【導(dǎo)讀】度、濕度、氣壓等各種環(huán)境參數(shù)需要實時的測量以及控制。品產(chǎn)量等一系列問題，因此對溫度的檢測的意義很重要。但是在很多場合有線傳輸排線。測現(xiàn)場的溫度變化情況。它是以STC89C52RC單片機為控制單元，以溫度傳感器DS18B20為溫度采集器件，無線傳輸、顯示，就是一套通過無線方式實現(xiàn)溫度的遠(yuǎn)程采集的完整系統(tǒng)。的硬件電路結(jié)構(gòu)和完成各項功能相關(guān)的軟件設(shè)計。

　　

【正文】 對無線通信技術(shù)作了介紹，對比了幾種通信技術(shù)的，最終選擇了無線通信并使用 NRF905 芯片作為傳輸芯片 ，介紹了對于無線測溫系統(tǒng)應(yīng)該考慮的幾方面。同時介紹 NRF905 發(fā)收模塊的電路原理，管腳及各種 工作模式 的使用 。 給出了 220V 電壓轉(zhuǎn) 電壓電路設(shè)計中使用的轉(zhuǎn)換元件 780 轉(zhuǎn) 電壓 LM1117 和掉電告警元件MAX706 的相關(guān)資料。 基于無線收發(fā)芯片 NRF905 的溫度測量系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)（上位機部分） 21 3 系統(tǒng)總體設(shè)計 系統(tǒng)方案論證 對于基于無線傳輸模塊的溫度測量系統(tǒng) 上位機 而言，主要由無線傳輸模塊 、 單片機主控制單元 、 數(shù)據(jù)顯示單元 、蜂鳴器報警模塊、掉電告警模塊和 PC機監(jiān)測模塊 六 部分組成。接收模塊 nRF905接收溫度數(shù)據(jù)，通過 SPI接口將數(shù)據(jù)傳給單片機，進(jìn)行 四位 數(shù)碼 管顯示， 在溫度數(shù)據(jù)超過一定值時蜂鳴器進(jìn)行報警， 同時將數(shù)據(jù)上傳給 PC機，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測的功能。 圖 31 系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)框圖 系統(tǒng)電源方案設(shè)計 在無線測溫系統(tǒng)中，上位機單片機 STC89C52RC 的正常工作電壓為 ，無線接收 nRF905 模塊的正常工作電壓為 。其中 電源設(shè)計方案有以下幾種： (1) 可由三節(jié)干電池串連為 的電源，使用三節(jié)干電池的電池盒提供 電壓。 (2) 由市電 220V 交流電源經(jīng)過變壓器、整流電路再經(jīng)過 7805 電源轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換電壓為 的電源。電源轉(zhuǎn)換電路如下： nRF905 接收模塊 單片機 主控單元 接收端顯示模塊 蜂鳴器報警模塊 PC 機監(jiān)測模塊 掉電告警模塊 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 22 圖 32 220V 轉(zhuǎn) 電源 電路圖 (3) 無線溫度測量系統(tǒng)中，上位機通過 RS232 接口與 PC 機相連。 RS232 接口中的各端口在邏輯“ 1”時輸出電壓為 +~+，在邏輯“ 0”時輸出電壓為 ~。其中 RS232 接口的各管腳的功能圖如下： 圖 33 RS232 接口功能 圖 在系統(tǒng)中，只用到 RxD 和 TxD 管腳與 PC 機進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，其控制信號在一般情況下其電壓為 ；使用 RS232 接口中的 4 腳 DTR 或 6 腳 DSR 再通過整流電路和電源轉(zhuǎn)換模塊 7805 轉(zhuǎn)換為 電源。電路設(shè)計圖如下： 圖 34 RS232 接口轉(zhuǎn)換電源電路 圖 在電路中 Port1 腳接 RS232 接口的 4 腳， Port2 腳接 GND。通過 RS232 接口可反向給整個系統(tǒng)進(jìn)行供電，經(jīng)過整流和電源轉(zhuǎn)換后輸出已可供系統(tǒng)正常工作電源。 以上提供的三種方案， RS232 接口反向供電可減少無線溫度測量系統(tǒng)的布線，而且在上位機上需要通過 RS232 接口與 PC 機進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸； RS232 接口反向供電方案節(jié)省布線，而且方便可靠。 無線接收模塊的 可由 轉(zhuǎn)換得到，使用電源轉(zhuǎn)換元件 LM1117 將 的電源轉(zhuǎn)換成可供無線接收模塊正常工作的 電源。