【正文】 用基于無線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)思想和溫度采集技術(shù)。本設(shè)計(jì)用AT89C51單片機(jī)為主要硬件，設(shè)計(jì)了包括溫度采集，溫度顯示，系統(tǒng)控制，串口通信等外圍電路。無線溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是利用下位機(jī)設(shè)置溫度上下限和實(shí)時(shí)溫度的采集，并將結(jié)果傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，以達(dá)到對溫度的比較、控制。針對這一特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了采用無線傳輸方式的無線數(shù)據(jù)采集監(jiān)測系統(tǒng)。AT89C51單片機(jī)是一種低功耗/低電壓/高性能的8位單片機(jī)，片內(nèi)帶有一個(gè)8KB的可編程／可擦除／只讀存儲(chǔ)器。該模板塊在內(nèi)部需成了高頻接收、PLL合成、FSK調(diào)制/解調(diào)、參量放大、功率放大、頻道切換等功能，因而是目前集成度較高的無線數(shù)傳產(chǎn)品。包括：如何針對系統(tǒng)的需求選擇合適的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊器件，如何根據(jù)選擇的器件設(shè)計(jì)外圍電路和單片機(jī)的接口電路，如何編寫控制無線數(shù)據(jù)傳輸器件進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯纹瑱C(jī)程序，并簡要介紹數(shù)字溫度傳感器DS18B20的應(yīng)用。采用熱敏電阻，將溫度值轉(zhuǎn)換為電壓值，經(jīng)運(yùn)算放大器放大后送A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)，再由單片機(jī)經(jīng)過比較計(jì)算得到溫度值。缺點(diǎn)：必須采用高速高位A/D轉(zhuǎn)換器，系統(tǒng)復(fù)雜，成本高，還以引進(jìn)非線性誤差，得通過軟件差值修正方案二：采用集成數(shù)字溫度傳感器DS18B20。測溫范圍從55到+125,測溫精度912位可調(diào)，12位時(shí)最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為750ms，完全滿足本設(shè)計(jì)的要求。從上各種因素，我們采用數(shù)字溫度傳感器方案。GSM（公用數(shù)字移動(dòng)網(wǎng)通信）系統(tǒng)是目前基于時(shí)分多址技術(shù)的移動(dòng)通訊體制中比較成熟、完善、應(yīng)用最廣泛的一種系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)可利用其短消息服務(wù)來傳輸溫度數(shù)據(jù)。缺點(diǎn)：成本高，無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性。該器件將接收和發(fā)射合接為一體； 工作頻率為國際通用的數(shù)傳頻段433MHZ；采用FSK調(diào)制/解調(diào)，可直接進(jìn)入數(shù)據(jù)輸入/輸出，抗干擾能力強(qiáng)，特別適合工業(yè)控制場合；采用DDS（直接數(shù)據(jù)合成）+PLL頻率合成技術(shù)，因而頻率穩(wěn)定性極好；靈敏度高達(dá)—105bBm；工作電壓低（），功耗小，接受待機(jī)狀態(tài)電流僅為8μA； 具有兩個(gè)頻道，可滿足需要多信道工作的場合；工作數(shù)率最高達(dá)20kbit/s(也可在較抵速率下工作，如9600bps)； 超小體積，約40275mm3；可直接與CPU串口進(jìn)行連接（如8031），也可以用RS232與計(jì)算機(jī)接口，軟件編程非常方便基于上述考慮，采用方案二。缺點(diǎn)：只能顯示一測量點(diǎn)和有限的符號(hào)。可以實(shí)現(xiàn) 中英文操作提示，方便人機(jī)交換。缺點(diǎn)：價(jià)格高，體積增大。發(fā)送部分采用無線傳輸模塊PTR2000,模塊在內(nèi)部集成了高頻發(fā)射，高頻接受，PLL合成，F(xiàn)SK調(diào)制、參量放大，功率放大，頻道切換等功能，單片機(jī)不能與無線模塊直接通信，需通過串口電路進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，串口電路采用RS232串口通信電路，顯示部分采用1602液晶顯示屏，AT89C51單片機(jī)以及單片機(jī)的外圍電路由獨(dú)立按鍵電路，晶振電路，復(fù)位電路組成。本系統(tǒng)由溫度采集部分和接收/發(fā)送機(jī)，以及顯示芯片組成。打開電源后，本系統(tǒng)由單片機(jī)AT89C51向單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20芯片發(fā)出指令進(jìn)行測溫根據(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對DS18B20進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。在硬件上，DS18B20與單片機(jī)的連接采用寄生電源供電，此時(shí)UDD、GND接地，I/O接單片機(jī)I/O。進(jìn)行串行第一位為正負(fù)溫度數(shù)據(jù)，后三位為帶小數(shù)點(diǎn)的當(dāng)前溫度。