2017畢業(yè)論文-多點(diǎn)無(wú)線溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作.doc

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1、I 摘摘 要要 本文介紹一種多點(diǎn)無(wú)線溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作。該系統(tǒng)能在一定時(shí)間內(nèi)通 過(guò) DS18B20 測(cè)量多達(dá) 6561 個(gè)點(diǎn)的溫度，并能將溫度數(shù)據(jù)顯示在 LED 數(shù)碼管上。其中 從機(jī)能將溫度數(shù)據(jù)通過(guò) DF 無(wú)線模塊和 PT2262/2272 芯片用無(wú)線方式發(fā)送給主機(jī)，實(shí) 現(xiàn)溫度的無(wú)線采集。 溫度傳感器選用 DS18B20，實(shí)際應(yīng)用中測(cè)量范圍可達(dá)-1050,精度可達(dá) 0.1。 通過(guò) LED 四位數(shù)碼管顯示溫度，無(wú)線傳輸模塊選用 DF 模塊以及配套芯片 PT2262/2272，可在 10m 范圍內(nèi)進(jìn)行傳輸。用 KEIL 軟件編寫(xiě)程序并最終通過(guò) AT89S52 單片機(jī)作為控制核心使整個(gè)系統(tǒng)順利

2、運(yùn)行。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：多點(diǎn)溫度采集；無(wú)線傳輸；DF 模塊；DS18B20； - II - Abstract This paper introduces the design and production of a kind of multi-point wireless temperature gathering system. This system can measure temperature of 6561 points in a certain period via DS18B20, and can display temperature data in the LED digita

3、l display tube. Temperature data can be sent from client to host through wireless means such as DF module and PT2262/2272. DS18B20 is used as temperature sensor. It can measure temperature range from -10 to 50 and precision can reach 0.1. Temperature displayed by LED four digital pipe, using DF modu

4、le and PT2262/2272 to realize 10m wireless transmission ,writing programs by KEIL software, and running system smoothly by AT89S52. Keyword: temperature gathering; wireless; DF module; DS18B20; III 目錄目錄 1 緒 論1 1.1溫度測(cè)量背景及意義1 1.2無(wú)線通信技術(shù)概述1 1.3短距離無(wú)線通信特征2 1.4課題主要工作3 1.5本章小結(jié)3 2系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)介紹4 2.1 DS18B20 簡(jiǎn)介.4 2

5、.1.1 DS18B20 主要特性.4 2.2 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu).4 2.2.1 DS18B20 工作原理.5 2.2.2高速緩存存儲(chǔ)器8 2.3 DF 無(wú)線傳輸模塊介紹.10 2.4 AT89S52 單片機(jī)簡(jiǎn)單介紹.12 2.4.1內(nèi)部結(jié)構(gòu)12 2.4.2 AT89S52 單片機(jī)引腳功能描述.13 2.5本章小結(jié)15 3系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)16 3.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)16 3.1.1主機(jī)設(shè)計(jì)17 3.1.2從機(jī)設(shè)計(jì)17 3.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)18 3.3本章小結(jié)20 4系統(tǒng)測(cè)試與分析21 4.1無(wú)線傳輸距離與延遲測(cè)試與分析21 4.2溫度采集測(cè)試與分析21 4.3多點(diǎn)采集測(cè)試與分析21 - I

6、V - 5成果及展望22 5.1取得的成果22 5.2工作展望22 參考文獻(xiàn)23 致 謝24 附錄25 附錄一：實(shí)物圖25 附錄二：源程序26 多點(diǎn)無(wú)線溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作 - 1 - 1 1緒緒 論論 1.1 溫度測(cè)量背景及意義溫度測(cè)量背景及意義 日常生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常要用到溫度的檢測(cè)及控制，在冶金、食品加工、 化工等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，廣泛使用的各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐等，都要求對(duì) 溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制。在日常生活中，電烤箱、微波爐、電熱水器、烘干箱等電器也 需要進(jìn)行溫度檢測(cè)與控制。溫度是一種最基本的環(huán)境參數(shù)，人們生活與環(huán)境溫度息 息相關(guān)，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中需要實(shí)時(shí)測(cè)量溫度，在工業(yè)生產(chǎn)中

