【正文】 無(wú)線射頻收發(fā)一體芯片是近年來(lái)的一個(gè)新的無(wú)線傳輸芯片，該芯片將信號(hào)調(diào)制，發(fā)射和接收，數(shù)字接口的功能集成在一個(gè)芯片上，具有價(jià)格低，外圍電路簡(jiǎn)單，體積小巧，通信，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，傳輸速度快等許多優(yōu)點(diǎn)。基于嵌入式的無(wú)線射頻收發(fā)一體芯片的優(yōu)勢(shì)，嵌入式無(wú)線射頻收發(fā)一體芯片方便解決低速率無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸 [3]?；?IEEE 無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備的開發(fā)成本高，安裝和調(diào)試復(fù)雜，維護(hù)困難?；?GSM， CDMA 和 GPRS 的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的傳輸速率為10KB ~ 60KB，由于其采用 GSM， CDMA 和 GPRS 的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，所以運(yùn)營(yíng)成本很高 [4]。這種方法的溫度檢測(cè)元件主要是熱電偶。熱電偶具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，精度高等一些優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是冷端需要溫度補(bǔ)償。熱輻射高溫計(jì)的原理是：物體受熱后，根據(jù)受熱對(duì)象的性質(zhì)，熱輻射可以被 吸收，傳遞或反射。 微波溫度檢測(cè)器原理是：在不同溫度下，溫度和控制電壓之間呈現(xiàn)線性關(guān)系。 20。電阻溫度測(cè)量元件利用傳感元件電阻的溫度變化的性質(zhì)，通過(guò)阻值的變化間接得到溫度。陶瓷熱敏元件的使用本質(zhì)和半導(dǎo)體的電阻溫度特性有關(guān)，主要優(yōu)點(diǎn)是具有很高的靈敏度，缺點(diǎn)是一致性差，而現(xiàn)在由于問(wèn)題已被解決。近年來(lái)開發(fā)了聲學(xué)溫度檢測(cè)技術(shù)可 用于檢測(cè)爐內(nèi)煙氣溫度，以及爐內(nèi)的燃燒狀況，調(diào)整和實(shí)時(shí)控制溫度。 由于現(xiàn)在微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)及自動(dòng)測(cè)試技術(shù)發(fā)展迅猛，通過(guò)把溫度傳感器和數(shù)字電路集成在一起開發(fā)出新的數(shù)字溫度傳感器電路。通過(guò)和模擬傳感器相比，數(shù)字傳感器在分辨率，精度，可靠性和抗干擾能力方面展現(xiàn)出極大的優(yōu)勢(shì)，輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫 度控制數(shù)量能適應(yīng)各種微控制器。 下面介紹具體的步驟 了解溫度傳感器，比較它們的特點(diǎn)，選擇功耗低，抗干擾能力強(qiáng)的 DS18B20 溫度傳感器。 了解無(wú)線收發(fā)模塊，比較它們的特點(diǎn)，選擇性能穩(wěn)定，程序編寫簡(jiǎn)單的 nRF905 無(wú)線收發(fā)模塊。 武漢工程大學(xué) 郵電與信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 第二章 系統(tǒng)方案的總體設(shè)計(jì) 溫濕度的檢測(cè)有許多方法，可供選擇的器件和運(yùn)用的技術(shù)也有多種。 無(wú)線溫度采集系統(tǒng)總體介紹 如圖所示，將多個(gè)溫度采集節(jié)點(diǎn)分布在被測(cè)對(duì)象的周圍，進(jìn)行溫度的采集；溫度采集節(jié)點(diǎn)采集到被測(cè)對(duì)象的溫度后，將數(shù)據(jù)發(fā)送到溫度采集控制器；最后溫度采集控制 器再將被測(cè)對(duì)象的數(shù)據(jù)上傳至各種終端，比如電腦網(wǎng)絡(luò)等。 圖 無(wú)線溫度采集系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)圖 武漢工程大學(xué) 郵電與信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 單片機(jī)選型 MSP430 系列單片機(jī)是一個(gè) 16 位的混合單片機(jī)。 MSP430 系列單片機(jī)的發(fā)展歷史有以下三個(gè)階段：從1996 到 2021，這次首次推出 33X 等系 [6]。每個(gè)系列有三種芯片，分別為 ROM， OTP，和 EPROM 型。這表明這些系列的開發(fā)模式，即：利用EPROM 開發(fā)樣機(jī)，用 OTP 少量生產(chǎn)，而 ROM 型適用于產(chǎn)品的大量生產(chǎn)。