【文章內(nèi)容簡介】 、TX_EN 和PWR_UP 三個引腳決定，nRF905使用SPI (Serial Peripheral Interface) 串行外設(shè)接口與微處理器之間進行通信。圖25 無線射頻電路 本章小結(jié) 本章以溫室溫度為控制對象，研究了基于無線射頻模塊nRF905的溫室溫度測控系統(tǒng)的硬件設(shè)計，包括系統(tǒng)各個部分的設(shè)計思想、電路原理圖以及核心芯片的主要技術(shù)參數(shù)、特點等；為了實現(xiàn)系統(tǒng)的低成本和低功耗，在滿足設(shè)計要求的前提下，盡可能使用了芯片內(nèi)部功能和選擇價格低廉、低功耗的元器件,達到了基本的設(shè)計要求。第三章 基于nRF905 的溫室溫度測控系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)在測控系統(tǒng)設(shè)計中，軟件的設(shè)計在很大程度上決定了測控系統(tǒng)的性能。溫度采集點和控制端的程序設(shè)計是在Keil 181。Vision2開發(fā)環(huán)境下，采用C語言編寫?；趎RF905 的溫室溫度測控系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要包括：溫度信號采集模塊、無線傳輸模塊的程序設(shè)計。 溫度采集模塊程序設(shè)計由于DS18B20采用的是單總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線上實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而單片機STC89C52在硬件上不支持單總線協(xié)議，需要采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時序來完成對DS18B20芯片的訪問。因此，DS18B20測溫軟件的編寫，需要嚴格遵循單總線協(xié)議，以保證數(shù)據(jù)的完整性。DSl8B20工作過程中的協(xié)議如下：初始化；ROM操作命令；存儲器操作命令；處理數(shù)據(jù)。每一次訪問DS18B20時必須遵循這一順序，如果其中的任何一步缺少或順序混亂，DS18B20將不會響應。單總線上的所有處理均從初始化序列開始。[2729]一旦總線主機檢測到從器件的存在，即可根據(jù)具體情況發(fā)出器件相應的ROM操作命令，所有ROM操作命令均為8位二進制數(shù)。(1)Read ROM(讀ROM)[33H]：允許總線主機讀DS18B20的8位產(chǎn)品系列編碼、唯一的48位序列號、8位的CRC。 (2)Match ROM(匹配ROM)[55H]：允許總線主機對多點總線上待定的DS18B20尋址。(3)Skip ROM(跳過ROM)[CCH]：在單點總線系統(tǒng)中，該命令通過允許主機不提供64位ROM編碼而直接訪問存儲器操作來節(jié)省時間。(4)Search ROM(搜索ROM)[F0H]：允許總線控制器用排除法識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量出現(xiàn)告警的情況下，DS18B20才對此命令作出響應。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)，直到另一次溫度測量顯示出非告警值或者改變TH或TL的設(shè)置，使得測量值再一次位于允許的范圍之內(nèi)，存儲在E2PROM內(nèi)的觸發(fā)器值用于警告。 (1)Write Scratchpad(寫暫存存儲器)[4EH]：向DS18B20的暫存器中寫入數(shù)據(jù)，開始位置在地址2，接下來寫入的兩個字節(jié)將存在暫存器中的地址位置2和3，可以在任何時刻發(fā)出復位命令來終止寫入。(2)Read Scratchpad(讀暫存存儲器)[BEH]：讀取暫存器的內(nèi)容，讀取數(shù)據(jù)將從字節(jié)0開始，字節(jié)8(CRC)結(jié)束，可以在任何時間發(fā)出復位命令中止讀取。(3)Copy Scratchpad(復制暫存存儲器)[48H]：將暫存器的內(nèi)容復制到DS18B20的E2PROM存儲器里，即把溫度報警觸發(fā)字節(jié)存入非易失性存儲器里。 (4)Convert Temperature(溫度變換)[44H]：啟動一次溫度轉(zhuǎn)換而無需其它數(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)出后立即啟動強上拉并保持500ms。(5)Recall E2PROM(重新調(diào)出)[B8H]：將存儲在E2PROM中溫度觸發(fā)器的值重新調(diào)至暫存存儲器。(6)Read PowerSupply(讀電源)[B4H]：對于在此指令發(fā)送至DS18B20之后所發(fā)出的第一讀數(shù)據(jù)的時間隙，器件都會給出其電源方式的信號：“0”為寄生電源供電，“1”為外部電源供電。當溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以2字節(jié)補碼形式存放在高速暫存存儲器的第0和第1字節(jié)，單片機可以通過單線接口讀出該數(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；溫度信號采集程序清單見附錄1。是否向DS18B20發(fā)送初始化脈沖開始向DS18B20發(fā)送跳過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 SPI 與微控制器進行通信，只有在關(guān)機模式和待機模式下 nRF905 才能通過 SPI 接口進行通信，因此微處理器STC89C52對 nRF905 進行讀寫操作前都應該將 nRF905 置于待機模式。 nRF905發(fā)送流程程序設(shè)計nRF905 設(shè)置為待機模式，MCU 準備好數(shù)據(jù)要發(fā)送到目的節(jié)點，通過 SPI 口將目的節(jié)點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 為高來激活 nRF905的發(fā)送模式。nRF905 進入發(fā)送模式后，數(shù)據(jù)打包完成(自動加字頭和CRC校驗碼)，數(shù)據(jù)包發(fā)送(自動進行數(shù)據(jù)曼徹斯特編碼、GFSK 調(diào)制、100 kbps 速率發(fā)送)，若 DR 信號置高則說明發(fā)送完成。