【正文】 單總線(xiàn)通信協(xié)議中，將完成傳輸一位的時(shí)間稱(chēng)為一個(gè)時(shí)隙。 初始化脈沖是由主器件單片機(jī)發(fā)出一個(gè)持續(xù)時(shí)間超過(guò) 480 微秒的低電平，然后主器件釋放總線(xiàn)進(jìn)入接受狀態(tài)等待從器件的應(yīng)答，這時(shí)總線(xiàn)被上拉電阻提升至高電平，從器件 DS18B20 在檢測(cè)到上升沿后，等待 15~60μs將總線(xiàn)拉低保持 60~240μs作為應(yīng)答。無(wú)論讀時(shí)隙還是寫(xiě)時(shí)隙，都是從器件拉低總線(xiàn)至少 1μs 開(kāi)始的。兩個(gè)時(shí)隙的間隔時(shí)間 T 要大于 1μs。要產(chǎn)生“寫(xiě) 1”時(shí)隙，主器件必須在拉低總線(xiàn)之后的 15μs內(nèi)釋放總線(xiàn)，這時(shí)上拉電阻會(huì)抬高總線(xiàn)；要產(chǎn)生“寫(xiě) 0”時(shí)隙，主器件要在拉低總線(xiàn)之后的整個(gè)寫(xiě)時(shí)隙周期內(nèi)一直保持低電平不變。 讀時(shí)隙， DS18B20 在主器件發(fā)出有關(guān)讀命令后，才能發(fā)數(shù)據(jù)給主器件。主器件拉低總線(xiàn)至少 1μs開(kāi)始一個(gè)讀時(shí)隙，然后立即釋放總線(xiàn)，接著 DS18B20 會(huì)發(fā)出數(shù)據(jù)到總線(xiàn)， DS18B20 拉低總線(xiàn)數(shù)據(jù)為 0，釋放總線(xiàn)數(shù)據(jù)為 1（由上拉電阻抬高總線(xiàn)）。 基于 nRF905 的無(wú)線(xiàn)溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 10 5 數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 簡(jiǎn)介 DS18B20 是 DALLAS 公司推出的數(shù)字溫度傳感器，直接輸出 9~12 位的 數(shù)字溫度值，含有一個(gè)非易失性存儲(chǔ)器保存上下限報(bào)警器。工作溫度范圍是 55~+125℃ ，溫度測(cè)量數(shù)據(jù)在 10~+85℃ 范圍內(nèi)精度達(dá)到 ℃ 。 DS18B20 的引腳封裝和性能 常用 的 DS18B20 采用與普通三極管相同的 TO92 封裝形式，另外也有 8 引腳的SO 和 μSOP 封裝。 （ a） TO92 封裝 （ b） 8 引腳 SO 封裝 圖 DS18B20 的引腳封裝 基于 nRF905 的無(wú)線(xiàn)溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 11 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 是 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 【 6】 。溫度報(bào)警上、下限寄存器各占一字節(jié)，還有一個(gè)配置字節(jié)由用戶(hù)自己來(lái)設(shè)定溫度 數(shù)據(jù)的位數(shù)（ 9， 10， 11 和 12 位），這三個(gè)字節(jié)都是 EEPROM 非易失性存儲(chǔ)器，即使在系統(tǒng)掉電時(shí)數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失。在單總線(xiàn)系統(tǒng)中，所有器件都通過(guò)一個(gè)三態(tài)門(mén)或開(kāi)漏極連接在單總線(xiàn)上，因此該總線(xiàn)需要一個(gè)上拉電阻。 DS18B20 的核心是它的直接數(shù)字溫度傳感器，該傳感器分辨率可設(shè)置為 9， 10，11 和 12 位，分別對(duì)應(yīng)于 ℃ ， ℃ ， ℃ ， ℃ 的溫度增量 ， 上電后分辨率默 認(rèn)為 12 位的 。 圖 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 基于 nRF905 的無(wú)線(xiàn)溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 12 DS18B20 在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用電路 圖 是使用單片機(jī)（ STC89C52）來(lái)訪問(wèn)單總線(xiàn)器件 DS18B20 溫度傳感器 的電路圖 【 6】 。主機(jī)通過(guò) ROM 命令確定 DS18B20 后，即可給 DS18B20 發(fā)出功能命令來(lái)啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換、決定 DS18B20 的供電方式以及向 DS18B20 的中間結(jié)果寄存器寫(xiě)入數(shù)據(jù)或者讀出數(shù)據(jù)，下面介紹其功能命令。若 DS18B20 是由外部供電的，那么主機(jī)就可在該命令之后進(jìn)入讀時(shí)隙， DS18B20根據(jù)轉(zhuǎn)換完成與否做出反應(yīng)，如果轉(zhuǎn)換還在進(jìn)行中則給主機(jī)發(fā) 0，否則發(fā) 1。 