7、也離不開(kāi)溫度的測(cè)量， 因此研究溫度的測(cè)量方法具有重要的意義。 1.2 無(wú)線通信技術(shù)概述無(wú)線通信技術(shù)概述 無(wú)線通信系統(tǒng)(Wireless Communication System) 也稱為無(wú)線電通信系統(tǒng)，是 由發(fā)送設(shè)備、接收設(shè)備、無(wú)線信道三部分組成，是利用電磁波信號(hào)可以在自由空間 中傳播的特性進(jìn)行信息交換的一種通信方式，在移動(dòng)中實(shí)現(xiàn)的無(wú)線通信又被稱移動(dòng) 通信，該技術(shù)的發(fā)展始于上世紀(jì) 20 年代，經(jīng)歷了五個(gè)發(fā)展階段1。 第一階段從上世紀(jì) 20 年代到 40 年代，為早期發(fā)展階段。在這期間，首先在短 波幾個(gè)頻段上開(kāi)發(fā)出專用移動(dòng)通信系統(tǒng)，起代表是美國(guó)底特律市警察使用的車(chē)載無(wú) 線電系統(tǒng)。該系統(tǒng)工作頻率為

8、 2MHz，到 40 年代提高到 3040MHz。可以認(rèn)為這個(gè)階 段是現(xiàn)代移動(dòng)通信的起步階段，特點(diǎn)是專用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，工作頻率較低。 第二階段從 40 年代中期至 60 年代初期。在此期間內(nèi)，公用移動(dòng)通信業(yè)務(wù)開(kāi)始 問(wèn)世。這一階段的特點(diǎn)是從專用移動(dòng)向公用移動(dòng)網(wǎng)過(guò)度，接續(xù)方式為人工，網(wǎng)容量 較小。 第三階段從 60 年代中期至 70 年代中期，使用 150MHz 和 450MHz 頻段，實(shí)現(xiàn)了 無(wú)線頻道自動(dòng)選擇并能夠自動(dòng)接續(xù)到公用電話網(wǎng)。這一階段是移動(dòng)通信系統(tǒng)改進(jìn)和 完善的階段，其特點(diǎn)是采用大區(qū)制，中小容量，使用 450MHz 頻段，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)選頻 和自動(dòng)接續(xù)。 第四階段從 70 年代中期至 80 年

9、代中期，這是移動(dòng)通信蓬勃發(fā)展時(shí)期。1978 年 底，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室研制成功先進(jìn)移動(dòng)電話系統(tǒng)（AMPS）,建成了蜂窩狀移動(dòng)通信網(wǎng)， 大大提高了系統(tǒng)容量。 第五階段從 80 年代中期開(kāi)始，這是數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展和成熟時(shí)期，開(kāi)發(fā) 了新一代數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)。數(shù)字無(wú)線傳輸?shù)念l譜利用率高，可大大提高系統(tǒng) - 2 - 容量。另外，數(shù)字網(wǎng)能提供語(yǔ)音、數(shù)據(jù)多種業(yè)務(wù)服務(wù)，并與 ISDN 等兼容。實(shí)際上， 早在 70 年代末期，當(dāng)模擬蜂窩系統(tǒng)還處于開(kāi)發(fā)階段時(shí)，一些發(fā)達(dá)國(guó)家就著手?jǐn)?shù)字蜂 窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的研究。到 80 年代中期，歐洲首先推出了泛歐數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng) （GSM）的體系。 目前，正處在第五階段的第三代數(shù)