在這個(gè) 時(shí)候的 MSP430 具有低功耗的特點(diǎn)，但仍有不足。 33x 系列的價(jià)格相對(duì)較高，一般適用于更復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)。 隨著閃存技術(shù)的快速發(fā)展， TI公司還將該技術(shù)用于 MSP430 系列。 同其它單片機(jī)相比，由于 MSP430 系列具有 Flash 存儲(chǔ)器，在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，調(diào)試和實(shí)際應(yīng)用上表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)。這種結(jié)合 Flash 技術(shù)和 FET 開發(fā)工具的方式，具有組合方便，廉價(jià)，實(shí)用的特點(diǎn)，為大家提供一個(gè)比較理想的樣機(jī)開發(fā)模式。 使用這種技術(shù)，可以在熔絲燒斷后只需要幾根線就可以改變內(nèi)部程序的運(yùn)行。 在前一階段，發(fā)展十分迅速，由于使用了新的技術(shù)， MSP430 功能得到了極大的擴(kuò)展，所以 TI 公司在 2021 和 2021 又推出了 f15x 和 f16x 系列。首先是在內(nèi)存上，內(nèi)存容量大大增加，如內(nèi)存容量增加到 10KB 的 f1611。二是從外圍模塊來(lái)說(shuō)，增加了 DMA， MSP430f169 和 SVS 模塊。由于 MSP430 的開放性，通過(guò)運(yùn)用新的技術(shù)，將不斷涌現(xiàn)越來(lái)越 高端的 MSP430 系列產(chǎn)品。 在運(yùn)行速度方面， MSP430 系列單片機(jī)在 9MHz 晶體驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn) 130nS 的指令周期，想實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的某些算法，必須用 16 位數(shù)據(jù)寬度相匹配的指令周期，以及多功能的硬件乘法器。當(dāng)系統(tǒng)處于空閑狀態(tài)的備用狀態(tài)時(shí)，只用 7us 就能把它的喚醒。 MSP430 系列單片機(jī) ~ 的電源電壓可以使其運(yùn)行在 2MHz 的時(shí)鐘條件下，芯片的電流會(huì)在 300 ~ 500uA 附近，功耗最低可以關(guān)閉的時(shí)鐘只有 。有的使用一個(gè)晶體振蕩器，一些使用兩個(gè)晶體振蕩器）。這些時(shí)鐘想要控制整體功耗，就必須控制指令的開啟和關(guān)閉，從而達(dá)到。在系統(tǒng)中，有一個(gè)活動(dòng)模式和五種低功耗模式。在系統(tǒng)穩(wěn)定后復(fù)位第一電源，通過(guò)由 DCOCLK 啟動(dòng) CPU，確保位置正確的程序開始執(zhí)行，以確保晶體振蕩器有足夠的開始振蕩和穩(wěn)定時(shí)間。 MSP430 系列集成了非常豐富的片上外設(shè)。它允許程序失控時(shí)，看門狗立即復(fù)位。更多的 I / O 端口，多達(dá) 6 * 9 的 I / O 口線 。 14/16 位硬件 A / D 轉(zhuǎn)換器具有高轉(zhuǎn)換率，可高達(dá) 300kbps 的，滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用 。實(shí)現(xiàn)雙向 10 位 D / A 轉(zhuǎn)換器 。和用于提高數(shù)據(jù)傳輸速度，以及利用直接的數(shù)據(jù)傳送（ DMA）模塊。在 1 MHz， V 待機(jī)模式： 關(guān)閉模式（ RAM 保留）： 02181。的待機(jī)模式喚醒 16 位 RISC 架構(gòu)，指令周期時(shí)間為 130 ns 基本時(shí)鐘模塊配置： 各種內(nèi)部電阻 單個(gè)外部電阻 32 kHz 晶體 武漢工程大學(xué) 郵電與信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 高頻晶體 10 點(diǎn)， 200 kSPS 的 A / D 轉(zhuǎn)換器內(nèi)部參考，采樣和保持，自動(dòng)掃描，數(shù)據(jù)傳輸控制器 可編程代碼保護(hù)安全熔絲 CPU 介紹 MSP430 的 CPU 有一個(gè) 16 位 RISC 架構(gòu)，具有高度的透明性的應(yīng)用。msp430cpu 是 16 位，提供減少指令執(zhí)行的時(shí)間積分 。四個(gè)寄存器， R0 到 R3，如程序計(jì)數(shù)器，一個(gè)專用的堆棧指針，狀態(tài)寄存器和常數(shù)發(fā)生器，剩余的寄存器通用寄存器。 單片機(jī)控制模塊 單片機(jī)控制模塊由 MSP430 最小系統(tǒng)組成，其中包括單片機(jī)，晶振電路和復(fù)位電路。 