【正文】 為 12 位溫度數(shù)據(jù)位，用戶可根據(jù)需要進行修改，其余位無效。第一、二個字節(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)的符號擴展位。這為溫度的多點測量帶來了極大的方便。頭八位是產(chǎn)品系列編碼，表示產(chǎn)品的分類編號；接著的 48 位是一個惟一的產(chǎn)品序列號，序列號是一個 15 位的十進制編碼，每個芯片惟一的編碼可以通過尋址將其識別出來，最后 8 位是前 56 位的循環(huán)冗余(CRC)校驗碼，是數(shù)據(jù)通信中校驗數(shù)據(jù)傳輸是否正確的一種方法。與單片機接口的每個 I/O 口可掛接多個 DS18B20 器件。1．DS18B20 的結(jié)構(gòu)DS18B20 主要由四部分組成。因為它是數(shù)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 A/D 轉(zhuǎn)換和較復雜的外圍電路?！妫孩逌囟绒D(zhuǎn)換精度 912 位可編程，能夠直接將溫度轉(zhuǎn)換值以 16 位二進制數(shù)碼的方式串行輸出。DS18B20 是美國 DALLAS 半導體公司推出的應用單總線技術(shù)的數(shù)字溫度傳感器。為了區(qū)分這些芯片，廠家在生產(chǎn)芯片時，為每個芯片編制了惟一的序列號，通過尋址就能把芯片識別出來。無線發(fā)射電路RF903單片機 805118B20溫度采集電路無線接收電路RF903單片機8051LED顯示圖31 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖 溫度采集部分電路設(shè)計 溫度數(shù)據(jù)采集硬件接口電路由于STC89C51接口較少，故選用一只DS18B20 型單線數(shù)字式集成溫度傳感器組成溫度采集網(wǎng)絡。系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)接收模塊和數(shù)據(jù)發(fā)射模塊，其中接收模塊由無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、顯示模塊和控制模塊組成，發(fā)射模塊由無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、溫度采集模塊和控制模塊組成。 本章小結(jié)本章首先介紹了系統(tǒng)方案的總體構(gòu)想，然后又介紹了系統(tǒng)方案的確定，最后介紹了器件的選用，確定了系統(tǒng)的設(shè)計方案。此外還具有多種控制指令，如消隱閃爍左移右移段尋址等。該芯片同時還可連接多達64鍵的鍵盤矩陣，單片即可完成LED顯示鍵盤接口的全部功能。 顯示模塊的選擇本次顯示模塊采用的是HD7279控制的數(shù)碼管顯示。④nRF903 單片射頻收發(fā)器芯片工作在 915MHz 國際通用的 ISM 頻段； GMSK/GFSK 調(diào)制和解調(diào), 抗干擾能力強；采用 DDS+PLL 頻率合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性好；靈敏度高達100dBm , 最大發(fā)射功率達+10dBm；數(shù)據(jù)速率可達 Kbit/s；170 個頻道,適合需要多信道工作的特殊場合；可方便地嵌入各種測量和控制系統(tǒng)中進行無線數(shù)據(jù)雙向傳輸，在儀器儀表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、計算機遙測遙控系統(tǒng)等中應用。nRF401 的外圍元件很少，僅 10 個左右。③nRF401 是挪威 Nordic VLSI 公司推出的單芯片 RF 收發(fā)機，專為在 433MHz ISM (工業(yè)、科研和醫(yī)療) 頻段工作而設(shè)計。②nRF24E1 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(nèi)核的高速單片無線收發(fā)芯片[15]。它具有低電壓（~），極低的功耗，可編程輸出功率（20~10dBm），高靈敏度（一般109dBm），小尺寸（TSSOP28 封裝），集成了位同步器等特點。常用的無線收發(fā)芯片主要有：① CC1000是根據(jù)Chipcon公司的SmartRF技術(shù)， CMOS 工藝下制造的一種理想的超高頻單片收發(fā)通信芯片。③ 功耗大多數(shù)無線收發(fā)芯片是應用在便攜式產(chǎn)品上的，因此功耗也非常重要，應該根據(jù)需要選擇綜合功耗較小的產(chǎn)品．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(chǎn)品。在選擇時，應主要參考以下幾點：① 收發(fā)芯片的數(shù)據(jù)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(jīng)驗，需要更多的內(nèi)存和程序容量，并且曼徹斯特編碼大大降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?，一般僅能達到標稱速率的 1/3，而采用串口傳輸?shù)男酒?，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。由于 DS18B20 獨特的單總線接口方式在多點測溫時有明顯的優(yōu)勢，占用 MCU 的 I/O 引腳資源少，和 MCU 的通信協(xié)議比較簡單，成本較低，傳輸距離遠，所以，選用 DS18B20 做為溫度測量的傳感器。