【正文】 duction)060318KΩX1Crystal MHz5系統(tǒng)下位機(jī)的設(shè)計 本系統(tǒng)中選用ATMEL (愛特梅爾)公司的低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)AT89S51。 功率放大器輸出的是兩個開路輸出三極管，配置成差分配對方式，功率放大器的VDD必須通過集電極。連接nRF2401的天線是以差分方式連接到nRF2401的。天線是無線傳輸設(shè)備的出入窗口，其性能設(shè)計至關(guān)重要。由于采集端的數(shù)據(jù)是以二進(jìn)制方式發(fā)送的，所以程序在讀COM口時必須以“Binary”方式操作，否則將得到一堆亂碼。采集軟件的設(shè)計應(yīng)在滿足用戶控制采集過程要求的前提下，盡量使操作方便，界面簡潔。由于RS232協(xié)議采用的電平是177。數(shù)據(jù)進(jìn)入計算機(jī)可以通過并行口、串行口及 USB 等設(shè)備接口。如果數(shù)據(jù)接收正確，上位機(jī)返回正確確認(rèn)信息。除此之外，還要在信息中加上信息類型、本機(jī)ID等信息，上位機(jī)接收到信息后，會把收到的數(shù)據(jù)校驗，如果與接收到的校驗字節(jié)不相同，則向數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)發(fā)送錯誤信息。nRF401靈敏度比較高，在沒有進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時，它的數(shù)據(jù)輸出腳會有干擾信號產(chǎn)生的雜波輸出，為了避免這種情況發(fā)生，要在每個數(shù)據(jù)幀的前面加上幀頭0x55，加上起始位和停止位后，實際發(fā)送的是0101010101。接受到信息后，按照既定的協(xié)議對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。如果與自身ID號相符合，通過串口0向傳感器模塊發(fā)送取數(shù)據(jù)命令，同時啟動定時器判斷系統(tǒng)是否超時；如果在規(guī)定的時間內(nèi)沒有返回數(shù)據(jù)，則重新向模塊發(fā)送取數(shù)據(jù)命令；如果連續(xù)5次取數(shù)據(jù)不成功，進(jìn)入出錯處理程序，向上位機(jī)發(fā)送錯誤信息，等待上位機(jī)處理命令。這樣設(shè)置，系統(tǒng)的平均工作電流可在300A以下，兩節(jié)AA電池可工作半年左右。系統(tǒng)使用0xFF作為喚醒碼， nRF401連續(xù)收到兩個0xFF即保持接收狀態(tài)，此時計數(shù)器開始工作。把PWR UP置高時間設(shè)置為10ms，即把處于接收狀態(tài)的時間設(shè)置為10ms，確保數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)能被喚醒。因為nRF2401處于接收狀態(tài)，并且空中無有效信號時，會有雜波信號干擾，所以正常喚醒至少需要收到兩個字節(jié)的喚醒碼。，引腳功能如下：Pin1：VCC，正電源，；Pin2：CS，頻道選擇；Pin3：DO，數(shù)據(jù)輸出；Pin4：DI，數(shù)據(jù)輸入；Pin5：GND，電源地；Pin6：PWR，節(jié)能控制，PWR=1 正常工作狀態(tài)，PWR=0 待機(jī)微功耗狀態(tài)；Pin7：TXEN，發(fā)射接收控制，TXEN=1 時為發(fā)射狀態(tài)，TXEN=0 時為接收狀態(tài)。該系統(tǒng)具有如下的特性：? 接收發(fā)射合一；? 工作頻率為國際通用的數(shù)傳頻段433MHz；? FSK調(diào)制，抗干擾能力強，特別適合工業(yè)控制場合；? 采用DDS+PLL頻率合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性極好；? 靈敏度高，達(dá)到105dBm；? 最大發(fā)射功率+10dBm；? 低工作電壓（），功耗小，待機(jī)狀態(tài)僅為8A；? 具有兩個頻道，特別滿足需要多信道工作的特殊場合；? 工作速率最高可達(dá)20Kbit/s(可在較低速率下工作如9600bps)；? 超小體積約40mm27mm5mm；? 可直接接CPU串口使用，也可以接計算機(jī)RS232接口，軟件編程非常方便；? 由于采用了低發(fā)射功率、高接收靈敏度的設(shè)計，使用無需申請許可證；? 