【正文】 制數(shù)據(jù)采集、工業(yè)監(jiān)控、樓宇自動(dòng)化、數(shù)據(jù)中心、制冷監(jiān)控、設(shè)備監(jiān)控、社區(qū)安防、環(huán)境數(shù)據(jù)檢測(cè)、倉庫貨物監(jiān)控等方面 。 本課題是與 美商國際集團(tuán) 的合作項(xiàng)目，研制基于 無線數(shù)據(jù)傳輸 的 溫度測(cè)量 系統(tǒng)是本課題的主要研究內(nèi)容。 課題主要集中在電路部分以及基于 CC1100 通信的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)上。 2．單片機(jī)固件程序的編寫 編寫單片機(jī)控制程序，包括系統(tǒng)的初始化，數(shù)據(jù)采集處理，理與上位機(jī)的通信的程序等。 傳感器無線化 是 傳感器應(yīng)用的一個(gè)新的趨勢(shì) ，它具有 方便性、靈活性、 可 快速組網(wǎng) 等 特點(diǎn)。發(fā)酵堆共 64個(gè)， 每個(gè)堆高 2米， 每個(gè)堆需要測(cè) 9 個(gè)溫度點(diǎn)， 根據(jù)測(cè)溫點(diǎn)的分布情況與現(xiàn)場(chǎng)腐蝕氣體的嚴(yán)重性， 測(cè)溫單元采用不銹鋼鋼桿形式， 帶有助力把手，非常容易插入發(fā)酵堆， 電路部分位于測(cè)溫桿的最上方。 圖 21 系 統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖 CPU 的選 擇 作為測(cè)控系統(tǒng)的核心部件，處理器的選擇對(duì)整個(gè)系統(tǒng)功能的優(yōu)化起著至關(guān)重要的作用。 51 系 列的 8位單片機(jī)作為從八十年代就開始流行的處理器，其開發(fā)技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛，不足之處在于功能過于簡單， 功耗高， 已經(jīng)不能適應(yīng)于目前對(duì)測(cè)控系統(tǒng)功能和速度的要求 .ARM器件在工控領(lǐng)域的應(yīng)用，從長遠(yuǎn)的觀點(diǎn)來看是一個(gè)必然趨勢(shì)。作為這兩種微處理器的一種折衷方案，各大公司紛紛推出各種面向不同應(yīng)用場(chǎng)合的增強(qiáng)型單片機(jī)，如 AVR系列、 TI MSP430系列 和 Philips的 PCF80C51系列 等。 TI公司 MSP430系列，是具有 RISC指令集的超低功耗芯片，功能豐富，主要用于低功耗應(yīng)用。 2. 對(duì)于所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)來說，系統(tǒng)對(duì)中斷的異步 快速 響應(yīng)能力是 降低系統(tǒng)功耗 的一個(gè)重要方面。 4. 采用低功耗硬件電路設(shè)計(jì)及微控制器芯片，系統(tǒng)運(yùn)行的低功耗是現(xiàn)代電子系統(tǒng)的普遍 取向， 由于系統(tǒng)采用電池供電，所以低功耗 是 本系統(tǒng) 電路設(shè)計(jì)的基本原則，同時(shí)也可以根據(jù)以后系統(tǒng)應(yīng)用的需要，方便系統(tǒng)功能擴(kuò)展。 MSP430系列單片機(jī)是由 TI公司開發(fā)的 16位單片機(jī)，其突出特點(diǎn)是 超低功耗，非常黑龍江省科學(xué)院自動(dòng)化研究所 適合于各種功率要求低的應(yīng)用，有多個(gè)系列和型號(hào)，它們分別由一些基本功能模塊按不同的應(yīng)用目標(biāo)組合而成 ， 典型應(yīng)用是智能家庭儀表、醫(yī)療設(shè)備和保安系統(tǒng)等方面。 1. 超 低 功 耗在正常的工作狀態(tài)下，如果工作電壓為 ，其典型消耗電流僅為250uA /MIPS (MIPS為每秒百萬條指令數(shù) )，而待機(jī)模式下工作電流更降至 1uA以下， 1/O輸入端口的漏電流最大僅為 50nA. 2. 強(qiáng)大的處理能力 MSP430系列單片機(jī)是 16位單片機(jī)，采用了目前流行精簡指令集(RISC)結(jié)構(gòu)，一個(gè)時(shí)鐘周期可以執(zhí)行一條指令，具有豐富的尋址能力 (源操作數(shù) 7 種，目的操作數(shù) 4種，但只有簡潔的 27 條指令 )。這些特點(diǎn)保證了可以編制出高效的程序。 4. 執(zhí)行速度快 MSP430系列單片機(jī)的工作電壓范圍為 ，在 8MHz的晶振工作時(shí)，執(zhí)行速度可達(dá) 6MIPS。該 FET是一種完整的集成開發(fā)環(huán)境，包括源代碼級(jí)調(diào)試器、仿真器、匯編 /連接器、 C編譯器、兩種評(píng)估芯片、目標(biāo)板、 JTAG接口以及編程單元等。 6. 工業(yè)級(jí)運(yùn)行環(huán)境 MSP430 系列單片機(jī)的運(yùn)行環(huán)境溫度為一 40~+58 ℃ ，所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品適合運(yùn)行于工業(yè)環(huán)境下。 8. 有一套 效率高、執(zhí)行速度快的指令系統(tǒng)，硬件乘法器可快速執(zhí)行 8x 8xl 16xl6整型乘法操作，并在一個(gè)機(jī)器周期立即得到結(jié)果，可滿足溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的大量計(jì)算要求 。在 8MHz時(shí)可得到125ns的指令 周期，具有 16個(gè)快速響應(yīng)中斷 。 12. 靈活的時(shí)鐘系統(tǒng)，可使用外部時(shí)鐘源，用 32768Hz晶體產(chǎn)生低頻時(shí)鐘達(dá)到低功耗的目的，高頻晶體產(chǎn)生高頻時(shí)鐘達(dá)到快速采樣的目的 。 