10、字移動(dòng)通信系統(tǒng)時(shí)代。這一時(shí)代的特點(diǎn)是通 信頻帶進(jìn)一步加寬，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)所占的比重大幅度增加，全面走向移動(dòng)多媒體通信。 當(dāng)今無(wú)線移動(dòng)通信的發(fā)展主要體現(xiàn)在五大技術(shù)的發(fā)展中：一是舉世矚目的 3G 技術(shù)， 二是 3.5Gghz 寬帶固定無(wú)線接入的推廣應(yīng)用，三是 WLAN 標(biāo)準(zhǔn)的選用，四是寬帶無(wú)線 技術(shù)新寵 WIMAX，五是超寬帶無(wú)線接入技術(shù) UWB2。這些技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用促使無(wú)線 移動(dòng)通信的總體走勢(shì)是接入多元、網(wǎng)絡(luò)一體和綜合布局。 1.3 短距離無(wú)線通信特征短距離無(wú)線通信特征 低成本、低功耗和對(duì)等通信，是短距離無(wú)線通信技術(shù)的三大重要特征和優(yōu)勢(shì)3。 首先，低成本是短距離無(wú)線通信的客觀要求，因?yàn)楦鞣N通信終端的

11、產(chǎn)銷(xiāo)量都很大， 要提供終端間的直通能力，沒(méi)有足夠低的成本是很難推廣的。 其次，低功耗是相對(duì)其他無(wú)線通信技術(shù)而言的一個(gè)特點(diǎn)，這與其通信距離短這 個(gè)先天特點(diǎn)密切相關(guān)，由于傳播距離近，遇到障礙物的幾率也小，發(fā)射功率普遍都 很低，通常在 1 毫瓦量級(jí)。 短距離無(wú)線通信技術(shù)的范圍很廣，在一般意義上，只要通信收發(fā)雙方通過(guò)無(wú)線 電波傳輸信息，并且傳輸距離限制在較短的范圍內(nèi)，通常是幾十米內(nèi)，就可以稱為 短距離無(wú)線通信。 目前幾種主流的短距離無(wú)線通信技術(shù)包括：高速 WPAN 技術(shù)；UWB 高速無(wú)線 通信技術(shù)，包括 MB-OFDM、DS-UWB；WirelessUSB 是一個(gè)全新無(wú)線傳輸標(biāo)準(zhǔn)， 可提供簡(jiǎn)單、可靠的

12、低成本無(wú)線解決方案，幫助用戶實(shí)現(xiàn)無(wú)線功能。因此低速 WPAN 技術(shù)和 IEEE802.154Zigbee，Zigbee 是一種低速短距離無(wú)線通信技術(shù)。它的 出發(fā)點(diǎn)是希望發(fā)展一種拓展性強(qiáng)、易建的低成本無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，強(qiáng)調(diào)低耗電、 雙向傳輸 和感應(yīng)功能等特色。ZigbeePHY 和 MAC 層由 IEEE802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)定義。 IEEE802.15.4a 是作為 IEEE802.15.4 的一個(gè)補(bǔ)充，其物理層的標(biāo)準(zhǔn)可能采用低速 UWB 技術(shù)。藍(lán)牙底層 PHY 層和 MAC 層協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)版本為 IEEE802.15.1，大多數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)的制訂工作還由藍(lán)牙開(kāi)發(fā)小組 SIG 負(fù)責(zé)4。RFID 是一種非接觸的

