【文章內(nèi)容簡介】 18B20具有獨(dú)特的單總線接口，占用的I/O資源少，通信協(xié)議比較簡單，成本較低，傳輸距離遠(yuǎn)，和其他數(shù)字溫度傳感器相比，它更適合本系統(tǒng)，所以，選用DS18B20做為溫度測量的傳感器。 數(shù)字溫度傳感器DS18B20（1）DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20主要由四部分組成：64位激光ROM數(shù)據(jù)存儲器、溫度傳感器、非易失性電可擦寫溫度報警觸發(fā)器TH、TL以及非易失性電可擦寫設(shè)置寄存器。如圖33。64位ROM和單線端口電源探測DQVDD內(nèi)部VDD存儲器和控制邏輯寄存器溫度傳感器上限觸發(fā)TH下限觸發(fā)TL8位CRC產(chǎn)生器 圖33 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖實(shí)物如圖34所示，器件只有3根外部引腳，其中VDD和GND為電源引腳，另一根DQ線則用作I/O總線，因此稱為一線式數(shù)據(jù)總線。 GND DQ VDDDS18B2012348765I/OGNDNCNCVccNCNCNCDS18B201 2 3 （a）PR35封裝 　（b）SOSI封裝 圖34 DS18B20的封裝形式每片DS18B20含有一個唯一的64位ROM編碼。頭8位是產(chǎn)品系列編碼，表示產(chǎn)品的分類編號；接著的48位是一個惟一的產(chǎn)品序列號，序列號是一個15位的十進(jìn)制編碼，每個芯片惟一的編碼可以通過尋址將其識別出來，最后8位是前56位的循環(huán)冗余(CRC)校驗(yàn)碼，是數(shù)據(jù)通信中校驗(yàn)數(shù)據(jù)傳輸是否正確的一種方法。 （6）DS18B20的供電方式DS18B20有兩種供電方式：如圖37 ，一種為數(shù)據(jù)線供電方式(即寄生電源供電方式)；另一種為外部供電方式。寄生電源方式下，GND端和 VDD端都接地，它是通過內(nèi)部電容在空閑時從數(shù)據(jù)線獲取能量，來完成溫度轉(zhuǎn)換，完成溫度轉(zhuǎn)換的時間較長。為了保證在有效的時鐘周期內(nèi)，提供足夠的電流，這種情況下，用一個MOSFET管和單片機(jī)的一個I/O口來完成對DS18B20總線的上拉；外接電源方式下，DS18B20的VDD端外接一個+3～+5V電源，GND端接地。可見寄生電源方式可以省掉一根電源線，大大較低了布線的成本，但是當(dāng)總線上節(jié)點(diǎn)較多且同時進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換時，容易造成供電不足且所需的轉(zhuǎn)換時間較長。外接電源方式穩(wěn)定可靠，測量速度較快。所以本系統(tǒng)采用外接電源供電方式。實(shí)物圖見圖38其中象三極管樣子的為DS18B20。 （a）寄生電源供電方式 （b）外接電源供電方式 圖37 DS18B20的供電方式 圖38 DS18B20與單片機(jī)實(shí)物圖 無線收發(fā)芯片的選擇 無線收發(fā)芯片是整個無線通信模塊的核心部件，他的選擇成功與否將直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的性能、成本和開發(fā)周期。正確的選擇射頻芯片可以使研發(fā)過程少走彎路，降低成本，更快地將產(chǎn)品推向市場?；诒鞠到y(tǒng)的實(shí)際需求，應(yīng)該選用成本低、體積小、功耗低、集成度高、兼容性強(qiáng)、外圍元件少、抗干擾能力強(qiáng)、接口簡單、開發(fā)方便的無線射頻收發(fā)一體芯片。常用無線射頻收發(fā)芯片主要有nRF40nRF90TRF6900和RF2915。 幾種主要無線收發(fā)芯片性能比較芯片類型nRF401nRF905 TRF6900 RF2915生產(chǎn)廠家NORDIC NORDIC TI RFMD通信頻率433MHz433/868/915MHz868/915MHz433/868/915MHz工作電壓～～～～是否需要曼徹斯特編碼不需要不需要 需要 需要調(diào)制方式 FSK GFSK FSK FSK最大傳輸速率 20Kbps100Kbps30Kbps發(fā)射電流8～18mA 11mA 50mA 27mA接收電流10mA 34mA 最大輸出功率+10dBm+10dBm+ 0dBm外圍元器件數(shù)目約10個 約10個約50個 約50個，相比其它幾種芯片，NORDIC公司的nRF905無線射頻收發(fā)一體芯片功耗低，數(shù)據(jù)傳輸速率最快，所需外圍元器件最少，輸出功率最大，并且采用了比FSK調(diào)制抗干擾能力更強(qiáng)的GFSK調(diào)制，數(shù)據(jù)傳輸更加穩(wěn)定可靠，因而本系統(tǒng)選用nRF905作為無線數(shù)據(jù)傳輸芯片。nRF905是挪威NORDIC公司推出的單片無線收發(fā)一體的芯片，～，可通過編程工作于433/868/915MHz 3個ISM頻段，使用SPI接口與微處理器通信，配置非常方便。