標(biāo)準(zhǔn)DIP引腳間距，更適合嵌入式設(shè)備。PTR2000是基于瑞典的北歐集成電路公司推出的無線收發(fā)一體芯片nRF2401無線數(shù)傳通信模塊，PTR2000的實質(zhì)是將nRF401芯片和其外圍器件作在一塊PCB電路板上，受益于nRF401較少的外圍器件，PTR2000的物理尺寸僅為40mm27mm5mm。便將數(shù)據(jù)幀解包，DR信號置1提醒控制器讀取數(shù)據(jù)。CRC為數(shù)據(jù)校驗段，可設(shè)定8 bit或16 bit校驗位。一幀數(shù)據(jù)從ADDRESS到CRC最多包含256 bit。它的值與ADDRESS第1位有關(guān)。各狀態(tài)字位功能如下：位143~122為測試保留；位121~120為發(fā)送閉環(huán)PLL；位119~112為通道2數(shù)據(jù)段長度；位111~104為通道1數(shù)據(jù)段長度；位103~64為通道2硬件地址；位63~24為通道1硬件地址；位23~18為地址段長度；位17為校驗段長度，值為1是16 bit，為0是8 bit；位16為校驗使能，值為1是校驗有效，為0是無效；位15為啟用通道數(shù)，值為1是兩通道接收，為0是單通道接收；位14為通信模式，值為1表示工作于突發(fā)模式，為0表示工作于直接模式；位13為通信速率，值為1是1 Mbit/s，為0是250 kbit/s；位12~10為晶振頻率，值為011時頻率是16MHz；位9~8為輸出功率，值為11時功率是0 dBm；位7~1為工作頻段，設(shè)值為X，則通道l為2 400 MHz+X MHz；位0為工作狀態(tài)，值為1表示處于接收狀態(tài)，為0表示處于發(fā)送狀態(tài)?？刂破鲗RF2401設(shè)為配置方式，然后由通道1向nRF2401寫入狀態(tài)字的配置值，寫時高位在前。nRF2401的DuoCeiverTM技術(shù)為RX提供了兩個獨立的專用數(shù)字信道，因而可代替兩個單獨接收系統(tǒng)。 nRF2401引腳功能芯片引腳圖各引腳具體功能如下：VSSPA、VSS為參考接地端；VDD為電源端， V~ V；VDDPA為功率放大+ V電源輸出端；ANTANT2為天線接口端；XCXC2為晶振端；IREF為參考電流端，通過22 kΩ電阻接地；PWRUP為上電端；CE為工作狀態(tài)使能端；CS為片選端，控制器通過對nRF2401的PWRUP、CE和CS引腳狀態(tài)組合設(shè)置，控制nRF2401的工作方式，當(dāng)狀態(tài)組合為分別為0 ，0、1， 0、0及0、時，芯片分別處于激活、配置、待機(jī)及低功耗方式。（2）地址寬度：聲明射頻數(shù)據(jù)包中地址占用的位數(shù)，使nRF2401能夠區(qū)分地址和數(shù)據(jù).（3）地址字節(jié)：接收數(shù)據(jù)的地址，有信道1的地址和信道2的地址。kbps64Kbps封裝SSOP20LQFP32TQFP44TQFP32SSOP28外圍元件數(shù)量約10個約50個50個兩根天線時約20個一根天線時約35個 nRF2401工作模式 工作模式 引擎PWRUP CE CS收發(fā)模式 1 1 0配置模式 1 0 1空閑模式 1 0 0關(guān)機(jī)模式 0 * *值得注意的是nRF2401的收發(fā)模式有直接收發(fā)模式和ShockBurst TM收發(fā)模式2種，由器件配置字決定。nRF2401的4種工作模式分別為：收發(fā)模式、配置模式、空閑模式和關(guān)機(jī)模式，這四種模式由PWEUP，TXEN和CS三個狀態(tài)決定，： 幾種常用無線收發(fā)芯片性能比較表nRF401RF2915BCC418XE1201ACC400生產(chǎn)公司NordicRFMDBluechipXemicsChipCon工作電壓~~~~~數(shù)據(jù)可否直接接單片機(jī)串口使用可以直接接單片機(jī)串口使用，數(shù)據(jù)無需曼徹斯特編碼，可直接傳輸串口數(shù)據(jù),效率高不能直接接單片機(jī)串口，需要進(jìn)行曼徹斯特編碼，效率低（實際速率為標(biāo)稱的1/3）不能直接接單片機(jī)串口，需要進(jìn)行曼徹斯特編碼，效率低（實際速率為標(biāo)稱的1/3）不能直接接單片機(jī)串口，需要進(jìn)行曼徹斯特編碼，效率低（實際速率為標(biāo)稱的1/3）不能直接接單片機(jī)串口，需要進(jìn)行曼徹斯特編碼，效率低（實際速率為標(biāo)稱的1/3）發(fā)射電流5dBmoutput9mA17mA45mA10mA91mA接收電流433MHz11mA+amp。