【正文】 ，在空曠通訊距離可達300米左右，室內(nèi)通信36層可實現(xiàn)可靠通信，抗干擾性能強，很強的擾障礙穿透性能。4. 應急預警功能。5. 控制子系統(tǒng)功能。第3章 無線溫濕度傳輸系統(tǒng)硬件設計無現(xiàn)溫濕度傳輸系統(tǒng)可以分為數(shù)據(jù)采集終端和數(shù)據(jù)接收終端。數(shù)據(jù)采集終端(RTU)系統(tǒng)的功能框圖如圖3。同時也用來作為用戶發(fā)布相關控制命令至各監(jiān)測點。nRF905由一個完全集成的頻率調(diào)制器，一個帶解調(diào)器的接收器，一個功率放大器，一個晶體震蕩器和一個調(diào)節(jié)器組成。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。整個nRF905模塊由ATN1和ATN2管腳與天線構成天線輸出模塊，高頻頭輸出模塊包括數(shù)字輸入、數(shù)字輸出、SPI接口三部分構成，發(fā)射芯片采用16Ｍ晶振提供系統(tǒng)時鐘。圖4 nRF905單片射頻發(fā)射芯片硬件結構圖 nRF905天線ANT1和ANT2輸出腳給天線提供穩(wěn)定的RF輸出?；蛘咄ㄟ^RF扼流圈，或者通過天線雙極的中心點。通過簡單的匹配網(wǎng)絡或RF變壓器（不平衡變壓器）可以獲得較低的阻抗。頻率偏離在。數(shù)據(jù)在內(nèi)部進行曼切斯特編碼（TX）和曼切斯特解碼（RX）。通過采用內(nèi)部曼切斯特編解碼，微控制器不需要制定編碼解碼規(guī)則。工作頻率計算公式如下：當HFREQ_PLL=“0”，通道頻差為100KHz，當HFREQ_PLL=“1”， 通道頻差為200KHz，應用工作頻率的選擇必須使用Shock范圍內(nèi)，其具體的工作頻率對應的設置如表2。圖5 nRF905模塊引出的高頻頭管腳接口及實物圖 nRF905模塊各管腳說明如表3，其中 VCC腳接電壓范圍為 ~，不能在這個區(qū)間之外。若硬件上沒有SPI的單片機，可以用普通單片機IO口模擬SPI，不需要單片機SPI模塊介入，只需添加代碼模擬SPI時序即可。單片機外圍電路首先由復位電路、晶振電路，使能信號置高構成最小系統(tǒng)，保證其正常運行，在P0口處，加上了10K的上拉電阻，并從P0口外接部分開關和發(fā)光二極管，nRF905高頻頭的引腳與單片機相連，串口連接MAX232最終連接到主機串口，其具體的連接方式如圖6所示。其連接方式為如下表4。nRF905模塊所有配置字都是通過模擬SPI接口送給RF905。當RF905處于空閑模式或關機模式時，SPI接口可以保持在工作狀態(tài)。狀態(tài)寄存器包含數(shù)據(jù)準備好引腳狀態(tài)信息和地址匹配引腳狀態(tài)信息；射頻配置寄存器包含收發(fā)器配置信息，如頻率和輸出功能等；發(fā)送地址寄存器包含接收機的地址和數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)；發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器包含待發(fā)送的數(shù)據(jù)包的信息，如字節(jié)數(shù)等；接收數(shù)據(jù)寄存器包含要接收的數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)等信息。SPI接口只有在掉電模式和Standby模式是激活的。各寄存器的作用如下：圖7 SPI寄存器內(nèi)部原理圖（1）狀態(tài)寄存器：包含數(shù)據(jù)就緒DR 和地址匹配AM 狀態(tài)。 （3）發(fā)送地址：寄存器包含目標器件地址字節(jié)長度由配置寄存器設置。（5）接收有效數(shù)據(jù)：寄存器包含接收到的有效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。nRF905內(nèi)置完整的通信協(xié)議, 軟件設計主要集中在實現(xiàn)對nRF905模塊的有效初始配置, 以及MCU與nRF905模塊之間SPI通信的實現(xiàn)。