通訊時(shí)要滿足一定的條件，比如電腦的串口是RS232電平的，而單片機(jī)的串口是TTL電平的，兩者之間必須有一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路，我們采用了專用芯片MAX232進(jìn)行轉(zhuǎn)換。發(fā)送結(jié)束后應(yīng)將模塊置于接收狀態(tài)，即TXEN=0.2, 接收：接收時(shí)應(yīng)將PTR2000置于接收狀態(tài)，即TXEN=。首先，對系統(tǒng)要進(jìn)行初始化，讓NRF401進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)：使單片機(jī)工作在串口通信方式，利用單片機(jī)的中斷響應(yīng)，對NRF40l芯片的相應(yīng)引腳進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收或發(fā)射。1602液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。 最后通過液晶顯示屏和數(shù)碼管的溫度數(shù)據(jù)對比，判斷進(jìn)行無線的溫度傳輸數(shù)據(jù)是否正確。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 128*8位內(nèi)部RAM32可編程I/O線 兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 5個(gè)中斷源 可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 2．主要管腳說明：P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 DS18B20溫度傳感器簡介DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù) 字溫度傳感器，具有3引腳TO－92小體積封裝形式；溫度測量范圍為－55℃～＋125℃可編程為9位～12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達(dá) ℃，被測溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)到3 根或2根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由4部分組成：64 位ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。 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，每個(gè)DS18B20的64位序列號(hào)均不相同。 ROM的作用是使每一個(gè)DS18B20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18B20的目的。例 如＋125℃的數(shù)字輸出為07D0H，＋℃的數(shù)字輸出為0191H，－℃的數(shù)字輸出為FF6FH，－55℃的數(shù)字輸出為 FC90H。高低溫報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器均由一個(gè)字節(jié)的EEPROM組成，使用一個(gè)存儲(chǔ)器功能命令可對TH、TL或配置寄存器寫入。 高速暫存器是一個(gè)9字節(jié)的存儲(chǔ)器。 PTR2000模塊介紹無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊ptr2000采用抗干擾能力較強(qiáng)的FSK調(diào)制/解調(diào)方式，其工作頻率穩(wěn)定可靠，外圍元件少、功耗極低且便于設(shè)計(jì)生產(chǎn)，這些有一些特性使得PTR2000非常適用于便攜機(jī)手持產(chǎn)品。無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的關(guān)鍵器件是無線收發(fā)芯片。收發(fā)芯片數(shù)據(jù)傳輸?shù)木幋a方式 采用曼徹斯特編碼的芯片，在編程上會(huì)需要較高的技巧和經(jīng)驗(yàn)，需要更多的內(nèi)存和程序容量，并且曼徹斯特編碼大大降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?，一般僅能達(dá)到標(biāo)稱速率的1/3。收發(fā)芯片的分裝和管腳數(shù)較小的管腳以及分裝，有利于較少PCB面積，適合測控的設(shè)計(jì)。同時(shí)NRF401還具有以下特點(diǎn)：工作頻率為國際通用的數(shù)據(jù)頻段433MHZ；采用FSK調(diào)制，直接數(shù)據(jù)輸入輸出，抗干擾能力強(qiáng)，特別適用工業(yè)控制場合，采用DSS+PLL頻率合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性極好，靈敏度高達(dá)105dBm；功耗小接受待機(jī)狀態(tài)時(shí)，電流僅為8UA，最大發(fā)射功率為10dBm，低工作電壓（）可滿足低功耗設(shè)備的要求，具有多個(gè)頻道，可方便的切換工作頻率特別適用于需要多信道工作的場合，工作速率最高可達(dá)20kbit/s，僅外接一個(gè)好、晶振和幾個(gè)阻容、電感元件，基本無需調(diào)試，由于采用了低發(fā)射功率、高接收靈敏度的設(shè)計(jì)，適用距離最遠(yuǎn)可達(dá)1000米。獨(dú)立的看門狗輸出，如果看門狗輸入在1．6 s內(nèi)未被觸發(fā)，其輸出將變?yōu)楦唠娖剑? V門限值