【正文】 CCode / DecodeFIFOIn / OutGFSKFiterIFBPF LNA PAFrequencySynthesiserV SS = 0 VDVDDMO SIMI SOSC KC SNIR QVDD=3VVSS=0VVDD=3VVDD=3VVSS=0VVSS=0VXC 1V DD _ PA = 1 . 8 VANT 1ANT 2100 + j 175 OIR EFXC 2CE 無線模塊電路設(shè)計 NRF24L01 無線模塊的功能介紹 NRF24L01 是一款工業(yè)級內(nèi)置硬件鏈路層協(xié)議的低成本無線收發(fā)器。具體設(shè)計如圖 所示。 圖 3. 2 單片機上電復(fù)位電路圖 基于單片機的多路溫度采集系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 11 P101P112P123P134P145P156P167P178REST9P3010P3111P3212P3313P3414P3515P3616P3717XTAL218XTAL119GND20P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE30EA31P0732P0633P0534P0435P0336P0237P0138P0039VCC40STC12C5A60S2U1STC123J?1234P1MHDR1X4112233445566K?1KR1LED1VCCVCCGNDGND123456789P212X1C1C2VCC10uFC3Cap Pol210KR3GNDStep2Step3Step4Step1P04P05P06P07P27P20P21P22P23P24P25P26P101P112P123P134P145P156P167P178REST9P3010P3111P3212P3313P3414P3515P3616P3717XTAL218XTAL119GND20P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE30EA31P0732P0633P0534P0435P0336P0237P0138P0039VCC40STC12C5A60S2U1STCVCCGND123456789P212X1C1C2GNDStep2Step3Step4Step1P04P05P06P07P27P20P21P22P23P24P25P26 （ 3） 時鐘電路：本最小系統(tǒng)采用的是外部晶振電路，利用 的晶體振蕩器和兩個 30pF 的電容構(gòu)成。 圖 單片機最小系統(tǒng)電源電路圖 （ 2） 復(fù)位電路：本設(shè)計采用直接的上電復(fù)位。選用的限流電阻 R1=1k? 。在電源兩端設(shè)計電源指示燈，用來指示系統(tǒng)供電是否正常，同時能根據(jù)指示燈的亮度判斷相關(guān)故障。 具體的各個設(shè)計部分如下圖所示 [3]。 （ 20） 工作溫度范圍： 40℃ ~85℃ （工業(yè)級） /0℃ ~75℃ （ 商業(yè)級）； （ 21） 封裝： LQFP48， LQFP44， PDIP40， PLCC44， QFN40； 在 I/O 口不夠時，可用 2 到 3 根普通 I/O 口線外接 74HC164/165/595（均可級聯(lián)）來擴展 I/O 口，還可用 A/D 做按鍵掃描來節(jié)省 I/O 口，或用雙 CPU，二線通信，還多了串口 。 STCI2C5A60S2/AD/PWM 系列單片機有如下特點 [3]： （ 1） 增強型 8051 CPU，單時鐘 /機器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051； （ 2） 工作電壓： STC12C5A60S2 系列工作電壓： ~； （ 3） 工作頻率范圍： 0MHz~35MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 0MHz~420MHz； （ 4） 用戶應(yīng)用空間 8K/16K/20K/32K/40K/48K/52K/60K/62K 字節(jié)； 基于單片機的多路溫度采集系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 9 （ 5） 片上集成 1280 字節(jié) RAM； （ 6） 通用 I/O 口 （ 36/40/44 個 ） ，復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口 /弱上拉 （ 普通 8051 傳統(tǒng) I/O 口 ） 可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口 /弱上拉，強推挽 /強上拉，僅為輸入 /高阻，開漏每個 I/O 口驅(qū)動能力均可達到 20mA，但整個芯片最大不要超過 120mA； （ 7） ISP（ 在系統(tǒng)可編程 ） /IAP（ 在應(yīng)用可編程 ） ，無需專用編程器，無需專用仿真器可通過串口 （ ） 直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片； （ 8） 有 EEPROM 功能（ STC12C5A62S2/AD/PWM 無內(nèi) 部 EEPROM） ； （ 9） 看門狗電路； （ 10） 內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路 （ 外部品體 12M 以下時，復(fù)位腳可直接 1K 電阻到地 ） ； （ 11） 外部掉電檢測電路：在 口有一個低壓門檻比較器 5V 單片機為 ，誤差為 ? 