【文章內(nèi)容簡介】 25ms。③ MAX6575L/H 是美國 MAXIM 公司的一種單總線式數(shù)字溫度傳感器，具有較好的線性、較低的功耗，而且編程簡單，調(diào)試容易，使用方便。測(cè)溫范圍為40~+125℃，其誤差范圍：在 25℃時(shí)優(yōu)于177。3℃, 在 85℃時(shí)優(yōu)于177?！?，在 125℃ 時(shí)優(yōu)于177。5℃。但是 MAX6575L/H 在其測(cè)溫范圍內(nèi)非線性誤差較大，因此，當(dāng)它用于高精度溫度測(cè)量時(shí)，必須對(duì)其進(jìn)行非線性補(bǔ)償。它最多允許在一根 MCU 的 I/O 總線上同時(shí)掛接 8 個(gè) MAX6575L/H 進(jìn)行多點(diǎn)溫度測(cè)量。為了避免多個(gè)傳感器同時(shí)測(cè)溫時(shí)有重疊的現(xiàn)象，MAX6575 提供了“L”和“H”兩種型號(hào)的傳感器,它們的使用方法相同,而且每一種型號(hào)的傳感器又可以通過時(shí)間選擇引腳。但是，MAX6575L 的遠(yuǎn)距離傳輸特性并不理想，傳輸范圍只能在 5m 以內(nèi)，超過此范圍將采集不到被測(cè)溫度數(shù)據(jù)，這也是這種器件的一個(gè)弊端。④ DS18B20 是美國 Dallas 半導(dǎo)體公司的新一代數(shù)字式溫度傳感器，它具有獨(dú)特的單總線接口方式，即允許在一條信號(hào)線上掛接數(shù)十甚至上百個(gè)數(shù)字式傳感器，從而使測(cè)溫裝置與各傳感器的接口變得十分簡單，克服了模擬式傳感器與微機(jī)接口時(shí)需要的 A/D 轉(zhuǎn)換器及其它復(fù)雜外圍電路的缺點(diǎn)，而且，可以通過總線供電，由它組成的溫度測(cè)控系統(tǒng)非常方便，而且成本低、體積小、可靠性高。DS18B20 的測(cè)溫范圍55~+125℃，最高分辨率可達(dá) ℃，由于每一個(gè) DS18B20 出廠時(shí)都刻有唯一的一個(gè)序列號(hào)并存入其 ROM 中，因此 CPU 可用簡單的通信協(xié)議就可以識(shí)別，從而節(jié)省了大量的引線和邏輯電路。Dallas 公司的單總線技術(shù)具有較高的性能價(jià)格比，有以下特點(diǎn)：①適用于低速測(cè)控場(chǎng)合，測(cè)控對(duì)象越多越顯出其優(yōu)越性；第二章 系統(tǒng)方案的總體設(shè)計(jì) 10②性價(jià)比高，硬件施工、維修方便，抗干擾性能好；③具有 CRC 校驗(yàn)功能，可靠性高；④軟件設(shè)計(jì)規(guī)范，系統(tǒng)簡明直觀，易于掌握。由于 DS18B20 獨(dú)特的單總線接口方式在多點(diǎn)測(cè)溫時(shí)有明顯的優(yōu)勢(shì)，占用 MCU 的 I/O 引腳資源少，和 MCU 的通信協(xié)議比較簡單，成本較低，傳輸距離遠(yuǎn)，所以，選用 DS18B20 做為溫度測(cè)量的傳感器。 無線收發(fā)芯片的選擇無線收發(fā)芯片的種類和數(shù)量比較多，在設(shè)計(jì)中選擇合適芯片可以提高產(chǎn)品開發(fā)周期、節(jié)約成本。在選擇時(shí)，應(yīng)主要參考以下幾點(diǎn)：① 收發(fā)芯片的數(shù)據(jù)傳輸是否需要進(jìn)行曼徹斯特編碼采用曼徹斯特編碼的芯片，在編程上會(huì)需要較高的技巧和經(jīng)驗(yàn)，需要更多的內(nèi)存和程序容量，并且曼徹斯特編碼大大降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?，一般僅能達(dá)到標(biāo)稱速率的 1/3，而采用串口傳輸?shù)男酒?，?yīng)用及編程非常簡單，傳送的效率很高，標(biāo)稱速率就是實(shí)際速率，編程方便。② 收發(fā)芯片所需的外圍元件數(shù)量芯片外圍元器件的數(shù)量直接關(guān)系到系統(tǒng)的復(fù)雜程度和成本，因此應(yīng)該選擇外圍元件少的收發(fā)芯片。