無線溫度傳感器課程設(shè)計

1、郵電與信息工程學(xué)院現(xiàn)代測控技術(shù)課程設(shè)計說明書課題名稱：無限溫度采集系統(tǒng)學(xué)生學(xué)號：0941050212 專業(yè)班級：09測控技術(shù)及儀器2班學(xué)生姓名：劉奎 學(xué)生成績：指導(dǎo)教師：李 國 平課題工作時間：2012-6-20至2012-7-4摘要無線溫度采集系統(tǒng)是一種基于射頻技術(shù)的無線溫度檢測裝置。本系統(tǒng)由傳感器和接收機，以及顯示芯片組成。傳感器部分由數(shù)字溫度傳感器芯片18B20，單片機89C52，低功耗射頻傳輸單元NRF905和天線等組成，傳感器采用電源供電；接收機無線接收來自傳感器的溫度數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理、保存后在LCD1602上顯示，所存儲的溫度數(shù)據(jù)可以通過串行口連接射頻裝置與接收端 進行交換。數(shù)字單總

2、線溫度傳感器是目前最新的測溫器件，它集溫度測量，A/D轉(zhuǎn)換于一體，具有單總線結(jié)構(gòu)，數(shù)字量輸出，直接與微機接口等優(yōu)點。既可用它組成單路溫度測量裝置，也可用它組成多路溫度測量裝置，文章介紹的單路溫度測量裝置已研制成產(chǎn)品,產(chǎn)品經(jīng)測試在-10-70間測得誤差為,80T105時誤差為,T>105誤差為增大到1左右。關(guān)鍵詞：溫度采集系統(tǒng)；無線收發(fā)；溫度傳感器；89C52單片機；AbstractWireless temperature acquisition system based on RF technology is a kind of wireless temperature detectin

3、g device. The system consists of the sensor and receiver, and display chip. The sensor consists of digital temperature sensor18B20 chip, chip 89C52, low power RF transmission unit NRF905 and antenna components, sensors using wireless power supply; the receiver receives from the temperature data, pro

4、cessed, preserved in the LCD1602 display, the stored temperature data can be through the serial port connected to the RF device and the receiving terminal exchange.The digital single bus temperature sensor is the current measuring device, it sets the temperature measurement, A/D conversion in one, w

5、ith a single bus structure, digital output, the advantages of direct interface with microcomputer. Not only can it consists of single channel temperature measuring device, it is also available to form a multichannel temperature measuring device, this paper introduces single temperature measurement d

6、evice has been developed into products, products tested in -10 -70 ,80 T 105 , T>105 error in order to increase to about 1 .Key words: temperature acquisition system; wireless transmission; temperature sensor; SCM 89C52目錄摘要IAbstractII一設(shè)計要求1二設(shè)計原理1LabVIEW介紹12.2. 采集系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)1數(shù)字溫度傳感器DS18B2012.2.2. 射頻傳輸

7、單元NRF90522.2.3 .1602液晶顯示芯片2三、系統(tǒng)工作原理及詳細流程3DS18B02主要特性33.2 . AT89S52單片機介紹63.3 NRF905工作原理9 nRF905工作模式9 nRF905工作流程10四無線溫度采集系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計12五上位機程序設(shè)計135.1 LabVIEW前面板135.2 后面板15六系統(tǒng)調(diào)試與性能分析18七設(shè)計總結(jié)19附錄一20參考文獻21一設(shè)計要求制作一個無線溫度傳感檢測系統(tǒng)，系統(tǒng)由4個節(jié)點，他們分別是：溫度檢測控制器（數(shù)字溫度傳感器芯片18B20）；上位機組成節(jié)點（MSP430F1232和ds18B20以及nRF905組成）；控制器（lcd12

8、864、NRF905和max232組成）；上位機（labview）；二設(shè)計原理LabVIEW介紹傳統(tǒng)的溫度測量儀器，其功能及規(guī)格是單一固定的，用戶無法根據(jù)自己的需要改變。NI公司提出的虛擬儀器概念，徹底打破了傳統(tǒng)儀器由廠家定義、用戶無法改變的模式，使測控儀器發(fā)生了巨大變革。LabVIEW是NI公司開發(fā)的一種虛擬儀器平臺，而目前利用LabVIEW進行的開發(fā)通常都是建立在LabVIEW所支持的價格昂貴的數(shù)據(jù)采集板卡之上的。為解決這一問題，本系統(tǒng)采用低功耗單片機和低功耗溫度傳感器組成溫度采集節(jié)點，并通過無線通信模塊實現(xiàn)單片機系統(tǒng)與上位機的遠程通信，不僅取代了價格昂貴的數(shù)據(jù)采集卡，大大降低了系統(tǒng)成本，