5%， 單片機為 ，誤差為 ? 3%； （ 12） 時鐘源：外部高精度晶體 /時鐘，內(nèi)部 R/C 振蕩器 （ 溫漂為 ? 5%~? 10%以內(nèi) ） 用戶在下載用戶程序時，可選擇是使用內(nèi)部 R/C 振蕩器還是外部晶體 /時鐘常溫下內(nèi)部 R/C 振蕩器頻率為： 11MHz~17MHz，精度要求不高時，可選擇使用內(nèi)部時鐘，但因為有制造誤差和溫漂，以實際測試為準(zhǔn)； （ 13） 共 4 個 16 位定時器。內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路， 2 路 PWM， 8路高速 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換（ 250K/S，即 25 萬次 /秒），針對電機控制，強干擾場合。 單片機最小系統(tǒng)電路設(shè)計 本設(shè)計中采用的是 STC12C5A60S2 單片機 。由于 NRF24L01 具有接收數(shù)據(jù)功能，所以接收顯示電路由單片機STC12C5A60S NRF24L01 和顯示 液晶 12864 組成。 DS18B20 的數(shù)據(jù)端DQ 可通過 STC12C5A60S2。其內(nèi)部還有 8 KB Flash 程序存儲器， 512 字節(jié) RAM、 2 KB EEPROM、 4 路 PWM 以及硬件看門狗（ WDT）等資源性價比高 [3]。 電路主要 硬件包括 單片機 STC12C5A60S無線傳輸模塊 NRF24L0 顯示模塊 12864 和 溫度傳感器 DS18B20。利用已具備的硬件條件制作了以單片機作為上位機匯總顯示各個從機傳來的溫度信號的實物系統(tǒng)模塊以作驗證。對無線多點溫度采集系統(tǒng)的發(fā)展有著重大的意義。還可以對下位機之間進行菊聯(lián)，這樣就大大的改善了 NRF24L01 因有效信號傳輸距離較短引起的無法進行中遠程監(jiān)控的問題。本設(shè)計通過 3 個從 機（單片機）進行 現(xiàn)場的溫度采集，溫度數(shù)據(jù)既可以由從機模塊實時顯示，也可以送回主機（單片機）進行數(shù)據(jù)匯總顯示 ，具有數(shù)據(jù)傳輸速度快，擴展性好，成本低的特點。 系統(tǒng)采用針對傳統(tǒng)溫度測溫系統(tǒng)測 溫點少，系統(tǒng)兼容性及擴展性較差的特點，運用主從分布式通訊的思想。 綜合以上情況分析決定采用方案二的 NRF24L01 芯片更符合本系統(tǒng)，能夠很好的達到系統(tǒng)的各項要求。所以 NRF24L01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。 在無線通信領(lǐng)域顯示出了越來越 廣泛 的 應(yīng)用范圍與強大的發(fā)展?jié)摿Α?它能夠達到現(xiàn)在被廣泛應(yīng)用于無線傳輸領(lǐng)域的藍牙的大部分功能。 NRF24L 01功耗低 ,在以 6 dBm的功率發(fā)射時，工作電流也只有 9 mA；接收時， 工作電流只有 mA， 多種低功率工作模式 （ 掉電模式和空閑模式 ）使節(jié)能設(shè)計更方便 。 NRF24L01是 Nordic公司推出的一款新型單片射頻收發(fā)器件 ,工作于 GHz~ GHz ISM頻段。另外 NRF24L01 在工業(yè)控制上的應(yīng)用也很廣泛，與各種外圍電路的配合應(yīng)用也比較成熟 [2]。 Shock Burst 工作模式的特點是自動產(chǎn)生前導(dǎo)碼和 CRC，可以很容易通過SPI 接口進行編程配置。 NRF905 可以自動完成處理字頭和 CRC（循環(huán)冗余碼校驗）的工作，可由片內(nèi)硬件自動完成 曼徹斯特編碼 /解碼，使用 SPI 接口與微控制器通信，配置非常方便，其功耗非常低，以 10dBm 的輸出功率發(fā)射時電流只有11mA，在接收模式時電流為 。 基于單片機的多路溫度采集系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 6 無線裝置方案論證 方案一 基于 NRF905 的方案論證 ： 采用 NRF905 單片無線收發(fā)器。本方案 采 用 數(shù)字 溫度 傳感器 DS18B20，也是順應(yīng)這一趨勢 [4]。而且， 數(shù)字 溫度 傳感器 DS18B20 的使用， 能 有效地避免外界的干擾，提高測量電路的精確度。