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng) 武漢工程大學(xué) 郵電與信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 無(wú)線模塊選型 本模塊采用基于 nRF905 的無(wú)線射頻電路作為數(shù)據(jù)傳輸電路。 VCC 電壓 ； CLK 時(shí)鐘輸出。 nRF905 無(wú)線收發(fā) 對(duì) nRF905 來(lái)說(shuō)，前綴和循環(huán)冗余校的處理可以自動(dòng)完成， nRF905 無(wú)線收發(fā)芯片全部集成的頻率調(diào)制器，功率放大器，能夠解調(diào)的的接收機(jī)，晶體振蕩器組成。 對(duì)射頻協(xié)議的有關(guān)處理是把高速信號(hào)放入芯片 ，nRF905 提供一種應(yīng)用單片機(jī)的 SPI 接口，接口速率決定單片機(jī)速率。在 TX ShockBurst 模式， nRF905 自動(dòng)產(chǎn)生前導(dǎo)碼和 CRC 校驗(yàn)碼， DR 信號(hào)通知單片機(jī)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)準(zhǔn)備已完成。 nRF905 芯片無(wú)線收發(fā)電路工作在 43 ISM 等頻段， ShockBurst 工作模式的特點(diǎn)自動(dòng)產(chǎn)生前導(dǎo)碼和 CRC 可以通過(guò) SPI 接口配置進(jìn)行編程。 武漢工程大學(xué) 郵電與信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 圖 基于 nRF905 的無(wú)線發(fā)射模塊電路圖 （ 1）特點(diǎn) ? 低功耗 ShockBurst 工作模式 ? 工作電源電壓范圍 — ? 多通道工作 — ETSI/FCC 兼容 ? SAW 濾波器輸出功率可調(diào)至 10dBm? ? 偵測(cè)接收的數(shù)據(jù)包當(dāng)?shù)刂氛_輸出地址匹配信號(hào) ? 433Mhz 開放 ISM 頻段免許可證使用低功耗工作 ? 電路可軟件設(shè)地址，只有收到本機(jī)地址時(shí)才會(huì)輸出數(shù)據(jù)（提供中斷指示 )，可直接接各種單片機(jī)使用，軟件編程非常方便 ? 抗干擾能力強(qiáng)，適合工業(yè)控制場(chǎng)合 ? 可以滿足多點(diǎn)通信以及跳頻通信需要 ? 收發(fā)模式切換時(shí)間一般小于 650us ? 標(biāo)準(zhǔn) DIP 間距接口，便于嵌入式應(yīng)用 ? TX Mode:在 +10dBm情況下，電流為 30mA。 ? 電源 VCC 和接地端以外的引腳都可以直接和 5V單片機(jī) IO 口直接相連。 ? 13 腳、 14 腳需要和母板的邏輯地連接起來(lái) （ 3）工作模式 ShockBurst 模式： 典型 ShockBurst TX 模式： ? 應(yīng)用有遙控?cái)?shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)時(shí)，只有通過(guò) SPI 接口，接收節(jié)點(diǎn)的地址 TXaddress 和有效數(shù)據(jù) TXpayload 才能傳送給 nRF905 應(yīng)用協(xié)議 ? MCU設(shè)置 TRX_CE、 TX_EN 為高來(lái)激活 nRF905 ShockBurst 傳輸； 典型 ShockBurst RX 模式 ? 通過(guò)設(shè)置 TRX_CE 高， TX_EN 低來(lái)選擇 ShockBurst 模式； ? 650us 以后， nRF905 監(jiān)測(cè)空中的信息； ShockBurstTM 收發(fā)模式一般使用先入先出堆棧，數(shù)據(jù)低速?gòu)膯纹瑱C(jī)到高速發(fā)射，這樣可以盡量節(jié)能，因?yàn)檫@樣，射頻數(shù)據(jù)傳輸率可以變得很高。 ShockBurstTM技術(shù)還降低了整個(gè)系統(tǒng)的平均工作 電流。而且在每次接受數(shù)據(jù)時(shí)都能自動(dòng)把字頭和 CRC 校驗(yàn)碼刪除。 ShockBurst TX 發(fā)送流程： ① .當(dāng)微控制器有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，通過(guò) SPI 接口，按時(shí)序把接收機(jī)的地址和要發(fā)送的數(shù)據(jù)送傳給 RF905， SPI 接口的速率在通信協(xié)議和器件配置時(shí)確定； ② .微控制器置高 TRX_CE 和 TX_EN，激發(fā) RF905 的 ShockBurstTM 發(fā)送模式； ③ .RF905 的 ShockBurstTM 發(fā)送： 武漢工程大學(xué) 郵電與信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 ，數(shù)據(jù)引腳被置高； ； ； ； ShockBurst RX 接收流程： ① .