【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 敏感的地方。其內(nèi)部包括溫度傳感器和微控制器。它與單片機(jī)（微控制器）的數(shù)據(jù)通信僅需要一個(gè)引腳，唯一的 1wire 接口與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 DS18B20傳感器工作電壓范圍為 ，測(cè)溫范圍為 55℃至 +125℃ ,靈敏度為 ℃。 10℃至 +85℃范圍內(nèi)精度為177。 ℃。測(cè)量數(shù)據(jù) 結(jié)果 以 9或 12位 數(shù)字量方式進(jìn)行串口傳送，其最大傳輸時(shí)間為 750ms。 綜上比較，結(jié)合本設(shè)計(jì)溫度采集、控制的思想，決定采用 DS18B20 溫度傳感器，充分利用其單總線的特點(diǎn)，節(jié) 省 I/O 口，便于其他功能的擴(kuò)展。 無(wú)線收發(fā) 模塊選擇方案 目前許多應(yīng)用領(lǐng)域都采用無(wú)線的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，這些領(lǐng)域包括無(wú)線抄 表，門(mén)禁系統(tǒng)，小型無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，小區(qū)傳呼，工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，無(wú)線遙控系統(tǒng)， 無(wú)線標(biāo)簽身份識(shí)別，非接觸 RF智能卡等。 由于無(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)上是 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 的將產(chǎn)品推向市場(chǎng)。選擇無(wú)線收發(fā)芯片時(shí)應(yīng)該考慮以下幾個(gè)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。 以下介紹一些常用的無(wú)線收發(fā)模塊： （ 1)nRF401 是 Nordic 公司研制的單片 UHF 無(wú)線收發(fā)芯片，工作在433MHzlSM(Industrial， Scientific and Medical)頻段。它采用 FSK 調(diào)制解調(diào)技術(shù)，抗干擾能力強(qiáng)，并采用 PLL頻率合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性好，發(fā)射功率最大可達(dá) 4 10dBm，接收靈敏度最大為． 105dBm，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá) 20Kbps。工作電壓在 +35V之間。 nRF401 無(wú)線收發(fā)芯片所需外圍元件較少，并可直接接單片機(jī)串口。 （ 2)CCl000 是 Chipcon 公司推出的單片可編程 RF 收發(fā)芯片，它基于 Chipcon’s Smart RF 技術(shù)，可工作在 ISM 頻段 (300 至 1000MHz)。 CCl00 集成了射頻發(fā)射，PLL合成， FSK 調(diào)制解調(diào)，可編程控制等多種功能。 CC1000 采用鎖相環(huán)技術(shù)，發(fā)射頻率是通過(guò)內(nèi)部的頻率合成器來(lái)配置的，可置的范圍為 300 至 1000MHz，適合應(yīng)用調(diào)頻協(xié)議，一般可配出 10 或 20 個(gè)頻點(diǎn)， 該芯片靈敏度為． 109dBm，并可自動(dòng)校驗(yàn)，可編程輸出功率為． 20dBm 至 +10dBm。 CCl000 的主要 工作參數(shù)可由一個(gè)串行接口編程設(shè)定，使用非常方便并且具 有靈活性。 CCl000 芯片的外圍元件較少，且對(duì)精度要求不要，并提供三種編碼方式與微控制器接口。所以 CCl000 與一個(gè)微控制器和少數(shù)幾個(gè)外接元件便可組成一個(gè)完整的 RF收發(fā)系統(tǒng)。 ( 3)nRF905 是 Nordic VLSI 公司推出的一款無(wú)線收發(fā)芯片， 32 腳封裝，供電電壓為 至 ，工作與 433／ 868／ 915MHz 三個(gè) ISM(工業(yè)，科學(xué)和醫(yī)學(xué) )頻道?？勺詣?dòng)處理字頭和 CRC(循環(huán)冗余校驗(yàn) )。微處理器可以通過(guò) SPI接口及相關(guān)指令訪問(wèn) nRF905 的 寄存器。功耗低，高抗干擾 GFSK 調(diào)制，可調(diào)頻，載波檢測(cè)輸出，地址匹配輸出以及數(shù)據(jù)就緒輸出。 nRF905 適用于遙感，遙測(cè)，無(wú)線抄表，工業(yè)數(shù)據(jù)采集以及家庭自動(dòng)化等領(lǐng)域。 