根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，使用普通堿性電池，系統(tǒng)已連續(xù)工作了 3年，系統(tǒng)仍在繼續(xù)工作，可見此芯片功耗之低。 位于挪威奧斯陸的 Chipcon公司作為全球領(lǐng)先的供應(yīng)商，在低系統(tǒng)成本、低功耗的射頻芯片和網(wǎng)絡(luò)型軟件方面發(fā)布了 CC1100 產(chǎn)品、 CC1100是一種低成本真正單片的 UHF收發(fā)器，為低功耗無線應(yīng)用而設(shè)計(jì)。 RF收發(fā)器集成了一個(gè)高度可配置的調(diào)制解調(diào)器。 CC1100為數(shù)據(jù)包處理、數(shù)據(jù)緩沖、突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸、清晰信道評(píng)估、連接質(zhì)量指示和電磁波激發(fā)提供廣泛的硬件支持。 CC1100 的主要操作參數(shù)和 64 字節(jié)傳輸 /接收 FIFO 可通過 SPI 接口控制。 在實(shí)際使用中 CC1100 通訊距離大于 100 米，誤碼率小于 1%。 Dallas 半導(dǎo)體公黑龍江省科學(xué)院自動(dòng)化研究所 司的單線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 是世界上第一片支持 “ 一線總線 ” 接口的溫度傳感器。 DS18B20 支持“一線總線”接口，測(cè)量溫度范圍為 55℃ ~+125℃ ，在 10~+85℃ 范圍內(nèi) ,精度為177?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，支持3V~， DS18B20可以程序設(shè)定 9~12位的分辨率，精度為177。 數(shù)字單總線溫度傳感器是目前最新的測(cè)溫器件，它集溫度測(cè)量， A/D 轉(zhuǎn)換于一體，具有單總線結(jié)構(gòu)，數(shù)字量輸出，直接與微機(jī)接口等優(yōu)點(diǎn)。DS18B20高速暫存器共 9個(gè)存存單元，如表所示： 序號(hào) 寄存器名稱 作 用 序號(hào) 寄存器名稱 作 用 0 溫度低字節(jié) 以 16位補(bǔ)碼形式存放 5 保留字節(jié) 2 1 溫度高字節(jié) 6 計(jì)數(shù)器余值 2 TH/用戶字節(jié) 1 存放溫度上限 7 計(jì)數(shù)器 /℃ 3 HL/用戶字節(jié) 2 存放溫度下限 8 CRC 表 21 光刻 ROM中的 64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它 可以看作是該 DS18B20的地址序列碼。 DS18B20中的溫度傳感器可完成對(duì)溫度的測(cè)量，以 12位轉(zhuǎn)化為例 : 用 16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以 ℃ /LSB形式表達(dá)，其中 S為符號(hào)位。 黑龍江省科學(xué)院自動(dòng)化研究所 本章小結(jié) 本章主 要對(duì)無線 溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)進(jìn)行概述，介紹了該系統(tǒng)的工作原理及主要功能。在分別介紹每個(gè)單元系統(tǒng)的組成及主要功能的基 礎(chǔ)上根據(jù)系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能和具體要求，選擇系統(tǒng)所需 CPU微處理芯片 MSP4無線射頻芯片 CC1100、溫度傳感器 DS18B20并對(duì)其特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)介紹。這個(gè)接口同時(shí)用作寫和讀緩存數(shù)據(jù)。 SPI接口上所有的處理都同一個(gè)包含一個(gè)讀 /寫位，一個(gè)突發(fā)訪問位和一個(gè) 6 位地址的頭字節(jié)一起作 用。狀態(tài)字節(jié)包含關(guān)鍵狀態(tài)信號(hào)，對(duì) MCU有用。在 SCLK的第一個(gè)正邊緣之前，這個(gè)信號(hào)必須為低。 在地址和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換期間， CSn 腳必須保持為低點(diǎn)評(píng)。當(dāng) CSn 變低，在開始轉(zhuǎn)換頭字節(jié)之前， MCU必須等待，直到 SO腳變低。除非芯片處在 SLEEP 或 XOFF狀態(tài)，SO腳在 CSn變低后總會(huì)立即變低。所有的寄存器均能讀寫。這個(gè)地址在內(nèi)部技術(shù)器內(nèi)設(shè)置起始地址。突發(fā)訪問，不管是讀訪問還是寫訪問，必須通過設(shè)置 CSn為高來終止。 命令濾波可被視為 CC1100 的單字節(jié)指令。這些命令用來關(guān)閉晶體振蕩器 ，開啟傳輸模式和電磁波激活等。就是說 64字節(jié) TX FIFO和 64字節(jié) RX FIFO通過 0x3F 來訪問。暫存存儲(chǔ)器包含了 8個(gè)連續(xù)字節(jié)，前兩個(gè)字節(jié)是測(cè)得的溫度信息，第一個(gè)字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低八位，黑龍江省科學(xué)院自動(dòng)化研究所 第二個(gè)字節(jié)是溫度的高八位。第六、七、八個(gè)字節(jié)用于內(nèi)部計(jì)算。低五位一直都是 1 ， TM是測(cè)試模式位，用于設(shè)置 DS18B20在工作模式還是在測(cè)試模式。 R1和 R0用來設(shè)置分辨率，如下表所示：（ DS18B20出廠時(shí)被設(shè)置為 12位） 根據(jù) DS18B20的通訊協(xié)議，主機(jī)控制 DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個(gè)步驟：每一次讀寫之前都要