13、自動(dòng)識(shí)別技 術(shù)，其基本原理是利用射頻信號(hào)和空間耦合（電感或電磁耦合）傳輸性來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)被 識(shí)別物體的自動(dòng)識(shí)別。RFID 技術(shù)的發(fā)展得益于多項(xiàng)技術(shù)的綜合發(fā)展，包括芯片技術(shù)、 多點(diǎn)無(wú)線溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作 - 3 - 天線技術(shù)、無(wú)線技術(shù)、電磁傳播技術(shù)、數(shù)據(jù)交換與編碼技術(shù)等。一套典型的 RFID 系統(tǒng)有電子標(biāo)簽、讀寫(xiě)器和信息處理系統(tǒng)組成。電子標(biāo)簽與讀寫(xiě)器配合完成對(duì)被識(shí) 別對(duì)象的信息采集功能；信息處理系統(tǒng)則根據(jù)需求承擔(dān)相應(yīng)的信息控制和處理工作。 高速 WPAN，目前主要應(yīng)用于連接下一代便攜式消費(fèi)和通信設(shè)備。它支持各種 高速率的多媒體應(yīng)用、高質(zhì)量聲像配送、多兆字節(jié)音樂(lè)和圖像文檔傳送等。 低速 WPAN，

14、主要用于家庭、工廠與倉(cāng)庫(kù)的自動(dòng)控制，安全監(jiān)視、保健監(jiān)視、 環(huán)境監(jiān)視，軍事行動(dòng)、消防隊(duì)員操作指揮，貨單自動(dòng)更新、庫(kù)存實(shí)時(shí)跟蹤以及游戲 和互動(dòng)玩具等方面的低俗應(yīng)用。 1.4 課題主要工作課題主要工作 本文將重點(diǎn)研究短距離無(wú)線溫度采集系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，主要包括以下幾個(gè)方面。 (1) 在調(diào)研無(wú)線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用基礎(chǔ)上，本文將制作基于單片機(jī)的無(wú) 線溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。將制作硬件和編寫(xiě)主機(jī)發(fā)送程序，從機(jī)接收程序，顯示程序。 為實(shí)現(xiàn)此系統(tǒng)功能，對(duì)硬件設(shè)備進(jìn)行如下選型，采用 AT89S52 單片機(jī)作為 DF 無(wú)線 收發(fā)模塊的編解碼控制芯片。 (2) 利用 protel 進(jìn)行系統(tǒng)電路繪制。 (3) 將在硬件電路焊

15、接完成后，開(kāi)始設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件，在 Keil C 開(kāi)發(fā)環(huán)境下，用 C 語(yǔ)言編寫(xiě)單片機(jī)的內(nèi)核程序。基本實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能后，將對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行可靠性和 有效性評(píng)估，主要是對(duì)其有效傳輸距離的測(cè)量，以及誤碼率的測(cè)試。 (4) 最后，將針對(duì)系統(tǒng)調(diào)試時(shí)反應(yīng)出來(lái)的缺陷和不足，提出優(yōu)化方法，使其在 操作上更簡(jiǎn)單，功能上更加復(fù)雜，使整個(gè)系統(tǒng)具有一定的使用價(jià)值，而不僅僅停留 在實(shí)驗(yàn)?zāi)M的基礎(chǔ)上。預(yù)計(jì)本系統(tǒng)稍加改進(jìn)就可以實(shí)現(xiàn)遙控器的功能，用于家用電 器的自動(dòng)化控制，高級(jí)玩具的智能控制等。 1.5 本章小結(jié)本章小結(jié) 本章主要介紹了設(shè)計(jì)制作溫度采集系統(tǒng)的意義以及無(wú)線技術(shù)的相關(guān)知識(shí)介紹。 - 4 - 2 2系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)介紹系統(tǒng)相關(guān)

16、技術(shù)介紹 本章首先介紹了 DS18B20 的性能和工作原理；接著詳細(xì)介紹本系統(tǒng)所用到的 DF 無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊；詳細(xì)描述了整個(gè)系統(tǒng)的控制芯片 AT89S52。 2.1 DS18B20DS18B20 簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介 2.1.12.1.1 DS18B20DS18B20 主要特性主要特性 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(dú)特的單線接口方式，DS18B20 在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可 實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊； 3、DS18B20 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí) 現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫； 4、DS

17、18B20 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時(shí)精度為0.5； 6、可編程的分辨率為 912 位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為 0.5、0.25、 0.125和 0.0625，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫； 7、在 9 位分辨率時(shí)最多在 93.75ms 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12 位分辨率時(shí)最多 在 750ms 內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快。 8、測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以“一線總線“串行傳送給 CPU，同時(shí)可傳 送 CRC 校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力； 9、負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不

