【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 蝕以及妨礙糧食卸裝等問(wèn)題。（2）網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)體積小，安裝和維修方便靈活，而且可以通過(guò)在其表面涂抹防腐材料以提高抗腐蝕能力，延長(zhǎng)器件使用壽命。（3）抗干擾能力增強(qiáng)。一方面由于整個(gè)倉(cāng)內(nèi)的測(cè)溫采用無(wú)線通信技術(shù)，蜘蛛網(wǎng)式的布線結(jié)構(gòu)消失了，極大降低了從長(zhǎng)線中引進(jìn)的電磁和天線的干擾。另一方面電源采用紐扣電池供電，完全切斷了從市電串入的干擾，提高了測(cè)量系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。（4）測(cè)控軟件具備自動(dòng)收集糧情信息、室外大氣溫濕度信息，并自動(dòng)判斷通風(fēng)條件，準(zhǔn)確把握通風(fēng)時(shí)機(jī)以實(shí)現(xiàn)保糧自動(dòng)化。無(wú)線傳輸當(dāng)然也存在很多干擾，最普遍的是無(wú)繩電話和微波爐。無(wú)繩電話不采用標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，有些采用DSS（Decision Support Systems，決策技術(shù)系統(tǒng)）方式，多數(shù)采用FHSS（FrequencyHopping Spread Spectrum，跳頻技術(shù)）。采用DSS及其他固定信道算法的無(wú)繩電話一般在電話上裝有“信道”按鍵，使用戶(hù)能手動(dòng)改變信道；FHSS電話則沒(méi)有“信道”按鍵，因?yàn)樗鼈兘?jīng)常改變信道?！?0MHz的信道寬度，所有無(wú)繩電話都會(huì)在ISM頻段（Industrial Scientific Medical Band，工業(yè)、科學(xué)與醫(yī)學(xué)頻段）產(chǎn)生出相當(dāng)高的能量，所以它是許多RF系統(tǒng)的干擾源。微波爐也是這個(gè)頻帶中最常見(jiàn)的干擾來(lái)源,而且是最難以預(yù)測(cè)和最分散的RF（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通信異步收發(fā)器）來(lái)源。每個(gè)微波爐輸出的能源強(qiáng)度不盡相同，且在頻帶上的分布狀況也不一樣，某些微波爐阻隔電磁波的設(shè)計(jì)會(huì)優(yōu)于其他機(jī)種。實(shí)驗(yàn)證明，微波爐和無(wú)線通信設(shè)備距離小于１ｍ時(shí)，％～2％的通信數(shù)據(jù)幀被破壞，但當(dāng)微波爐和無(wú)線通信設(shè)備距離大于１ｍ時(shí)，微波爐的影響就基本不存在了。由于糧庫(kù)遠(yuǎn)離城市，因此這些干擾幾乎不存在，所以采用這個(gè)方案是可行的本章主要介紹了無(wú)線糧倉(cāng)糧情測(cè)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，闡述了系統(tǒng)的總體概念，介紹了無(wú)線糧倉(cāng)糧情測(cè)控系統(tǒng)中各級(jí)功能以及設(shè)計(jì)方案論證。第三章 無(wú)線糧倉(cāng)糧情測(cè)控系統(tǒng)中分線器的硬件設(shè)計(jì) 分線器的硬件設(shè)計(jì) 分線器的總體設(shè)計(jì) 無(wú)線糧倉(cāng)糧情測(cè)控系統(tǒng)的分線器包括糧溫分線器、倉(cāng)溫分線器和通風(fēng)分線器（通風(fēng)分線器將在第四章介紹），每根測(cè)溫電纜都直接與分線器進(jìn)行連接，中間沒(méi)有接頭，避免了熏蒸時(shí)氣體的腐蝕，其優(yōu)點(diǎn)在于很容易尋找出已損壞的測(cè)溫電纜所在的位置，易于檢修，其主要框圖如下圖31所示。圖31 分線器分布框圖 一般情況下，儲(chǔ)存在糧倉(cāng)中的糧食如果不出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，工作人員不會(huì)經(jīng)常開(kāi)倉(cāng)，開(kāi)倉(cāng)的情況大部分均為糧食出倉(cāng)或入倉(cāng)的時(shí)候。因此分線器需要用電池作為動(dòng)力，所以低功耗成為本次設(shè)計(jì)考慮的重點(diǎn)。本文在硬件設(shè)計(jì)方面通過(guò)以下幾項(xiàng)措施降低功耗： (1)在考慮經(jīng)濟(jì)允許的條件下選用超低功耗的主控芯片。 (2)設(shè)計(jì)中使用到的其它芯片和器件在滿足要求的情況下，盡可能選用低功耗的產(chǎn)品。 (3)在設(shè)計(jì)中盡量避免無(wú)謂或重復(fù)的工作。分線器的硬件電路如下圖32所示。