時(shí)等待 DR 信號(hào)后再改變模式。開(kāi)始設(shè)置為接受模式有無(wú)同頻載波地址是否正確至高AM接受數(shù)據(jù)CRC正確？DR置為高TRX_CE置低，讀取NRF905有效數(shù)據(jù)DR、AM置低置低AMYYYNNN圖33 nRF905接收流程圖 本章小結(jié)本章主要研究了基于射頻模塊nRF905的溫室溫度測(cè)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，包括溫度信號(hào)采集模塊、無(wú)線傳輸模塊的程序設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中藥嚴(yán)格遵循硬件的時(shí)序來(lái)編寫(xiě)程序，否則會(huì)使功能出現(xiàn)紊亂，甚至是錯(cuò)誤。第四章 系統(tǒng)測(cè)試、結(jié)論及展望 系統(tǒng)測(cè)試本設(shè)計(jì)主要在TX51開(kāi)發(fā)板上實(shí)驗(yàn)，在計(jì)算機(jī)上用proteus進(jìn)行仿真，用keil軟件進(jìn)行軟件編譯，用STCISP軟件進(jìn)行下載，在下載前設(shè)置最高波特率為115200，最低波特率為2400，COM為COM4，內(nèi)部擴(kuò)展選定為“允許訪問(wèn)”，MCU TYPE選擇為STC89C52RC。測(cè)試溫度：0~100攝氏度。在室內(nèi)，記錄下數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在將接收端和發(fā)送端的電源打開(kāi)，在接受端觀察結(jié)果。然后與溫度計(jì)進(jìn)行對(duì)比。從對(duì)比的結(jié)果中可以發(fā)現(xiàn)，兩者的數(shù)據(jù)是一樣的。將接受端拿出實(shí)驗(yàn)室，關(guān)上門(mén)，進(jìn)行無(wú)線的穿透測(cè)試，發(fā)現(xiàn)溫度依然不變。再次拿著接收端，以每次十米的距離遠(yuǎn)離接受端。觀察后發(fā)現(xiàn)，隨著距離的增加，溫度一直不變，沒(méi)出現(xiàn)斷點(diǎn)的情況。在室外，同樣的先用溫度計(jì)測(cè)量溫度為34攝氏度，記錄下數(shù)據(jù)。打開(kāi)模塊電源進(jìn)行測(cè)量，觀察到的結(jié)果與溫度計(jì)顯示的結(jié)果一樣。接著將接收端遠(yuǎn)離發(fā)送端，并在兩者之間放一些阻擋物，發(fā)現(xiàn)隨著距離的增加，測(cè)量的溫度依然正確，但當(dāng)距離遠(yuǎn)到約150米時(shí)候，從LCD上觀察到，數(shù)值并不準(zhǔn)確了。將障礙物拿開(kāi)后，這時(shí)溫度又重新正確顯示。上訴試驗(yàn)說(shuō)明本設(shè)計(jì)是成功的，驗(yàn)證了距離和障礙物對(duì)無(wú)線射頻的影響，但是沒(méi)有在真的溫室里進(jìn)行操作，因此略有不足，在以后的試驗(yàn)中要繼續(xù)改正。 測(cè)試中注意問(wèn)題以及測(cè)試方法 在測(cè)試中藥選擇不同的地形地貌，距離遠(yuǎn)近，不同環(huán)境的溫室，多點(diǎn)測(cè)試，各種天氣下的測(cè)試以及有無(wú)遮擋物等情況下的測(cè)試，另外還需多測(cè)幾組數(shù)據(jù)使得實(shí)驗(yàn)更嚴(yán)謹(jǐn)。使系統(tǒng)運(yùn)行，觀察系統(tǒng)硬件檢測(cè)是否正常（包括單片機(jī)最小系統(tǒng)，鍵盤(pán)電路，顯示電路，溫度測(cè)試電路等）。系統(tǒng)自帶測(cè)試表格數(shù)據(jù)，觀察顯示數(shù)據(jù)是否相符合即可。采用溫度傳感器和溫度計(jì)同時(shí)測(cè)量多點(diǎn)水溫變化情況（取溫度值不同的多點(diǎn)），目測(cè)顯示電路是否正常。并記錄各點(diǎn)溫度值，與實(shí)際溫度值比較，得出系統(tǒng)的溫度指標(biāo)。使用串口調(diào)試助手與單片機(jī)通訊，觀察單片機(jī)與串口之間傳輸數(shù)據(jù)正確否。 結(jié)論及展望本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于 nRF905 的溫室溫度測(cè)控系統(tǒng)。該平臺(tái)是以STC89C52為控制器和NORDIC 公司的無(wú)線射頻收發(fā)器 nRF905 為核心，具有體積小、價(jià)格低廉、擴(kuò)展性強(qiáng)、低功耗等特點(diǎn)，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求的技術(shù)性能指標(biāo)。本文具體的研究工作主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)比較分析了常用短距離無(wú)線通信技術(shù)的特點(diǎn)，得出將射頻技術(shù)應(yīng)用在溫室環(huán)境測(cè)控系統(tǒng)中的方案是可行的；(2)研究了基于射頻模塊nRF905的溫室溫度測(cè)控系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)，完成了系統(tǒng)硬件原理圖、以及系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)；(3)DS18B20單總線數(shù)字式溫度傳感器的使用，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)，且測(cè)溫更加準(zhǔn)確；(4)采用基于射頻技術(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以有效提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院涂垢蓴_能力；(5)采用常用的51系列單片機(jī)STC89C52作為微處理器，簡(jiǎn)