【正文】 等部門最普遍的測(cè)量項(xiàng)目，它在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、現(xiàn)代科學(xué)研究以及高新技術(shù)開發(fā)過程中也是一個(gè)極其普遍而又非常重要的參數(shù)。 本設(shè)計(jì)從 NRF905 無(wú)線傳輸模塊的實(shí) 際應(yīng)用出發(fā)，對(duì)環(huán)境溫度數(shù)據(jù)的采集、傳輸以及處理過程進(jìn)行了研究，提出了一種基于 STC89C52 的溫度檢測(cè)與無(wú)線傳輸系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)采用 STC89C52 單片機(jī)作為主芯片，以 NRF905 作為無(wú)線收發(fā)模塊，利用 SPI 口實(shí)現(xiàn)雙向通信， SPI 支持高速數(shù)據(jù)傳輸，從而滿足了射頻帶寬的要求。當(dāng)溫度超過設(shè)定上限時(shí)，以蜂鳴器和直流電機(jī)來(lái)完成報(bào)警與降溫過程的模擬。NRF905 Wireless chip 1 引 言 在工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)，常常需要采集大量的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，如電壓、電流、溫度、濕度、氣壓等，溫度是一個(gè)非常重要的物理量，因?yàn)樗苯佑绊懭紵?、化學(xué)反應(yīng)、發(fā)酵、烘烤、煅燒、蒸餾、濃度、擠壓成形、結(jié)晶以及空氣流動(dòng)等物理和化學(xué)過程。溫度采集控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和人們的生活領(lǐng)域中，得到了廣泛應(yīng)用，在工業(yè)生產(chǎn)過程中，很多 時(shí)候都需要對(duì)溫度進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控，以使得生產(chǎn)能夠順利的進(jìn)行，產(chǎn)品的質(zhì)量才能夠得到充分的保證。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展要求溫度測(cè)量的范圍向深度和廣度擴(kuò)展不但要求有足夠的精度滿足工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的要求 ,而且還要求有廣泛的測(cè)溫范圍。隨著射頻、集成電路技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線通信功能的實(shí)現(xiàn)更容易，數(shù)據(jù)傳輸速率更快，抗干擾能力更強(qiáng)，因此，許多應(yīng)用采用了無(wú)線傳輸技術(shù)。因此，無(wú)線傳輸是一種有效數(shù)據(jù)傳輸方式。 溫度的測(cè)量與分析在工業(yè)上的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，能做出準(zhǔn)確、穩(wěn)定、快速的溫度測(cè)量裝置是很有難度的。傳感器主要經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段：模擬集成溫度傳感器、模擬集成溫度控制器、智能溫度傳感器。 單片機(jī) 誕生于 1971年，經(jīng)歷了 SCM、 MCU、 SoC三大階段。檢測(cè)技術(shù)和傳感技術(shù)是人們?yōu)榱藢?duì)被測(cè)對(duì)象所包含的信息進(jìn)行定性的了解和定量的掌握所采取的一系列的技術(shù)措施。基于單片機(jī)的溫度采集系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于采用計(jì)算機(jī)、自動(dòng)檢測(cè)、微電子和自動(dòng)控制等多項(xiàng)技術(shù)，不僅具有信號(hào)采集方便、簡(jiǎn)單、靈活性大的優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被測(cè)溫度的技術(shù)指標(biāo)。 3 第一章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ) 硬件基礎(chǔ) 本系統(tǒng)以 STC89C52單片機(jī)為核心結(jié)合傳感技術(shù)、單片機(jī)接口技術(shù)、 NRF905通信技術(shù)等為溫度檢測(cè)分析搭建了一個(gè)平臺(tái)。 STC89C52使用經(jīng)典的 MCS51內(nèi)核，但 做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng) 51單片機(jī)不具備的功能。 