9、而且實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的無線傳輸。同時，溫度采集節(jié)點的低功耗特性，便于進行組網(wǎng)實現(xiàn)多點測溫。2.2. 采集系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)無線溫度采集系統(tǒng)是一種基于射頻技術(shù)的無線溫度檢測裝置。本系統(tǒng)由傳感器和接收機，以及顯示芯片組成。傳感器部分由數(shù)字溫度傳感器芯片18B20，單片機89C51，低功耗射頻傳輸單元NRF905和天線等組成，傳感器采用電源供電；接收機無線接收來自傳感器的溫度數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理、保存后在LCD1602上顯示，所存儲的溫度數(shù)據(jù)可以通過串行口連接射頻裝置與接收端 進行交換。無線溫度的采集主要基于單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20芯片。Dallas 半導(dǎo)體公司的單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20是世界上第一

10、片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。一線總線獨特而且經(jīng)濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。DS18B20支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為 -55°C+125°C，在-10+85°C范圍內(nèi),精度為±°C?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，支持3V5.5V的電壓范圍， DS18B20可以程序設(shè)定912位的分辨率，精度為±°C。數(shù)字單總線溫度傳感器是目前最新的測溫器件，它集溫度測量，A/D轉(zhuǎn)換于一體，具有單總線結(jié)構(gòu)，數(shù)字量輸出，直

11、接與微機接口等優(yōu)點。既可用它組成單路溫度測量裝置，也可用它組成多路溫度測量裝置，文章介紹的單路溫度測量裝置已研制成產(chǎn)品,產(chǎn)品經(jīng)測試在-10-70間測得誤差為,80T105時誤差為,T>105誤差為增大到1左右。. 射頻傳輸單元NRF905 溫度數(shù)據(jù)的無線傳輸主要是基于低功耗射頻傳輸單元NRF905芯片。nRF905 是挪威Nordic VLSI公司推出的單片射頻收發(fā)器，工作電壓為1.93.6V，32引腳QFN封裝(5×5mm)，工作于433/868/915MHz三個ISM(工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué))頻道，頻道之間的轉(zhuǎn)換時間小于650us。nRF905由頻率合成器、接收解調(diào)器、功率放大器

12、、晶體振蕩器和調(diào)制器組成，不需外加聲表濾波器， ShockBurstTM工作模式，自動處理字頭和CRC(循環(huán)冗余碼校驗)，使用SPI接口與微控制器通信，配置非常方便。此外，其功耗非常低，以-10dBm的輸出功率發(fā)射時電流只有11mA，工作于接收模式時的電流為12.5mA，內(nèi)建空閑模式與關(guān)機模式，易于實現(xiàn)節(jié)能。nRF905片內(nèi)集成了電源管理、晶體振蕩器、低噪聲放大器、頻率合成器功率放大器等模塊。經(jīng)過無線傳輸后，溫度數(shù)據(jù)信息將在1602液晶顯示芯片上進行顯示，1602液晶顯示芯片采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳接口，其中VSS為地電源，VDD接5V正電源，V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電

13、源時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度。RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。RW為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平RW為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)RS為高電平RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。 本系統(tǒng)的溫度采集與顯示，無線的傳輸與對比均由單片機89C51來控制完成。相比較而言ATMEL 公司的89S51更實用，因他不但和8051指令、管腳完全兼容，而且其

14、片內(nèi)的4K程序存儲器是FLASH工藝的，這種工藝的存儲器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫，一般專為 ATMEL AT89xx 做的編程器均帶有這些功能。顯而易見，這種單片機對開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時間也大大縮短。寫入單片機內(nèi)的程序還可以進行加密，這又很好地保護了我們的勞動成果。三、系統(tǒng)工作原理及詳細流程3.1DS18B02主要特性1、適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電；2、獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊；3、DS18B20支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三