分線器的工作原理：J1~J2連接的溫度傳感器（熱敏電阻）將采集到的模擬數(shù)據(jù)，通過(guò)多路模擬Max4051芯片輸出，然后將數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)放大以及A/，最后由RF收發(fā)芯片CC1000無(wú)線傳送給測(cè)控分機(jī)，完成數(shù)據(jù)的采集及發(fā)送。下面詳細(xì)介紹該硬件電路。圖32 分線器硬件電路圖 分線器芯片的選型 主控芯片的選型本系統(tǒng)主控芯片采用美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的MCS51系列的AT89C52 單片機(jī)，它是低電壓、高性能CMOS8位單片機(jī)，有8K的EEPROM，無(wú)需擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器。256字節(jié)的RAM和32個(gè)I/O口，完全可以滿足本系統(tǒng)的要求?？撮T(mén)狗電路采用X5045，它是一種集看門(mén)狗、電壓監(jiān)控和EEPROM三種功能于一身的可編程電路。它內(nèi)部的512字節(jié)的EEPROM用來(lái)存放無(wú)線探頭的編碼和一些系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)。X5045可提供1000000次擦寫(xiě)和100年的數(shù)據(jù)保存期。無(wú)線編碼接收采用常見(jiàn)的超再生接收模塊，頻率315MHz，ASK方式，不含解碼芯片PT2272（采用軟件解碼），與無(wú)線探頭端的編碼芯片PT2262對(duì)應(yīng)，有312種編碼，保證了有足夠的保密性 。（1）AT89C52主要性能參數(shù)。?與MCS51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容；?8K字節(jié)可重擦寫(xiě)FLASH閃速存儲(chǔ)器；?1000次擦寫(xiě)周期；?全靜態(tài)操作：0Hz－24MHz；?三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器；?2568字節(jié)內(nèi)部RAM；?32個(gè)可編程I/O口線；?8個(gè)中斷源；?可編程串行UART通道；?低功耗空閑和掉電模式。（2）AT89C52的引腳及其功能介紹。AT89C52提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：40個(gè)引腳,8k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套，2個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，2個(gè)全雙工串行通信口，看門(mén)狗（WDT）電路,片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。同時(shí)，AT89C52可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。AT89C52的引腳圖如下圖33所示, 該芯片還具有PDIP（Plastic Leaded Chip Carrier，有引線塑料芯片載體）、TQFP（Thin Quad Flat Package，薄型四邊引腳扁平封裝）和PLCC（Plastic Leaded Chip Carrier，有引線塑料芯片載體）等三種封裝形式,以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。圖33 AT89C52的引腳圖?P0口：P0口是一組8位漏極開(kāi)路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門(mén)電路，對(duì)端口P0寫(xiě)“1”時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)作為地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻；在Flash編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)。而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。?P1口：P1是一組帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)端口P1寫(xiě)“1”時(shí)，可通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（ ）。，分別為T(mén)2（定時(shí)/計(jì)數(shù)器2外部計(jì)數(shù)脈沖輸入）和T2EX（定時(shí)/計(jì)數(shù)2捕獲/重裝載觸發(fā)和方向控制）。8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。