【文章內容簡介】 而產生的，它是一個由可多到 65000 個無線數傳模塊組成的一個無線數傳網絡平臺，十分類似現有的移動通信的 CDMA 網或 GSM 網，每一個 Zigbee 網絡數傳 模塊類似移動網絡的一個基站，在整個網絡范圍內，它們之間可以進行相互通信 。每個網絡節(jié)點間的距離可以從標準的 75米，到擴展后的幾百米，甚至幾公里 。另外整個 Zigbee 網絡還可以與現有的其它的各種網絡連接。 Zigbee 技術的目標就是針對工業(yè)，家庭自動化，遙測遙控，汽車自動化、農業(yè)自動化和醫(yī)療護理等，例如燈光自動化控制，傳感器的無線數據采集和監(jiān)控，油田，電力，礦山和物流管理等應用領域。另外它還可以對局部區(qū)域內移動目標例如城市中的車輛進行定位。 Zigbee 網絡省電、可靠、成本低、容量大、安全，可廣泛應用于各種自動控制 領域。 Zigbee 技術和 RFID 技術在 2020 年就被列為當今世界發(fā)展最快，市場前景最廣闊的十大最新技術中的兩個。盡管國內不少人已經開始關注 Zigbee 這項新技術，然而，由于 Zigbee 本身是一種新的系統(tǒng)集成技術，應用軟件的開發(fā)必須和網絡傳輸，射頻技術和底層軟硬件控制技術結合在一起。因而深入理解這個來自國外的新技術，再組織一個在這幾個方面都有豐富經驗的配套的隊伍，是一件不容易的事情。 5. 無線單片技術 無線單片技術是將成熟的單片機技術與無線技術相結合的產物。嵌入了高性能單片機內核的高速、體積小、功耗少、外 圍元件少的低成本單片射頻收發(fā)芯片，即將單片機和射頻收發(fā)器集成在一體。該芯片外設少、成本低、干擾少、功耗低，保證了產品的技術穩(wěn)定性。與藍牙和 Zigbee 技術相比，無線單片技術沒有復雜的通信防議，完全對用戶透明，同種產品之間可以自由通信，成本低。它可應用在 :無線數據通訊、報警和安全系統(tǒng)、自動測試系統(tǒng)、家庭自動化控制、遙控裝置、監(jiān)測、車輛安全系統(tǒng)、工業(yè)控制和無線通訊電信終端。 通過以上幾種無線技術的介紹，從系統(tǒng)的經濟性、傳輸速率，確定該系統(tǒng)部分電路設計使用無線收發(fā)芯片。無線單片芯片的可靠性高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力 強，通訊防議簡單透明，技術成熟。使用該種方案無線通信接口與數據采集系統(tǒng)接口電路設計簡單。無線收發(fā)芯片的種類和數量比較多，在設計中選擇合適芯片可以提高產品開發(fā)周期、節(jié)約成本。 陜西科技大學畢業(yè)論文（設計說明書） 8 器件的選擇及介紹 DS18B20 是美國 Dallas 半導體公司推出的一種智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，它能夠直接讀出被測溫度并且可根據實際要求通過簡單的編程實現 9~12 位的數字值讀數方式。可以分別在 和 750ms 內完成 9 位和 12 位的數字量。它具有獨特的單總線接口方式，即允許在一條信號 線上掛接數十甚至上百個數字式傳感器，從而使測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接口時需要的A/D 轉換器及其它復雜外圍電路的缺點，而且，可以通過總線供電，溫度變換功率來源于數據總線，總線本身也可以向所掛接的 DS18B20 供電，而無需額外電源，由它組成的溫度測控系統(tǒng)非常方便，而且成本低、體積小、可靠性高。 DS18B20 的測溫范圍55~+125℃ ，最高分辨率可達 ℃ ，由于每一個 DS18B20 出廠時都刻有唯一的一個序列號并存入其 ROM 中，因此 CPU可用簡單的通信協議就可以識別， 從而節(jié)省了大量的引線和邏輯電路。 Dallas 公司的單總線技術具有較高的性能價格比，有以下特點 ： (1) 適用于低速測控場合，測控對象越多越顯出其優(yōu)越性。 (2) 性價比高，硬件施工、維修方便，抗干擾性能好。 (3) 具有 CRC 校驗功能，可靠性高。 (4) 軟件設計規(guī)范，系統(tǒng)簡明直觀，易于掌握。 由于 DS18B20 占用 MCU的 I/O 引腳資源少，和 MCU的通信協議比較簡單，成本較低，傳輸距離遠，和其他數字溫度傳感器相比，它更適合本系統(tǒng)，所以，選用 DS18B20做為溫度測量的傳感器。 的選擇 無線收發(fā)芯片的種類和數量比較多，在設計中選擇合適芯片可以提高產品開發(fā)周期、節(jié)約成本。在選擇時，應主要參考以下幾點： (1) 收發(fā)芯片的數據傳輸是否需要進行曼徹斯特編碼：采用曼徹斯特編碼的芯片，在編程上會需要較高的技巧和經驗，需要更多的內存和程序容量，并且曼徹斯特編碼大大降低數據傳輸的效率，一般僅能達到標稱速率的 1/3，而采用串口傳輸的芯片，應用及編程非常簡單，傳送的效率很高，標稱速率就是實際速率，編程方便。 (2) 收發(fā)芯片所需的外圍元件數量：芯片外圍元器件的數量直接關系到系統(tǒng)的復雜程度和成本，因此 應該選擇外圍元件少的收發(fā)芯片。 (3) 功耗：大多數無線收發(fā)芯片是應用在便攜式產品上的，因此功耗也非常重要，應該根據需要選擇綜合功耗較小的產品。 基于 nRF905 的無線溫度測量系統(tǒng)設計 9 (4) 發(fā)射功率：在同等條件下，為了保證有效和可靠的通信，應該選用發(fā)射功率較高的產品。 (5) 收發(fā)芯片的封裝和管腳數：較少的管腳以及較小的封裝，有利于減少 PCB 面積降低成本，適合便攜式產品的設計，也有利于開發(fā)和生產。 常用的無線收發(fā)芯片主要有： (1) CC1000 是根據 ChiPcon 公司的 SmartRF 技術，在 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 31 868 及 915MHZ，但CC1000 很容易通過編程使其工作在 300~1000MHz 范圍內。它具有低電壓 (~)，極低的功耗，可編程輸出功率 (20~10dBm)，靈敏度 (一般 109dBm)，小尺寸 (TSSOP28封裝 )，集成了位同步器等特點。其 FSK 數傳速率可達 ，具有 250HZ 步長可編程頻率能力，適用于跳頻協議 :主要工作參數能通過串行總線接口編程改變，使用非常靈活。 (2) nRF401 是挪威 Nordic VLSI 公司推出的單 芯片即收發(fā)機，專為在 433MHz IsM(工業(yè)、科研和醫(yī)療 )頻段工作而設計。該芯片集成了高頻發(fā)射、高頻接收、 PLL 合成、 FSK 調制、 FSK 解調、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。 nRF401 的外圍元件很少，僅 10 個左右。只包括一個 4MHZ 基準晶振 (可與 MCU共享 )、一個 PLL 環(huán)路濾波器和一個 VCO 電感，收發(fā)天線合一，沒有調試部件，這給研制及生產帶來了極大的方便。 (3) A7105 芯片 是 AMICCOM(笙科 )公司于 2020 年推出的一款 2． 4 GHz 無線收發(fā)芯片，該芯片低價位的突出特點 為其在無線短距離消費市場贏得了巨大的優(yōu)勢。 A7105 芯片 內含高靈敏度的接收器 (1 Mbps@93 dBm)，在 10 m以內的產品應用中可大幅度減低 RF 的輸出功率 (0～ 10 dBm)，以避免射頻產品對人體造成可能的損害，同時又能適應 50 m一般環(huán)境的應用。 A7105 的所有參數可以通過 SPI 口配置內部寄存器來進行設置，最高的速率可達 500 kb/s，適應 4 線或 3 線的 SPI 控制。另外射頻數據的處理有 2 種模式可供選擇： FIFO(利用 RF 內部的 memory 先儲存要發(fā)射 /接收的數據 )和Direct(直接發(fā)射 /接收 )。 A7105 內建 RSSI，溫度傳感器，可以用來偵測環(huán)境對 RF IC 的影響，而且也內建 1 路 ADC，作為偵測電壓使用。 (4) TH72020 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，頻率穩(wěn)定性好； FSK 調制方式，抗干擾能力強； FSK 頻偏和中心頻率可獨立調節(jié)；寬電壓范圍 ~ ，靜態(tài)電流小，工作電流可在~ 調節(jié) 。發(fā)射功率可在 12dBm~ +10dBm 調節(jié)，數據速率可達 40Kbit/s?？汕度敫鞣N測量和控制系統(tǒng)中 進行無線數據傳輸，在保安系統(tǒng)、微功耗遙測遙控系統(tǒng)等中應用。 (5) nRF24EI 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內核的高速單片無線收發(fā)芯片。采用先進的 CMOS 工藝，以 nRF2401 芯片結構為陜西科技大學畢業(yè)論文（設計說明書） 10 基礎，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 ； 內部有電壓調節(jié)器 (工作電壓 ~ )和 VDD 電壓監(jiān)視，通常開關時間小于 200us，數據速率 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全部通過軟件設置完成，所有高頻元件包括電感、振蕩器等已經全部集成在芯片內部，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、勿需申請通信許可證。 (6) nRF905 芯片可以工作于 ShockBurst(自動處理前綴、地址和 CRC 方式 )。