18、能正常工作。 2.2 DS18B20DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成，如圖 2.2：64 位光刻 ROM、溫度傳感器、 非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器。DS18B20 的外形及管腳排列如圖 2.1： 多點(diǎn)無(wú)線溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作 - 5 - 圖 2.1:DS18B20 引腳圖 DS18B20 引腳定義： (1)DQ 為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端； (2)GND 為電源地； (3)VDD 為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）。 存儲(chǔ)器和控制器 溫度靈敏原件 低溫觸發(fā)器 TL 高溫觸發(fā)器 TH 配置寄存器 高速 緩存 存儲(chǔ)器

19、8 位 CRC 生成 器 64 位 ROM 和 單線 接口 電 源 檢 測(cè) 圖 2.2： DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 2.2.12.2.1 DS18B20DS18B20 工作原理工作原理 DS18B20 的讀寫(xiě)時(shí)序和測(cè)溫原理與 DS1820 相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因 分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時(shí)的延時(shí)時(shí)間由 2s 減為 750ms。 DS18B20 測(cè)溫原理 如圖 2.3 所示。圖中低溫度系數(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(hào)送給計(jì)數(shù)器 1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn) 生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器 2 的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在55所

20、對(duì)應(yīng) 的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器 1 對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù) 器 1 的預(yù)置值減到 0 時(shí)，溫度寄存器的值將加 1，計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被裝入， 計(jì)數(shù)器 1 重新開(kāi)始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù) 器 2 計(jì)數(shù)到 0 時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫 度。圖 2.3 中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程中的非線性，其輸出用于修正 計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置值。 - 6 - 斜率累加器 低溫度系數(shù)晶振 比較預(yù)置 預(yù)置 高溫度系數(shù)晶振計(jì)數(shù)器 2 計(jì)數(shù)器 1 =0 =0 溫度寄存器 加 1 停止 LSB 置位/清除 圖 2.3：

21、 DS18B20 測(cè)溫原理框圖 DS18B20 有 4 個(gè)主要的數(shù)據(jù)部件： （1）光刻 ROM 中的 64 位序列號(hào)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(kāi)始 8 位（28H）是產(chǎn)品類(lèi)型標(biāo)號(hào)， 接著的 48 位是該 DS18B20 自身的序列號(hào)，最后 8 位是前面 56 位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼 （CRC=X8+X5+X4+1）。光刻 ROM 的作用是使每一個(gè) DS18B20 都各不相同，這樣就可 以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè) DS18B20 的目的。 （2）DS18B20 中的溫度傳感器可完成對(duì)溫度的測(cè)量，以 12 位轉(zhuǎn)化為例：用 16 位符

22、號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以 0.0625/LSB 形式表達(dá)，其中 S 為符號(hào) 位。 表 2.1: DS18B20 溫度值格式表 Bit 7Bit 6Bit 5Bit 4Bi t3Bit 2Bit 1Bit 0 LS Byte232221202-12-22-32-4 Bit 15Bit 14Bit 13Bit 12Bit 11Bit 10Bit 9Bit 8 MSByteSSSSS262524 這是 12 位轉(zhuǎn)化后得到的 12 位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在 18B20 的兩個(gè) 8 比特的 RAM 中，二進(jìn)制 中的前面 5 位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度大于 0，這 5 位為 0，只要將測(cè)到的數(shù)值乘 于 0

23、.0625 即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于 0，這 5 位為 1，測(cè)到的數(shù)值需要取反 加 1 再乘于 0.0625 即可得到實(shí)際溫度。 多點(diǎn)無(wú)線溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作 - 7 - 例如+125的數(shù)字輸出為 07D0H，+25.0625的數(shù)字輸出為 0191H，- 25.0625的數(shù)字輸出為 FF6FH，-55的數(shù)字輸出為 FC90H。 表 2.2: DS18B20 溫度數(shù)據(jù)表 TEMPERRATURE DIGITAI OUTPUT(bina) DIGITAI OUTPUT(hex) 1250000 0111 1101 000007D0h 850000 0101 0101 00000550h