③ 功耗大多數(shù)無線收發(fā)芯片是應(yīng)用在便攜式產(chǎn)品上的，因此功耗也非常重要，應(yīng)該根據(jù)需要選擇綜合功耗較小的產(chǎn)品．④ 發(fā)射功率在同等條件下，為了保證有效和可靠的通信，應(yīng)該選用發(fā)射功率較高的產(chǎn)品。⑤ 收發(fā)芯片的封裝和管腳數(shù)較少的管腳以及較小的封裝，有利于減少 PCB 面積降低成本，適合便攜式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，也有利于開發(fā)和生產(chǎn)。第二章 系統(tǒng)方案的總體設(shè)計(jì) 11常用的無線收發(fā)芯片主要有：① CC1000 是根據(jù) Chipcon 公司的 SmartRF 技術(shù)，在 CMOS 工藝下制造的一種理想的超高頻單片收發(fā)通信芯片。它的工作頻帶在 31868 及 915MHz，但 CC1000 很容易通過編程使其工作在 300~1000MHz 范圍內(nèi)。它具有低電壓（~） ，極低的功耗，可編程輸出功率（20~10dBm） ，高靈敏度（一般109dBm） ，小尺寸（TSSOP28 封裝） ，集成了位同步器等特點(diǎn)。其 FSK 數(shù)傳速率可達(dá) ，具有 250Hz 步長可編程頻率能力，適用于跳頻協(xié)議；主要工作參數(shù)能通過串行總線接口編程改變，使用非常靈活。②nRF24E1 是挪威 Nordic VLSI ASA 公司最近開發(fā)的一種嵌入了高性能單片機(jī)內(nèi)核的高速單片無線收發(fā)芯片 [15]。采用先進(jìn)的 CMOS 工藝、6mm6mm 的 36 引腳 QFN 封裝；以 nRF2401 芯片結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，將射頻、8051MCU、9 輸入 12 位 ADC、125 頻道、UART、 SPI、PWM、RTC、WDT 全部集成到單芯片中；內(nèi)部有電壓調(diào)節(jié)器（工作電壓 ~）和 VDD 電壓監(jiān)視，通常開關(guān)時(shí)間小于 200μs，數(shù)據(jù)速率 1Mbps，輸出功率 0dBm；不需要外接 SAW 濾波器，極少的外圍電路，發(fā)射功率、工作頻率等所有工作參數(shù)全部通過軟件設(shè)置完成，所有高頻元件包括電感、振蕩器等已經(jīng)全部集成在芯片內(nèi)部，一致性良好，性能穩(wěn)定且不受外界影響；工作在全球開放的 頻段、勿需申請(qǐng)通信許可證。③ nRF903 單片射頻收發(fā)器芯片工作在 915MHz 國際通用的 ISM 頻段； GMSK/GFSK 調(diào)制和解調(diào), 抗干擾能力強(qiáng)；采用 DDS+PLL 頻率合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性好；靈敏度高達(dá)100dBm , 最大發(fā)射功率達(dá)+10dBm；數(shù)據(jù)速率可達(dá) Kbit/s；170 個(gè)頻道,適合需要多信道工作的特殊場(chǎng)合；可方便地嵌入各種測(cè)量和控制系統(tǒng)中進(jìn)行無線數(shù)據(jù)雙向傳輸，在儀器儀表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)遙測(cè)遙控系統(tǒng)等中應(yīng)用。④ TH72022 是 Melexis 公司的單片射頻發(fā)射芯片，頻率范圍 380MHz~450MHz，采用 VCO+PLL 頻率合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性好；FSK 調(diào)制方式,抗干擾能力強(qiáng)； FSK 頻偏和中心頻率可獨(dú)立調(diào)節(jié)；寬電壓范圍 ~，靜態(tài)電流小，工作電流可在 ~ mA 調(diào)節(jié)；發(fā)射功率可在12 dBm~+10dBm 調(diào)節(jié)，數(shù)據(jù)速率可達(dá) 40Kbit/s?？