【正文】 比如溫度傳感器的測(cè)溫范圍不夠?qū)?，發(fā)射距離比較近，溫度控制精度不夠高等 。 該溫度控制系統(tǒng)電路簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高， 搭建方便，易于擴(kuò)展，室內(nèi)實(shí)際發(fā)射距離約 25 米（通過(guò)改進(jìn)天線的設(shè)計(jì)可適度增加），經(jīng)過(guò)軟件進(jìn)行非線性及溫度補(bǔ)償后，測(cè)溫精度可進(jìn)一步提高，因此本系統(tǒng)適用于在短距離環(huán)境溫度的監(jiān)測(cè)、控制，有廣闊的應(yīng)用前景。 本設(shè)計(jì)中采用了 8051 單片機(jī)，實(shí)際操作時(shí)也可以采用功耗比較低的89C51 單片機(jī)。 本文所研究的無(wú)線溫度控制系統(tǒng)是短距離無(wú)線通信技術(shù)在溫度測(cè)量與控制方面的一個(gè)具體應(yīng)用。 (3)改變控制算法，以提高溫度控制精度。本設(shè)計(jì)中采用了 8051 單片機(jī)，也可以采 用功耗比較低的 89C51 單片機(jī)。 167。而且通信協(xié)議都是在引進(jìn)外國(guó)設(shè)備時(shí)一塊引進(jìn)的。并且還出現(xiàn)了各種通信協(xié)議。所以，多機(jī)通信在國(guó)外得到了迅速發(fā)展。 在國(guó)外，起初也是段連接或一對(duì)一的單機(jī)連接，并且沒(méi)有通信協(xié)議。 然而，單片機(jī)對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的處理方式不同于通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，尤其有的單片機(jī)只提供 8 位的數(shù)據(jù)收發(fā)接口，在一定程度上阻礙了單片機(jī)在網(wǎng)絡(luò)方面的應(yīng)用。 圖 46 溫度測(cè)量子程序流程框圖 初始化 讀 DS18B20 序列號(hào) 初始化 轉(zhuǎn)換溫度 匹配 ROM 存測(cè)溫點(diǎn)數(shù)據(jù) 讀溫度數(shù)據(jù) 輸出數(shù)據(jù) 返回 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 第 5章 發(fā)展與 展望 167。然后單片機(jī)發(fā)送讀寄存器命令，把 DS18B20 寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)先放入單片機(jī) RAM 的指定地址中 [17]。 子程序設(shè)計(jì) 167。下位機(jī)主程序流程框圖如圖 45 所示。接著循環(huán)查詢 nRF401 子系統(tǒng)是否置接收方式，直到有接收數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序，執(zhí)行溫度的檢測(cè)或溫度的控制。初始化的內(nèi)容包括給相應(yīng)的字符名稱賦值，設(shè)置串口通信參數(shù)。 上位機(jī)主程序流程框圖如圖 44 所示。沒(méi)有中斷的時(shí)候，上位機(jī)子系統(tǒng)處于等待狀態(tài)，直到有中斷需要響應(yīng)時(shí)，單片機(jī)進(jìn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，向下位機(jī)發(fā)送溫度測(cè)試指令，等下位機(jī)接收到完整數(shù)據(jù)后，將上位機(jī)置接收方式，準(zhǔn)備接收測(cè)得的數(shù)據(jù)，在上位機(jī)接收完下位機(jī)上傳的數(shù)據(jù)后，根據(jù)中斷指令進(jìn)行顯示，并保持狀態(tài)，直到響應(yīng)新的中斷為止。 上位機(jī) 及下位機(jī) 主程序 上位機(jī)主程序開(kāi)始后先進(jìn)行初始化設(shè)置。 單片機(jī)查 詢發(fā)送子程序 本程序?qū)⑵?RAM 從 1000H 開(kāi)始小于 256 字節(jié)的數(shù)據(jù)從串行口發(fā)送出去，發(fā)送的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)在 R7 中，用 R6 作累加和寄存器 [2]。 Print(“發(fā)送文件結(jié)束 \n”)。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 Goto rep。 Sum=0。 } Sport(sum)。 Break。 Sum=sum+ch。count。 Sport(count)。 Sport(ch)。 Countfilength(handle)。 Exit(1)。 Int handle,count,sun=0。 接收文件子函數(shù) receivef()的程序流程圖如圖 42： PC 機(jī)發(fā)送文件子函數(shù) sendf()的程序清單如下： Void sendf(char * fname) {FILE * fp。規(guī)定欲發(fā)送的這個(gè)文件存在當(dāng)前盤(pán)上，并且為了便于說(shuō)明問(wèn)題，只傳送字節(jié)小于 256 個(gè)字符的文件 [2]。 167。上位機(jī)的系統(tǒng)初始化主要包括8051 單 片機(jī)中寄存器、存儲(chǔ)單元的設(shè)置、 nRF401 子系統(tǒng)初始化、鍵盤(pán)顯示子系統(tǒng)的初始化和 PID 控制子系統(tǒng)的初始化。 167。這樣有利于程序修改和調(diào)試，增強(qiáng)了程序的可移植性。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 第 4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 溫度測(cè)量系統(tǒng)的功能是在程序控制下實(shí)現(xiàn)的 。為了每位數(shù)碼管能夠充分被點(diǎn)亮，二極管應(yīng)持續(xù)發(fā)光一段時(shí)間。每只數(shù)碼管的共陰極則與另一 I/O 口相連，控制被點(diǎn)亮的位。