24、25.06250000 0001 1001 00010191h 10.1250000 0000 1010 001000A2h 0.50000 0000 0000 10000008h 00000 0000 0000 00000000h -0.51111 1111 1111 1000FFF8h -10.1251111 1111 0101 1110FF5Eh -25.06251111 1110 0110 1111FE6Fh -551111 1100 1001 0000FC90h （3）DS18B20 溫度傳感器的存儲(chǔ)器 DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速緩存 RAM 和一個(gè)非易失性的

25、可 電擦除的 EEPRAM,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。 （4）配置寄存器 該字節(jié)各位的意義如下： 表 2.3： 配置寄存器結(jié)構(gòu) TMR1R011111 低五位一直都是“1“，TM 是測(cè)試模式位，用于設(shè)置 DS18B20 在工作模式還是在 測(cè)試模式。在 DS18B20 出廠時(shí)該位被設(shè)置為 0，用戶不要去改動(dòng)。R1 和 R0 用來(lái)設(shè)置 分辨率，如下表所示：（DS18B20 出廠時(shí)被設(shè)置為 12 位） - 8 - 表 2.4： 溫度分辨率設(shè)置表 R1R0 分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間 00 9 位 93.75ms 01 10 位 187.5ms 1 0 11 位 75ms 1

26、1 12 位 750ms 2.2.22.2.2高速緩存存儲(chǔ)器高速緩存存儲(chǔ)器 高速緩存存儲(chǔ)器由 9 個(gè)字節(jié)組成，其分配如表 5 所示。當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后， 經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補(bǔ)碼形式存放在高速緩存存儲(chǔ)器的第 0 和第 1 個(gè)字節(jié)。 單片機(jī)可通過(guò)單線接口讀到該數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式如表 2.1 所示。表 2.2 是對(duì)應(yīng)的一部 分溫度值。 表 2.5： DS18B20 緩存寄存器分布 寄存器內(nèi)容字節(jié)地址 溫度值低位 （LS Byte） 0 溫度值高位 （MS Byte） 1 高溫限值（TH） 2 低溫限值（TL） 3 配置寄存器 4 保留 5 保留 6 保留 7 CRC 校驗(yàn)值 8 多點(diǎn)無(wú)線溫度采

27、集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作 - 9 - 根據(jù) DS18B20 的通訊協(xié)議，主機(jī)（單片機(jī)）控制 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng) 過(guò)三個(gè)步驟：每一次讀寫(xiě)之前都要對(duì) DS18B20 進(jìn)行復(fù)位操作，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(duì) DS18B20 進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主 CPU 將數(shù)據(jù)線下拉 500ms，然后釋放，當(dāng) DS18B20 收到信號(hào)后等待 1660ms 左右， 后發(fā)出 60240ms 的存在低脈沖，主 CPU 收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。 表 2.6： ROM 指令表 指 令 約定 代碼 功 能 讀 ROM 33H 讀 DS1820 溫度傳感器 ROM 中的編

28、碼（即 64 位地址） 符合 ROM 55H 發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出 64 位 ROM 編碼，訪問(wèn)單總線上與該 編碼相對(duì)應(yīng)的 DS1820 使之作出響應(yīng)，為下一步對(duì)該 DS1820 的讀 寫(xiě)作準(zhǔn)備。 搜索 ROM 0FOH 用于確定掛接在同一總線上 DS1820 的個(gè)數(shù)和識(shí)別 64 位 R M 地址。為操作各器件作好 備。 跳過(guò) ROM 0CCH 忽略 64 位 ROM 地址，直接向 DS1820 發(fā)溫度變換命令。適用于 單片工作。 告警搜 索命令 0ECH 執(zhí)行后只有溫度超過(guò)設(shè)定值上限或下限的片子才做出響應(yīng)。 - 10 - 表 2.7： RAM 指令表 指 令 約定代 碼 功 能 溫度變換