15、線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫；4、DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)；5、溫范圍55125，在-10+85；，可實現(xiàn)高精度測溫；7、在9位分辨率時最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快。8、測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以"一線總線"串行傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力；9、負壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。打開電源后，本系統(tǒng)由單片機89S52向單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20芯片發(fā)出指令進行測溫，

16、DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。封裝圖和接線圖如圖1。圖1. DS18B20封裝、接線圖DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。DS18B20高速暫存器共9個存儲單元，如表1所示:表1. DS18B20存儲單元序號寄存器名稱作    用序號寄存器名稱作 用0溫度低字節(jié)以16位補碼形式存放4、5保留字節(jié)1、21溫度高字節(jié)6計數(shù)器余值2TH/用戶字節(jié)1存放溫度上限7計數(shù)器/3HL/用戶字節(jié)2存放溫度下限8CRC光刻R

17、OM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。64位光刻ROM的排列是：開始8位（28H）是產(chǎn)品類型標(biāo)號，接著的48位是該DS18B20自身的序列號，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗碼（CRC=X8+X5+X4+1）。 DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以12位轉(zhuǎn)化為例: 用16位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供，以/LSB形式表達，其中S為符號位。12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲在18B20的兩個8比特的RAM中，二進制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于0，這5位為0，只要將測到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實際溫度；如果溫度小于0

18、，這5位為1，測到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實際溫度。表2. DS18B20溫度傳感器的存儲器寄存器高8位 S S S S S 262524低8位 232221202-12-22-32-4 DS18B20溫度傳感器的存儲器： DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的E2RAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH、TL和結(jié)構(gòu)寄存器。暫存存儲器包含了8個連續(xù)字節(jié)，前兩個字節(jié)是測得的溫度信息，第一個字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低八位，第二個字節(jié)是溫度的高八位。第三個和第四個字節(jié)是TH、TL的易失性拷貝，第五個字節(jié)是結(jié)構(gòu)寄存器的易失性拷貝，這三個字節(jié)的

19、內(nèi)容在每一次上電復(fù)位時被刷新。第六、七、八個字節(jié)用于內(nèi)部計算。第九個字節(jié)是冗余檢驗字節(jié)。低五位一直都是1 ，TM是測試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測試模式。在DS18B20出廠時該位被設(shè)置為0。R1和R0用來設(shè)置分辨率，如下表所示：（DS18B20出廠時被設(shè)置為12位）分辨率設(shè)置表如表3：表3. 分辨率設(shè)置R1R0分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時間009位0110位1011位375ms1112位750ms根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對

20、DS18B20進行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放，DS18B20收到信號后等待1660微秒左右，后發(fā)出60240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復(fù)位成功。 在硬件上，DS18B20與單片機的連接有兩種方法，一種是Vcc接外部電源，GND接地，I/O與單片機的I/O線相連；另一種是用寄生電源供電，此時UDD、GND接地，I/O接單片機I/O。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，I/O口線要接5K左右的上拉電阻。 DS18B20有六條控制命令，如表4 所示：表4. DS18B20控制指令表指    令約定代碼操  

21、    作    說     明溫度轉(zhuǎn)換44H啟動DS18B20進行溫度轉(zhuǎn)換讀暫存器BEH讀暫存器9個字節(jié)內(nèi)容寫暫存器4EH將數(shù)據(jù)寫入暫存器的TH、TL字節(jié)復(fù)制暫存器48H把暫存器的TH、TL字節(jié)寫到E2RAM中重新調(diào)E2RAMB8H把E2RAM中的TH、TL字節(jié)寫到暫存器TH、TL字節(jié)讀電源供電方式B4H啟動DS18B20發(fā)送電源供電方式的信號給主CPU單片機對DS18B20的訪問流程是：先對DS18B20初始化，再進行ROM操作命令，最后才能對存儲器操作，數(shù)據(jù)操作。DS18B20每