汕度敫鞣N測(cè)量和控制系統(tǒng)中進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸，在保安系統(tǒng)、微功耗遙測(cè)遙控系統(tǒng)等中應(yīng)用。第二章 系統(tǒng)方案的總體設(shè)計(jì) 12⑤nRF401 是挪威 Nordic VLSI 公司推出的單芯片 RF 收發(fā)機(jī)，專為在 433MHz ISM (工業(yè)、科研和醫(yī)療) 頻段工作而設(shè)計(jì)。該芯片集成了高頻發(fā)射、高頻接收、PLL 合成、FSK 調(diào)制、FSK 解調(diào)、雙頻道切換等功能，具有性能優(yōu)異、功耗低、使用方便等特點(diǎn)。nRF401 的外圍元件很少，僅 10 個(gè)左右。只包括一個(gè) 4MHz 基準(zhǔn)晶振 (可與 MCU 共享)、一個(gè) PLL 環(huán)路濾波器和一個(gè) VCO 電感，收發(fā)天線合一，沒有調(diào)試部件，這給研制及生產(chǎn)帶來了極大的方便?；?nRF401 成本低、可靠性高、外圍設(shè)計(jì)簡單的優(yōu)點(diǎn)，本系統(tǒng)將 nRF401 做為無線收發(fā)芯片的首選。 鍵盤顯示模塊的選擇 [21]顯示單元是人機(jī)交互的窗口，是傳遞儀表工作狀態(tài)和檢測(cè)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵性設(shè)備，通常的顯示器件有液晶顯示器（LCD）和數(shù)碼管顯示器（LED） 。液晶顯示器在使用中有許多注意事項(xiàng)：不能對(duì)它長期施加直流電，否則易造成顯示器的老化；必須注意防潮；防止施加過大的壓力；對(duì)于使用的環(huán)境溫度要特別注意，溫度不能太高也不能太低；防止紫外線的直接照射；要特別注意防靜電，焊接顯示器時(shí)烙鐵要接地。可見液晶顯示器在使用中有眾多的限制條件，但它同時(shí)也有一定的優(yōu)勢(shì)，其中最明顯的就是低功耗，消耗電流一般是 pA 級(jí)的。數(shù)碼管顯示器不同與液晶顯示器，它對(duì)電源沒有特殊要求，受環(huán)境溫度的影響不大，不怕陽光的照射，也沒有嚴(yán)格的防靜電要求，而且它的顯示亮度要比液晶顯示器亮許多，適于安裝在室內(nèi)、室外、黑暗和光線強(qiáng)的各種環(huán)境中，但它的耗電量明顯高于液晶顯示器。本系統(tǒng)由于要適合在不同環(huán)境條件下使用，所以選用數(shù)碼管顯示器。本系統(tǒng)采用五位數(shù)碼管，兩位用來顯示當(dāng)前溫度，兩位用來顯示欲設(shè)定的溫度，一位用來顯示當(dāng)前狀態(tài)。在本系統(tǒng)中，鍵盤由四個(gè)鍵組成，即溫度增加鍵、溫度減小鍵、確認(rèn)鍵和取消鍵。因按鍵很少，所以采用獨(dú)立式鍵盤。 溫度控制模塊的選擇溫度控制單元是系統(tǒng)的執(zhí)行器件，是系統(tǒng)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，也是系統(tǒng)中最重要的一部分。第二章 系統(tǒng)方案的總體設(shè)計(jì) 13目前制冷系統(tǒng)主要包括空氣循環(huán)制冷系統(tǒng)、蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)、使用氨水的吸收式制冷系統(tǒng)和近幾年發(fā)展起來的半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)。目前制熱技術(shù)主要有太陽能吸收熱量、煤炭燃燒制造熱量、熱泵和近幾年發(fā)展起來的半導(dǎo)體制熱系統(tǒng)。其中半導(dǎo)體制冷制熱是利用特種半導(dǎo)體材料通過直流電時(shí)產(chǎn)生低溫高溫的一種制冷制熱方式，由于它彌補(bǔ)了其它制冷制熱方式的不足，在當(dāng)今世界的人下制冷制熱技術(shù)中占有獨(dú)特的地位。