【正文】 0 芯片簡介 ................................................................................ 6 DS18B20 采集電路 ............................................................................. 6 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) ................................................................................ 7 DS18B20 的測 溫原理 ............................................................................ 7 DS18B20 內(nèi)部暫存器 ............................................................................ 8 nRF905 收發(fā)模塊 ............................................................................................. 9 nRF905 芯片介紹 ................................................................................. 10 數(shù)據(jù)發(fā)送 .............................................................................................. 11 數(shù)據(jù)接收 .............................................................................................. 11 收發(fā)天線的設(shè)計 ............................................................................................ 12 5 軟件介紹 .................................................................................................................. 13 采集電路流程圖 ............................................................................................ 13 鍵盤流程圖 .................................................................................................... 13 nRF905 控制程序 ........................................................................................... 13 初始化配置 .......................................................................................... 15 nRF905 發(fā)送流程圖 ............................................................................. 16 nRF905 接收流程圖 ............................................................................. 17 6 結(jié)論 .......................................................................................................................... 17 致謝 .............................................................................................................................. 18 參考文獻 ...................................................................................................................... 18 附錄 1 系統(tǒng)總體原理圖 ............................................................................................. 21 附錄 2 程序清單 ......................................................................................................... 22 1 1 緒論 近十幾年來，隨著網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的發(fā)展，越來越多的信息采集和遠程控制系統(tǒng)采用了無線數(shù)據(jù)傳送技術(shù)，它與有線數(shù) 據(jù) 傳 輸 相比主要有布線成本低、安裝簡便、便于移動的 優(yōu)點 。 而且隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展和快速普及 ， 越來越多的基于單片機為微控制器的的測控設(shè)備或智能儀器儀表都需要通過互聯(lián)網(wǎng)上進行數(shù)據(jù)交換或傳輸數(shù)據(jù)， 同時傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)遠傳程序一般存在了下面一些不足： (1)采集參數(shù)及派生參數(shù)不齊全，不完整，不標準；數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)不合理，沒有按照一定的信息傳輸標準進行數(shù)據(jù)的處理和存儲；兼容性差，如中英文顯示、數(shù)據(jù)處理的格式等方面仍有很大的不足；監(jiān)控界面單一，畫面不豐富，輸出的格式 (包括屏幕顯示和打印輸出 )不靈活，過于死板，無法滿足不同用戶的需要。數(shù)據(jù)需要多次重復(fù)輸入，不能充分利用數(shù)據(jù)庫；同時系統(tǒng)不能滿足現(xiàn)場對數(shù)據(jù)遠程傳輸、瀏覽、回放 (圖形或文本 )的需要；發(fā)送端在遠傳過程中相當于服務(wù)器，但目前發(fā)送端服務(wù)器的管理功能相對比較薄弱。 無線通信在機動性要求較強的設(shè)備中或人們不方便隨時到達現(xiàn)場的條件下得到了越來越廣泛的應(yīng) 用。 通常射頻芯片采用 GFSK(高斯頻移鍵控 )調(diào)制方式，工作于 ISM(工業(yè)、科學、醫(yī)療 )頻段，通信模塊包含簡單透明的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議或使用簡單的加密協(xié)議，用戶不必對無線通信原理和工作機制有較深的了解，只要依據(jù)命令字進行操作即可實現(xiàn)基本的數(shù)據(jù)無線傳輸功能，因其功率小、開發(fā)簡單快速而在工業(yè)、民用等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。