讀中間結(jié)果暫存器命令（ Read Scratchpad），該命令讓主機(jī)讀出 DS18B20 中間結(jié)果暫存器內(nèi)的 9 個(gè)字節(jié)，由最低字節(jié)開(kāi)始一直讀到第 9 字節(jié)。 基于 nRF905 的無(wú)線(xiàn)溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 13 寫(xiě)中間結(jié)果暫存器命令（ Write Scratchpad），該命令讓主機(jī)寫(xiě)三個(gè)字節(jié)到DS18B20，第一個(gè)字節(jié)被寫(xiě)入 TH 寄存器，第二個(gè)字節(jié)被寫(xiě)入 TL 寄存器，第三個(gè)字節(jié)被寫(xiě)入配置寄存器。 復(fù)制中間結(jié)果暫存器命令（ Copy Scratchpad），復(fù)制中間結(jié)果暫存器 TH,TL 和配置寄存器數(shù)據(jù)到 EEPROM。 回傳 EEPROM 內(nèi)容命令（ Recall E2），該命令執(zhí)行由 EEPROM 回傳 TH，TL 和配置寄存器數(shù)據(jù)到中間結(jié)果寄存器的第 2， 3， 4 字節(jié)。與啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換命令類(lèi)似， DS18B20 可根據(jù)回傳完成與否做出反應(yīng)，若回傳尚在進(jìn)行之中則給主機(jī)發(fā) 0，若回 傳已完成則發(fā) 1。 讀電源類(lèi)型命令（ Read Power Supply），主機(jī)在發(fā)出該命令后緊跟一個(gè)讀時(shí)隙，以便判斷在總線(xiàn)上是否有寄生供電的器件。 基于 nRF905 的無(wú)線(xiàn)溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 14 6 nRF905 無(wú)線(xiàn)數(shù)傳芯片簡(jiǎn)介 挪威 NORDIC 公司推出 了一種單片射頻芯片是本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心 ， 此芯片工作 于 ~ 電壓范圍內(nèi) ， 使用 433MHz/868MHz/915MHz 的 ISM 頻段，頻道轉(zhuǎn)換時(shí)間小于 650μs，數(shù)據(jù)傳輸速率 最大 為 100Kb/s。 此外，功耗較低 。 芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)與封裝 nRF905 片內(nèi)集成了電源管理、晶體振蕩器、低噪聲放大器、頻率合成器和功率放大器等模塊，曼徹斯特編碼 /解碼有片內(nèi)硬件完成，用戶(hù)無(wú)須對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行曼徹斯特編碼，因而使用方便。 圖 nRF905 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 基于 nRF905 的無(wú)線(xiàn)溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 15 nRF905 采用 32 引腳的 QFN 5mm*5mm 小封裝（ 32L QFN 5mm*5mm） ,體積小，節(jié)省印制板面積。 圖 nRF905 的封裝和引腳分布 工作模式 nRF905 有兩種工作模式和兩種節(jié)電模式。nRF905 的工作模式由 TRX_CE,TX_EN 和 PWR_UP 三 引腳決定，詳見(jiàn)表 。 由于 nRF905 工作于 ShockBurstTM模式，因此使用 低速的微控制器也能得到很高的射頻數(shù)據(jù)發(fā)射速率。在 ShockBurstTM發(fā)送模式，nRF905 自動(dòng)產(chǎn)生字頭和 CRC 校驗(yàn)碼，當(dāng)發(fā)送過(guò)程完成后，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳通知微處理器數(shù)據(jù)發(fā)射完畢。下面具體詳細(xì)分析 nRF905 的發(fā)送流程和接收流程。 （ 2） TRX_CE 和 TX_EN 被 MCU 置高， ShockBurstTM發(fā)送 模式被 激發(fā) 。 （ 4） 置高 AUTO_RETRAN， nRF905 發(fā)送 ， TRX_CE 變成低電平時(shí)停止 。 典型的 nRF905 接收流程： （ 1） 當(dāng) TRX_CE 是高電平 、 TX_EN 是低電平時(shí) ， nRF905 進(jìn)入 ShockBurstTM的 接收模式 。 （ 3） 當(dāng) 同一頻段的載波 被 nRF905 檢測(cè)到時(shí)， 置高 載波檢測(cè)引腳 CD。 （ 5） 當(dāng)一個(gè)正確的數(shù)據(jù)包接收完畢， nRF905 自動(dòng)移去 前導(dǎo)碼 、地址和 CRC校驗(yàn)位，然后 置高 引腳 DR。 （ 7） MCU 通過(guò) SPI 口，以一定的速率把數(shù)據(jù)移到 MCU 內(nèi) 。 （ 9） 此時(shí) nRF905 可以進(jìn)入 ShockBurstTM接收模式、 ShockBurstTM 發(fā)送模式或 掉電 模式 基于 nRF905 的無(wú)線(xiàn)溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 18 節(jié)能模式 nRF905 的 節(jié)能模式包括掉電模式和待機(jī)模式。 待機(jī)模式有利于減小工作電流。在待機(jī)模式時(shí)， nRF905 內(nèi)部的部分晶體振蕩器處于工作狀態(tài)。 nRF905 的配置 nRF905 內(nèi)部有若干寄存器，這些寄存器必須經(jīng)過(guò)適當(dāng)配置，才能使其正常工作。 SPI 接口的工作可通過(guò) SPI 指令執(zhí)行。 nRF905 內(nèi)部 的 SPI 接口連接有 5 個(gè)寄存器，分別是狀態(tài)寄存器、射頻配置寄存器、發(fā)送地址寄存器（ TX_ADDRESS）、發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器（ TX_PAYLOAD）和接收數(shù)據(jù)寄存器（ RX_PAYLOAD）。只有在 SPI 的片選引腳 CSN 為低時(shí)， nRF905 才能 接收一條 SPI 指令，當(dāng)引腳 CSN 發(fā)生由高到低的跳變時(shí)， nRF905 才開(kāi)始接收 一條新的 SPI 指令。該電路的輸出，通過(guò)一個(gè)差分到單端的匹配網(wǎng)絡(luò)連接到50Ω 的單端天線(xiàn) 。 基于 nRF905 的無(wú)線(xiàn)溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 19 圖 nRF905 應(yīng)用電路圖 基于 nRF905 的無(wú)線(xiàn)溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 20 7 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) nRF905 無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊 PTR8000 無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊是一款以 nRF905 為核心的無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊，體積小，使用方便。此接口與單片機(jī)相連，組成使用的無(wú)線(xiàn)數(shù)傳系統(tǒng)這些引腳功能分為3 組。 PTR8000 工作模式由 TRX_CE,TX_EN， PWR_UP 來(lái)設(shè)置。由 SCK,MISO,MOSI 和 CSN 信號(hào)線(xiàn)組成。 狀態(tài)輸出信號(hào)。在發(fā)送模式下， PTR8000自動(dòng)產(chǎn)生前導(dǎo)碼 和 CRC 碼， DR 信號(hào)通知單片機(jī)數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)完成。 圖 無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊用戶(hù)接口 基于 nRF905 的無(wú)線(xiàn)溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 21 系統(tǒng)的硬件電路圖 本系統(tǒng)由兩套 PTR8000 無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊組成。由于 nRF905 工作電壓在 3V 左右，所以加上 AMS1117穩(wěn)壓芯片使模塊輸入電壓穩(wěn)定在 。 圖 發(fā)送部分電路原理圖 基于 nRF905 的無(wú)線(xiàn)溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 22 在接收的一套模塊上增加了一片由 MAX232 組成的 RS232 串口接口電路，通過(guò)此電路與上位機(jī)相連。 圖 接收部分電路原理圖 基于 nRF905 的無(wú)線(xiàn)溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 23 8 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 前幾章完成了該系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，本章將在前幾章硬件基礎(chǔ)上完成相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能 。 單片機(jī)編程 兩套模塊中，一套用于溫度采集，并將溫度數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線(xiàn)數(shù)傳模塊發(fā)送，另一套負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)并通過(guò)串口將數(shù)據(jù)送入上位機(jī)處理。 （ a）發(fā)送流程 （ b）接收流程 圖 系統(tǒng)工作流程圖 nRF905 初始化，配置射頻寄存器 DS18B20 初始化 讀溫度數(shù)據(jù) 寫(xiě)發(fā)送地址和數(shù)據(jù) 發(fā)送數(shù)據(jù) 完成？ NO YES nRF905 初始化，配置射頻寄存器 等待接收數(shù)據(jù) 完成？ 發(fā)送數(shù)據(jù) 給上位機(jī) NO YES 基于 nRF905 的無(wú)線(xiàn)溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 24 上位機(jī)編程 MSComm 控件 是 Microsoft 提供的 ActiveX 控件，目的是簡(jiǎn)化 Windows 下串行通信編程 。 在串口通信過(guò)程中，當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)、收到數(shù)據(jù)或產(chǎn)生傳輸錯(cuò)誤時(shí)，觸發(fā) MSComm 控件 OnComm事件，然后通過(guò)判斷 CommEvent 屬性值獲得事件類(lèi)型，根據(jù)事件類(lèi)型進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。 接收部分的單片機(jī)通過(guò)串口測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)給上位機(jī)，上位機(jī)使用 VB 編的應(yīng)用程序來(lái)處理這些數(shù)據(jù)，同時(shí)將數(shù)據(jù)顯示在上位機(jī)屏幕上供用戶(hù)查看。 圖 上位機(jī) VB 程序界面 程序主要包括四個(gè)部分，即溫度曲線(xiàn)的顯示 、溫度數(shù)值顯示、統(tǒng)計(jì)計(jì)算和四個(gè)按鈕處理程序。 基于 nRF905 的無(wú)線(xiàn)溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 25 圖 上位機(jī)實(shí)驗(yàn)顯 示 基于 nRF905 的無(wú)線(xiàn)溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 26 9 總結(jié) 本文是大棚溫度 數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)，核心的部分就是遠(yuǎn)程傳輸溫度數(shù)據(jù) 和實(shí)時(shí)顯示溫度變化 。 本設(shè)計(jì)中存在的不足是沒(méi)有采取多點(diǎn)測(cè)量取得平均值的方法，單看一點(diǎn)的溫度也許不會(huì)精確的顯示大棚的溫度的實(shí)際情況。 基于射頻收發(fā)器 nRF905 進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信 ， 實(shí)現(xiàn)近距離微控制器的無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)，進(jìn)行多個(gè)大棚溫度 數(shù)據(jù) 采集 、傳輸與顯示 ，這些都是后序可以做的項(xiàng)目。 本設(shè)計(jì)能較好的測(cè)量溫度以及在上位機(jī)上顯示溫度變化和歷史溫度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。這不僅使我學(xué)習(xí)到了硬件電路的設(shè)計(jì)，還學(xué)習(xí)了怎么樣去調(diào)試系統(tǒng) 和軟件設(shè)計(jì) 。 基于 nRF905 的無(wú)線(xiàn)溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 27 致謝 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的制作，凝聚了我辛勤的汗水，也注入了老師和同學(xué)熱情的幫助和無(wú)私的奉獻(xiàn)。從畢業(yè)設(shè)計(jì)的選題、資料的收集、參考書(shū)目的推薦到實(shí)物的調(diào)試和完成直到最后的論文定稿， 趙 老師總是循循善誘的給我指出不足并提出中肯的改善意見(jiàn)。 其次，我要感謝在設(shè)計(jì)當(dāng)中給予我?guī)椭脑S多同學(xué)、朋友，特別是 王雷和全體網(wǎng)絡(luò)工作室組員 ， 他 們 也傾注了很多的精力給予我真誠(chéng)的幫助， 在我遇到困難解決不了的時(shí)候，是他們給了我動(dòng)力和信心，而且利用扎實(shí)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)幫我解決了不少問(wèn)題。在他們的教導(dǎo)和指引下，我度過(guò)了充實(shí)的難忘的四年大學(xué)生涯，這些都將成為我人生最寶貴的財(cái)富，在此我對(duì)所有的老師們致以最誠(chéng)摯的謝意和最衷心的祝愿！ 衷心祝愿各位老師事業(yè)順利，合