內置電壓調整模塊，最大限度地抑制噪音，為系統(tǒng)提供 ~，載波檢測。 由于 nRF905 功耗低，工作可靠 nRF905 沒有復雜的通信協議，完全對用戶透明，同種產品之間可以自由通信， 因此很適用于無線數據傳輸系統(tǒng)的設計。它可應用在 :無線數據通訊、報警和安全系統(tǒng)、自動測試系統(tǒng)、家庭自動化控制、遙控裝置、監(jiān)測、車輛安全系統(tǒng)、工業(yè)控制、遠程遙控及其它短距離無線高速應用，故本系統(tǒng)將 nRF905 做為無線收發(fā)芯片的首選。 (1) 溫度傳感器 DS18B20 圖 21 DS18B20的器件圖 DS18B20 是 DALLAS 公司最新推出的中單線數字溫度傳感器， 新的 “一線器件 ”體積更小、適用電壓更寬、更經濟。 Dallas 半導體公司的數字化溫度傳感器 DS1820 是世界上第一片支持 “一線總線 ”接口的溫度傳感器。一線總線獨特而且經濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網絡，為測量系統(tǒng)的構建引入全新概念。 DS18B20 “一線總線 ”數字化溫度傳感器，測量溫度范圍為 55176。C~+125176。C，在 10~+85176。C 范圍內 ,精度為 177。176。C?，F場溫度直接以 “一線總線 ”的數字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現場溫度測量，如：環(huán)境控制、設備或過程控制、測溫類消 費電子產品等。支持 DS18B20 1 2 3 GND VCC I/O 基于 nRF905 的無線溫度測量系統(tǒng)設計 11 3V~ 的電壓范圍，使系統(tǒng)設計更靈活、方便。而且新一代產品更便宜，體積更小。 DS18B20 可以程序設定 9~12 位的分辨率，精度為 177。176。C。可選更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍。分辨率設定，用戶設定的報警溫度存儲在 EEPROM 中，掉電后依然保存 。其主要性能特性有： (a) 具有獨特的單總線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時僅需一個 I/O 實現微處理器與 DS18B20 的雙向通信。 (b) 支持多點組網功能，一條總線上可以同時掛接多個 DS18B20，很方便地實現多點溫度的檢測 。 (c) 數字信號輸出，不需要信號放大和 AD 轉換等外圍電路。 (d) 測溫范圍 55~+125℃ ，在 10~+85℃ 時測溫準確度為 177。℃ 。 (e) 能提供 9~12 位二進制溫度值輸出，可通過編程決定輸出位數。 (f) 其工作電源既可采用寄生電源方式產生，也可在遠端引入，電源電壓范圍為 + 到 +。 用戶可自行設定非易失溫度報警上下限值 TH 和 TL， DS18B20 在完成溫度轉換后，所測得的溫度值將自動與貯存在 TH 和 TL 內的觸發(fā)值相比較，如果測溫結果高于 TH或低于 TL， DS18B20 內部的警告標志 就會被置位，表示溫度值超出了測量范圍，同時還有報警搜索命令可以識別出溫度超限的 DS1SB20。 因為它是數字輸出，而且只占用一個 I/O 端口，所以它特別適合于微處理器控制的各種溫度測控系統(tǒng)，避免了模擬溫度傳感器與微處理器接口時需要的 AD 轉換和較復雜的外圍電路?？s小了系統(tǒng)的體積，提高了系統(tǒng)的可靠性。 (2) DS18B20 的內部結構 DS18B20 主要由四部分組成 :64 位光刻 ROM 數據存儲器、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置寄存器。 每片 DS18B20 含有一個唯一的 64 位 ROM 編碼。頭八位是產品系編碼，表示產品的分類編號 ，接著的 48 位是一個惟一的產品序列號，列號是一個十進制編碼，每個芯片惟一的編碼可以通過尋址將識別出來，最后 8 位是前 56 位的循環(huán)冗余 (CRC)校驗碼，是數據通信校驗數據傳輸是否正確的一種方法。所以多片 DS1SB20 能夠連接在同條數據線上而不會造成混亂。 DS18B20 傳感器的內部數據存儲器由 9 個字節(jié)組成。第一、二個字節(jié)溫度數據 (MSB LSB)，可以在系統(tǒng)配置寄存器中自行設置數據位 (9~12 位 )，數據位越多溫度分辨率越高，多余的高位是溫度數據的符號擴展位 。第三、四字節(jié)是溫度上下限報警值 (TH， TL)。第五字節(jié)是系統(tǒng)配置寄存器，寄存器各位定義如下 :第八位用來設置傳感器的工作狀態(tài)， “1”為測試狀態(tài)， “0”為操作狀態(tài)，出廠設置為操作功能狀態(tài)，用戶不能修改 。第七、六兩位是溫度