圖8 SPI讀時序操作 圖9 SPI讀時序操作 單片機與主機通信單片機與PC機通信是通過串口TXD、RXD完成，其中包含了TTL電平與RS232電平之間的轉(zhuǎn)換，本系統(tǒng)中，采用MAX232芯片用來做電平轉(zhuǎn)換。MAX232內(nèi)部結構包括三個部分：電荷泵電路、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道、供電。功能是產(chǎn)生+12v和12v兩個電源，提供給RS232串口電平的需要。其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DP9插頭；DP9插頭的RS232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。圖10 MAX232電平轉(zhuǎn)換硬件原理圖 單片機程序下載模塊ATMEGA16單片機支持在線編程，因此只需將單片機的對應引腳與ISP下載器相連即可完成單片機的在線編程。如果用編程器燒寫單片機的程序存儲器，每修改一次程序就要拔下芯片編程后在插入系統(tǒng)中運行，這樣不但麻煩，而且很容易對芯片和電路板造成損傷。C~+125176。C范圍內(nèi),精度為177。C。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設備或過程控制、測溫類消費電子產(chǎn)品等。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。 圖12 DS18B20 PR35和SOSI封裝 溫度傳感器構成及原理DS18B20內(nèi)部結構主要由三部分構成：64位激光ROM、溫度傳感器、非易失性溫度警告觸發(fā)器TH和TL。作為另一種可供選擇的方法DS18B20也可以用外部5V電源供電。圖13 DS18B20原理結構圖與DS18B20的通信經(jīng)過一個單線接口。這些命令對每一個器件的64位激光ROM部分進行操作。在成功地執(zhí)行了ROM操作序列之后，可使用存貯器和控制操作，然后主機可以提供李忠存貯器和控制操作命令操作之一。當DQ或VDD引腳為高電平，這個電路便“取”得電源。為了使DS18B20能完成準確的溫度變換，當溫度變化發(fā)生時，DQ線上必須提供足夠的功率。有兩種方法確保DS18B20在其有效變換期內(nèi)得到足夠的電源電流。通過使用 MOSFET把DQ線直接拉到電源這一點。本系統(tǒng)向DS18B20供電的另一種方法是通過使用連接到VDD引腳的外部電源?？偩€上主機不需向上連接便在溫度變換期間是線保持高電平。同時，計數(shù)器用斜率累加器電路所決定的值進行予置。時鐘再次是計數(shù)器計值至他達零。傾斜累加器用于補償振蕩器溫度特性的非線性。通過此計算，在DS18B20內(nèi)部完成以提供的分辨率，溫度讀數(shù)以16位、符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供。具體計算方法是讀出溫度，并從讀的值截去位（最低有效位），這個值便是TEMP_READ。此值是門開通期停止之后技術剩余所需的最后一個數(shù)值是在該溫度處每一攝氏度的計數(shù)個數(shù)（COUNT_PER_C）。它應用專用的數(shù)字模塊采集技術和溫濕度傳感技術。每個DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。產(chǎn)品為 4 針單排引腳封裝和實物如圖15所示。從模式下，DHT11接收到開始信號觸發(fā)一次溫濕度采集，如果沒有接收到主機發(fā)送開始信號，DHT11不會主動進行溫濕度采集。圖16 DHT11和MCU連接原理圖DATA 用于微處理器與DHT11之間的通訊和同步，采用單總線數(shù)據(jù)格式，一次通訊時間4ms左右,數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分，一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40bit，高位先出。