在 TRX_CE 變?yōu)楦摺?TX_EN 變?yōu)榈椭螅?nRF905 就會(huì)進(jìn)入 ShockBurstTM 接收模式； ② .一段時(shí)間后， nRF905 一直監(jiān)測(cè)，等待接收數(shù)據(jù)； ③ .同一頻段的載波被 nRF905 檢測(cè)到時(shí)，載波檢測(cè)引腳被置高； ④ .當(dāng)接收到一個(gè)相匹配的地址， AM 引腳被置高； ⑤ .接收好數(shù)據(jù)，移去字頭、地址和 CRC 校驗(yàn)位， DR 腳置高 ⑥ .置低 TRX_CE，進(jìn)入空閑模式； ⑦ .通過(guò) SPI 口把數(shù)據(jù)移到微控制器內(nèi)； ⑧ .數(shù)據(jù)接收完成， DR 引腳和 AM 引腳置低； ⑨ .nRF905 此時(shí)可以進(jìn)入 ShockBurstTM 接收和發(fā)送模式或關(guān)機(jī)模式。當(dāng)微處理器從 AM 引腳接收一個(gè)信號(hào)，它就知道 RF905 在接收數(shù)據(jù)包，可確定該 RF905 繼續(xù)接收數(shù)據(jù)包或進(jìn)入另一種工作模式。當(dāng)進(jìn)入這種模式，nRF905 是閑置狀態(tài)。在掉電模式下配置字內(nèi)容不變。進(jìn)入關(guān)機(jī)模式后，配置字的內(nèi)容保持不變，不接收或發(fā)送數(shù)據(jù)。從空閑到發(fā)射或接收模式也只用相對(duì)較短的啟動(dòng)時(shí)間。當(dāng)前的消耗取決于晶體振蕩器的頻率。不同的負(fù)載電容和頻率下，情況也不一樣。 （ 7） 內(nèi)部結(jié)構(gòu) nRF905 芯片集成的電源管理，晶體振蕩器，低噪聲放大器，頻率合成器，功率放大器模塊和曼徹斯特編碼 /解碼芯片的硬件，使用非常方便 [12]。 DSl8B20 從單線接口接收到信息或把信息送出，所以從 CPU 到 DSl8B20 只需武漢工程大學(xué) 郵電與信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 連接線?，F(xiàn)場(chǎng)的溫度在數(shù)字方式直接傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾。 （ 3）內(nèi)部結(jié)構(gòu) DSB18B20 主要分為以下幾個(gè)部分： ① 光刻 ROM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 ② 溫度傳感器 ③ 溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL（ 4）非易失性的電可擦除可編程寄存器。該設(shè)備只有 3 外部引腳，其中 VDD 和 GND 電源的引腳，其他 DQ 作為 I/O 總線，因此被稱為第一行數(shù)據(jù)總線。 圖 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) DQ VDD 武漢工程大學(xué) 郵電與信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 這是 DS18B20 的框圖， 64 位只讀存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的唯一序列號(hào)。此外，暫存存儲(chǔ)器提供了一個(gè)直接的溫度報(bào)警值寄存器（ TH 和 TL），和一個(gè)字節(jié)的寄存器配置。 TH， TL 和配置寄存器是非易失性存儲(chǔ)器（擦除程序寄存器），所以存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)不會(huì)消失，當(dāng)設(shè)備斷電。當(dāng)所有的設(shè)備連都接通過(guò) 3 態(tài)端口或排水口總線（ DQ 引腳上的 DS18B20），必須提供一個(gè)弱上拉電阻給控制線。因?yàn)槊總€(gè)設(shè)備都有一個(gè)獨(dú)特的代碼， CAN 總線的連接設(shè)備的數(shù)量事實(shí)上是無(wú)限的。 DS18B20 的另一個(gè)功能是在沒有外部電源的工作。于此同時(shí)，總線信號(hào)處在高水平狀態(tài)，并對(duì)內(nèi)部電容供電，當(dāng)總線處于低水平狀態(tài)，電容器提供能量。DS18B20 供電也可以通過(guò) VDD 引腳連接到外部電源，一般情況下這作為一種替代方法， DS18B20 的核心功能 是它的數(shù)字溫度傳感器能直接閱讀。電源狀態(tài)默認(rèn)的精度為 12 位。當(dāng) DS18B20 由寄生電源供電的時(shí)候，如果不是總線拉的很高，不然就將不會(huì)有返回值。 （ 1）在 DS18B20 的 4 大數(shù)據(jù)組件的介紹： ? 光刻 ROM 中的 64 位序列號(hào)可以看作是 DS18B20 的地址序列碼。光刻 ROM 可以讓