所以本系統(tǒng)選擇半導(dǎo)體制冷制熱器件。 本章小結(jié)本章首先介紹了系統(tǒng)方案的總體構(gòu)想，然后又介紹了系統(tǒng)方案的確定，最后介紹了器件的選用，確定了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。第二章 系統(tǒng)方案的總體設(shè)計(jì) 14第三章 電路的硬件設(shè)計(jì)根據(jù)上一章所選的系統(tǒng)方案構(gòu)想，下面進(jìn)行系統(tǒng)硬件電路的具體設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖 31 所示。圖 31 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)由溫濕度數(shù)據(jù)采集模塊、鍵盤顯示模塊、無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、溫度控制模塊等部分組成。溫度采集部分工作原理是由數(shù)字溫度傳感器測(cè)溫并把數(shù)據(jù)傳到CPU，由CPU處理通過無線收發(fā)電路向外發(fā)送信號(hào)，接收端收到信號(hào)經(jīng)CPU處理在數(shù)碼管上顯示出來。溫度控制部分工作原理是由鍵盤輸入欲設(shè)定的溫度。溫度數(shù)據(jù)信號(hào)送入CPU處理，通過無線收發(fā)電路發(fā)射出去，接受端收到信號(hào)經(jīng)CPU處理控制半導(dǎo)體溫控裝置達(dá)到欲設(shè)定的溫度。數(shù)字溫度傳感器 DS18B20中央控制單元8051無線收發(fā)電路 nRF401半導(dǎo)體制冷制熱器件中央控制單元8051無線收發(fā)電路nRF401鍵盤顯示模塊第三章 電路的硬件設(shè)計(jì)15 溫度采集部分電路設(shè)計(jì) 溫度數(shù)據(jù)采集硬件接口電路針對(duì) 8051 單片機(jī) I/O 口線較少的特點(diǎn)，用一只 DS18B20 型單線數(shù)字式集成溫度傳感器組成溫度采集網(wǎng)絡(luò)。圖 32 溫度采集網(wǎng)絡(luò)框圖 數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20單總線是美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司近年推出的新技術(shù)，它只定義了一根信號(hào)線，總線上的每個(gè)器件都能夠在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間驅(qū)動(dòng)它，相當(dāng)于把單片機(jī)的地址nRF401 線、數(shù)據(jù)線、控制線合為一根信號(hào)線對(duì)外進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。為了區(qū)分這些芯片，廠家在生產(chǎn)芯片時(shí)，為每個(gè)芯片編制了惟一的序列號(hào)，通過尋址就能把芯片識(shí)別出來。從而能使這些器件掛在一根信號(hào)線上進(jìn)行串行分時(shí)數(shù)據(jù)交換，大大簡化了硬件電路。DS18B20 是美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司推出的應(yīng)用單總線技術(shù)的數(shù)字溫度傳感器 [18]。它的主要技術(shù)特性如下：①具有獨(dú)特的單線接口方式，即微處理器與其接口時(shí)僅需占用 1 位 I/O 端口；②支持多節(jié)點(diǎn)，使分布式多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)的線路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和硬件開銷大為簡化；③測(cè)溫時(shí)無需任何外部元件：VCCGND8051DS18B20第三章 電路的硬件設(shè)計(jì)16④可以通過數(shù)據(jù)線供電，具有超低功耗工作方式：⑤測(cè)溫范圍為55~+125℃，測(cè)溫精度為177?！