【正文】 9個(gè)字節(jié)組成，其分配見(jiàn)表 312，當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的 溫度值以2字節(jié)補(bǔ)碼形式存放到高速暫存存儲(chǔ)器的第0和第1個(gè)字節(jié)。在默認(rèn)的配置中，DS18B20的測(cè)溫分辨率為，以12位有效數(shù)據(jù)表示，其中，高位的S表示符號(hào)位，其數(shù)據(jù)格式見(jiàn)表 311所。初態(tài)時(shí)，計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在與55℃相對(duì)應(yīng)的一個(gè)基值上。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用來(lái)向計(jì)數(shù)器1提供固定頻率的脈沖信號(hào)。本設(shè)計(jì)中采用外部電源供電，電壓3V。也可用傳統(tǒng)方式供電，即將外部電源接在腳上即可。利用Dallas的單總線控制協(xié)議，和單線控制信號(hào)在總線上來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)。硬件連線原理圖見(jiàn)圖36，LCDl602的RW選擇接地，詳細(xì)原理圖見(jiàn)附錄2。 單片機(jī)與LCD1602的硬件連接原理圖本設(shè)計(jì)選用ATMEGA16L的PC口和PA口的PAPA2端口，LCD1602采用8位數(shù)據(jù)線工作方式。表38 光標(biāo)或顯示屏移動(dòng)命令D7D6D5D4D3D2D1D00001S/CR/LXX具體含義如表39：表39 光標(biāo)命令的具體含義 S/CR/L00光標(biāo)左移，地址計(jì)數(shù)器減101光標(biāo)右移，地址計(jì)數(shù)器加110顯示屏左移，光標(biāo)跟隨顯示屏移動(dòng)11顯示屏右移，光標(biāo)跟隨顯示屏移動(dòng)工作方式設(shè)置命令：表310 工作方式設(shè)置命令D7D6D5D4D3D2D1D0001DLNFXXDL=0：數(shù)據(jù)線寬度為4位，DB7～DB4；DL=1：數(shù)據(jù)線寬度為8位。B：當(dāng)B=1時(shí)，光標(biāo)所在字符閃爍；B=0時(shí)，光標(biāo)不顯示。 當(dāng)D=1時(shí)，顯示DDRAM中的數(shù)據(jù)。S=1，I/D=0：當(dāng)寫(xiě)一個(gè)字符時(shí)，整屏顯示右移。S：顯示屏上畫(huà)面向左或向右全部移動(dòng)一個(gè)字符位。I/D=1：AC自動(dòng)加1，光標(biāo)右移一個(gè)字符。 下面給出LCD控制命令的功能解釋。表35 雙行顯示的DDRAM地址與顯示位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系顯示位置1234567……3940DDRAMLine100H01H02 H03 H04 H05 H06 H……26 H27 H地址Line240 H41 H42 H43 H44 H45 H46 H……66 H67 H LCD顯示模塊的控制指令HD44780的數(shù)據(jù)線可以使用8位方式（D7～D0），也可以使用4位方式（D4～D0），由工作方式設(shè)置命令中的“DL”（D4）位決定。若LCD為雙行字符顯示，每行40個(gè)顯示位置，第一行地址為00H～27H；第二行地址為40H～67H。字符型液晶顯示模塊接口引腳定義見(jiàn)表34。 單片射頻收發(fā)器nRF905同上文的主機(jī)相同，只是單片機(jī)與NRF905的硬件連接不同，從機(jī)的單片機(jī)與NRF905的硬件連接圖見(jiàn)圖35。根據(jù)上一節(jié)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)想，系統(tǒng)的從機(jī)硬件包括單片機(jī)Atmega16L與nrf905通信的串行外設(shè)接口SPI、顯示器LCD160溫度傳感器DS18b20及濕度傳感器HM1500，結(jié)構(gòu)框圖見(jiàn)圖34。在讀操作中的中斷(例如禁止全局中斷) 必須人為控制。若寄存器地址在前一個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期中讀入，當(dāng)前時(shí)鐘下對(duì)寄存器的讀入將返回 UCSRC 內(nèi)容中。讀訪問(wèn)由時(shí)序控制。二、讀訪問(wèn)對(duì) UBRRH 或 UCSRC 寄存器的讀訪問(wèn)則較為復(fù)雜。一、寫(xiě)訪問(wèn)當(dāng)在該地址執(zhí)行寫(xiě)訪問(wèn)時(shí)， USART 寄存器選擇位(URSEL)控制被寫(xiě)入的寄存器。 訪問(wèn)UBRRH/UCSRC寄存器UBRRH 與寄存器 UCSRC 共用 I/O 地址。