Flash編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接收高位地址和一些控制信號(hào)。?P3口：P3是一組帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)端口P3寫(xiě)“1”時(shí)，可通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。此時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（ ）。P3口還接收一些用于Flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。P3口除了作為一般的I/O口線外，還有更為重要的第二功能，見(jiàn)下圖31所示。表31 P3口第二功能介紹端口引腳第二功能RXD（串行輸入口）TXD（串行輸出口）（外中斷0）（外中斷1）T0（定時(shí)/計(jì)數(shù)器0外部輸入）T1（定時(shí)/計(jì)數(shù)器1外部輸入）（外部數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器寫(xiě)選通）（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）?RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。?：當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可用于外輸出時(shí)鐘或定時(shí)目的，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。對(duì)Flash存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（）。如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無(wú)效。? ：程序儲(chǔ)存允許（）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89C52由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次 有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)兩次 信號(hào)。? ：外部訪問(wèn)允許。欲使CPU僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H－FFFFH）， 端必須保持低電平（接地）。如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 端狀態(tài)。如 端為高電平（接 端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。Flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上＋12V的編程允許電源 ，當(dāng)然該器件必須是使用+12V編程電壓 。?XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。?XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。 無(wú)線收發(fā)芯片的選型無(wú)線收發(fā)芯片的種類(lèi)和數(shù)量比較多，無(wú)線收發(fā)芯片的選擇在設(shè)計(jì)中是至關(guān)重要的，正確的選擇可以減小開(kāi)發(fā)難度，縮短開(kāi)發(fā)周期，降低成本，更快地將產(chǎn)品推向市場(chǎng)。選擇無(wú)線收發(fā)芯片時(shí)應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)因素：功耗、發(fā)射功率、接收靈敏度、收發(fā)芯片所需的外圍元件數(shù)量、芯片成本、數(shù)據(jù)傳輸是否需要進(jìn)行曼徹斯特編碼等。本次設(shè)計(jì)選用Chipcon公司推出的可編程RF收發(fā)芯片CC1000 ，該芯片集成了射頻發(fā)射、射頻接收、PLL（PhaseLocked Loop，鎖相環(huán)）合成、FSK（Frequency Shift Keying，移頻鍵控）調(diào)制/解調(diào)、可編程控制等多種功能，是專(zhuān)為在無(wú)線條件下應(yīng)用所設(shè)計(jì)的、。它主要是為3143868和915MHz的ISM和SRD設(shè)備（Small Range Device，小范圍設(shè)備）所設(shè)計(jì)，可以編程工作在300～1000MHz范圍之間的任一頻率上。下面分幾個(gè)方面介紹CC1000芯片。（1）其主要特點(diǎn)是：①具有極低的電流消耗、高靈敏度、體積小、低供電電壓、FSK調(diào)制頻譜修正等特點(diǎn)。②單端天線連接。③小尺寸TSSOP28封裝（Thin Shrink Small Outline Package，超薄的縮小型系統(tǒng)級(jí)封裝）。