【正文】 /GFSK 調(diào)制和解調(diào), 抗干擾能力強(qiáng)；采用 DDS+PLL 頻率合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性好；靈敏度高達(dá)100dBm , 最大發(fā)射功率達(dá)+10dBm；數(shù)據(jù)速率可達(dá) Kbit/s；170個(gè)頻道,適合需要多信道工作的特殊場(chǎng)合；可方便地嵌入各種測(cè)量和控制系統(tǒng)中進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)雙向傳輸，在儀器儀表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無(wú)線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)遙測(cè)遙控系統(tǒng)等中應(yīng)用?？汕度敫鞣N測(cè)量和控制系統(tǒng)中進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，在保安系統(tǒng)、微功耗遙測(cè)遙控系統(tǒng)等中應(yīng)用。該芯片集成了高頻發(fā)射、高頻接收、PLL 合成、FSK 調(diào)制、FSK 解調(diào)、雙頻道切換等功能，具有性能優(yōu)異、功耗低、使用方便等特點(diǎn)。只包括一個(gè) 4MHz 基準(zhǔn)晶振(可與 MCU 共享)、一個(gè) PLL環(huán)路濾波器和一個(gè) VCO 電感，收發(fā)天線合一，沒(méi)有調(diào)試部件，這給研制及生產(chǎn)帶來(lái)了極大的方便。4 過(guò)程設(shè)計(jì)論述 硬件設(shè)計(jì)部分 硬件總體設(shè)計(jì)根據(jù)上一章所選的系統(tǒng)方案構(gòu)想，下面進(jìn)行系統(tǒng)硬件電路的具體設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如下圖2所示。VWO CCgND80C51DS18B20DS18B20 GND VCC圖3 DS18B20與單片機(jī)接口電路二．?dāng)?shù)字式溫度傳感器 DS18B20（1）DS18B20的特點(diǎn)單總線是美國(guó) DALLAS 半導(dǎo)體公司近年推出的新技術(shù)，它只定義了一根信號(hào)線，總線上的每個(gè)器件都能夠在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間驅(qū)動(dòng)它，相當(dāng)于把單片機(jī)的地址nRF401線、數(shù)據(jù)線、控制線合為一根信號(hào)線對(duì)外進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。從而能使這些器件掛在一根信號(hào)線上進(jìn)行串行分時(shí)數(shù)據(jù)交換，大大簡(jiǎn)化了硬件電路。它的主要技術(shù)特性如下：①具有獨(dú)特的單線接口方式，即微處理器與其接口時(shí)僅需占用 1 位I/O 端口；②支持多節(jié)點(diǎn)，使分布式多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)的線路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和硬件開(kāi)銷(xiāo)大為簡(jiǎn)化；③測(cè)溫時(shí)無(wú)需任何外部元件：④可以通過(guò)數(shù)據(jù)線供電，具有超低功耗工作方式：⑤測(cè)溫范圍為55~+125℃，測(cè)溫精度為177。12 位精度轉(zhuǎn)換的最大時(shí)間為 750ms?？s小了系統(tǒng)的體積，提高了系統(tǒng)的可靠性。與單片機(jī)接口的每個(gè) I/O 口可掛接多個(gè) DS18B20 器件。頭八位是產(chǎn)品系列編碼，表示產(chǎn)品的分類編號(hào)；接著的 48 位是一個(gè)惟一的產(chǎn)品序列號(hào)，序列號(hào)是一個(gè) 15 位的十進(jìn)制編碼，每個(gè)芯片惟一的編碼可以通過(guò)尋址將其識(shí)別出來(lái)，最后 8 位是前 56 位的循環(huán)冗余(CRC)校驗(yàn)碼，是數(shù)據(jù)通信中校驗(yàn)數(shù)據(jù)傳輸是否正確的一種方法。這為溫度的多點(diǎn)測(cè)量帶來(lái)了極大的方便。第一、二個(gè)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(hào)擴(kuò)展位。第五字節(jié)是系統(tǒng)配置寄存器，寄存器各位定義如下：第八位用來(lái)設(shè)置傳感器的工作狀態(tài)，“1” 為測(cè)試狀態(tài)，“0”為操作狀態(tài)，出廠設(shè)置為操作功能狀態(tài)，用戶不能修改；第七、六兩位是溫度轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)位的設(shè)置(00、011 分別對(duì)應(yīng)112 位溫度數(shù)據(jù))，出廠設(shè)置為 12 位溫度數(shù)據(jù)位，用戶可根據(jù)需要進(jìn)行修改，其余位無(wú)效。