表 21 三種無(wú)線收發(fā)芯片性能比較表 芯片 nRF401 CC1000 nRF905 生產(chǎn)廠商 Nordic Chipcon Nordic 頻段 433MHz 300～ 1000MHz 433/868/915MHz 最大發(fā)射功率 +10dBm +10dBm +10dBm 最高靈敏度 105dBm 109dBm 104dBm 最高通信速率 20Kbps 調(diào)制方式 FSK FSK GFSK 工作電壓 ～ ～ ～ 接收電流 11mA(433MHz) (433MHz) (433MHz) 發(fā)送電流 8mA(433MHz) 8mA(433MHz) (433MHz) 低功耗電流 8 uA(standby) 30uA(Powerdown) 1uA(Powerdown) 這三款無(wú)線收發(fā)芯片的性能 對(duì)比如表 21所示， nRF905 模塊具有通信速率高，與微控制器 SPI 通信，配置方便， 且功耗低。所以本系統(tǒng)選擇 nRF905 作為無(wú)線收發(fā)模塊。 1 第 3 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)總體框架如下圖所示： 圖 311從控制子系統(tǒng) 圖 312 主控制子系統(tǒng) 圖 31硬件系統(tǒng)總體圖 對(duì)于本論文設(shè)計(jì)的單片機(jī)無(wú)線溫度控制系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)由從控 制系統(tǒng)（如圖311所示）和主控制系統(tǒng)（如圖 312 所示）組成，從控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)溫度采集，發(fā)送和繼電器的控制，主控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)溫度接收，顯示和控制信號(hào)的發(fā)送。 系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì) 電路設(shè)計(jì)原理圖 圖 32 電壓轉(zhuǎn)換電路原理圖 AMS1117 轉(zhuǎn)壓芯片工作原理 AMS1117 是一個(gè)低壓差電壓調(diào)節(jié)器， 最小 壓差 為 1V。負(fù)載電流為 800mA 時(shí)其輸出電壓為 。其固定輸出電壓為 ， ， ， ， 和 。 nRF905 液晶 nRF905 繼電器 DS18B20 STC89C52 電源的供給電路 STC89C52 電源的供給電路 2 AMS1117 提供短路和熱保護(hù)。電路 包含一個(gè)精準(zhǔn)的參考電壓（ ）確保輸出電壓的線性 調(diào)整度 最大為 ％，負(fù)載調(diào)整 度 最大為 ％。 AMS1117 有 SOT223 和TO252 封裝。輸出端需接一個(gè)至少 22uF 的膽電容來(lái)改善瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性。 特性： 1） 提供 ， ， ， ， ， 和可調(diào)電壓； 2） 輸出電流可達(dá) 800mA。 3） 線性調(diào)整度： ％（最大）； 4） 負(fù)載調(diào)整度： ％（最大）； 5） 有 SOT223 和 TO252封裝； 6） 在輸入和輸出最小為 1V 時(shí)也能工作。 應(yīng)用： 1） 高效線性調(diào) 整器； 2） 5V至 線性調(diào)整器； 3） 電池充電器； 4） 筆記本的電源管理設(shè)備； 5） 電池供電儀器； 6） SCSI 有源終端。 溫度采集端硬件電路設(shè)計(jì) 溫度數(shù)據(jù)采集硬件接口電路 圖 33 DS18B20 硬件電路 數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20 DSl8B20 是美國(guó) DALLAS 公司推出的智能化數(shù)字式溫度傳感器，全部傳感 組件及轉(zhuǎn)換電路集成在一個(gè)三極管的集成電路中。 DSl8B20 支持“一線總線”接口，測(cè)量溫度范圍為． 55℃～ +125℃，在－ 10～+85℃范圍內(nèi)，精度為177。 O． 5℃?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“單總線”的數(shù)字方式傳輸，大大 3 提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過(guò)程控制、測(cè)溫類(lèi)消費(fèi)電子產(chǎn)品等。 特性 1)獨(dú)特的單線接口， 只需 1 個(gè)接口引腳即可通信 ； 2)多個(gè)能力使分布式溫度檢測(cè)應(yīng)用得以簡(jiǎn)化 ； 3)不需要外部組件 ； 4)可用數(shù)據(jù)線供電 ； 5)零待機(jī)功耗 ； 6）測(cè)溫范圍從－ 55℃～ +125℃， 增量值為 ℃ ； 7） 以 9～ １２位 數(shù)字值方式讀出溫度 ； 8)溫度數(shù)字量轉(zhuǎn)換時(shí)間 200ms（典型值） ； 8)用戶可定義的 非易失性的溫度告警設(shè)置 ； 9)報(bào)警 搜索命令識(shí)別和尋址溫度在編定的極限之外的器件 (溫度告警情況 )； 10） 應(yīng)用范圍包括恒溫控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品，溫度計(jì)或任何熱敏系統(tǒng)。 