選擇動(dòng)態(tài)顯示方式，可以使耗電量更小。 動(dòng)態(tài)顯示方式的每位數(shù)碼管都需要一個(gè)數(shù)據(jù)鎖存器，因此，其硬件電路比較復(fù)雜。要在某一位數(shù)碼管上顯示字符時(shí)，只要從對(duì)應(yīng)的 I/O 口輸出并鎖存其顯示代碼即可。 10K 4 +5 8051 P10 P12 P14 P16 開(kāi)關(guān) 開(kāi)關(guān) 開(kāi)關(guān) 開(kāi)關(guān) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 數(shù)碼管顯示器有兩種工作方式，即靜態(tài)顯示方式和動(dòng)態(tài)顯示方式。例如：當(dāng) I/O 口控制芯片輸出的代碼是 00111111 時(shí)，數(shù)碼管顯示的字符為 0。每個(gè)二極管就是一個(gè)筆劃，若干個(gè)二極管發(fā)光時(shí)，就構(gòu)成了一個(gè)顯示字符。本文用到的 4 個(gè)數(shù)碼管均是共陰極的。 數(shù)碼管是由 8 個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成的顯示器件。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 圖 38 鍵盤(pán)電路框圖 167。 P14 口表示數(shù)字 “”鍵，按一下溫度數(shù)值減 1。 P10 口表示確認(rèn)鍵。 本文采用的是獨(dú)立式按鍵，直接用 I/O 口線構(gòu)成單個(gè)按鍵電路，每個(gè)按鍵占用一條 I/O 口線，每個(gè)按鍵的工作狀態(tài)不會(huì)產(chǎn)生互相影響。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有鍵按下時(shí)，延時(shí) 1020ms 再查詢是 否有鍵按下，若沒(méi)有鍵按下，說(shuō)明上次查詢結(jié)果為干擾或抖動(dòng)；若仍有鍵按下。為了避免 CPU多次處理按鍵的一次閉合，應(yīng)采用措施消除抖動(dòng)。閉合和釋放過(guò)程都要經(jīng)過(guò)一定的過(guò)程才能達(dá)到穩(wěn)定，這一過(guò)程是處于高、低電平之間的一種不穩(wěn)定狀態(tài)，稱為抖動(dòng)。 鍵盤(pán)硬件電路的設(shè)計(jì) 按鍵是一組常開(kāi)的按鍵開(kāi)關(guān) ,每個(gè)按鍵都被賦予一個(gè)代碼 ,稱為鍵碼 .按鍵的開(kāi)關(guān)狀態(tài)通過(guò)一定的電路轉(zhuǎn)換為高、低電平狀態(tài)。 167。 單片機(jī)的選擇 單片機(jī)體積小、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)、對(duì)環(huán)境要求不高、價(jià)格低廉、可靠性高、靈活性好、開(kāi)發(fā)較為容易，自問(wèn)世以來(lái)以其極高的性價(jià)比一直受到人們的重視和關(guān)注。 nRF401 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 36，引腳圖 37?；祛l器采用 Ⅰ 級(jí)混頻結(jié)構(gòu)，混頻器的輸出信號(hào)經(jīng)中頻濾波器濾波后送入 FSK 解本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 調(diào) 器解調(diào)，解調(diào)后的數(shù)字信號(hào)在 DOUT 端（第 10 腳）輸出。 接收電路包含有：低噪聲放大器、混頻器、 FSK 解調(diào)器、濾波器等電路。壓控振蕩器由片內(nèi)的振蕩電路和外接的電感組成。基準(zhǔn)振蕩器采用外接晶體振蕩器產(chǎn)生電路所需的基準(zhǔn)頻率。 [20] nRF401 采用 20 腳 SSOIC 封裝，內(nèi)部電路可分為發(fā)射電路、接收電路、模式和低功耗控制邏輯電路幾部分。 無(wú)線收發(fā)電路的設(shè)計(jì) 射頻收發(fā)芯片 nRF401 工作在 433MHz 國(guó)際通用的 ISM 頻段； FSK 調(diào)制和解調(diào)，抗干擾能力強(qiáng)； 采用 PLL 頻率合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性好；靈敏度高達(dá) 105dBm，最大發(fā)射功率達(dá)到 +10dBm；數(shù)據(jù)速率可達(dá) 20Kbit/S；可方便地嵌入各種測(cè)量和控制系統(tǒng)中；在儀器儀表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無(wú)線抄表系統(tǒng)、無(wú)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。比較而言，寄生電源方式少用一根導(dǎo)線，但它完成溫度測(cè)量所需的時(shí)間較長(zhǎng)，而外部電源方式測(cè)量速度則要快些 。當(dāng)使用數(shù)據(jù)總線寄生供電時(shí)，供電端必須接地，同時(shí)總線口在空閑的時(shí)候必須保持高電平，以便對(duì)傳感器充電。為了保證在有效的時(shí)鐘周期內(nèi)，提供足夠的電流，這種情況下，用一個(gè) MOSFET 管和單片機(jī)的一個(gè) I/O 口來(lái)完成對(duì) DS18B20 總線低溫度 系數(shù)振蕩 器 高溫度 系數(shù)振蕩 器 停止 +1 預(yù)置 計(jì)數(shù)器 溫度寄存器 =0 計(jì)數(shù)器 =0 斜率累加器 預(yù)置 比較器 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 的 上拉。 DS18B20 只有三根外引線：?jiǎn)尉€數(shù)據(jù)傳輸端口 DQ、共用地線 GND、外供電源線 VDD。溫度值由主機(jī)通過(guò)發(fā)讀存儲(chǔ)器命令讀出，經(jīng)過(guò)取補(bǔ)和十進(jìn)制轉(zhuǎn)換，得到實(shí)測(cè)的溫度值。這時(shí)溫度寄存器中的值就是被測(cè)的溫度值。