【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 存存儲(chǔ)器中的第五個(gè)字節(jié) ,DS18B20 在工作時(shí)按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)精度的數(shù)值 。 微控制器 STC89C52 本系統(tǒng)采用單 片機(jī) STC89C52 作為溫度采集點(diǎn)和控制端的微處理器，基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)開發(fā)容易、系統(tǒng)小巧、功耗低、成本低廉、性價(jià)比高。 STC89C52 是 STC 公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器 。 STC89C52 使用經(jīng)典的 MCS51 內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng) 51 單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供 靈活、 有效的解決方案。 STC89C52 的主要性能參數(shù)： (1)STC89C52 支持在線可編程 (ISP)寫入技術(shù) ,改寫單片機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)的程序不需要把芯片從工作環(huán)境中剝離，串行寫入、速度更快、穩(wěn)定性更好； (2)工作頻率 范圍： 0～ 40MHz。 (3)通用異步 串行口 （ UART），還可用定時(shí)器 軟件 實(shí)現(xiàn)多個(gè) UART； (4)內(nèi)部集成看門狗計(jì)時(shí)器，無需外接看門狗計(jì)時(shí)器單元電路； (5)工作電壓： ～ （ 5V 單片機(jī) ） /～ （ 3V 單片機(jī)） ； (6)工作溫度范圍： 40～ +85℃ （工業(yè)級(jí)） /0～ 75℃ （商業(yè)級(jí)） ； (7)外部中斷 4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā) 電路， Power Down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā) 中斷方式 喚醒 ； (8)通用 I/O 口（ 32 個(gè)），復(fù)位后為： P0/P1/P2/P3 是 準(zhǔn)雙向口 /弱上拉， P0 口是漏極開路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時(shí)，需加上拉電阻 ； GND I/O UDD 內(nèi)部 UDD C VD2 VD1 64 位ROM和 單線接口 存儲(chǔ)器和控制邏輯 便箋式RAM 溫度傳感器 8 位 CRC 發(fā)生器 配置寄存器 高溫寄存器 低溫寄存器 電源檢測(cè) 圖 22 DS18B20 的內(nèi)部電路框圖 無線射頻模塊 本系統(tǒng)采用射頻模塊 nRF905 作為無線傳輸?shù)拿浇椤? 1. nRF905 無線模塊特點(diǎn) (1)433Mhz 開放 ISM 頻段免許可證使用 ； (2)最高工作速率 50kbps，高效 GFSK 調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)，特別適合工業(yè)控制 場(chǎng)合； (3)125 頻道，滿足多點(diǎn)通信和跳頻通信需要 ； (4)內(nèi)置硬件 CRC 檢錯(cuò)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信地址控制 ； (5)低功耗 工作，待機(jī)模式下狀態(tài)僅為 ； (6)收發(fā)模式切換時(shí)間 650us ； (7)模塊可軟件設(shè)地址，只有收到本機(jī)地址時(shí)才會(huì)輸出數(shù)據(jù)（提供中斷指示 )，可直接接各種單片機(jī)使用，軟件編程非常方便 ； (8)TX Mode: 在 +10dBm 情況下 ，電流為 30mA。 RX Mode: ； (9)標(biāo)準(zhǔn) DIP 間距接口，便于嵌入式應(yīng)用 ； 2. nRF905 接口電路管腳說明 nRF905 接口電路管腳說明 如 下 表 21 所示。 管腳 名稱 管腳功能 說明 1 VCC 電源 電源 +~ DC 2 TX_EN 數(shù)字輸入 TX_EN=1 TX 模式 TX_EN=0 RX 模式 3 TRX_CE 數(shù)字輸入 使能芯片發(fā)射或接收 4 PWR_UP 數(shù)字輸入 芯片上電 5 uCLK 時(shí)鐘輸出 本模塊該腳廢棄不用，向后兼容 6 CD 數(shù)字輸 出 載波檢測(cè) 7 AM 數(shù)字輸出 地址匹配 8 DR 數(shù)字輸出 接收或發(fā)射數(shù)據(jù)完成 9 MISO SPI 接口 SPI 輸出 10 MOSI SPI 接口 SPI 輸入 11 SCK SPI 時(shí)鐘 SPI 時(shí)鐘 12 CSN SPI 使能 SPI 使能 13 GND 地 接地 14 GND 地 接地 表 21 接口電路管腳說明 硬件電路設(shè)計(jì) 電源電路設(shè)計(jì) 電源是系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，由于線性電源輸出端的紋波小，且在電磁干擾和電源純凈性方面都優(yōu)于開關(guān)電源 ，因此 本系統(tǒng)所需電源都采用線性電源。