STC89C52擁有靈巧的 8位 CPU和在系統(tǒng)可編程 Flash，具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié) Flash， 512字節(jié) RAM， 32位 I/O口線， 看門狗定時(shí)器 ，內(nèi)置 4KB EEPROM， MAX810復(fù)位電路， 3個(gè) 16 位 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器， 4個(gè)外部中斷，一個(gè) 7向量 4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng) 51的 5向量 2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)），全雙工 串行口 ?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。最高運(yùn)作頻率35MHz， 6T/12T可選。 STC89C52集成度高， 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，實(shí)現(xiàn)模塊化；單片機(jī)可靠性高，可工作到 ～ ；處理功能強(qiáng)，速度快。 目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，大致可分如下幾個(gè)范疇： 用 現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備 通信接口 ，可以很方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)，電話機(jī)、小型 程控交換機(jī) 、樓宇自動(dòng)通信呼叫系 4 統(tǒng)、列車無(wú)線通信、再 到日常工作中隨處可見的移動(dòng)電話，集群移動(dòng)通信， 無(wú)線電對(duì)講機(jī)等。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或 數(shù)字電路 更加強(qiáng)大 。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報(bào)警系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級(jí)控制系統(tǒng)等。 現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備 通信接口 ，可以很方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信 設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)，電話機(jī)、小型 程控交換機(jī) 、樓宇自動(dòng)通信呼叫系統(tǒng)、列車無(wú)線通信、再到日常工作中隨處可見的移動(dòng)電話，集群移動(dòng)通信， 無(wú)線電對(duì)講機(jī)等。 此外，單片機(jī)在工商，金融，科研、教育，國(guó)防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。其一個(gè)工作周期可分為兩個(gè)部分，即溫度檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理。 18B20共有三種形態(tài)的存儲(chǔ)器資源， 5 它們分別是： (1)ROM只讀存儲(chǔ)器，用于存放 DS18B20ID編碼，其前 8位是單線系列編碼（ DS18B20的編碼是 19H），后面 48位是芯片唯一的序列號(hào)，最后 8位是以上 56的位的 CRC碼（冗余校驗(yàn)）。 DS18B20共 64位 ROM。 (3)第 2個(gè)字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值信息，第 4個(gè)字節(jié)是用戶 EEPROM（常用于溫度報(bào)警值儲(chǔ)存）的鏡像。第 5個(gè)字節(jié)則是用戶第 3個(gè) EEPROM的鏡像。第 9個(gè)字節(jié)為前 8個(gè)字節(jié)的 CRC碼。 在每一次讀溫度之前都必須進(jìn)行復(fù)雜的且精準(zhǔn)時(shí)序的處理，因?yàn)?DS18B20的硬件簡(jiǎn)單結(jié)果就會(huì)導(dǎo)致軟件的巨大開消，也是盡力減少有形資產(chǎn)轉(zhuǎn)化為無(wú)形資產(chǎn)的投入，是一種較好的節(jié)約之道。當(dāng) 18B20接到此復(fù)位信號(hào)后則會(huì)在 15～60uS后回發(fā)一個(gè)芯片的存在脈沖。至此，通信雙方已經(jīng)達(dá)成了基本的協(xié)議，接下來(lái)將會(huì)是控制器與 18B20間的數(shù)據(jù)通信。 