其中nRF2401具有以下特點：（1）~ GHzISM免申請頻段共125個頻點，可滿足多頻點及跳頻需要；最高速率可達(dá)1 Mb/s，低能耗；發(fā)射功率、工作頻率等所有工作參數(shù)通過軟件設(shè)置完成，~；每個芯片可以通過軟件設(shè)置多達(dá)40b的地址，只有收到本機(jī)地址時才會輸出數(shù)據(jù)并提供一個中斷指示，編程方便。所以nRF2401是業(yè)界體積最小、功耗最少、外圍元件最少的低成本射頻系統(tǒng)級芯片。它采用SoC方法設(shè)計，只需少量外圍元件便可組成射頻收發(fā)電路。：nRF2401無線收發(fā)一體芯片和藍(lán)牙一樣， GHz自由頻段，能夠在全球無線市場暢通無阻。4無線傳輸 nRF2401無線射頻收發(fā)一體芯片經(jīng)歷了幾年的發(fā)展，RF 無線射頻收發(fā)一體芯片趨于成熟，被廣泛應(yīng)用與近距離通訊、監(jiān)控安防等領(lǐng)域，國外各大電子元件生產(chǎn)商都推出了自己的嵌入式射頻收發(fā)一體型芯片。系統(tǒng)的上位機(jī)是由基于LabVIEW的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)組成。在模數(shù)轉(zhuǎn)換電路中共有八通道信號輸入，在顯示電路中能夠進(jìn)行八通道數(shù)據(jù)循環(huán)顯示，然后通過無線傳輸系統(tǒng)進(jìn)行多通道信號循環(huán)采集并傳輸。對于數(shù)組，超限值默認(rèn)為零，超限賦值默認(rèn)為nop以表示沒有發(fā)生相應(yīng)的操作。公式節(jié)點使用類型檢查以確保數(shù)組索引是數(shù)值數(shù)據(jù)且位操作的操作數(shù)是整數(shù)。公式節(jié)點尤其適用于含有多個變量或較為復(fù)雜的方程，以及對已有文本代碼的利用。除接受文本方程表達(dá)式外，公式節(jié)點還接收文本形式且為C語言編程者所熟悉的if語句、while循環(huán)、for循環(huán)和do循環(huán)。公式節(jié)點是一種便于在程序框圖上執(zhí)行數(shù)學(xué)運算的文本節(jié)點。本設(shè)計中采用字符串至字節(jié)數(shù)組轉(zhuǎn)換，然后用索引數(shù)組實現(xiàn)采集到的元素或子數(shù)組值來實現(xiàn)本系統(tǒng)中的四位數(shù)字顯示。使用While循環(huán)的條件接線端也可進(jìn)行基本的錯誤處理。由于輸入控件的值只在循環(huán)開始前被讀取一次，因此改變控件的值并不能停止無限循環(huán)。如果將布爾控件的接線端放置在While循環(huán)的外部并且該控件被設(shè)置為FALSE，當(dāng)循環(huán)執(zhí)行時，如果條件接線端為真（T）時停止，則會導(dǎo)致無限循環(huán)。當(dāng)條件接線端為真（T）時繼續(xù)時，While循環(huán)將執(zhí)行其子程序框圖直到條件接線端接收到一個FALSE值。當(dāng)條件接線端為真（T）時停止時，While循環(huán)將執(zhí)行其子程序框圖直到條件接線端接收到一個TRUE值。While循環(huán)執(zhí)行子程序框圖直到條件接線端（輸入端）接收到某一特定的布爾值。上位機(jī)由基于LabVIEW的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)，在本系統(tǒng)設(shè)計中，采用了事件結(jié)構(gòu)和While循環(huán)結(jié)構(gòu)，用來判斷通道號并顯示相應(yīng)的溫度示數(shù)。輸入信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，經(jīng)數(shù)碼管顯示實現(xiàn)溫度采集。因此被稱為工程師和科學(xué)家的語言。不是書寫一行行語句，而是連線一個個代表一定功能的圖表，因而更為直觀、易用。LabVIEW的編程環(huán)境主要包括兩個面板：前面板(Panel)，用于編制虛擬儀器的軟面板；程序面板(Diagram)，用于編寫G語言程序代碼。LabVIEW編程語言和常規(guī)的程序語言不同，它是一種定位于非計算機(jī)專業(yè)人員使用的編程工具。：前端探測器單片機(jī)PTR2000PCRS232PTR2000圖 PTR2000的基本應(yīng)用電路在上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中采用基于LabVIEW的遠(yuǎn)程實時監(jiān)控系統(tǒng)。