22、一步操作都要遵循嚴格的工作時序和通信協(xié)議。如主機控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換這一過程，根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，須經(jīng)三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進行預(yù)定的操作。 然后數(shù)據(jù)被傳輸至單片機89S52，八位數(shù)據(jù)分兩次傳輸，再由單片機編程為可以由數(shù)碼管顯示的四位數(shù)據(jù)，頭一位為正負溫度數(shù)據(jù)，后三位為帶小數(shù)點的當(dāng)前溫度。數(shù)據(jù)也被送至低功耗射頻傳輸單元NRF905進行無線傳輸。應(yīng)注意一點，51單片機有一個全雙工的串行通訊口，所以單片機和NRF905之間進行串口通訊。進行串行通訊時要滿足一定的條件，比如電

23、腦的串口是RS232電平的，而單片機的串口是TTL電平的，兩者之間必須有一個電平轉(zhuǎn)換電路，我們采用了專用芯片MAX232進行轉(zhuǎn)換，雖然也可以用幾個三極管進行模擬轉(zhuǎn)換，但是還是用專用芯片更簡單可靠。我們采用了三線制連接串口，也就是說和NRF905的9針串口只連接其中的3根線：第5腳的GND、第2腳的RXD、第3腳的TXD。這是最簡單的連接方法，但是對我們來說已經(jīng)足夠使用了，電路如下圖所示，MAX232的第10腳和單片機的11腳連接，第9腳和單片機的10腳連接，第15腳和單片機的20腳連接。3.2 . AT89S52單片機介紹AT89系列單片機是以Intel公司的MCS-51單片機為核心的部件結(jié)構(gòu)

24、，它與8051其他型號的單片機是兼容的。單片機是把微型計算機的主要部分集成在一個芯片上的單芯片微型計算機。它的結(jié)構(gòu)和指令都是按照工業(yè)要求設(shè)計的，也稱為微控制器。AT89系列單片機的精簡結(jié)構(gòu)如下圖2：振蕩器及定時電路8KB程序存儲器ROM數(shù)據(jù)存儲器RAM2個16位定時器CPU64KB總線擴展控制可編程I/O口4×8位可編程串行口圖2. AT89單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲技術(shù)制造。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，也適合于常規(guī)編程。在單芯片上，擁有靈巧的8位C

25、PU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8K字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。AT89S52型號單片機幾乎涵蓋了所有結(jié)構(gòu)功能，它

26、的主要功能特點是：(1) 8位字長CPU，指令、引腳、與MCS51全兼容；(2) 8KB系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash存儲器；(3) 1000次擦寫周期；(4) 4個I/O口共32；(5) 4.0V5.0V的工作電源電壓；(6) 振蕩器和時鐘電路，全靜態(tài)操作，033MHz；(7) 3級程序存儲器鎖存；(8) 256×8B片內(nèi)RAM；(9) 3個可編程定時器：T0、T1和T2；(10) 8個中斷源；(11) 全雙工串行口通道；(12) 低功耗休閑和降壓模式；(13) ISP端口，即在線編程；(14) 定時監(jiān)視器，又稱看門狗；(15) 雙數(shù)據(jù)指針；(16) 電源下降標(biāo)志。AT89S52單片機是M

27、SC-51系列產(chǎn)品的升級版，由世界著名半導(dǎo)體公司ATMEL在購買MSC-51設(shè)計結(jié)構(gòu)后，利用自身優(yōu)勢技術(shù)對舊技術(shù)進行改進和擴展，同時使用新的半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝，最終得到成型產(chǎn)品。圖2.7是該單片機引腳排列封裝圖，使用雙列直插DIP-40的封裝。圖3. AT89S52單片機引腳圖在單片機的40條引腳中有2條專用于主電源的引腳，2條外接晶振的引腳，4條控制或與其他電源復(fù)用的引腳，32條I/O引腳。部分引腳功能是：(1)主電源引腳VSS和VCC Vss或GND：接地腳； VCC:電源供電，正常為+5V電壓；(2)外接晶振引腳XTAL1和XTAL2當(dāng)外接晶體振蕩器時，XTAL1和XTAL2分別接在外接晶體

