【正文】 細介紹了本系統(tǒng)的所使用的無線收發(fā)芯片NRF905。第三章是對無線測溫系統(tǒng)的硬件方案設計及功能描述，包括溫度信號采集與顯示模塊、單片機、無線傳輸發(fā)送模塊、無線傳輸接收模塊等下位機的具體功能。第四章介紹介紹了本系統(tǒng)的軟件設計，介紹了無線測溫系統(tǒng)的整體軟件框圖，詳細介紹了數(shù)據(jù)采集和無線收發(fā)流程及程序。第五章為系統(tǒng)調(diào)試，總結與展望。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，他能夠直接讀出被測溫度并且 可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS1820提供九位溫度讀數(shù)，構成多點溫度檢測系統(tǒng)而無需任何外圍硬件。他在測溫精度、轉換時間、 傳輸距離、分辨率等方面較DS1820有了很大的改進，給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。 （2）在使用中不需要任何外圍元件。 （4）測溫范圍：55℃～125 ℃。 （5）通過編程可實現(xiàn)912位的數(shù)字讀數(shù)方式。 （7）支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點測溫。 電路原理圖及器件外觀 圖1 DS18B20的內(nèi)部結構 圖2 DS18B20實物外觀及引腳 工作原理 （1）理論測溫過程：DS1820 依靠一個單線端口通訊。因此，控制器必須首先提供下面5 個ROM 操作命令之一：1）讀ROM，2）匹配ROM，3）搜索ROM，4）跳過ROM，5）報警搜索。成功執(zhí)行完一條ROM 操作序列后，即可進行存儲器和控制操作，控制器可以提供6 條存儲器和控制操作指令中的任一條。測量結果放在DS1820 的暫存器里，用一條讀暫存器內(nèi)容的存儲器操作命令可以把暫存器中數(shù)據(jù)讀出。如果沒有對DS1820 使用報警搜索命令，這些寄存器可以做為一般用途的用戶存儲器使用。所有數(shù)據(jù)都是以最低有效位在前的方式進行讀寫。計數(shù)器被預置到對應于55℃的一個值。同時，計數(shù)器被復位到一個值，這個值由斜坡式累加器電路確定，斜坡式累加器電路用來補償感溫振蕩器的拋物線特性。 （2） 測溫操作過程：初始化單總線上所有DS18B20。如果己經(jīng)獲得ID號，則先發(fā)送尋求匹配命令(0X55H)，發(fā)送ID號，選中特定的DS18B20。自動溫度轉換，命令字(0X44H)。讀取轉換結果，發(fā)送命令字(0XBEH)，然后讀取轉換結果。如果校驗正確，將讀出的前2個字節(jié)轉換成10進制的溫度值。 （3）DS18B20的工作時序：由于DS18B20采用的是1－Wire總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對STC89C52RC單片機來說，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，我們必須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時序來完成對DS18B20芯片的訪問。DS18B20有嚴格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。所有時序都是將主機作為主設備，單總線器件作為從設備。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。 芯片介紹STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。另外STC89C52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。 工作原理及功能實現(xiàn) 本設計選擇STC89C52作為主控芯片。 （1）增強型8051單片機，6時鐘/機器周期和12時鐘/機器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051。 （2）工作電壓：～（5V單片機）/～（3V單片機）。 （4）用戶應用程序空間為8K字節(jié)。 （6）通用I/O口（32個），復位后為：P1/P2/P3/P4是準雙向口/弱上拉，P0口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為I/O口用時，需加上拉電阻。 （8）具有EEPROM功能。 （10）共3個16位定時器/計數(shù)器。Down模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒。 設計單片機功能應用原理如下：模塊1通過單片機讀取由DS18B20采集的溫度，然后經(jīng)過數(shù)制轉換存儲顯示等處理后，再驅動無線傳輸模塊NRF905將溫度數(shù)據(jù)發(fā)送出去。