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) DSl8B20 主要由四部分組成： 64 位光刻 ROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、溫度傳感器、非易失性電可擦寫(xiě)溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH、 TL以及非易失性電可擦寫(xiě)設(shè)置寄存器。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) DSl8820 器件。 圖 34 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 每片 DSl8820 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(lèi)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)十進(jìn)制編碼，每個(gè)芯片惟一的編碼可以通過(guò)尋址將其識(shí)別出來(lái)，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 DSl8820 能夠連接在同一條數(shù)據(jù)線上而不會(huì)造成混亂。 表 31 64 位激光 4 8 位 CRC 編號(hào) 48 位序列號(hào) 8位產(chǎn)品序列編碼 DSl8820 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 2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，寄存器各位定 義如下：第八位用來(lái) 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 (00，01， 10， 01 分別對(duì)應(yīng) 9， 10， 11， 12位溫度數(shù)據(jù)’ l，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(wú)效。第 8 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，用在通信中檢驗(yàn)數(shù)據(jù)傳送的正確性。 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)存放測(cè)溫結(jié)果的低位，第二個(gè)字節(jié)存放測(cè)溫結(jié)果的高位， S為符 號(hào)位，其它位為數(shù)據(jù)位，溫度為負(fù)時(shí) S=l，溫度為正時(shí) S0。格式如下： 表 32 用二進(jìn)制補(bǔ)碼表示的 DS18B20 溫度數(shù)據(jù) 其中，高位字節(jié)中的前 5位 S是符號(hào)位，若測(cè)得的溫度大于 0，則這 5 位數(shù)據(jù)也都為“ O”，實(shí)際溫度也就等于測(cè)到的數(shù)值與 0． 0625(0． 0625C／ LSB)的乘積；若溫度小于 0，則這 5位數(shù)據(jù)就都為“ 1”，實(shí)際溫度就等于測(cè)到的數(shù)值取反加 l 后再乘以 0． 0625。 如果測(cè)量的溫度值高于溫度報(bào)警器 TH 或低于 TL 中的值，則 DSl8820 內(nèi) 部的報(bào)警標(biāo)志位就被置位，表示溫度測(cè)量值超出 范圍。 DSl8820 的溫度轉(zhuǎn)換位 數(shù)可以選擇 912 位，分別對(duì)應(yīng)的測(cè)溫分辨率為 O． 5℃， 0． 25℃， 0． 125℃， 0． 0625℃。不過(guò)溫度轉(zhuǎn)換位數(shù)越大，轉(zhuǎn)換時(shí)間也越長(zhǎng)。 12位精度的最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為 750ms。 DSl8820 的測(cè)溫范圍為 55～ +125℃，溫度轉(zhuǎn)換結(jié)果以 16 位二進(jìn)制方式單 線輸出，轉(zhuǎn)換的位數(shù)可通過(guò)寫(xiě)配置寄存器 (字節(jié) 4)設(shè)定。 表 33 配置寄存器設(shè)置 5 表 34 DS18B20 典型溫度對(duì)照表 其中， TM：測(cè)試模式標(biāo)志位，出廠時(shí)被寫(xiě)入 0，不能改變； R0、 R1：溫度 計(jì)分辨率設(shè)置位，其對(duì)應(yīng)四種分辨率如下表所列，出廠時(shí) R0、 R1置為缺省值： R0=1， RI=1(即 12位分辨率 )，用戶可根據(jù)需要改寫(xiě)配置寄存器以獲得合適的 分辨率。 表 35 配置寄存器與分辨率的關(guān)系 . DS18B20 的工作步驟 （ 1）初始化； （ 2） ROM 操作命令； （ 3）存儲(chǔ)器操作指令； （ 4）執(zhí)行數(shù)據(jù)。 DS18B20 為用戶提供了 5個(gè) ROM 命令和 6 個(gè)存儲(chǔ)器命令（如表 36所示），而具體命令 的傳送