28、振蕩器的兩端。片內(nèi)振蕩器由一個單級反相器組成，XTAL1為反相器的輸入，XTAL2為輸出。當(dāng)采用外部振蕩器提供的時鐘信號時，XTAL1端作為輸入，而XTAL2腳懸浮。(3)控制引腳RST、ALE/、/VppRST：當(dāng)振蕩器正常工作時，在此引腳上出現(xiàn)兩個機器周期以上的高電平是單片機復(fù)位。而在定時監(jiān)視器定時輸出后，引腳置成高電平并持續(xù)96個振蕩周期。在VCC掉電期間，此引腳還外接外加的備用電源，以保持內(nèi)部的RAM的數(shù)據(jù)。當(dāng)VCC下降到低于規(guī)定的水平，該引腳在規(guī)定的電壓范圍內(nèi)，向內(nèi)部RAM提供備用電源。ALE：地址鎖存使能端；：程序存儲器讀選通信號，低電平有效。在外接擴展程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器時，它

29、們的地址是可以重合的，AT89系列單片機就是通過相應(yīng)的控制信號來區(qū)別P2口和P0口送出的到底是程序存儲器的地址還是數(shù)據(jù)存儲器的地址。在訪問外部存儲器讀取指令或者常數(shù)時，每個機器周期產(chǎn)生兩個有效信號，即輸出兩個PSEN有效信號，此時地址總線上送出的就是程序存儲器的地址。而如果訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，不產(chǎn)生兩個PSEN信號。同時，在單片機執(zhí)行訪問內(nèi)部程序存儲器時也不產(chǎn)生兩個這樣的信號；/Vpp：是訪問內(nèi)部或外部程序存儲器的選擇信號。當(dāng)保持高電平時，訪問內(nèi)部程序存儲器。而這時如果還有外部擴展程序存儲器時，CPU在執(zhí)行完成內(nèi)部存儲的程序后自動跳轉(zhuǎn)到執(zhí)行外部存儲的程序。而當(dāng)保持低電平時，不管內(nèi)部有無存儲器

30、都只從起始地址開始訪問外部程序存儲器。VPP為Flash編程電壓，就是編程者在對片內(nèi)的Flash編程時，此引腳施加Flash編程允許的電壓，此電壓一般為12V；(4)輸入輸出引腳P0.7：P0口是一個8位漏極并行準(zhǔn)雙向I/O口。在訪問外部擴展存儲器時，它被定義的是低8位的地址/數(shù)據(jù)線，地址和數(shù)據(jù)總線分時復(fù)用，此時需要外接上拉電阻，置“1”激活上拉電阻成高阻抗輸入口。在編程者對片內(nèi)Flash編程時，P0接收指令字節(jié)，在驗證程序時則輸出指令字節(jié)，而驗證期間也要外接上拉電阻。P1.7：P1口自己內(nèi)部已有上拉電阻，也是8位準(zhǔn)雙向I/O口。在進行Flash編程和驗證時，它接收低8位地址。P2.7：P2口

31、內(nèi)部也有上拉電阻，是一個8位準(zhǔn)雙向I/O口。在訪問外部程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器時送出高8位地址。用MOVXDPTR類指令訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口為高8位地址；但用MOVR0和MOVR1類指令訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口上的內(nèi)容是SFR P2的內(nèi)容。3.3 NRF905工作原理3.3.1 nRF905工作模式nRF905有兩種工作模式和兩種節(jié)能模式。兩種工作模式分別是ShockBurstTM接收模式和ShockBurstTM發(fā)送模式，兩種節(jié)能模式分別是關(guān)機模式和空閑模式。nRF905的工作模式由TRX_CE、TX_EWR_P三個引腳決定。 在關(guān)機模式，nRF905的工作電流最小，一般為2.5u

32、A。進入關(guān)機模式后，nRF905保持配置字中的內(nèi)容，但不會接收或發(fā)送任何數(shù)據(jù)。空閑模式有利于減小工作電流，其從空閑模式到發(fā)送模式或接收模式的啟動時間也比較短。在空閑模式下，nRF905內(nèi)部的部分晶體振蕩器處于工作狀態(tài)。nRF905在空閑模式下的工作電流跟外部晶體振蕩器的頻率有關(guān)。與射頻數(shù)據(jù)包有關(guān)的高速信號處理都在nRF905片內(nèi)進行，數(shù)據(jù)速率由微控制器配置的SPI接口決定，數(shù)據(jù)在微控制器中低速處理，但在nRF905中高速發(fā)送，因此中間有很長時間的空閑，這很有利于節(jié)能。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ShockBurst