初始化過(guò)程通常包括波特率的設(shè)定，幀結(jié)構(gòu)的設(shè)定，以及根據(jù)需要使能接收器或發(fā)送器。主要特點(diǎn)為：（1）全雙工操作(獨(dú)立的串行接收和發(fā)送寄存器)；（2）異步或同步操作；（3）主機(jī)或從機(jī)提供時(shí)鐘的同步操作；（4）高精度的波特率發(fā)生器；（5）支持5, 6, 7, 8,或9個(gè)數(shù)據(jù)位和1個(gè)或2個(gè)停止位；（6）硬件支持的奇偶校驗(yàn)操作；（7）數(shù)據(jù)過(guò)速檢測(cè)；（8）幀錯(cuò)誤檢測(cè)；（9）噪聲濾波，包括錯(cuò)誤的起始位檢測(cè)，以及數(shù)字低通濾波器；（10）三個(gè)獨(dú)立的中斷：發(fā)送結(jié)束中斷, 發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器空中斷，以及接收結(jié)束中斷；（11）多處理器通訊模式；（12）倍速異步通訊模式。圖33 單片機(jī)與nRF905的硬件連接圖（主機(jī)）詳細(xì)電路圖見(jiàn)附錄2。除了對(duì)寄存器讀寫(xiě)外，還需對(duì)nRF905工作模式的切換進(jìn)行控制。 單片機(jī)與 nRF905 的硬件連接原理圖單片機(jī)與nRF905的接口電路很重要。當(dāng)正在接收一個(gè)數(shù)據(jù)包時(shí)，TRX_CE或TX_EN引腳的狀態(tài)發(fā)生改變，nRF905立即把其工作模式改變，數(shù)據(jù)包則丟失。只有在前一個(gè)數(shù)據(jù)包被發(fā)送完畢，nRF905才能接受下一個(gè)發(fā)送數(shù)據(jù)包。（5）AUTO_RETRAN被置高，nRF905不斷重發(fā)，直到TRX_CE被置低；（6）當(dāng)TRX_CE被置低，nRF905發(fā)送過(guò)程完成，自動(dòng)進(jìn)入空閑模式。一、發(fā)送流程由以上分析可知，nRF905的ShockBurstTM收發(fā)模式有利于節(jié)約存儲(chǔ)器和微控制器資源，同時(shí)也減小了編寫(xiě)程序的時(shí)間。在ShockBurstTM接收模式下，當(dāng)一個(gè)包含正確地址和數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包被接收到后，地址匹配 (AM)和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好(DR)兩引腳通知微控制器。表33 nRF905的工作模式 ShockBustTM模式與射頻數(shù)據(jù)包有關(guān)的高速信號(hào)處理都在nRF905片內(nèi)進(jìn)行，數(shù)據(jù)速率由微控制器配置的SPI接口決定，數(shù)據(jù)在微控制器中低速處理，但在nRF905中高速發(fā)送，因此中間有很長(zhǎng)時(shí)間的空閑，這很有利于節(jié)能。兩種工作模式分別ShockBurstTM接收模式和ShockBurstTM發(fā)送模式，兩種節(jié)能模式分別是關(guān)機(jī)模式和空閑模式。nRF905的詳細(xì)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖32。SPI 使能后，MOSI、MISO、SCK 和SS引腳的數(shù)據(jù)方向?qū)⒆詣?dòng)進(jìn)行配置，詳見(jiàn)表31。工作于 SPI 從機(jī)模式時(shí)，控制邏輯對(duì) SCK 引腳的輸入信號(hào)進(jìn)行采樣。而在接收數(shù)據(jù)時(shí)，需要在下一個(gè)字符移位過(guò)程結(jié)束之前通過(guò)訪問(wèn) SPI 數(shù)據(jù)寄存器讀取當(dāng)前接收到的字符。SPI 系統(tǒng)的發(fā)送方向只有一個(gè)緩沖器，而在接收方向有兩個(gè)緩沖器。主機(jī)的數(shù)據(jù)從主機(jī)的 MOSI 移出，從從機(jī)的 MOSI 移入；從機(jī)的數(shù)據(jù)從從機(jī)的 MISO移出，從主機(jī)的 MISO 移入。主機(jī)和從機(jī)將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)放入相應(yīng)的移位寄存器。系統(tǒng)包括兩個(gè)移位寄存器和一個(gè)主機(jī)時(shí)鐘發(fā)生器。NRF905單片機(jī)MAX232PC圖31 主機(jī)原理圖串行外設(shè)接口 SPI 允許 ATMEGA16L 和外設(shè)或其他 AVR 器件進(jìn)行高速的同步數(shù)據(jù)傳輸。本設(shè)計(jì)選用LCD1602顯示器，LCD1602字符型液晶顯示采用與日立公司的HD44780兼容的LCD控制器構(gòu)成的2*16字符型液晶顯示模塊。 