在 電源的設(shè)計中，使用固定模式，輸入和輸出電容都為 10uF。 基于無線收發(fā)芯片 NRF905 的溫度測量系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)（上位機部分） 23 無線測溫系統(tǒng)的功能描述 單片機 STC89C52RC 主控單元 STC89C52RC單片機為主控單元，對 NRF905的初始化設(shè)置，接收模塊將接收的溫度數(shù)據(jù)再經(jīng) SPI口送給單片機， 單片機進(jìn)行 數(shù)碼管顯示 并在溫度數(shù)據(jù)超過一定值時進(jìn)行蜂鳴器報警 。 單片機使用 P2口作為段選信號， P0口低四位作為位選信號，進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示。 無線傳輸接收端 接收端 : 通過 NRF905 模塊接收發(fā)送端發(fā)出的溫度信息，當(dāng)數(shù)據(jù)接收完成后產(chǎn)生接收完成中斷信號，單片機確認(rèn)有中斷信息后讀取 NRF905接收緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)包協(xié)議將接收到的信息通過 數(shù)碼管動態(tài)掃描方式顯示當(dāng)前溫度。 系統(tǒng)硬件設(shè)計 單片機硬件電路設(shè)計 圖 35 STC89C52RC 電路圖 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 24 單片機 STC89C52RC為主控單元， P1口直接和無線模塊 nRF905相連 ； TX_EN相連，為接收使能，主要決定無線接收模塊是否進(jìn)行數(shù)據(jù)接收；； 與 PWR_UP 相連，為模塊上電使能；； 與 CD 相連，為載波監(jiān)聽，監(jiān)聽是否有數(shù)據(jù)傳到無線模塊上； 與 CSN 相連，為 SPI 使能，無線模塊與單片機 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖鼓芏耍?與 AM 相連，為地址匹配信號； 與 MOSI 相連， 與 MISO 相連，為單片機與無線模塊進(jìn)行 SPI 數(shù)據(jù)傳輸端口； 與 SCK 相連，提供給無線模塊時鐘信號； 和 分別和 nRF905 的 DR 及 TRX_CE 相連，實現(xiàn)單片機與 nRF905 的數(shù)據(jù)通信 ； P0 口的低四位控制數(shù)碼管的位選， P2 口為段選 ， 口與蜂鳴器相連。 單片機在上電初始化后，將 和 輸出為高電平， 輸出給無線模塊時鐘信號； 為低電平，當(dāng) 和 為高電平時，輸入 SPI 指令，通過 SPI 口 和 讀取無線模塊傳輸給單片的溫度數(shù)據(jù)。 無線收發(fā)模塊 圖 36 無線收發(fā)模塊電路圖 無線收發(fā)模塊的各引腳直接和單片機相連，在單片機的控制下，通過 SPI 接口完成溫度數(shù)據(jù)的讀入讀出，發(fā)送模塊和接收模塊的 nRF905 完成數(shù)據(jù)的無線傳輸。 在無線模塊接收到數(shù)據(jù)時，將 CD、 AM 信號置高電平；在數(shù)據(jù)接收完后，將 DR 端置為高電平；再將接收到的數(shù)據(jù)通過 SPI 接口 MISO 和 MOSI 口傳輸?shù)絾纹瑱C上。 電源轉(zhuǎn)換模塊 單片機 STC89C52RC 的穩(wěn)定工作電壓為 左 右，為了讓 單片機 STC89C52RC 工作正常， 使用 RS232 接口中的 4 腳 DTR 或 6 腳 DSR 再通過整流電路和電源轉(zhuǎn)換模塊7805 轉(zhuǎn)換為 電源。電路設(shè)計圖如下： 基于無線收發(fā)芯片 NRF905 的溫度測量系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)（上位機部分） 25 圖 37 RS232 接口轉(zhuǎn)換電源電路 圖 在電路中 Port1 腳接 RS232 接口的 4 腳， Port2 腳接 GND。通過 RS232 接口可反向給整個系統(tǒng)進(jìn)行供電，經(jīng)過整流和電源轉(zhuǎn)換后輸出已可供系統(tǒng)正常工作電源。 圖 38 電壓轉(zhuǎn)換模塊電路圖 因為 nRF905 的工作電源電壓范圍是 —，超出這個工作電壓范圍無線模塊就可能被燒壞，所以為了讓 nRF905 正常工作，采用 1117 電壓轉(zhuǎn)換芯片將電源電壓轉(zhuǎn)換為。 