ROM指令：雙方打完了招呼之后最要將進(jìn)行交流了， ROM指令共有 5條，每一個(gè)工作周期只能發(fā)一條， ROM指令分別是讀 ROM數(shù)據(jù)、指定匹配芯片、跳躍 ROM、芯片搜索、報(bào)警芯片搜索。其主要目的是為了分辨一條總線上掛接的多個(gè)器件并作處理。 器操作指令：在 ROM指令發(fā)送給 18B20之后，緊接著（不間斷）就是發(fā)送存儲(chǔ)器操作指令了。存儲(chǔ)器操作指令的功能是命令 18B20作什么樣的工作，是芯片控制的關(guān)鍵。如執(zhí)行溫度轉(zhuǎn)換指令則控制器（單片機(jī)）必須等待 18B20執(zhí)行其指令，一般轉(zhuǎn)換時(shí) 間為 500uS。數(shù)據(jù)的讀寫方法將有下文有詳細(xì)介紹。緊接著執(zhí)行第二個(gè)周期為復(fù)位、跳過 ROM指令、執(zhí)行讀 RAM的存儲(chǔ)器操作指令、讀數(shù)據(jù)（最多為 9個(gè)字節(jié)，中途可停止，只讀簡(jiǎn)單溫度值則讀前 2個(gè)字節(jié)即可）。芯片內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置。 NRF905 采用 Nordic 公司的 VLSI ShockBurst 技術(shù)。通過將與 RF 協(xié)議有關(guān)的高速 信號(hào)處理 放到芯片內(nèi)， NRF905 提供給應(yīng)用的微控制器一個(gè) SPI 接口，速率由微控制器自己設(shè)定的接口速度決定。在 ShockBurst RX模式中，地址匹配 AM 和數(shù)據(jù) 準(zhǔn)備就緒 DR 信號(hào)通知 MCU 一個(gè)有效的地址和 數(shù)據(jù)包 已經(jīng)各自接收完成。總之，這意味著降低 MCU 的存儲(chǔ)器需求也就是說(shuō)降低 MCU 成本，又同時(shí)縮短軟件開發(fā)時(shí)間。在配置模式下 單片機(jī) 通過 SPI 7 接口配置高頻頭的工作參數(shù)；在發(fā)射 /接收模式下單片機(jī) SPI 接口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。典型的 NRF905 模塊數(shù)據(jù)接收流程 [4]：（ 1）微控制器控制 TRX_CE 為高電平、 TX_EN 為低電平， NRF905 模塊進(jìn)入接收模式；（ 2） 650us 后， NRF905 模塊監(jiān) 測(cè)空中的信息，等待接收數(shù)據(jù)；（ 3）當(dāng) NRF905 模塊檢測(cè)到與接收頻率相同的載波時(shí)，設(shè)置載波檢測(cè)管腳（ CD 管腳）為高電平；（ 4）當(dāng) NRF905 模塊接收到有效的地址時(shí)，設(shè)置地址匹配管腳（ AM 管腳）為高電平；（ 5）當(dāng)一個(gè)正確的數(shù)據(jù)包接收完畢后， NRF905 模塊自動(dòng)去掉數(shù)據(jù)包的字頭、地址和 CRC 校驗(yàn)碼，然后將數(shù)據(jù)接受完成管腳置為高電平；（ 6）微控制器將 TRX_CE 設(shè)置為低電平；（ 7）微控制器通過 SPI 接口以一定的速率提取數(shù)據(jù)包中的有效接收數(shù)據(jù)；（ 8）當(dāng)所有的有效數(shù)據(jù)接收完畢，微控制器控制 NRF905 模塊數(shù)據(jù)接收完成管腳（ DR 管腳）和地址匹配管腳（ AM 管腳）為低電平；（ 9） NRF905 進(jìn)入待機(jī)模式。每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔每行之間也有間隔起到了字符間距和行間 距的作用 。 1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（ CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了 160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形 ， 這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼 。 其指令集有：（ 1） 1602通過 D0～ D7的 8位數(shù)據(jù)端傳輸數(shù)據(jù)和指令。（ 3）顯示開關(guān)及光標(biāo)設(shè)置： (初始化 )0000 1DCB D顯示 (1有效 )、 C光標(biāo)顯示 (1有效 )、 B光標(biāo)閃爍 (1有效 )、 0000 01NS N=1(讀或?qū)懸粋€(gè)字符后地址指針加 1 amp。光標(biāo)減 1)， S=1且 N=1(當(dāng)寫一 個(gè)字符后，整屏顯示左移 )s=0 當(dāng)寫一個(gè)字符后，整屏顯示不移動(dòng) 。（ 5） 其他設(shè)置： 01H(顯示清屏，數(shù)據(jù)指針 =0，所有顯示 =0)； 02H(顯示回車，數(shù)據(jù)指針 =0)。