33、TM接收模式下，當(dāng)一個包含正確地址和數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包被接收到后，地址匹配(AM)和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好(DR)兩引腳通知微控制器。在ShockBurstTM發(fā)送模式，nRF905自動產(chǎn)生字頭和CRC校驗碼，當(dāng)發(fā)送過程完成后，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。由以上分析可知，nRF905的ShockBurstTM收發(fā)模式有利于節(jié)約存儲器和微控制器資源，同時也減小了編寫程序的時間。3.3.1 nRF905工作流程nRF905的發(fā)送流程A. 當(dāng)微控制器有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，通過SPI接口，按時序把接收機的地址和要發(fā)送的數(shù)據(jù)送傳給nRF905，SPI接口的速率在通信協(xié)議和器件配置時確定；B. 微控制器置高TRX_C

34、E和TX_EN，激發(fā)nRF905的ShockBurstTM發(fā)送模式；C. nRF905的ShockBurstTM發(fā)送：l 射頻寄存器自動開啟；l 數(shù)據(jù)打包(加字頭和CRC校驗碼)；l 發(fā)送數(shù)據(jù)包；l 當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送完成，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳被置高；D. AUTO_RETRAN被置高，nRF905不斷重發(fā)，直到TRX_CE被置低；E. 當(dāng)TRX_CE被置低，nRF905發(fā)送過程完成，自動進入空閑模式。ShockBurstTM工作模式保證，一旦發(fā)送數(shù)據(jù)的過程開始，無論TRX_EN和TX_EN引腳是高或低，發(fā)送過程都會被處理完。只有在前一個數(shù)據(jù)包被發(fā)送完畢，nRF905才能接受下一個發(fā)送數(shù)據(jù)包。nRF905接

35、收流程A. 當(dāng)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(dāng)nRF905檢測到同一頻段的載波時，載波檢測引腳被置高；D. 當(dāng)接收到一個相匹配的地址，地址匹配引腳被置高；E. 當(dāng)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，然后把數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳置高F. 微控制器把TRX_CE置低，nRF905進入空閑模式；G. 微控制器通過SPI口，以一定的速率把數(shù)據(jù)移到微控制器內(nèi)；H. 當(dāng)所有的數(shù)據(jù)接收完畢，nRF905把數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳和地址匹配引腳置低；I. nRF905此時可以

36、進入ShockBurstTM接收模式、ShockBurstTM發(fā)送模式或關(guān)機模式。當(dāng)正在接收一個數(shù)據(jù)包時，TRX_CE或TX_EN引腳的狀態(tài)發(fā)生改變，nRF905立即把其工作模式改變，數(shù)據(jù)包則丟失。當(dāng)微處理器接到地址匹配引腳的信號之后，其就知道nRF905正在接收數(shù)據(jù)包，其可以決定是讓nRF905繼續(xù)接收該數(shù)據(jù)包還是進入另一個工作模式。器件配置所有配置字都是通過SPI接口送給nRF905。SIP接口的工作方式可通過SPI指令進行設(shè)置。當(dāng)nRF905處于空閑模式或關(guān)機模式時，SPI接口可以保持在工作狀態(tài)。SPI接口配置SPI接口由狀態(tài)寄存器、射頻配置寄存器、發(fā)送地址寄存器、發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器和接收數(shù)

37、據(jù)寄存器5個寄存器組成。狀態(tài)寄存器包含數(shù)據(jù)準(zhǔn)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。射頻配置射頻寄存器的各位的長度是固定的。然而，在ShockBurstTM收發(fā)過程中，TX_PAYLOAD、RX_PAYLOAD、TX_ADDRESS和RX_ADDRESS 4個寄存器使用字節(jié)數(shù)由配置字決定。nRF905進入關(guān)機模式或空閑模式時，寄存器中的內(nèi)容保持不變。nRF905通過SPI接口和微控制器進行數(shù)據(jù)傳送，

38、通過ShockBurstTM收發(fā)模式進行無線數(shù)據(jù)發(fā)送，收發(fā)可靠，使用方便。數(shù)據(jù)經(jīng)過無線傳輸及接收后再被傳輸至接受端的89S52單片機中，然后再由單片機將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可以由液晶顯示板1602顯示的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)被傳至1602液晶顯示芯片，進行顯示。1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中:第1腳：VSS為地電源第2腳：VDD接5V正電源第3腳：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，防止對比度過高時產(chǎn)生“鬼影”，可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：RW為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時