④為用戶(hù)提供了簡(jiǎn)單易用的開(kāi)發(fā)包，凡使用CC1000的客戶(hù)，Chipcon公司提供Windows界面下使用的SmartRF Studio軟件，它將根據(jù)用戶(hù)輸入的各項(xiàng)參數(shù)（以16進(jìn)制數(shù)表示）給出所有必需的CC1000配置信息。這些16進(jìn)制數(shù)作為CC1000的配置信息將被輸入到微控制器里，另外該軟件還將向用戶(hù)提供輸入/輸出匹配電路和VCO（Voltage Control Oscillator，壓控振蕩器）電感所需的元件參數(shù)值。⑤使用軟件可很容易獲得CC1000配置參數(shù)。主要表現(xiàn)在CC1000對(duì)于不同的應(yīng)用場(chǎng)合能通過(guò)編程配置出最佳性能，通過(guò)可編程配置寄存器能改變以下主要參數(shù)：?接收/發(fā)送模式；?射頻輸出功率；?頻率合成主要參數(shù)：射頻輸出頻率，F(xiàn)SK分頻，晶振參考頻率；?低電位/高電位模式；?晶體振蕩開(kāi)/關(guān)模式；?傳輸率和數(shù)據(jù)格式（NRZ Non Return to Zero非歸零碼、曼徹斯特碼或UART接口）；?頻率合成鎖定指示模式；?可選RSSI或外部IF；?窄帶系統(tǒng)的調(diào)制頻譜重整。⑥250Hz步長(zhǎng)可編程頻率，能在無(wú)TCXO（Temperature Compensated Crystal Oscillator，溫度補(bǔ)償晶振體振蕩器）下對(duì)晶體溫度漂移進(jìn)行補(bǔ)償。⑦使用CC1000芯片設(shè)計(jì)電路簡(jiǎn)單，很少使用外圍元件、不需要外部射頻轉(zhuǎn)換和中頻濾波器。（2）利用CC1000芯片組成的系統(tǒng)主要有以下優(yōu)點(diǎn)：①SRD規(guī)則。國(guó)際法規(guī)和國(guó)家法律規(guī)定了無(wú)線電波的接收和發(fā)送條例，在大多數(shù)歐洲國(guó)家，工作在433MHz和868～870MHz帶寬允許免費(fèi)申請(qǐng)SRD（小范圍設(shè)備）的許可證。在美國(guó)該設(shè)備工作在260～470MHz和902～928MHz頻帶內(nèi)可申請(qǐng)SRD許可證，CC1000的設(shè)計(jì)完全滿足工作在所有這些頻帶要求。這些規(guī)則可以在《免費(fèi)申請(qǐng)無(wú)線電收發(fā)許可的AN001 SRD規(guī)則》應(yīng)用說(shuō)明中找出，它可以從Chipcon網(wǎng)站上獲得。②低成本的系統(tǒng)。低成本對(duì)系統(tǒng)是很重要的，CC1000是最理想的選擇。非常少的外圍元件使總成本降到最小值，晶振可選用50ppm頻率偏差的廉價(jià)晶體。③電池工作系統(tǒng)。在低功率應(yīng)用系統(tǒng)中，當(dāng)系統(tǒng)沒(méi)有被激活時(shí)應(yīng)使用低電位工作模式。根據(jù)啟動(dòng)時(shí)間需要，在低電位模式期間可打開(kāi)振蕩器。④窄帶系統(tǒng)。CC1000有一個(gè)獨(dú)有的特性就是對(duì)250Hz頻率有非常好的分辨率。若溫漂曲線已知并且溫度傳感器包含在系統(tǒng)中，該特性可用來(lái)進(jìn)行溫度補(bǔ)償。甚至初始調(diào)節(jié)也能通過(guò)頻率的可編程性進(jìn)行。這就消除了在某些應(yīng)用里對(duì)昂貴的TCXO和微調(diào)的需要。在要求較低的應(yīng)用中，能使用不帶進(jìn)一步補(bǔ)償?shù)牡蜏仄偷屠匣木w。晶振電路里的微調(diào)電容（與C17并列）能精確地設(shè)置初始頻率。CC1000為了提高傳輸率，也表現(xiàn)出了一個(gè)獨(dú)特的頻譜重整特性。在“理想的”帶突變頻率替換的FSK系統(tǒng)中，頻譜會(huì)固有地變寬。通過(guò)軟化頻率替換，頻譜能顯著地變窄，這樣在相同的帶寬上就能發(fā)送更高傳輸率的數(shù)據(jù)。⑤高可靠性系統(tǒng)。把一個(gè)濾波器當(dāng)成預(yù)選器使用，通過(guò)降低數(shù)據(jù)堵塞的可能性將提高惡劣環(huán)境下通信的可靠性。由于濾波器加入的損耗，導(dǎo)致接收靈敏度和輸出功率將會(huì)減少。通過(guò)在RX通道加入濾波器，同時(shí)加上一個(gè)外部RX/TX開(kāi)關(guān)，可起到只降低接收靈敏度，輸出功率不變的效果。CHP_OUT（LOCK）管腳能用來(lái)控制外部LNA（Low Noise Amplifier，低噪聲放大器）、RX/TX開(kāi)關(guān)或者功放，這些可通過(guò)LOCK寄存器的LOCK_SELECT來(lái)控制。⑥跳頻擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)。由于PLL有很快的頻率轉(zhuǎn)換特點(diǎn)，CC1000也適用于跳頻系統(tǒng)。根據(jù)比特率和每次發(fā)送期間待發(fā)的數(shù)據(jù)總量，一般使用的跳頻率為1～100hops/s。兩個(gè)頻率寄存器（FREQ_A和FREQ_B）依此設(shè)置，以便當(dāng)使用“當(dāng)前”