與匯編相比， C 語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。 Keil C51 工具包的整體結(jié)構(gòu)， uVision 與 Ishell 分別是 C51 for Windows 和 for Dos的集成開發(fā)環(huán)境 (IDE），可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開發(fā)流程。然后分別由 C51 及 C51編譯器編譯生成目標(biāo)文件（ .OBJ）。 ABS 文件由 OH51 轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的 HEX 文件 ，以供調(diào)試器 dScope51 或 tScope51 使用進(jìn)行源代碼級(jí)調(diào)試，也可由仿 真器使用直接對(duì)目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如 EPROM 中。 ? 仿真器上的復(fù)位按鈕只復(fù)位仿真芯片，不復(fù)位目標(biāo)系統(tǒng)。 STCISP 編譯下載 [5] STCISP 是一款 單片機(jī) 下載編程燒錄 軟件 ，是針對(duì) STC系列單片機(jī)而設(shè)計(jì)的，可下載 STC89系列、 12C2052系列和 12C5410等系列的 STC單片機(jī)，使用簡(jiǎn)便，現(xiàn)已被廣泛使用。各檢測(cè)單元（從機(jī)）能獨(dú)立完成各自功能，獨(dú)立完成溫度的實(shí)時(shí)采集，當(dāng)溫度超過限定值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警，啟動(dòng)電機(jī)進(jìn)行降溫處理。 系統(tǒng)總體設(shè) 計(jì) 圖 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖 本系統(tǒng)大致由七個(gè)功能模塊構(gòu)成： ISP下載模塊、電源模塊、 LCD（數(shù)碼管）數(shù)據(jù)顯示模塊、 DS18B20溫度采集模塊、 NRF905無(wú)線傳輸模塊、異常報(bào)警模塊和電平復(fù)位模塊。兩路從機(jī)通過 DS18B20溫度采集模塊各自完成數(shù)據(jù)的采集，在本地的數(shù)碼管進(jìn)行顯示，在溫度超過限定值時(shí)啟動(dòng)報(bào)警電路。上圖即為系統(tǒng)框架圖。晶振為單片機(jī)提供了外部時(shí)鐘。 、 LCD的控制接口。 NRF905控制。 電源電路設(shè) 計(jì) 圖 電源電路原理圖 STC89C52單片機(jī)采用 +5V左右電平驅(qū)動(dòng)。用電橋?qū)⒔涣髦绷?化，通過電容的濾波作用和 +5V變換，我們可以得到比較理想的 15 +5V電壓。用 LED燈以驗(yàn)證是否插好。 6腳為 LCD1602的控制選擇端口，可通過寫入數(shù)據(jù)對(duì)邏輯控制進(jìn)行選擇。通過單片機(jī) P0口對(duì) 1602進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。在外部電源供電方式下，DS18B20工作電源由 VDD引腳接入，此時(shí) I/0線不需要強(qiáng)上拉，不存在電源電流不足 16 的問題，可以保證轉(zhuǎn)換精度。 2， 3 腳為 工作模式選擇 和 使能芯片發(fā)射或接收 。 9， 10 引腳為 SPI 輸出 和 輸入 。 17 第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)主要模塊軟件設(shè)計(jì)流程 [7] 此次設(shè)計(jì)對(duì) STC89C52單片機(jī)采用 C語(yǔ)言編程， C語(yǔ)言在大多數(shù)情況下其機(jī) 器代碼生成效率和匯編語(yǔ)言相當(dāng)，但可讀性和可移植性卻遠(yuǎn)超過匯編語(yǔ)言。并在最后附錄中將給出本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的程序代碼。通過調(diào)用溫度轉(zhuǎn)換和獲得溫度子函數(shù)完成數(shù)據(jù)采集。程序主體如下 ： void DQ_Reset(void) { uint i。 i=103。 DQ=1。 while(i0)i。 bit dat。i++。i++。 開始 18B20 初始化 DS18B20 采樣 STC89C52 進(jìn)行數(shù)據(jù)分析 返回 19 dat=DQ。while(i0)i。 } uchar ReadByte_Temp(void) { uchar i,j,dat。 for(i=1。i++) { j=ReadBit_Temp()。 } return(dat)。 uchar j。 for(j=1。j++) { testb=datamp。 dat=dat1。 i++。 DQ=1。while(i0)i。