妫孩逌囟绒D(zhuǎn)換精度 912 位可編程，能夠直接將溫度轉(zhuǎn)換值以 16 位二進(jìn)制數(shù)碼的方式串行輸出。12 位精度轉(zhuǎn)換的最大時(shí)間為 750ms。因?yàn)樗菙?shù)字輸出，而且只占用一個(gè) I/O 端口，所以它特別適合于微處理器控制的各種溫度測(cè)控系統(tǒng)，避免了模擬溫度傳感器與微處理器接口時(shí)需要的 A/D 轉(zhuǎn)換和較復(fù)雜的外圍電路?？s小了系統(tǒng)的體積，提高了系統(tǒng)的可靠性。1．DS18B20 的結(jié)構(gòu)DS18B20 主要由四部分組成。①64 位光刻 ROM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器②溫度傳感器③非易失性電可擦寫溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL④非易失性電可擦寫設(shè)置寄存器如圖 33 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。與單片機(jī)接口的每個(gè) I/O 口可掛接多個(gè) DS18B20 器件。每片 DS18B20 含有一個(gè)唯一的 64 位 ROM 編碼。頭八位是產(chǎn)品系列編碼，表示產(chǎn)品的分類編號(hào)；接著的 48 位是一個(gè)惟一的產(chǎn)品序列號(hào)，序列號(hào)是一個(gè) 15 位的十進(jìn)制編碼，每個(gè)芯片惟一的編碼可以通過尋址將其識(shí)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。所以多片 DS18B20 能夠連接在同一條數(shù)據(jù)線上而不會(huì)造成混亂。這為溫度的多點(diǎn)測(cè)量帶來了極大的方便。DS18B20 傳感器的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器由 9 個(gè)字節(jié)組成。第一、二個(gè)字節(jié)是溫度數(shù)據(jù)(MSB、LSB)，可以在系統(tǒng)配置寄存器中自行設(shè)置數(shù)據(jù)位數(shù)(9~12 位)，數(shù)據(jù)位越多溫度分辨率越高，多余的高位是溫度數(shù)據(jù)的符號(hào)擴(kuò)展位。第三、四字節(jié)是溫度上下限報(bào)警值( TH、TL) 。第五字節(jié)是系統(tǒng)配置寄存器，寄存器各第三章 電路的硬件設(shè)計(jì)17位定義如下：第八位用來設(shè)置傳感器的工作狀態(tài)， “1” 為測(cè)試狀態(tài)， “0”為操作狀態(tài)，出廠設(shè)置為操作功能狀態(tài)，用戶不能修改；第七、六兩位是溫度轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)位的設(shè)置(00、011 分別對(duì)應(yīng) 112 位溫度數(shù)據(jù))，出廠設(shè)置為 12 位溫度數(shù)據(jù)位，用戶可根據(jù)需要進(jìn)行修改，其余位無效。第六、七、八字節(jié)保留未用。第 9 個(gè)字節(jié)是 CRC 校驗(yàn)碼，是前面 8 個(gè)字節(jié)的循環(huán)校驗(yàn)碼，用在通信中驗(yàn)數(shù)據(jù)傳送的正確性。圖 33 DS18B20 的結(jié)構(gòu)框圖溫度傳感器的轉(zhuǎn)換結(jié)果以 16 位二進(jìn)制補(bǔ)碼的形式存放在便箋式存儲(chǔ)器中，其中第一個(gè)字節(jié)（Byte0）存放測(cè)溫結(jié)果的低位（LS Byts） ，第二個(gè)字節(jié)（Byte