DHT11與單片機空通信過程如圖17。DHT11接收到主機的開始信號后,等待主機開始信號結束,然后發(fā)送80us低電平響應信號。圖17 DTH11與單片機通信過程 測量分辨率DHT11的溫度濕度數(shù)據(jù)都是以8bit數(shù)據(jù)表示，其測量分辨率分別為 8bit（溫度）、8bit（濕度）。則其溫度測量精度為，濕度測量精度為177。 系統(tǒng)電源模塊。整個系統(tǒng)利用９Ｖ電壓供電，通過穩(wěn)壓管7805將其轉(zhuǎn)化為5V。圖18 電壓轉(zhuǎn)換原理圖第4章 無線溫濕度傳輸系統(tǒng)軟件(下位機)設計 無線溫濕度傳輸系統(tǒng)軟件總體設計無線溫濕度傳輸系統(tǒng)的整個工作流程如圖19所示。下面對其中每一步驟做的軟件設計做詳細的分析。實現(xiàn)串口通信主要是對串口控制寄存器SCON、特殊功能寄存器PCON、波特率的設定及串行中斷操作。單片機與主機串口通信流程圖如圖20所示。圖20 單片機與主機串口通信流程圖 SBUF數(shù)據(jù)緩沖寄存器SBUF是一個可以直接尋址的串行口專用寄存器。CPU在讀SBUF時會指到接收寄存器，在寫時會指到發(fā)送寄存器，而且接收寄存器是雙緩沖寄存器，這樣可以避免接收中斷沒有及時的被響應，數(shù)據(jù)沒有被取走，下一幀數(shù)據(jù)已到來，而造成的數(shù)據(jù)重疊問題。51芯片的串口可以工作在幾個不同的工作模式下，其工作模式的設置就是使用SCON寄存器。 　表6 串行口工作模式設置SM0SM1?！∈焦Α∧懿ㄌ芈?00同步移位寄存器fosc/120118位UART可變1029位UARTfosc/32或fosc/641139位UART可變SM2=0表示不論第九位數(shù)據(jù)（RB8）為1還是0，都將前八位送入SBUF中，并產(chǎn)生中斷請求。REM是由軟件置位或清零。RB8為接收數(shù)據(jù)第8位。 RI接收中斷標識位。當系統(tǒng)復位是SMOD=1。本系統(tǒng)中，設置PCON=0X00。它的波特率是可變的，其速率是取決于定時器1或定時器2的定時值（溢出速率）。只有上下位機的波特率一樣時才可以進行正常通訊。波特率的計算公式為：。在這個定時模式2（TMOD=0x21）下定時器1溢出速率的計算公式如下： 溢出速率＝（計數(shù)速率）/(256－TH1)則波特率的計算公式為：本系統(tǒng)設定的波特率為9600，有上述公式，可以得到TH1=0XFD，則計數(shù)器的初值為TL1=0xFD。在設置IE=0x90，表示中斷總允許（EA=1），允許串口中斷（ES=1）。nRF905一共有四種工作模式, 其中有兩種活動RX/TX模式和兩種節(jié)電模式。節(jié)電模式有掉電和 SPI編程、STANDBY和SPI編程兩種。具體設置情況如表7。其工作流程為：，通過模擬SPI接口，按時序把接收機的地址 (TX address) 和要發(fā)送的數(shù)據(jù) (Tx payload) 送傳給nRF905，SPI接口的速率在通信協(xié)議和器件配置時確定； ，激發(fā)nRF905的ShockBurstTM發(fā)送模式； C. nRF905的ShockBurstTM發(fā)送： (1) 射頻寄存器自動開啟； (2) 數(shù)據(jù)打包(加字頭和CRC校驗碼)； (3) 發(fā)送數(shù)據(jù)包； (4) 當數(shù)據(jù)發(fā)送完成，數(shù)據(jù)準備好引腳（DR）被置高； D. AUTO_RETRAN被置高，nRF905不斷重發(fā)，直到TRX_CE被置低； E. 當TRX_CE被置低，nRF905發(fā)送過程完成，自動進入空閑模式。只有在前一個數(shù)據(jù)包被發(fā)送完畢，RF905才能接受下一個發(fā)送數(shù)據(jù)包。系統(tǒng)的工作過程如下：A. 當TRX_CE為高、TX_EN為低時，nRF905進入ShockBurstTM接收模式； B. 650us后，nRF905不斷監(jiān)測，等待接收數(shù)據(jù)； C. 