掉電告警模塊 nRF905 的工作電源電壓范圍是 —， 在 nRF905 無線模塊的電源電壓小于 時，無線接收模塊接收到的數(shù)據(jù)無效，數(shù)碼管不顯示此時接收到的溫度數(shù)據(jù)。而且在無線溫度測量系統(tǒng)掉電時，存在一定時間的掉電時間，在這段時間內(nèi)，單片機在大于 時無線模塊可能仍在接收數(shù)據(jù)或無線模塊電源電壓小于 最低工作電壓接收到的數(shù)據(jù)為無線數(shù)據(jù)。掉電告警電路主要避免此類問題。 圖 39 掉電告警 電路圖 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 26 在掉電告 警電路中， VCC_3V 電源在低于 無線模塊最低工作電壓時， PFI 端輸入電源小于 ， PFO 即 GASP 端輸出低電平電壓；單片機在 管腳端接收到低電平電壓，將接收到的溫度數(shù)據(jù)置為無效數(shù)據(jù)，數(shù)碼管顯示 CCCC 四個字符，同時不將此時接收到的溫度數(shù)據(jù)傳到 PC 機上。 數(shù)碼管顯示模塊 顯示電路采用動態(tài)顯示方法，可以節(jié)約硬件資源，降低系統(tǒng)的設(shè)計成本。使用 P0口低 4位作為位選碼控制端， P2作為段選碼控制端。 圖 310 數(shù)碼管電路圖 在單片機初始化時將 P2 口全為高電平，將 口置為低電平時，數(shù)碼管 0 進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示；將 口置為低電平時，數(shù)碼管 1 進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示；將 口置為低電平時，數(shù)碼管 2 進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示；將 口置為低電平時，數(shù)碼管 3 進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示。 P1 口與數(shù)碼管的段選信號輸入端進(jìn)行連接。 蜂鳴器報警模塊 單片機 與蜂鳴器相連，在單片機接收到得溫度數(shù)據(jù) 超過溫度門限值時， 口輸出為低電平，蜂鳴器導(dǎo)通，進(jìn)行蜂鳴報警。 圖 311 蜂鳴器 電路圖 基于無線收發(fā)芯片 NRF905 的溫度測量系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)（上位機部分） 27 系統(tǒng)總體電路圖 以上分別介紹了系統(tǒng)的各個模塊電路組成，整體電路圖見附 錄 Ⅰ 。 本章小結(jié) 本章主要對整個系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹， 主要 包括單片機主控單元、無線收發(fā)模塊、數(shù)碼管顯示模塊 ；同時介紹了各模塊 具體功能 ； 講述了系統(tǒng)的硬件設(shè)計，給出了系統(tǒng)設(shè)計的結(jié)構(gòu)圖，從系統(tǒng)各組成部分分別進(jìn)行了設(shè)計 。在本系統(tǒng)中使用了看門狗元件MAX706進(jìn)行掉電告警，使系統(tǒng)在電源電壓在正常工作范圍為進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收顯示?；跓o線收發(fā)芯片 NRF905 的溫度測量系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)（上位機部分） 29 4 系統(tǒng) 軟件設(shè)計 編程時采用模塊化的設(shè)計思想，系統(tǒng)中各主要的模塊均編寫成獨立的函數(shù)，在主函數(shù)中加以調(diào)用，程序主要由以下幾個功能模塊構(gòu)成：上電初始化程序、數(shù)據(jù)接受程序、數(shù)碼顯示程序。 系統(tǒng)軟件總體架構(gòu)設(shè)計 在系統(tǒng)軟件的設(shè)計中，按照層次化的軟件設(shè)計方法，整個系統(tǒng)軟件可劃分為三層，即：應(yīng)用層，界面層，底層驅(qū)動層。 程序設(shè)計 主要包括無線射頻模塊的接口設(shè)計 、數(shù)碼管顯示接口設(shè)計 以及單片機與 PC 通信的接口設(shè)計。 底層驅(qū)動層 底層驅(qū)動層主要包含直接和硬件相關(guān)的驅(qū)動程序，如 LCD 顯示、按鍵、蜂鳴器、UART 接口、中 斷和定時。 