如果自動重發(fā)信號(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 TRX_CE 被置低時，nRF905 會立刻結(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)置為待機模式，發(fā)送程序流程圖如圖 32 所示。nRF905發(fā)送程序清單見附錄2。Nrf905自動生成前導碼，CRC校驗碼、數(shù)據(jù)打包圖 32 發(fā)送程序流程圖 否是結(jié)束設(shè)為待機模式發(fā)送是否完成?開始設(shè)置為待機模式寫發(fā)送地址給nrf905寫發(fā)送數(shù)據(jù)至nrf905設(shè)置為發(fā)送模式開始發(fā)送 nRF905接收流程程序設(shè)計當 TRX_CE 被置高，且 TX_EN 被置低時，NRF905 進入接收模式，650 us 之后，nRF905 開始偵聽信道；若 nRF905 監(jiān)聽到所要接收的頻段的載波信號，則載波偵聽信號 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 AM 被置高；若循環(huán)校驗碼 CRC 檢測正確，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)準備好信號 DR 置高。MCU 將 TRX_CE 信號置低，進入 standby 模式，并通過 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。當所有數(shù)據(jù)傳送完畢后，NRF905 將 DR 和 AM 信號置低。此時 nRF905 可以進入接收模式，發(fā)送模式和節(jié)電模式。接收流程圖 33 所示。nRF905接收程序清單見附錄2。在程序編寫時需要注意：發(fā)送模式會確保一個傳輸數(shù)據(jù)包發(fā)送開始后，總是能夠完成，不管在發(fā)送的過程中 TRX_CE，TX_EN 被如何設(shè)置。當發(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，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)計時，如果 MCU 已經(jīng)檢測到 AM 信號，說明 nRF905 正在接收數(shù)據(jù)，這時等待 DR 信號后再改變模式。開始設(shè)置為接受模式有無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的溫室溫度測控系統(tǒng)的軟件設(shè)計，包括溫度信號采集模塊、無線傳輸模塊的程序設(shè)計。在設(shè)計中藥嚴格遵循硬件的時序來編寫程序，否則會使功能出現(xiàn)紊亂，甚至是錯誤。第四章 系統(tǒng)測試、結(jié)論及展望 系統(tǒng)測試本設(shè)計主要在TX51開發(fā)板上實驗，在計算機上用proteus進行仿真，用keil軟件進行軟件編譯，用STCISP軟件進行下載，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)部擴展選定為“允許訪問”，MCU TYPE選擇為STC89C52RC。測試溫度：0~100攝氏度。在室內(nèi)，記錄下數(shù)據(jù)。現(xiàn)在將接收端和發(fā)送端的電源打開，在接受端觀察結(jié)果。然后與溫度計進行對比。從對比的結(jié)果中可以發(fā)現(xiàn)，兩者的數(shù)據(jù)是一樣的。將接受端拿出實驗室，關(guān)上門，進行無線的穿透測試，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，沒出現(xiàn)斷點的情況。在室外，同樣的先用溫度計測量溫度為34攝氏度，記錄下數(shù)據(jù)。打開模塊電源進行測量，觀察到的結(jié)果與溫度計顯示的結(jié)果一樣。接著將接收端遠離發(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，測量的溫度依然正確，但當距離遠到約150米時候，從LCD上觀察到，數(shù)值并不準確了。將障礙物拿開后，這時溫度又重新正確顯示。上訴試驗說明本設(shè)計是成功的，驗證了距離和障礙物對無線射頻的影響，但是沒有在真的溫室里進行操作，因此略有不足，在以后的試驗中要繼續(xù)改正。 測試中注意問題以及測試方法 在測試中藥選擇不同的地形地貌，距離遠近，不同環(huán)境的溫室，多點測試，各種天氣下的測試以及有無遮擋物等情況下的測試，另外還需多測幾組數(shù)據(jù)使得實驗更嚴謹。使系統(tǒng)運行，觀察系統(tǒng)硬件檢測是否正常（包括單片機最小系統(tǒng)，鍵盤電路，顯示電路，溫度測試電路等）。系統(tǒng)自帶測試表格數(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同時測量多點水溫變化情況（取溫度值不同的多點），目測顯示電路是否正常。并記錄各點溫度值，與實際溫度值比較，得出系統(tǒng)的溫度指標。使用串口調(diào)試助手與單片機通訊，觀察單片機與串口之間傳輸數(shù)據(jù)正確否。 結(jié)論及展望本文設(shè)計并實現(xiàn)了基于 nRF905 的溫室溫度測控系統(tǒng)。該平臺是以STC89C52為控制器和NORDIC 公司的無線射頻收發(fā)器 nRF905 為核心，具有體積小、價格低廉、擴展性強、低功耗等特點，達到了設(shè)計要求的技術(shù)性能指標。本文具體的研究工作主要體現(xiàn)在以下幾個方面：(1)比較分析了常用短距離無線通信技術(shù)的特點，得出將射頻技術(shù)應用在溫室環(huán)境測控系統(tǒng)中的方案是可行的；(2)研究了基于射頻模塊nRF905的溫室溫度測控系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計，完成了系統(tǒng)硬件原理圖、以及系統(tǒng)軟件設(shè)計；(3)DS18B20單總線數(shù)字式溫度傳感器的使用，簡化了系統(tǒng)硬件電路設(shè)計，且測溫更加準確；(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STC89C52作為微處理器，簡