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(xié)議就可以識別，從而節(jié)省了大量的引線和邏輯電路。但是，MAX6575L 的遠距離傳輸特性并不理想，傳輸范圍只能在 5m 以內(nèi)，超過此范圍將采集不到被測溫度數(shù)據(jù)，這也是這種器件的一個弊端。它最多允許在一根 MCU 的 I/O 總線上同時掛接 8 個 MAX6575L/H 進行多點溫度測量。5℃。3℃, 在 85℃時優(yōu)于177。③ MAX6575L/H 是美國 MAXIM 公司的一種單總線式數(shù)字溫度傳感器，具有較好的線性、較低的功耗，而且編程簡單，調(diào)試容易，使用方便。LM74 具有休眠模式，在休眠時消耗的電流不超過 10μA,適用于對功率消耗有嚴格限制的系統(tǒng)。具有抗干擾能力強、分辨力高、線性度好、成本低等優(yōu)點。AD7418 可以級聯(lián)至多 8 片在同一個 I2C 總線上。2℃，轉(zhuǎn)換時間為 15~30ms。其內(nèi)部包含有帶隙溫度傳感器和 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器。目前在數(shù)字溫度傳感器中采用的串行總線主要有Philips公司的I2C總線，Motorola公司的SPI總線，National Semiconductor公司的Microwireplus總線，Dallas Semiconductor公司的1Wire總線和Siemens 公司的Profibus總線等。這些產(chǎn)品的出現(xiàn)極大的豐富了設(shè)計工程師的選擇對象。在單片機能夠滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)處理速度要求的情況下，單片機無異是首選的信息處理單元。尤其適用于系統(tǒng)中沒有復雜的計算處理、對采集速度要求不高的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)。單片機應用系統(tǒng)正在被各個領(lǐng)域廣泛應用。單片機受集成度限制，片內(nèi)存儲容量較小，一般ROM只有4~8K字節(jié)，RAM 小于256字節(jié)，通過外部擴展，ROM、RAM 可擴展至64K字節(jié)。由于它的結(jié)構(gòu)與指令都按照工業(yè)控制要求設(shè)計的，故又稱微控制器（Microcontroller Unit），也可稱微型計算機（Single Chip Microputer）。[13]由于DSP主要應用于高速數(shù)據(jù)處理，因此外部I/0接口比較少，不便于系統(tǒng)擴展，因此多數(shù)DSP系統(tǒng)還要通過單片機來進行外部接口擴展，這導致了DSP的成本較高，另外，DSP具有一定的專用性，開發(fā)過程比較復雜，不便于通用。根據(jù)微處理器的不同，專用計算機應用系統(tǒng)可分為DSP應用系統(tǒng)和單片機應用系統(tǒng)。專用計算機系統(tǒng)是把采集系統(tǒng)作為一個獨立完整的功能實體，用單片機或DSP來控制整個系統(tǒng)。 系統(tǒng)控制及數(shù)據(jù)處理模塊方案溫度數(shù)據(jù)在采集后通常要進行數(shù)據(jù)處理，以實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的記錄、顯示和對測控系統(tǒng)的控制。無線收發(fā)芯片的可靠性高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強，通訊協(xié)議簡單透明，技術(shù)成熟。新一代短距離無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)具有體積小、功耗低、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強等優(yōu)點，而且開發(fā)簡單快速，可以方便地嵌入到各種設(shè)備中，實現(xiàn)設(shè)備間的無線連接，因此，較適合搭建小型網(wǎng)絡，在工業(yè)、民用領(lǐng)域得到較為廣泛的應用。所有高頻元件包括電感、振蕩器等已經(jīng)全部集成在芯片內(nèi)部，一致性良好，性能穩(wěn)定且不受外界干擾。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，世界上主要的芯片廠商都推出了無線收發(fā)芯片。IrDA具有技術(shù)成熟、體積小、功率低、傳輸速率高、連接方便、簡單易用、數(shù)據(jù)傳輸干擾少、保密性強、成本低廉等優(yōu)點。但是藍牙設(shè)備價格昂貴，通訊距離近，藍牙RF定義了三種功率等級（100mw、25mw 和1 mw），當藍牙設(shè)備功率為1 mw時，其發(fā)射范圍一般為10m。 短距離無線通信模塊方案藍牙技術(shù)作為一種近距離無線連接的全球性開放規(guī)范，已經(jīng)得到了全球眾多大企業(yè)的支持。雖然存在反應速度較慢，溫度測量的范圍不寬的缺點，數(shù)字式傳感器技術(shù)的發(fā)展仍受到人們越來越多的重視。它的信號原則上不受放大器和信號處理系統(tǒng)的溫度漂移的影響，具有極高的抗干擾能力。采用具有直接數(shù)字量輸出的傳感器能夠避免上述問題。在多點溫濕度檢測的場合，各被測點到測試裝置之間引線距離往往不同，各敏感元件參數(shù)的不一致性，都將會導致誤差的產(chǎn)生，并且難以完全清除。