對于無線傳輸?shù)臏y溫系統(tǒng)而言，主要包括 LED 刷新程序 MnLED、無線接收子程序主要是面向硬件的，作為硬件驅(qū)動程序，它們處于最底層。這些程序編寫的質(zhì)量直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的性能，也對整個系統(tǒng)的軟件上層各部分的設(shè)計的便利性也有很大的影響。原則上應(yīng)該保持底層的各個模塊間的獨立性，盡量降低它們之間的耦合度，不產(chǎn)生直接的數(shù)據(jù)交互，也不允許它們之間的相互調(diào)用，底層也不直接訪問應(yīng)用層，如果需要與應(yīng)用程序或者其它模塊之間通信，都要通過界面層進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，并接受應(yīng)用層的調(diào)度。 界面層 界面層主要提供數(shù)據(jù)交 互，為應(yīng)用層和底層驅(qū)動之間以及底層驅(qū)動層各模塊之間提供數(shù)據(jù)的交互。接口層主要是由各種寄存器、標(biāo)志位和緩沖區(qū)組成的，它的功能是用于提供數(shù)據(jù)交互，可以看出各個底層模塊都有自己相應(yīng)的變量及標(biāo)志，這些變量是底層與應(yīng)用層或是底層與其它底層模塊對話的接口，也可以將它們理解為程序模塊間通訊的管道。 應(yīng)用層 應(yīng)用層主要完成具體功能的實現(xiàn)，對無線測溫模塊而言，應(yīng)用層就是無線傳輸?shù)木唧w功能。通過對界面層各個變量及標(biāo)志位的操作控制底層驅(qū)動層各模塊來完成所需功能，而并不越過介面層直接訪問底層驅(qū)動層。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 30 無線接收端 系統(tǒng)程序設(shè)計 典型 ShockBurst RX 模式 (1)通過設(shè)置 TRX_CE 高， TX_EN 低來選擇 ShockBurst 模式； (2)650us 以后， nRF905 測空中的信息； (3)當(dāng) nRF905 發(fā)現(xiàn)和接收頻率相同的載波時，載波檢測 CD 被置高； (4)當(dāng) nRF905 接收到有效的地址時，地址匹配 AM 被置高； (5)當(dāng) nRF905 接收到有效的數(shù)據(jù)包（ CRC 校驗正確）時， nRF905 去掉前導(dǎo)、地址和 CRC 位，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒（ DR）被置高； (6)MCU 設(shè)置 TRX_CE 低，進(jìn)入 standby 模式低電流模式； (7)MCU 可以以合適的速率通過 SPI 接口讀出有效數(shù)據(jù)； (8)當(dāng)所有的有效數(shù)據(jù)被讀出后， nRF905 將 AM 和 DR 置低； (9)nRF905 將準(zhǔn)備進(jìn)入 ShockBurst RX、 ShockBurst TX 或 Powerdown 模式。 無線接收程序 代碼如下： void MnNRF905(void) { nRF905Init()。 Config905()。 RX()。 Delay(10)。 CSN=0。 CSN=1。 Delay(1)。 } 無線接收程序流程圖 61 如下所示： 基于無線收發(fā)芯片 NRF905 的溫度測量系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)（上位機部分） 31 圖 41 無線接收流程圖 LED 驅(qū)動子程序的設(shè)計 在無線測溫系統(tǒng)中，采用了 4 位數(shù)碼管動態(tài)掃描，它將 4 個數(shù)碼管的段線相應(yīng)地并接到一起，并接到 STC89C52RC 的 P2 口，由 P2 口控制段選的輸出，而各位數(shù)碼管的共陽極由 STC89C52RC 得 P0 口的低四位控制位選，這樣對于一組數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示需要兩組信號控制：一組是字段輸出口輸出的字形代碼，用來控制顯示的字形，稱為段碼； 另一組是由位選輸出口輸出的控制信號，用來選擇第幾位數(shù)碼管工作，稱為位選。 在 LED 驅(qū)動子程序 的 中，數(shù)碼管的四位分別顯示十位 、 各位和小數(shù)點后以為數(shù)據(jù)和令 TRX_CE=1 接收到的地址 AM 置高 接收到的數(shù)據(jù) YES NO DR 置高 TRX_CE=0 將工作模式設(shè)置為 StandBy 和 SPI 編程 通過 SPI