nRF905由頻率合成器、接收解調(diào)器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器組成，不需外加聲表面濾波器，其外部連接元件包括一個基準(zhǔn)晶振、RF偏壓電阻、外部天線等幾個部分，是目前集成度較高的無線數(shù)傳產(chǎn)品，具有性能優(yōu)異、功耗低、開發(fā)簡單等優(yōu)點(diǎn)。nRF905采用抗干擾能力強(qiáng)的高斯頻移鍵控(GFSK)調(diào)制方式，抗干擾能力強(qiáng)，能很好的減少噪聲環(huán)境對系統(tǒng)性能的影響。與幅移鍵控(ASK)和開關(guān)鍵控(OnOff Keying)方式相比，GFSK的通信范圍更廣，特別是在附近有類似設(shè)備工作的場合通信更加可靠，更適合工業(yè)現(xiàn)場控制場合。nRF905內(nèi)置了完整的通信協(xié)議和CRC校驗(yàn)電路，并且由片內(nèi)硬件自動完成曼徹斯特編碼與解碼，只需通過SPI接口即可完成所有的無線收發(fā)傳輸，無線通信如同SPI通信一樣方便。nRF905傳輸數(shù)據(jù)時采用非實(shí)時方式，即發(fā)送端發(fā)出數(shù)據(jù)，接收端接收到后先暫存在芯片的存儲器中，由微處理器在在需要的時候通過SPI接口讀取。nRF905的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖39所示。實(shí)物圖如圖310 圖39 nRF905內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 nRF905引腳功能描述管腳名稱 管腳功能 說明 1TRX_CE數(shù)字輸入使能芯片發(fā)射或接受 2PWR_UP數(shù)字輸入芯片上電 3uPCLK時鐘輸出由晶振分頻的輸出時鐘 4VDD電源電源（+3V） 5Vss電源接地 6CD數(shù)字輸出載波檢測 7AM數(shù)字輸出地址匹配 8DR數(shù)字輸出接受或發(fā)送數(shù)據(jù)完成 9Vss電源接地 10MISOSPI接口SPI輸出 11MOSISPI接口SPI輸入 12SCKSPI時鐘SPI時鐘 13CSNSPI使能SPI使能 14XC1模擬輸入晶振1腳 15XC2模擬輸出晶振2腳 16Vss電源接地 17VDD電源電源（+3V） 18Vss電源接地 19VDD_PA電源輸出給nRF905功率放大器提供的+ 20ANT1射頻輸出天線接口1 21ANT2射頻輸出天線接口2 22Vss電源接地 23IREF模擬輸入?yún)⒖茧娏?24Vss電源接地 25VDD電源電源（+3V） 26 Vss電源接地 27 Vss電源接地 28 Vss電源接地 29 Vss電源接地 30Vss電源接地 31DVDD_1V2電源De耦合的低壓正數(shù)字電源輸出 32TX_EN數(shù)字輸入TX_EN=“1”為TX模式；“0”為RX模式圖310 nRF905圖4 數(shù)據(jù)接收端設(shè)計數(shù)據(jù)接收端由微處理器、4位數(shù)碼管顯示模塊、無線收發(fā)模塊、外部電源、蜂鳴器報警電路、RS232通信接口以及CAN接口組成。考慮到系統(tǒng)設(shè)計方便微處理器仍然選用ATMEL公司的AT89S52，控制器與nRF905無線發(fā)射模塊接口電路上一章已經(jīng)介紹，這里不再贅述。微控制器AT89S52無線收發(fā)模塊CAN接口外部網(wǎng)絡(luò)RS232接口PC機(jī) 外 部 電 源4位數(shù)碼管顯示 圖41 單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖nRF905無線收發(fā)模塊接收各個傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的實(shí)時采集數(shù)據(jù)，微處理器AT89S52對數(shù)據(jù)處理后通過數(shù)碼管顯示，超過設(shè)定溫度值蜂鳴器自動報警，并將數(shù)據(jù)通過RS232通信接口發(fā)送給上位機(jī)存儲以便對系統(tǒng)進(jìn)行溫度控制。并通過CAN接口發(fā)送給外部網(wǎng)絡(luò)。附錄2圖2給出了此部分硬件電路原理圖。 顯示模塊電路設(shè)計數(shù)碼管采用共陽極的4位顯示數(shù)碼管，其中a、b、c、d、e、f、g、dp各段的引腳可以與單片機(jī)的I/O口直接連接。AT89S52單片機(jī)的I/O口可以輸出4 mA的拉電流足以驅(qū)動數(shù)碼管發(fā)光。要使某一個數(shù)碼管亮則對應(yīng)的C端置高，三極管的基極為低電平時導(dǎo)通，這樣數(shù)碼管就可以顯示接收到的溫度值。圖42為數(shù)碼管顯示模塊電路圖。 圖42 數(shù)碼管顯示模塊電路 PC機(jī)通信接口設(shè)計 串行通信隨著計算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用和微機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，計算機(jī)的通信功能顯得越來越重要。從廣義上講，計算機(jī)通信可以分為并行通信和串行通信。并行通信速度快