39、進行寫操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平RW為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)RS為高電平RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。 第15腳：接+5V第16腳：接GND1602液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符。 最后通過液晶顯示屏和數(shù)碼管的溫度數(shù)據(jù)對比，判斷是否可以進行無線的溫度傳輸數(shù)據(jù)是否正確。四無線溫度采集系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計基于D

40、S18B20的溫度測量裝置：溫度傳感器DS18B20將被測環(huán)境溫度轉(zhuǎn)化成帶符號的數(shù)字信號（以十六位補碼形式，占兩個字節(jié)），輸出腳I/O直接與單片機的P1.1相連，R1為上拉電阻，傳感器采用外部電源供電。89S51是整個裝置的控制核心，89S51內(nèi)帶1K字節(jié)的FlashROM，用戶程序存放在這里。顯示器模塊由四位一體的共陽數(shù)碼管和4個9012組成。系統(tǒng)程序分傳感器控制程序和顯示器程序兩部分，傳感器控制程序是按照DS18B20的通信協(xié)議編制。系統(tǒng)的工作是在程序控制下，完成對傳感器的讀寫和對溫度的顯示。具體的電路圖如下：圖圖5. 顯示模塊電路圖圖6. 溫度采集模塊五上位機程序設(shè)計5.1 LabVIE

41、W前面板圖7. 程序開始界面圖8. 選擇上位機監(jiān)控界面圖9. 歷史數(shù)據(jù)查詢界面5.2 后面板圖10.圖11.圖12圖13圖14圖1六系統(tǒng)調(diào)試與性能分析我們在元器件的布局方面，把相互有關(guān)的元件放得比較近，例如：晶振、單片機的時鐘輸入端都易產(chǎn)生噪音，在放置元件時的時候把它們靠近些。對于那些易產(chǎn)生噪聲的器件、小電流電路、大電流電路、開關(guān)電路等，我們盡量使其遠離單片機的邏輯控制電路和存儲電路（ROM、RAM），更加有利于抗干擾，提高電路工作時的可靠性！我們的地線應(yīng)構(gòu)成閉環(huán)形式，提高了電路的抗干擾能力。我們也安裝了三極管7805進行穩(wěn)壓，是我們的電路有穩(wěn)定的+5V電源。我們在布置電源線方面根據(jù)電流的大小

42、盡是加粗直線寬度，在布線進還使電源線、地線的走線方向與數(shù)據(jù)線的走線方向一致，在布線工作的，用地線將電路板的底層沒有走線的地方鋪滿，因為有助于增強電路的抗干擾能力。我們選用11.0592MHZ的晶振，因為這樣有利于得到?jīng)]有誤差的波特率。特別是當(dāng)與單片機進行通信的話，選用這種晶振比較好。 由于單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20，測溫相當(dāng)準(zhǔn)確，我們主要時間花在了，單片機軟件程序的編輯和調(diào)試以及電路模塊的制作方面。 在使用nRF905進行無線傳輸時，使用的程序就是模塊自帶的程序，我們所要做的就是進行稍許修改，進行調(diào)用函數(shù)。 在進行串口轉(zhuǎn)換時，要注意的就是與無線模塊對接時，單片機的DB9的2，3口所對應(yīng)的是無線傳輸模塊的3，2口，因此，在焊接單片機的DB9接口時，與電路圖的2，3腳要相互交換連接。七設(shè)計總結(jié)由于以前接觸到溫度傳感器的設(shè)計作業(yè)，所以這次的課程設(shè)計的主要模塊還是比較清楚的，對于無線收發(fā)模塊，還有傳輸協(xié)議不太了解。另外，這次的作業(yè)還用到了LABVIEW,對于這個軟件的操作還是很熟悉的， 對于程序圖的繪制還是給了很多幫助。在老師的指導(dǎo)下，最終完成本次試驗們的無線溫度采集系統(tǒng)，可以實現(xiàn)溫度的無線采集，數(shù)字單總線溫度傳感器是目前最新的測溫器件，它集溫度測量，A/D轉(zhuǎn)換于一體，具有單總線結(jié)構(gòu)，數(shù)字量輸出，直接與微機接口等優(yōu)點。既可用它組成單路溫度測量裝