被測信號從敏感元件接收的非電物理量開始，到轉(zhuǎn)換為微處理器可處理的數(shù)字信號之間，設(shè)計者須考慮的線路環(huán)節(jié)較多，相應測試裝置中元器件數(shù)量難以下降，隨之影響產(chǎn)品的可靠性及小型化。 系統(tǒng)方案的確定 傳感器方案傳統(tǒng)的模擬式傳感器具有測量轉(zhuǎn)換速度快，溫度測量范圍寬的優(yōu)點。系統(tǒng)的功能往往決定了系統(tǒng)采用的結(jié)構(gòu)，本系統(tǒng)要實現(xiàn)的是溫度數(shù)據(jù)的測量、存儲、顯示等功能，因此，系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)可以構(gòu)想為溫度采集模塊、短距離無線通信模塊、系統(tǒng)控制及數(shù)據(jù)處理模塊、顯示模塊等幾大部分。因此，系統(tǒng)的總體設(shè)計方案應在滿足系統(tǒng)整體性能指標的前提下，充分考慮系統(tǒng)使用的環(huán)境，所選的結(jié)構(gòu)要盡量簡單實用、易于實現(xiàn)，器件的選用要著眼于合適的參數(shù)、穩(wěn)定的性能、較低的功耗、低廉的成本以及較好的互換性能。該系統(tǒng)操作簡單，功能齊全，是單片機智能化的一種應用。[12]新一代短距離無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)具有體積小、功耗低、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強等優(yōu)點，而且開發(fā)簡單快速，可以方便地嵌入到各種設(shè)備中，實現(xiàn)設(shè)備間的無線連接，因此，較適合搭建小型網(wǎng)絡，在工業(yè)、民用領(lǐng)域得到較為廣泛的應用。[10] 微功率短距離無線通信技術(shù)[19]近年來，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，短距離無線通信系統(tǒng)的大部分功能都可以集成到一塊芯片內(nèi)部，一般使用單片數(shù)字信號射頻收發(fā)芯片，加上微控制器和少量外圍器件構(gòu)成專用或通用無線通信模塊，所有高頻元件包括電感、振蕩器等已經(jīng)全部集成在芯片內(nèi)部，一致性良好，性能穩(wěn)定且不受外界影響。更多新的 WiFi 標準正在制定之中。 具有有線等價保密機制 WEP(Wired EquivalentPrivacy)確保數(shù)據(jù)安全。 （WiFi）[19] 技術(shù)標準是無線局域網(wǎng)的國際標準，采用直接序列擴頻 DSSS 技術(shù)進行調(diào)制解調(diào)增強了抗干擾能力，提高了傳輸速度。藍牙技術(shù)作為一種新興的技術(shù)，主要具有以下特點:規(guī)范的開放性、產(chǎn)品的互操作性及兼容性、公用通信頻段以及提供大容量的語音和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡。（Bluetooth）[19]，采用跳頻擴頻FHSS技術(shù)實現(xiàn)設(shè)備之間的無線互連，有穿透能力，能夠全方位傳送，主要面對網(wǎng)絡中各種數(shù)據(jù)和語音設(shè)備，通過無線方式將它們連成一個微微網(wǎng)(Piconet)。因此廣泛應用于各種遙控器，筆記本電腦，PDA，移動電話等移動設(shè)備。 紅外通信技術(shù)（IrDA）[19]紅外通信技術(shù) IrDA(InfraRed Data Association)采用人眼看不到的紅外線傳輸信息，是使用最廣泛的短距離無線通信技術(shù)。二是基于局域網(wǎng)的技術(shù)，如 WLAN、Bluetooth、IrDA、HomeRF、微功率短距離無線通信技術(shù)等。所以如果我們能夠很好地了解無線通信的基本原則以及這些技術(shù)的特點，就能更好地理解并完成傳感數(shù)據(jù)的無線采集。以上諸多方面的發(fā)展使移動通信設(shè)備更加靈巧、經(jīng)濟、可靠。 短距離無線通信技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢隨著移動通信需求和遠程數(shù)據(jù)采集量的增加，加之有線傳輸?shù)馁M用日益增長，人們正逐漸認識到在許多檢測領(lǐng)域采用無線傳輸?shù)谋匾浴y量和顯示的控制。小則可以用于家電控制，甚至可以用于兒童電子玩具。早期常用的一些溫度控制系統(tǒng)都使用模擬電路設(shè)計制作的，有些使用熱敏電阻，有些使用鉑電阻，有些使用熱電偶，還有些使用PN結(jié)，其準確性和精度都不是很理想，現(xiàn)在基本上都是基于數(shù)字技術(shù)的新一代產(chǎn)品，這種產(chǎn)品功能強，是前者的換代之物。目前使用的MCS51系列單片機及其兼容產(chǎn)品通常分成以下幾類：基本型、增強型、低功耗型、專用型、超8位型、片內(nèi)閃爍存儲器型。MCS51系列及80C51單片機有多種品種。這些兼容機與8051的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（主要是指令系統(tǒng)）相同，采用CMOS工藝，因而，常用80C51系列來稱呼所有具有8051指令系統(tǒng)的單片機，它們對8051單片機一般都作了一些擴充，更有特點。20世紀80年代中期以后，Intel公司以專利轉(zhuǎn)讓的形式把8