低溫系數(shù)振蕩器輸出的時(shí)鐘脈沖信號(hào)通過(guò)由高溫系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的門(mén)開(kāi)通周期而被計(jì)數(shù)，通過(guò)該計(jì)數(shù)值來(lái)測(cè)量溫度。其結(jié)構(gòu)圖如下 34 所示： 圖 34 DS18B20 的結(jié)構(gòu)框圖 2. DS18B20 的測(cè)溫原理 DS18B20 的溫度傳感器是通過(guò)溫度對(duì)振蕩器的頻率影響來(lái)測(cè)量溫度，如圖 35 所示。第本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 六、七、八字節(jié)保留未用。 第三、四字節(jié)是溫度上下限報(bào)警值 ( TH、 TL) 。 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。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。 每片 DS18B20 含有一個(gè)唯一的 64 位 ROM 編碼。 （ 1） 64 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(xiě)溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL （ 4）非易失性電可擦寫(xiě)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?？s小了系統(tǒng)的體積，提高了系統(tǒng)的可靠性。 12 位精度轉(zhuǎn)換的最大時(shí)間為 750ms[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(kāi)銷大為簡(jiǎn)化； （ 3）測(cè)溫時(shí)無(wú)需任何外部元件： （ 4）可以通過(guò)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。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(jiǎn)化了硬件電路。 數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20 單總線是美國(guó) 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。 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)。 167。溫度控制部分工作原理是由鍵盤(pán)輸入欲設(shè)定的溫度。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 圖 32 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(pán)顯示模塊、無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、溫度控制模塊等部分組成。其工作系統(tǒng)如圖 31 所示： 主 機(jī) T X D R X DT X D R X D 從 機(jī)T X D R X D 從 機(jī)T X D R X D 從 機(jī) 圖 31 多機(jī)通信原理圖 167。 多機(jī)通信一體化原理 多機(jī)通信是指 2 臺(tái)以上計(jì)算機(jī)之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)調(diào)工作 .主從式多機(jī)通信是多機(jī)通信中應(yīng)用最廣的一種 .主機(jī)可以是 PC 機(jī)或單片機(jī) ,從機(jī)一般采用單片機(jī)。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 第 3章 電路的硬件設(shè)計(jì) 167。 其中半導(dǎo)體制冷制熱是利用特種半導(dǎo)體材料通過(guò)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。 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(lái)的半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)。 167。 在本系統(tǒng)中，鍵盤(pán)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。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。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 可見(jiàn)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。 鍵盤(pán)顯示模塊的選擇 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）。 基于 nRF401 成本低、可靠性高、外圍設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)， 本系統(tǒng)將 nRF401 做為無(wú)線收發(fā)芯片的首選。 nRF24E1 是挪威 Nordic VLSI ASA 公司最近開(kāi)發(fā)的一種嵌入了高性能單片機(jī)內(nèi)核的高速單片無(wú)線收發(fā)芯片 [15]。 167。在如此眾多的產(chǎn)品中選擇出合適的器件，應(yīng)該把握以下幾點(diǎn)：外圍電路應(yīng)該盡量簡(jiǎn)單；測(cè)溫的精度、分辨率要合適，以便減少不必要的電路和軟件開(kāi)發(fā)成本；溫度傳感器采用的總線負(fù)載能力如何，能否滿足多 點(diǎn)測(cè)溫的需要；占用 MCU 的 I/O 引腳數(shù)情況如何，因?yàn)? MCU 的系統(tǒng)資源非常寶貴，輸入通道有限，多點(diǎn)溫度測(cè)量時(shí)，如果測(cè)量的點(diǎn)數(shù)超過(guò)了輸入通道時(shí)，就要添