綜合以上因素，本設(shè)計(jì)選擇了Humirel公司濕度傳感器HM1500，它具有小尺寸,不受水浸影響,全互換性,高可靠性及長(zhǎng)期穩(wěn)定性,典型輸出14V(對(duì)應(yīng)0100%,5VDC供電),極低的溫度依賴性,良好的性線度等特點(diǎn)。 變化量比較小，但微小的電容變化會(huì)導(dǎo)致很大的誤差。但是如果用引線延長(zhǎng)傳感器的話，電容值會(huì)變化，因此不適合延長(zhǎng)傳感器單體。 電容值比較接近線性，不需要對(duì)數(shù)變化。另外容易受到干擾影響。特性由于是對(duì)數(shù)變化，如不進(jìn)行對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換等的處理，將不能得到線性特征。 電阻式濕度傳感器 與電容式相比，構(gòu)造簡(jiǎn)單，比較容易實(shí)現(xiàn)大量生產(chǎn)與低價(jià)位。空氣中的水蒸汽吸附于感濕材料后，元件的阻抗、介質(zhì)常數(shù)發(fā)生很大的變化，從而制成濕敏元件。所以，選用DS18B20 做為溫度測(cè)量的傳感器。一、適用于低速測(cè)控場(chǎng)合，測(cè)控對(duì)象越多越顯出其優(yōu)越性；二、性價(jià)比高，硬件施工、維修方便，抗干擾性能好；三、具有 CRC 校驗(yàn)功能，可靠性高；四、軟件設(shè)計(jì)規(guī)范，系統(tǒng)簡(jiǎn)明直觀，易于掌握。DS18B20 的測(cè)溫范圍 。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)，就要添加多路復(fù)用器，這將增加成本和開(kāi)發(fā)時(shí)間，應(yīng)盡量節(jié)約；與MCU 的通信協(xié)議應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，溫度測(cè)量的軟件開(kāi)發(fā)難度、成本要盡量小。綜合考慮以上因素，采用nRF905為無(wú)線收發(fā)模塊。靈敏度高，數(shù)據(jù)傳輸速率為50Kbps，低功耗，體積小。此外，其功耗非常低，以 10dBm的輸出功率發(fā)射時(shí)電流只有11mA，內(nèi)建空閑模式與關(guān)機(jī)模式，易于實(shí)現(xiàn)節(jié)能。nRF905由頻率合成器、接收解調(diào)器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器組成，不需外加聲表濾波器。選擇無(wú)線收發(fā)芯片時(shí)，應(yīng)考慮以下幾個(gè)因素：一、芯片的數(shù)據(jù)傳輸是否需要進(jìn)行曼徹斯特編碼及傳輸速度；二、芯片所需的外圍元件數(shù)量；三、功耗；四、發(fā)射功率；五、芯片的封裝和管腳數(shù)。生產(chǎn)此類芯片的廠家主要有Nordic、XEMICS、TI、Maxim、Chipcon 等。隨著射頻電子技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線收發(fā)芯片的集成度、性能都大幅度提高，芯片的種類和數(shù)量比較多，性能也各有特色。6種睡眠模式，空閑模式、ADC 噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式、Standby 模式以及擴(kuò)展的 Standby 模式。面向字節(jié)的兩線接口，兩個(gè)可編程的串行USART，可工作于主機(jī)/從機(jī)模式的 SPI 串行接口，具有獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的可編程看門(mén)狗定時(shí)器，片內(nèi)模擬比較器。兩個(gè)具有獨(dú)立預(yù)分頻器和比較器功能的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器，具有獨(dú)立振蕩器的實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器 RTC。先進(jìn)的 RISC 結(jié)構(gòu)，非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash，擦寫(xiě)壽命10,000次，512字節(jié)的 EEPROM 擦寫(xiě)壽命100,000次，1K字節(jié)的片內(nèi) SRAM 可以對(duì)鎖定位進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)用戶程序的加密。ATMEGA16L有工作于主機(jī)/ 從機(jī)模式的SPI串行接口，所以不需要進(jìn)行軟件模擬SPI口，可工作于低壓狀態(tài)，～。各器件選擇的余地也很廣，所以慎重選擇器件很重要，其直接影響到系統(tǒng)的整體性能和設(shè)計(jì)的最終結(jié)果。