第 9 個(gè)字節(jié)是CRC 校驗(yàn)碼，是前面 8 個(gè)字節(jié)的循環(huán)校驗(yàn)碼，用在通信中驗(yàn)數(shù)據(jù)傳送的正確性。格式如下：Bit0 Bit7LSByts2322212021222324Bit8 Bit15 MSBytsSSSSS262524如果測(cè)量的溫度值高于溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 或低于 TL 中的值，則DS18B20 內(nèi)部的報(bào)警標(biāo)志位就被置位，表示溫度測(cè)量值超出范圍。不過(guò)溫度轉(zhuǎn)換位數(shù)越大，轉(zhuǎn)換時(shí)間也越長(zhǎng)。DS18B20 的測(cè)溫范圍為55~+125℃，溫度轉(zhuǎn)換結(jié)果以 16 位二進(jìn)制方式單線輸出, 轉(zhuǎn)換的位數(shù)可通過(guò)寫(xiě)配置寄存器（字節(jié) 4）設(shè)定, 其格式如下：Bit7 Bit00R1R011111RR0 的設(shè)定值與位數(shù)、分辯率和最大轉(zhuǎn)換時(shí)間的關(guān)系如表2所示，可見(jiàn)位數(shù)每減少一位，分辯率同比減少而轉(zhuǎn)換時(shí)間則加快一倍, 器件上電時(shí)默認(rèn)分辯率為 12 位。（3）DS18B20 的測(cè)溫原理DS18B20 的溫度傳感器是通過(guò)溫度對(duì)振蕩器的頻率影響來(lái)測(cè)量溫度，如圖 5所示。低溫系數(shù)振蕩器輸出的時(shí)鐘脈沖信號(hào)通過(guò)由高溫系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的門(mén)開(kāi)通周期而被計(jì)數(shù)，通過(guò)該計(jì)數(shù)值來(lái)測(cè)量溫度。這時(shí)溫度寄存器中的值就是被測(cè)的溫度值。溫度值由主機(jī)通過(guò)發(fā)讀存儲(chǔ)器命令讀出，經(jīng)過(guò)取補(bǔ)和十進(jìn)制轉(zhuǎn)換，得到實(shí)測(cè)的溫度值。DS18B20 只有三根外引線：?jiǎn)尉€數(shù)據(jù)傳輸端口 DQ、共用地線 GND、外供電源線 VDD。為了保證在有效的時(shí)鐘周期內(nèi)，提供足夠的電流，這種情況下，用一個(gè) MOSFET 管和單片機(jī)的一個(gè) I/O 口來(lái)完成對(duì) DS18B20總線的上拉。當(dāng)使用數(shù)據(jù)總線寄生供電時(shí)，供電端必須接地，同時(shí)總線口在空閑的時(shí)候必須保持高電平，以便對(duì)傳感器充電。比較而言，寄生電源方式少用一根導(dǎo)線，但它完成溫度測(cè)量所需的時(shí)間較長(zhǎng)，而外部電源方式測(cè)量速度則要快些。nRF401具有兩個(gè)信號(hào)通道，適合需要多信道工作的特殊場(chǎng)合；可直接與微控制器接口；低工作電壓（—），功耗低，發(fā)射時(shí)電源電流8mA，接收時(shí)電源電流250μA，接收待機(jī)狀態(tài)僅為8μA；僅需外接一個(gè)晶體和幾個(gè)阻容、電感元件，即可構(gòu)成一個(gè)完整的射頻收發(fā)器，電路模塊尺寸為30*22*6mm3。發(fā)射電路包含有：射頻功率放大器，鎖相環(huán)（PLL），壓控振蕩器（VCO），頻率合成器等電路。壓控振蕩器由片內(nèi)的振蕩電路和外接的電感組成。9腳DIN輸入數(shù)字信號(hào)和10腳DOUT輸出數(shù)字信號(hào)均為標(biāo)準(zhǔn)的邏輯電平信號(hào)，需要發(fā)射的數(shù)字信號(hào)通過(guò)DIN輸入，解調(diào)出來(lái)的信號(hào)經(jīng)過(guò)DOUT輸出；12腳通道選擇：CS=“0”為通道（,MHz），CS=“1”為通道2（）；18腳電源開(kāi)關(guān)；PWR—UP=“0”為待機(jī)模式；19腳發(fā)射允許：TXEN=“1”為發(fā)射模式；TXEN=“0”為接收模式。（2）典型應(yīng)用電路說(shuō)明我們使用的是nRF401快速開(kāi)發(fā)開(kāi)發(fā)套件，典型應(yīng)用電路如圖8所示。在無(wú)線溫度控制系統(tǒng)中，nRF401主要完成對(duì)溫度數(shù)據(jù)和命令參數(shù)的無(wú)線傳輸。圖9 單片機(jī)和收發(fā)芯片的接口電路在圖9中可以看出，微控制器的I/，即發(fā)送/接收控制端，實(shí)現(xiàn)半雙工通信功能；，實(shí)現(xiàn)待機(jī)和上電的控制，達(dá)到節(jié)能目的。具體來(lái)說(shuō)，就是比較環(huán)境溫度和給定溫度的大小來(lái)確定加熱器的開(kāi)關(guān)。（2）具體仿真圖11 繼電器與單片機(jī)接口電路 軟件設(shè)計(jì)部分 溫度測(cè)量子程序（1）首先由下位機(jī)發(fā)出DS18B20 地址，地址符合， DS18B20 回送本機(jī)地址，并改變 SM2， DS18B20 在與下位機(jī)建立聯(lián)系后，跟著以查詢方式接收下位機(jī)接著發(fā)送的 DS18B20 的 ROM 命令。（2）子程序流程圖如下：圖12 溫度測(cè)量程序流程圖 nRF401 的通信子程序?qū)τ跓o(wú)線通訊，出現(xiàn)最大的問(wèn)題就是通訊可靠性，因?yàn)闊o(wú)線通訊的通訊介質(zhì)是無(wú)線電波，大氣穩(wěn)定性、同頻干擾、拍頻差頻干擾等，都會(huì)使通訊中斷，或者出現(xiàn)誤碼阻礙，所以必須解決。