這樣 ,測溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就比較簡單，體積也 小 ,且由于 STC12C5A60S2 功能強大可以輕松的兼容無線模塊 ，因此可以非常容易實現(xiàn) 無線 多點測量 ， 輕松的組建 無線 網(wǎng)絡(luò) [2]。 DS18B20 傳感器 的最大特點之一 就是 采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸 ，提高了信號的穩(wěn)定性和精度。且該 傳感器 的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測溫 傳感器 ，此 傳感器 線形較好。采用數(shù)字溫度 傳感器 DS18B20 測量溫度，輸出信號全數(shù)字化。 導(dǎo)致增加 設(shè) 計成本、延長設(shè)計周期 等 [2]。 另外 ， 這種測溫裝置的一根線上只能掛一個傳感器 ， 不能進行多點測量 。 基于單片機的多路溫度采集系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 5 溫度傳感器方案論證 方案一 基于 熱敏電阻 的方案論證 ： 采用熱敏電阻 ， 可滿足 40 攝氏度至 90 攝氏度測量范圍 ，雖然 熱敏電阻精度、重復(fù)性 較好 、 但 可靠性較差，對于檢測 誤差在 1 攝氏度 范圍內(nèi) 的信號是不適用的。但在溫度采集和實施控制這個重要的場合 低功耗相對來說顯得就不是那么重要了，而應(yīng)該考慮它的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性，同時對比 STC12C5A60S2 能夠在性能和資源都可以到達一個最佳的狀態(tài)，可以避免用 MSP430 的不必要的資源浪費 [3]。 方案二 基于 MSP430 的方案論證 ： 使用 MSP430 作控制器，德州儀器 （ TI） 的超低功率 16 位 RISC 混合信號處理器 MSP430 產(chǎn)品系列為電池供電測量應(yīng)用提供了最終解決方案。 運用主從分布式思想，由一臺主機（單片機）， 3 臺從機（單片機）進行多點溫度數(shù)據(jù)采集、傳輸并顯示 ， 組成兩級分布式多點溫度測量的實時檢測系統(tǒng) ， 實現(xiàn)遠程控制。而且體積小，硬件實現(xiàn)簡單，安裝方便。 控制器芯片 方案論證 方案一 基于 STC12C5A60S2 的方案論證 ：采用 STC12C5A60S2 八位單片機實現(xiàn)。溫度傳感器應(yīng)用范圍廣泛、使用數(shù)量龐大，也高居各類傳感器之首。所以多點溫度檢測系統(tǒng)的設(shè)計的關(guān)鍵在于三部分 ： 控制器芯片 、 溫度傳感器和 無線 傳輸模塊 的選擇。若采用一般溫度傳感器采集溫度信號，則需要設(shè)計信號調(diào)理電路、 A/D 轉(zhuǎn)換及相應(yīng)的接口電路，才能把傳感器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送到計算機去處理。各從機能分別采集并顯示環(huán)境溫度并發(fā)送到主機，主機能接收并匯總顯示各從機傳送來的溫度，能實時反映出各從機采集到的溫度的變化。制定詳細(xì)的 實 驗方案，完成無線多點溫度傳輸實驗，記錄實驗結(jié)果，并對實驗結(jié)果進行詳細(xì)分析，以驗證所設(shè)計系統(tǒng)的正確性和有效性。根據(jù)所選的 液晶顯示模塊 12864 的產(chǎn)品參數(shù)情況 ，設(shè)計 出外圍顯示 電路 ； （ 6） 軟件設(shè)計。設(shè)計無線收發(fā)功能電路，實現(xiàn)多個溫度測量終端跟主機的通信； （ 4） 溫度傳感器電路設(shè)計。完成無線多點溫度采集系統(tǒng)整體方案的論證工作，包括多點溫度采集系統(tǒng)的整體構(gòu)架、單片機型號、無線收發(fā)模塊和溫度傳感器的選型等，為后續(xù)的研究和實驗奠定基礎(chǔ) ； （ 2） 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計。主要內(nèi)容包括 方案論證、 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計、 無線收發(fā)裝置電路 設(shè)計、溫度傳感器電路設(shè)計、 顯示 電路設(shè) 計、軟件設(shè)計 、實驗驗證 等。農(nóng)業(yè)溫棚實際應(yīng)用結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有很好的應(yīng)用效果和良好的應(yīng)用前景 [4]。隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展， 無線數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中迅速得到