三是LCD顯示屏。2）驅動程序簡單。4）顯示位數(shù)有限，且不能顯示字符。2）集成度較高，驅動電路簡單。4）驅動程序較為簡單。 （3）LCD顯示屏優(yōu)缺點：1）分辨率高，視頻效果好。3）價格貴。綜上所述，再結合本設計實際需求（顯示要求低，設計經(jīng)費有限），故選擇4位數(shù)碼管作為顯示設備。具體電路如下： 圖4 位選驅動電路 圖5 數(shù)碼管接口電路 無線收發(fā)模塊 NRF905介紹nRF905是挪威Nordic VLSI公司的產(chǎn)品， ～，32引腳QFN封裝(55mm)，工作于433/868/915MHz三個ISM(工業(yè)、科學和醫(yī)學)頻道。 nRF905 是一塊集成度較高的無線數(shù)據(jù)收發(fā)芯片，片內(nèi)包含電源管理、晶體振蕩器、低噪聲放大器、頻率合成器功率放大器等模塊，可實現(xiàn)自動處理字頭、CRC 循環(huán)冗余碼校驗和曼徹斯特編碼/解碼等功能，使用非常方便。SPI(Serial Perpheral Interface)是一種串行同步通信協(xié)議，由一個主設備和一個或多個從設備組成，主設備啟動一個與從設備的同步通訊，從而完成數(shù)據(jù)的交換。 SPI 接口可以進行多種形式的操作，主要包括讀寫射頻配置、讀寫收、發(fā)地址和數(shù)據(jù)等，為了區(qū)分 SPI端口對 nRF905 進行不同的操作形式，nRF905 設置了 7 種不同指令。為了使系統(tǒng)充分利用能量，nRF905 設定了兩種工作模式和兩種節(jié)能模式，分別由 TRX_CE、TX_EN 和PWR_UP 三個引腳決定。ShockBurst技術。通過將與RF協(xié)議有關的高速信號處理放到芯內(nèi)，NRF905提供給應用的微控制器一個SPI接口，速率由微控制器己設定的接口速度決定。在ShockBurst在ShockBurst TX模式中，NRF905動產(chǎn)生前導和CRC校驗，數(shù)據(jù)準備就緒DR信號通知MCU數(shù)據(jù)傳輸完成。NRF905模塊的管腳與表1類似，這里不再贅述。TX模式ShockBurst傳輸；NRF905 ShockBurst：無線系統(tǒng)動上電、數(shù)據(jù)包完成（加前導和CRC校驗）、數(shù)據(jù)包發(fā)送（100kbps，GFSK，曼切斯特編碼），如果AUTO_RETRAN被設置為高NRF905將連續(xù)地發(fā)送數(shù)據(jù)包直到TRX_CE被設置為低；當TRX_CE被設置為低時，NRF905結束數(shù)據(jù)傳輸并動進入Standby模式。 (2)典型ShockBurst 通過設置TRX_CE高，TX_EN低來選擇ShockBurst模式；650us以后，NRF905測空中的信息；當NRF905發(fā)現(xiàn)和接收頻率相同的載波時，載波檢測CD被置高；當NRF905接收到有效的地址時，地址匹配AM被置高；當NRF905接收到有效的數(shù)據(jù)包（CRC校驗正確）時，NRF905去掉前導、地址和CRC位，數(shù)據(jù)準備就緒（DR）被置高；MCU設置TRX_CE低，進入Standby模式低電流模式；MCU可以以合適的速率通過SPI接口讀出有效數(shù)據(jù)；當所有的有效數(shù)據(jù)被讀出后，NRF905將AM和DR置低；NRF905將準備進入ShockBurstTX或Powerdown模式。 (3)掉電模式 在掉電模式中，NRF905被止，電流消耗最小。這時候平均電流消耗最小，電池使用壽命最長。 (4) Standby模式在保持電流消耗最小的同時保證最短的ShockBurstRX、ShockBurstTX的啟動時間。電流消耗取決于晶體振蕩器頻率，如：當頻率為4MHZ時，IDD=12uA；當頻率為20MHZ時，IDD=46uA。并且取決于負載電容和頻率。 (5)器件配置SPI接口由5個寄存器組成，一條SPI指令用來決定進行什么操作。狀態(tài)寄存器（StatusRegister）：寄存器包含數(shù)據(jù)就緒DR和地址匹配AM狀態(tài)。Register）：寄存器包含收發(fā)器的頻率、輸出功率等配置信息。發(fā)送有效數(shù)據(jù)（TXPayload）：寄存器包含發(fā)送有效ShockBurst數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)，字節(jié)長度由配置寄存器設置。在寄存器中的有效數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)準備就緒DR指示。 (6)SPI指令設置用于SPI接口的有用命令指令見下表，當CSN為低時，SPI接口開始等待一條指令，任何一條新指令均由CSN的又高到低的轉換開始。SPI接口：SPI接口由CSN、SCK、MOSI以及MISO組成。狀態(tài)輸出接口：提供載波檢測輸出CD，地址匹配輸出AM，數(shù)據(jù)就緒輸出DR。 (8)NRF905的模式特點地址匹配：當NRF905工作在接受模式時，引入的數(shù)據(jù)包的地址與器件自身地址相同時，地址匹配引腳（AM）被置高，使用這個引腳控制被指示在數(shù)據(jù)準備就緒（DR）信號置高前，器件正在接收數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)準備就緒（DR）信號沒有置高，例如CRC校驗錯誤，地址匹配引腳（AM）在數(shù)據(jù)包接收結束時復位置低，這一特征對MCU特別有用。數(shù)據(jù)準備就緒：數(shù)據(jù)準備就緒（DR）信號使最大限度地降低軟件編程的復雜性成為可能。NRF905已經(jīng)準備好新動作，DR信號在數(shù)據(jù)包傳輸開始時或轉換為其他模式，如接收模式或Standby模式時復位置低。在接收模式時，DR信號在接收有效數(shù)據(jù)包，如：有效地址，有效地數(shù)據(jù)長度和CRC時置高，然后MCU可以通過SPI接口讀取數(shù)據(jù)，當數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)被讀空時或者器件轉換到發(fā)送模式時，DR信號置低。 本章主要對無線通信技術作了介紹，對比了幾種通信技術的，最終選擇了無線通信，介紹了對于無線測溫系統(tǒng)應該考慮的幾方面，以及溫度傳感器DS18B20和無線傳輸模塊NRF905的選擇。第3章 無線測溫硬件系統(tǒng)設計 系統(tǒng)總體方案設計 對于本系統(tǒng)而言，主要由溫度信號采集模塊、單片機主控制單元、無線傳模塊和發(fā)送端顯示模塊四個功能模塊組成。下面是系統(tǒng)結構圖： 溫度采集模塊發(fā)射端顯示 主控模塊 無線發(fā) 射模 塊以上為發(fā)射系統(tǒng)結構圖，接收系統(tǒng)圖與發(fā)射圖類似，這里不再贅述。接收模塊將接收的溫度數(shù)據(jù)再經(jīng)SPI口送給單片機，最后再送數(shù)碼管顯示。 溫度信號采集模塊并通過無線發(fā)送模塊將采集得到的溫度數(shù)據(jù)發(fā)送出去。DS18B20是單總線器件，所以需要單片機進行軟件模擬單總線，DQ既可以輸出數(shù)據(jù)又可以輸入數(shù)據(jù)。溫度采集模塊原理圖如下： 圖8 無線收發(fā)模塊NRF905的各引腳直接和單片機相連，在單片機的控制下，通過SPI接口完成溫度數(shù)據(jù)的讀入讀出，發(fā)送模塊和接收模塊的NRF905完成數(shù)據(jù)的無線傳輸。 顯示模塊 參考圖圖5。在確保每個功能模塊實現(xiàn)其功能的同時，也使整個系統(tǒng)能夠成功運行。 底層驅動層 底層驅動層主要包含直接和硬件相關的驅動程序，如LED顯示、UART接口、中斷和定時等。這些程序主要是面向硬件的，作為硬件驅動程序，它們處于最底層。原則上應該保持底層的各個模塊間的獨立性，盡量降低它們之間的耦合度，不產(chǎn)生直接的數(shù)據(jù)交互，也不允許它們之間的相互調(diào)用，底層也不直接訪問應用層，如果需要與應用程序或者其它模塊之間通信，都要通過界面層進行數(shù)據(jù)交互，并接受應用層的調(diào)度。接口層主要是由各種寄存器、標志位和緩沖區(qū)組成的，它的功能是用于提供數(shù)據(jù)交互，可以看出各個底層模塊都有自己相應的變量及標志，這些變量是底層與應用層或是底層與其它底層模塊對話的接口，也可以將它們理解為程序模塊間通訊的管道。通過對界面層各個變量及標志位的操作控制底層驅動層各模塊來完成所需功能，而并不越過介面層直接訪問底層驅動層。 典型ShockBurst TX模式： (1) 當應用MCU有遙控數(shù)據(jù)節(jié)點時，接收字節(jié)的地址TXaddress和有效地址數(shù)據(jù)TXpayload通過SPI接口傳送給NRF905應用協(xié)議或MCU設置接口速度； (2) 設置TRX_CE、TX_EN為高來活NRF905 ShockBurst傳輸； (3) NRF905 ShockBurst：無線系統(tǒng)動上電、數(shù)據(jù)包完成（加前導和CRC校驗）、數(shù)據(jù)包發(fā)送（100kbps，GFSK，曼切斯特編）； (4) 如果AUTO_RETRAN被設置為高NRF905將連續(xù)地發(fā)送數(shù)據(jù)包直到TRX_CE被設置為低； (5) 當TRX_CE被設置為低時，NRF905結束數(shù)據(jù)傳輸并動進入Standby模式。 在程序的編寫中是這樣實現(xiàn)的，給掃描程序置一個掃描標志位ScanBitCnt，每次進入MNLED的顯示子程序，都要對掃描標志位ScanBitCnt進行判斷，不同的值進入不同的掃描位程序，再此將段選碼送給P0口，將位選碼送給位選，從而完成一位數(shù)碼管的顯示，然后跳出子程序，進而執(zhí)行其他子程序，執(zhí)行其他子程序的時間就取代了數(shù)碼管的