nRF401是一款FSK調(diào)制無(wú)線通訊芯片，有最大20KBPS速率通訊帶寬，實(shí)際上最大值在19KBPS左右，最低通訊頻率在500BPS左右，如果再低，芯片在后期運(yùn)放低通比較譯碼時(shí)會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)逆轉(zhuǎn)，出現(xiàn)誤碼，正因?yàn)檫@樣，發(fā)送的數(shù)據(jù)不允許長(zhǎng)的脈沖，也就是速率不能太低。當(dāng)從 TX 到 RX 模式時(shí)，數(shù)據(jù)輸出腳（DOUT）要至少 3ms 以后有數(shù)據(jù)輸出。從待機(jī)模式到發(fā)射模式，所需穩(wěn)定的最大時(shí)間是 2ms。當(dāng)由上電進(jìn)入發(fā)射模式時(shí)，TXEN 必須保持 1ms 以后才可以往 DIN 發(fā)送數(shù)據(jù)。如果采用外部振蕩器，這個(gè)時(shí)間可以縮短到 3ms。第 25 頁(yè) （共 64 頁(yè)）結(jié)果分析圖13 發(fā)送端程序流程圖5結(jié)果分析 DS18B20和LCD液晶顯示運(yùn)行結(jié)果分析在理論上分析，當(dāng)硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)正確時(shí)，液晶顯示器的溫度會(huì)隨著DS18B20測(cè)量溫度的變化而實(shí)時(shí)變化，通過(guò)proteus仿真可以分析設(shè)計(jì)的正確與否。硬件設(shè)計(jì)中，鍵盤(pán)設(shè)定溫度的大小，一個(gè)鍵增大設(shè)定溫度，一個(gè)鍵減小設(shè)定溫度，設(shè)定溫度在LCD液晶實(shí)時(shí)顯示。通過(guò)仿真可以驗(yàn)證鍵盤(pán)的正確性。具體來(lái)說(shuō)，就是比較環(huán)境溫度和給定溫度的大小來(lái)確定加熱器的開(kāi)關(guān)。仿真圖2和3給定值為100 C,測(cè)量值分別為65 C和128 C，繼電器處于開(kāi)和關(guān)第 63 頁(yè) （共 64 頁(yè)）結(jié)束語(yǔ)兩個(gè)狀態(tài)。仿真結(jié)果正確，控制結(jié)果正確。系統(tǒng)8051 單片機(jī)為核心，采用數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20 及nRF401無(wú)線收發(fā)芯片，應(yīng)用傳感技術(shù)、無(wú)線收發(fā)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的采集、控制和短距離無(wú)線傳輸。該溫度控制系統(tǒng)電路簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，搭建方便，易于擴(kuò)展，室內(nèi)實(shí)際發(fā)射距離約 25 米（通過(guò)改進(jìn)天線的設(shè)計(jì)可適度增加），經(jīng)過(guò)軟件進(jìn)行非線性及溫度補(bǔ)償后，測(cè)溫精度可進(jìn)一步提高，因此本系統(tǒng)適用于在短距離環(huán)境溫度的監(jiān)測(cè)、控制，有廣闊的應(yīng)用前景。比如溫度傳感器的測(cè)溫范圍不夠?qū)?，發(fā)射距離比較近，溫度控制精度不夠高等。本設(shè)計(jì)中采用了8051單片機(jī)，也可以采用功耗比較低的89C51單片機(jī)。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)[1] 萬(wàn)福君，（第二版）[M]. 合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2001.[2] [M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2004.[3] 蔡美琴， 系列單片機(jī)系統(tǒng)及其應(yīng)用（第二版）[M]. 北京：高等教育出版社，2004.[4] 楊振江，[M].西安電子科技大學(xué)出版社，2002.[5] C 語(yǔ)言編程 MCS51 單片機(jī)原理與應(yīng)用[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2003.[6] 馮錫生，[M]. 北京：中國(guó)鐵道出版社，1997.[7] [美]Andrew [M]. 北京：電子工業(yè)出版社，1996.[8] [美]Theodore [M]. 北京：電子工業(yè)出版社，1999.[9] 劉迎春，[M]. 北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1998.[10] [M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2001.[11] [M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.[12] [M]. 北京：科學(xué)出版社，2002.[13] [M]. 北京：電子工業(yè)出版社，1998.[14] Microchip Technology Inc..32Kbit SPI? 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