當nRF905檢測到同一頻段的載波時，載波檢測引腳被置高； D. 當接收到一個相匹配的地址，AM引腳被置高； E. 當一個正確的數(shù)據(jù)包接收完畢，nRF905自動移去字頭、地址和CRC校驗位，然后把DR引腳置高；F. 微控制器把TRX_CE置低，nRF905進入空閑模式； G. 微控制器通過模擬SPI口，以一定的速率把數(shù)據(jù)移到微控制器內(nèi)； H. 當所有的數(shù)據(jù)接收完畢，nRF905把DR引腳和AM引腳置低； I. nRF905此時可以進入ShockBurstTM接收模式、ShockBurstTM發(fā)送模式或關機模式。當微處理器接到AM引腳的信號之后， 其就知道nRF905正在接收數(shù)據(jù)包，其可以決定是讓RF905繼續(xù)接收該數(shù)據(jù)包還是進入另一個工作模式。當進入這種模式時，nRF905是不活動的狀態(tài)，這時候平均電流消耗最小，電池使用壽命最長，在掉電模式中，配置字的內(nèi)容保持不變。電流消耗取決于晶體振蕩頻率。在此模式中。 DS18B20數(shù)據(jù)采集DS18B20在一根數(shù)據(jù)線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對AT89S52單片機來說，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，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。該協(xié)議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。DS18B2020傳感器的軟件操作流程及訪問協(xié)議如下如圖23所示。具體操作：總線控制器發(fā)出（TX）一個復位脈沖（一個最少保持480μs 的低電平信號），然后釋放總線，進入接收狀態(tài)（RX）。探測到I/O 引腳上的上升沿后DS1820 等待15~60μs，然后發(fā)出存在脈沖（一個60~240μs 的低電平信號）。小延時一下，讀取DS18B20上的數(shù)據(jù) ,因為從DS18B20上輸出的數(shù)據(jù)在讀時間隙下降沿出現(xiàn)15us內(nèi)有效，所有讀時間隙必須60~120us，這里77us，然后返回有效數(shù)據(jù)。 對于DS18B20寫0時序和寫1時序的要求不同，當要寫0時序時，單總線要被拉低至少60us，保證DS18B20能夠在15us到45us之間能夠正確地采樣IO總線上的“0”電平，當要寫1時序時，單總線被拉低之后，在15us之內(nèi)就得釋放單總線。因此對于上述情況，系統(tǒng)會自動提供報警，指示燈會不停地閃爍，同時蜂鳴器也會報警。第5章 溫濕度采集管理系統(tǒng)的設計 數(shù)據(jù)管理中心(上位機)軟件系統(tǒng)的總體設計前面詳細敘述了無線溫濕度傳輸系統(tǒng)的總體設計，并給出了具體的硬件架構和軟件設計。下面就來重點著手溫濕度采集管理系統(tǒng)的軟件的開發(fā)工作。因此，溫濕度采集管理系統(tǒng)全部采用模塊化結構設計。是系統(tǒng)接收終端監(jiān)測站點適時采集到的、并通過nRF905無線模塊發(fā)送到上位機無線通信模塊、再通過RS232串口進入管理系統(tǒng)的溫濕度數(shù)據(jù)。另外，該模塊還實現(xiàn)了手工添加數(shù)據(jù)的功能。本模塊包括實現(xiàn)數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)刪除、保存數(shù)據(jù)和報表打印等幾部分的功能?？梢詫⒔K端進行時時記錄、監(jiān)測，然后通過統(tǒng)計圖將數(shù)據(jù)趨勢時時顯示出來。(4) 異常處理模塊。(5) 歷史記錄模塊。(6) 幫助模塊。 數(shù)據(jù)庫邏輯結構設計主要數(shù)據(jù)表的結構如表8：表 8數(shù)據(jù)表結構列名數(shù)據(jù)類型主鍵否功能描述ID數(shù)字是溫度編號Month數(shù)字否月Day數(shù)字