四、完成將采集的溫度值和濕度值送字符型液晶顯示器LCD1602上顯示的子程序設(shè)計(jì)；五、完成兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的單片射頻收發(fā)器nFR905無(wú)線收發(fā)數(shù)據(jù)的子程序設(shè)計(jì)；六、完成將單片射頻收發(fā)器nFR905接收的溫度值和濕度值通過(guò)串口發(fā)送到PC機(jī)的子程序設(shè)計(jì)；七、完成PC機(jī)串行通信及數(shù)據(jù)處理顯示程序的設(shè)計(jì)；八、完成主程序設(shè)計(jì)，將各子程序連起來(lái)。從機(jī)接收主機(jī)發(fā)送來(lái)的地址，判斷是否和自己的地址匹配，如果匹配則把采集到的環(huán)境參數(shù)發(fā)送給主機(jī)，再繼續(xù)接收和判斷主機(jī)發(fā)送來(lái)的地址。NRF905單片機(jī)溫濕度NRF905單片機(jī)PC 從機(jī)1 NRF905單片機(jī)主機(jī)溫濕度 從機(jī)2圖21 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)的工作原理本設(shè)計(jì)中主機(jī)和從機(jī)之間是通過(guò)通過(guò)單片射頻收發(fā)器nRF905完成互相通信的。2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)包含一臺(tái)主機(jī)和兩臺(tái)從機(jī)。這時(shí)，采用無(wú)線無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)可以擺脫線纜的束縛，有安裝周期短、維護(hù)方便、擴(kuò)容能力強(qiáng)，迅速收回成本的優(yōu)點(diǎn)。為此，環(huán)境監(jiān)測(cè)已成為我們合理地利用環(huán)境 資源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境的工作重點(diǎn)。它能夠?qū)崟r(shí)地與上位機(jī)進(jìn)行無(wú)線通信, 滿足對(duì)環(huán)境參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的要求。為了提高環(huán)境參數(shù)采集的自動(dòng)化水平, 提升效率, 設(shè)計(jì)了無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。通過(guò)大量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，制定切實(shí)可行的環(huán)保法規(guī)和環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸相比于有線傳輸有許多優(yōu)點(diǎn)：一、是成本低，省去了大量的布線；二、是建網(wǎng)快捷，只需在每個(gè)終端連接無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊和架設(shè)適當(dāng)高度的天線即可；三、是適應(yīng)性好，無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸在一些特殊的應(yīng)用環(huán)境，比如遇到山地、湖泊、林區(qū)等特殊的地理環(huán)境或是移動(dòng)物體等布線比較困難的應(yīng)用環(huán)境的時(shí)候，能解決因布線困難、電纜接插件松動(dòng)、短路等帶來(lái)的問(wèn)題；四、是擴(kuò)展性好，采用有線傳輸方式，不能隨意移動(dòng)，設(shè)備重新布局就要重新布線，但采用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，只需將設(shè)備與無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊相連接就可以了；五、是設(shè)備維護(hù)容易，有線通信鏈路的維護(hù)需沿線路檢查，出現(xiàn)故障時(shí)，一般很難及時(shí)找出故障點(diǎn)，而采用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方式只需維護(hù)數(shù)據(jù)傳輸模塊，出現(xiàn)故障時(shí)則能快速找出原因。關(guān)鍵詞 ATMEGA16L；nRF905；DS18B20；HM1500；無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)AbstractThis article proposed one kind Wireless Environmental Montoring system overall design plan and therealization method which based on the lowpower highperformance Atmega16L MCU and the wireless mo