凡是布線繁雜或不允許布線的場合都希望能通過無線方案來解決。 在各種各樣的測控系統(tǒng)中，傳感器所測得的信號通常使用導(dǎo)線傳輸 ， 這種傳輸方式常常會帶來電磁干擾和信號衰減。如果測量點在運動物體上或被隔離區(qū)域內(nèi)，信號傳輸線的問題就很難解決。隨著射頻、集成電路技術(shù)的發(fā) 展，無線通信功能的實現(xiàn)更容易，數(shù)據(jù)傳輸速率更快，抗干擾能力更強。無線數(shù)據(jù)傳輸與有線數(shù)據(jù)傳輸相比，有諸多優(yōu)點：一是成本低，省去大量布線；二是建網(wǎng)快捷，只需在每個終端連接無線數(shù)據(jù)傳輸模塊和架設(shè) 適當高度天線；三是適應(yīng)性好，可應(yīng)用于某些特殊環(huán)境；四是擴展性好 ， 只需將設(shè)備與無線數(shù)據(jù)傳輸模塊相連接。 即使在相距不是很遠的地方，無線通信的應(yīng)用同樣廣泛，人們希望通過一個小型的、短距離的無線網(wǎng)絡(luò)為移動和商業(yè)用戶提供各種服務(wù) [1]。 本文介紹的系統(tǒng)可 實現(xiàn) 對花房中溫 度 的 自動測量和采集， 并且可以進行無線傳輸和實時顯示。由于溫室環(huán)境的自然特性在不同地點的溫度值是不均勻的，所以需要采集多個不同點的溫度值進行綜合評判。 2 設(shè)計要求 系統(tǒng)的具體設(shè)計要求為： (1)系統(tǒng)能夠 完成對 所傳輸?shù)臏囟戎?進行自動采集 、 測量 、 實時顯示及無線傳輸功能 。 (3)能完成 無線 數(shù)據(jù)傳輸 功能 。 3 整體電路方框圖 本系統(tǒng)采用點對多點的形式，由 發(fā)射系統(tǒng) 、 接收系統(tǒng) 組成。傳感器 DS18B20 采集數(shù)據(jù)， 經(jīng) 單片機處理后，通過 nRF905 發(fā)送給 接收系統(tǒng) 。發(fā)射系統(tǒng)的 安裝 在 需測溫度的地方測量溫度，通過無線方式把采集的數(shù)據(jù)傳送到接收系統(tǒng)。nRF905 接收 發(fā)射的 數(shù)據(jù)，處理以后 送 LED 顯示器進行顯示 ， 鍵盤用于設(shè)置 發(fā)射地址。 3 4 單元電路介紹 整個電路主要 由 兩部分組成 ，一是數(shù)據(jù)采集 部分 ，包括 DS18B20 溫度采集、鍵盤控制 、單片機 89C5 LED 顯示；二是數(shù)據(jù)傳輸 部分 ，包括 nRF905 射頻收發(fā) 電路 及顯示電路。 時鐘發(fā)生器 89C51 芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。電容 C1 和 C2 通常取 30pF 左右，可穩(wěn)定頻率對振蕩頻率有微調(diào)作用。具體的框圖如圖 3 所示 [2]。復(fù)位信號是高電平有效，其有效時間應(yīng)持續(xù) 24 個振蕩周期以上。復(fù)位電路雖然簡單，但其作用非常重要，一個單片機系統(tǒng)能否正常運行，首先要檢查是否復(fù)位成功。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleN um b er Re visionSizeBD ate: 29 M ay 2 008 Sh eet of File: C:\P RO G RA M FI LES \D ES IG N EX P LO RER 99 S E\EX A M P LES \BA CK U P ~ D BD r aw n By :S1 2R120 0R21KV CCC122μF 圖 4 復(fù)位電路 看門狗 電路 微處理器在運行當中會受到各種各樣的干擾，如電源及空間電磁干擾，由于單片機自身的 抗干擾能力比較差，常會出現(xiàn)單片機因為受外界干擾而導(dǎo)致死機的現(xiàn)象，造成系統(tǒng)不能正常工作。 在一個單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，所謂的 “看門狗 ”是指在系統(tǒng)設(shè)計中通過軟件或硬件方式在一定的周期內(nèi)監(jiān)控單片機或其他 CPU 的運行情況。 X5045 是 XICOR 公司生產(chǎn)的具有上電復(fù)位、電壓監(jiān)控、看門狗以及 串行EEPROM 數(shù)據(jù)存儲 4 種功能的多用 途芯片。 X5045 正是基于這一原則實現(xiàn)基本的讀 /寫操作的。 （ 3）寫操作前應(yīng)先讀取狀態(tài)寄存器，判斷 WIP 為 0 時，在寫使能 允許命令后就可以寫狀態(tài)寄存器或向 EEPROM 寫數(shù)據(jù)。在設(shè)定的定時時間以內(nèi)，微處理器必須在WDI 引腳上產(chǎn)生一個由高到低的電平變化，以清內(nèi)部定時器，即 “喂狗 ”；否則X5045 將產(chǎn)生一個復(fù)位信號。 X5045 與 89C51 的接口電路如圖 5 所示 [3]。在不需要使用串行通信的場合，利用串行口加外圍芯片 74HC164 就可構(gòu)成一個或多個并行輸入 /輸出口，用于鍵盤驅(qū)動或顯示 LED 驅(qū)動 [4]。 引腳如圖 6， 圖 6 74HC164 引腳圖 功能如下： (1)QO~Q7：并行輸出端。 6 (3)CLR/：清零端，零電平，使 74HC164 輸出清零。當 CLK=0， CLR=1時， 74HC164 保持原來數(shù)據(jù)狀態(tài)。這種電路屬于靜態(tài)顯示，比動態(tài)顯示亮度更高些。與動態(tài)掃描相比較，無需 CPU不停地掃描，頻繁的為顯示服務(wù)，節(jié)省了 CPU 時間，軟件設(shè)計也較簡單。 圖 7 串行控制鍵盤掃描和顯示器接口電路 DS18B20 采集 單元 DS18B20 芯片簡介 DS18B20 采用獨特的單線接口方式，在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)與微處理器的雙向通訊。還支持多點組網(wǎng)功能，多個 DS18B20 可以并聯(lián)，實現(xiàn)多點測溫。 DS18B20 采集電路 以 89C51 單片機為核心的 2 路溫度采集和顯示的 DS18B20 應(yīng)用系統(tǒng) ， 如圖8 所示 。 L1～ L2 也是用來 標志 哪 一 路被采集和顯示的。 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 9 所示。 圖 8 DS18B20 采集電路 圖 9 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 DS18B20 的測溫原理 DS18B20 的測溫原理如圖 10 所示，圖 10 中低度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器 1。計數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在 20℃ 所對應(yīng)的一個基數(shù)值。斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性其輸出用于修正計數(shù)器 1 的預(yù)置值 [5]。 DS18B20 內(nèi)部暫存器 DS18B20 內(nèi)部暫存寄存器的分布如表 1 所列，其中第 7 字節(jié)存放的是當溫度寄存器停止增值時計數(shù)器 1 的計數(shù)剩余值，第 8 字節(jié)存放的是每度所對應(yīng)的計數(shù)值 。首先用DS18B20 提供的讀暫存寄存器指令（ BEH），讀出以 ℃ 為分辨率的溫度測量結(jié)果，然后切去測量結(jié)果中的最低有效位（ LSB），得到所測實際溫度整數(shù)部分 T整數(shù)，然后再用 BEH 指令讀取計數(shù)器 1 的計數(shù)剩余值 M 剩余和每度計數(shù)值 M每度 。 nRF905 的外部電路主要有三個部分組成 ： VCO 的外部電路 、 天線和接口驅(qū)動電路。其諧振回路將包括以下幾個部分