該芯片具有待機(jī)模式，可以更省電和高效。nRF2401的最高工作速度可達(dá)到20kbps，發(fā)射功率可調(diào)，最大為+10dBm。在本文所述的系統(tǒng)設(shè)計中，在無線部分，我們使用了基于PTR2000的無線收發(fā)系統(tǒng)，它是基于nRF2401的無線通信數(shù)傳系統(tǒng)。由于所傳送的信號只有高低電平兩個取值，即使收到的波形出現(xiàn)一定失真，仍可能解調(diào)出正確的原始信號，因此數(shù)字傳輸?shù)目垢蓴_能力強。其優(yōu)點是通過信道的信號頻譜比較窄，信道利用率高，缺點是由于基帶信號是連續(xù)的，混入噪聲干擾后不易清除，抗干擾能力差。無線傳輸按基帶信號的形式可以分為兩大類：模擬信號傳輸和數(shù)字傳輸。單片射頻集成電路的選擇直接決定了無線傳輸系統(tǒng)的功能和成本。與傳統(tǒng)的無線收發(fā)射頻裝置相比，無線射頻收發(fā)一體型芯片具有電磁兼容性好、耗電量低、體積小、外圍電路簡單、可靠性高、抗干擾能力強、數(shù)據(jù)傳輸安全性好、價格低廉等特點，在各種嵌入系統(tǒng)、家電、軍工等許多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。無線射頻收發(fā)一體型芯片采用了目前流行的單芯片設(shè)計，在一塊芯片上集合了信號調(diào)制解調(diào)、信號射頻發(fā)射、信號接收、信號電平轉(zhuǎn)換等功能，有些無線射頻收發(fā)一體型芯片內(nèi)部甚至還集合了單片機(jī)單元以及 CPLD 單元，允許用戶直接對其進(jìn)行編程，是一種高集成度的多功能芯片?，F(xiàn)在有很多射頻芯片可用來完成無線數(shù)據(jù)傳輸，開發(fā)相對簡單，易于實現(xiàn)。在中等衰減的建筑物中，RF信號一般可穿透一至三堵墻。射頻(Radio Frequency RF)技術(shù)使用幾個特定頻率中的一個頻率傳輸數(shù)據(jù)，相鄰的WLAN使用不同頻率。HomeRF是對現(xiàn)有無線通信標(biāo)準(zhǔn)的綜合和改進(jìn)：當(dāng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時，；當(dāng)進(jìn)行語音通信時，則采用數(shù)字增強型無繩通信標(biāo)準(zhǔn)。HomeRF工作組提出了一整套應(yīng)用于家庭聯(lián)網(wǎng)的完整體系，包括外圍設(shè)備和家庭主機(jī)之間的連接、外圍設(shè)備之間的連接、主機(jī)和HomeRF中央控制的連接等。HomeRF(家用射頻)技術(shù)是由Microsoft，Intel，HP，Motorola和Compaq等公司設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的。但是還不成熟，存在一些問題需要解決。UWB高性能和低功耗的優(yōu)點使得它將成為未來市場上強有力的競爭者之一。UWB(UltraWideband Radio)是一種新技術(shù)。它采用紅外線作為通信媒介，支持各種速率的點到點的話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，IrDA主要應(yīng)用在嵌入式的系統(tǒng)和設(shè)備中，進(jìn)行設(shè)備互聯(lián)，可完成不同設(shè)備內(nèi)文件與信息的交換；作為信息網(wǎng)關(guān)，連接信息終端和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)?；鶐ф溌房刂破髫?fù)責(zé)處理基帶協(xié)議和其它一些低層常規(guī)協(xié)議。藍(lán)牙基帶部分在物理層為用戶提供保護(hù)和信息保密機(jī)制。每個話音信道支64kb/s同步話音鏈路。一個數(shù)據(jù)包名義上占用一個時隙，但實際上可以被擴(kuò)展到占用5個時隙。藍(lán)牙基帶協(xié)議是電路交換與分組交換的結(jié)合。時分雙工傳輸方案被用來實現(xiàn)全雙工傳輸。 ISM（即工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)）頻段。藍(lán)牙技術(shù)是一種無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放性全球規(guī)范，它