系統(tǒng)由 9V 充電電池供 電，通過三端集成穩(wěn)壓器 LM780 組成的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路提供系統(tǒng)所需的直流電源 +5V、 +，電源電路 [2326]如圖 23 所 示。 圖 23 系統(tǒng)電源電路圖 9V 電池經(jīng)過三端穩(wěn)壓器 LM7805 輸出 +5V 電壓， +5V 電壓給單片機(jī) STC89SC5溫度傳感器、 LCD160蜂鳴器、繼電器等供電； LM7805 的輸出電壓 +5V 經(jīng)三端穩(wěn)壓芯片 獲得 電壓，為 NRF905 射頻模塊 提供工作電壓； 根據(jù)電源設(shè)計(jì)規(guī)則以及實(shí)驗(yàn)條件，在進(jìn)行本系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)時(shí)，三 端穩(wěn)壓器 LM780 的輸入、輸出端采用 47181。F/16V 電解電容和 104(容值： )獨(dú)石電容搭配使用；其中耐壓 16V、容值 47181。F 的電解電容用來支撐輸出電壓， 104 獨(dú)石電容用來旁路高頻干擾；在 PCB 布線時(shí)輸入、輸出端的電容盡量靠近穩(wěn)壓模塊。 溫度采集電路 溫度采集電路 [27,28]如圖 24 所示。 DS18B20 的數(shù)據(jù)輸入輸出腳 (DQ)與單片機(jī)STC89C52 的 口相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)和時(shí)鐘的傳輸。單總線通常要求外接一個(gè)大約 的上拉電阻，這樣，當(dāng)總線閑置時(shí) ，其狀態(tài)為高電平。 圖 24 溫度采集電路 射頻模塊 nRF905外圍電路 射頻模塊 nRF905 外圍電路 如圖 25 所示， nRF905 的 第 1 引腳 VCC 接 的 工作電壓， nRF905 的工作模式由 TRX_CE、 TX_EN 和 PWR_UP 三個(gè)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(jìn)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(duì)象，研究了基于 無線射頻 模塊 nRF905 的溫室溫度 測(cè)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)各個(gè)部分的設(shè)計(jì)思想、電路原理 圖 以及 核心 芯片的主要技術(shù)參數(shù)、特點(diǎn)等；為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的低成本和低功耗，在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，盡可能使用了芯片內(nèi)部功能和選擇價(jià)格低廉、低功耗的元器件 ,達(dá)到了基本的設(shè)計(jì)要求。 第三章 基于 nRF905 的溫室溫度測(cè)控系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn) 在測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，軟件的設(shè)計(jì)在很大程度上決定了測(cè)控系統(tǒng)的性能。溫度采集點(diǎn)和控制端的程序設(shè)計(jì)是在 Keil 181。Vision2 開發(fā)環(huán)境下，采用 C 語言編寫。 基于 nRF905 的溫室溫度測(cè)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 主要 包括： 溫度信號(hào)采集模塊、 無 線傳輸模塊 的程序設(shè)計(jì) 。 溫度采集模塊程序設(shè)計(jì) 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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而單片機(jī) 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(shí)序來完成對(duì) DS18B20 芯片的訪問。因此， DS18B20 測(cè)溫軟件的編寫，需要嚴(yán)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(chǔ)器操作命令；處理數(shù)據(jù)。 每一次訪問 DS18B20 時(shí)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(huì)響應(yīng)。 單總線上的所有處理均從初始化序列開始。 操作命令 [2729] 一旦總線主機(jī)檢測(cè)到從器件的存在，即可根據(jù)具體情況發(fā)出器件相應(yīng)的 ROM 操作命令，所有 ROM 操作命令均為 8 位二進(jìn)制數(shù)。 (1)Read ROM(讀 ROM)[33H]：允許總線主機(jī)讀 DS18B20 的 8 位產(chǎn)品系列編碼 、 唯一的 48 位序列號(hào) 、 8 位的 CRC。 (2)Match ROM(匹配 ROM)[55H]：允許總線主機(jī)對(duì)多點(diǎn)總線上待定的 DS18B20 尋址。 (3)Skip ROM(跳過 ROM)[CCH]：在單點(diǎn) 總線系統(tǒng)中，該命令通過允許主機(jī)不提供64 位 ROM 編碼而直接訪問存儲(chǔ)器操作來節(jié)省時(shí)間。 (4)Search ROM(搜索 ROM)[F0H]：允許總線控制器用排除法識(shí)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(cè)量出現(xiàn)告警的情況下，DS18B20 才對(duì)此命令作出響應(yīng)。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(cè)量顯示出非告警值或者改變 TH 或TL 的設(shè)置，使得測(cè)量值再一次位于允許的范圍之內(nèi)，存儲(chǔ)在 E2PROM 內(nèi)的觸發(fā)器值用于警 告 。 (1)Write Scratchpad(寫暫存存儲(chǔ)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(gè)字節(jié)將存在暫存器中的地址位置 2 和 3，可以在任何時(shí)刻發(fā)出復(fù)位命令來終止寫入。 (2)Read Scratchpad(讀暫存存儲(chǔ)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(shí)間發(fā)出復(fù)位命令中止讀取。 (3)Copy Scratchpad(復(fù)制暫存存儲(chǔ)器 )[48H]：將暫存器的 內(nèi)容復(fù)制到 DS18B20 的E2PROM 存儲(chǔ)器里，即把溫度報(bào)警觸發(fā)字節(jié)存入非易失性存儲(chǔ)器里。 (4)Convert Temperature(溫度變換 )[44H]：?jiǎn)?dòng)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(shí)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(dòng)強(qiáng)上拉并保持 500ms。 (5)Recall E2PROM(重新調(diào)出 )[B8H]：將存儲(chǔ) 在 E2PROM 中溫度觸發(fā)器的值重新調(diào)至?xí)捍娲鎯?chǔ)器。 (6)Read PowerSupply(讀電源 )[B4H]：對(duì)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(shí)間隙，器件都會(huì)給出其電源方式的信號(hào)： “0”為寄生電源供電， “1”為外部電源供電。 當(dāng)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(bǔ)碼形式存放在高速暫存存儲(chǔ)器的第 0 和第 1 字節(jié)，單片機(jī)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(hào)采集程序清單 見附錄 1。 無線傳輸模塊 的程序設(shè)計(jì) nRF905 通過 SPI 與微控制器進(jìn)行通信，只有在關(guān)機(jī)模式和待機(jī)模式下 nRF905 才能通過 SPI 接口進(jìn)行通信， 因此微處理器 STC89C52 對(duì) nRF905 進(jìn)行讀寫操作前都應(yīng)該將 nRF905 置于待機(jī)模式。 nRF905發(fā)送流程程序設(shè)計(jì) nRF905 設(shè)置為待機(jī)模式， MCU 準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)要發(fā)送到目的節(jié)點(diǎn)，通過 SPI 口將目的節(jié)點(diǎn)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(jìn)入發(fā)送模式后，數(shù)據(jù)打包完成 (自動(dòng)加字頭和 CRC 校驗(yàn)碼 )，數(shù)據(jù)包發(fā)送 (自是 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) 動(dòng)進(jìn)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(hào)置高則說明發(fā)送完成。 如果自動(dòng)重發(fā)信號(hào) (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(dāng) TRX_CE 被置低時(shí)， nRF905 會(huì)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(jī)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接收流程程序設(shè)計(jì) 當(dāng) TRX_CE 被置高，且 TX_EN 被置低時(shí)， NRF905 進(jìn)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(hào)，則載波偵聽信號(hào) 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(hào) AM 被置高；若循環(huán)校驗(yàn)碼 CRC 檢測(cè)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(zhǔn)備好信號(hào) DR 置高。 MCU 將 TRX_CE 信號(hào)置低，進(jìn)入 standby 模式，并通過 SPI 口以一定的速率將 開始