29、 44H 啟動(dòng) DS1820 進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，12 位轉(zhuǎn)換時(shí)最長(zhǎng)為 750ms（9 位為 93.75ms）。結(jié)果存入內(nèi)部 9 字節(jié) RAM 中。 讀緩存器 0BEH 讀內(nèi)部 RAM 中 9 字節(jié)的內(nèi)容 寫(xiě)緩存器 4EH 發(fā)出向內(nèi)部 RAM 的 3、4 字節(jié)寫(xiě)上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟 該命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù)。 復(fù)制緩存 器 48H 將 RAM 中第 3 、4 字節(jié)的內(nèi)容復(fù)制到 EEPROM 中。 重調(diào) EEPROM 0B8H 將 EEPROM 中內(nèi)容恢復(fù)到 RAM 中的第 3 、4 字節(jié)。 讀供電方 式 0B4H 讀 DS1820 的供電模式。寄生供電時(shí) DS1820 發(fā)送“ 0 ”，外

30、 接電源供電 DS1820 發(fā)送“ 1 ”。 2.3 DFDF 無(wú)線傳輸模塊介紹無(wú)線傳輸模塊介紹 DF 數(shù)據(jù)發(fā)射模塊的工作頻率為 315MHz，采用聲表諧振器 SAW 穩(wěn)頻，頻率穩(wěn) 定性極高，當(dāng)環(huán)境溫度在-25+85之間變化時(shí)，頻率飄移僅為 3ppm/。特別 適合多發(fā)一收無(wú)線遙控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。一般的 LC 振蕩器頻率穩(wěn)定度及一致性較 差，即使采用高品質(zhì)微調(diào)電容，溫差變化及振動(dòng)也很難保證已調(diào)好的頻點(diǎn)不會(huì)發(fā)生 偏移。 DF 發(fā)射模塊未設(shè)置編碼集成電路，而增加了一只數(shù)據(jù)調(diào)制三極管 Q1，這種結(jié) 構(gòu)使得它可以方便地和其他固定編碼電路、滾動(dòng)碼電路及單片機(jī)接口，而不必考慮 編碼的工作電壓和輸出幅度信號(hào)值

31、的大小。DF 數(shù)據(jù)模塊具有較寬的工作電壓 312V，當(dāng)電壓變化時(shí)發(fā)射頻率基本不變，和發(fā)射模塊配套的接收模塊無(wú)需任何調(diào) 多點(diǎn)無(wú)線溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作 - 11 - 整就能穩(wěn)定地接收。DF 數(shù)據(jù)模塊采用 ASK 方式調(diào)試，以降低功耗，當(dāng)數(shù)據(jù)信號(hào)停 止時(shí)發(fā)射電流降為零，數(shù)據(jù)信號(hào)與 DF 發(fā)射模塊輸入端可以用電阻或者直接連接而 不能用電容耦合，否則 DF 發(fā)射模塊將不能正常工作。數(shù)據(jù)電平應(yīng)接近 DF 數(shù)據(jù)模塊 的實(shí)際工作電壓，以獲得較高的調(diào)制效果。DF 發(fā)射模塊最好垂直安裝在主板的邊緣 應(yīng)離開(kāi)周?chē)骷?5mm 以上，以免分布參數(shù)影響。DF 模塊的傳輸距離與調(diào)制信號(hào)頻 率及幅度，發(fā)射電壓及電池容量，

32、發(fā)射天線，接收機(jī)的靈敏度，收發(fā)環(huán)境有關(guān)。圖 2.4 為 DF 發(fā)射模塊的電路原理圖。 圖 2.4 DF 發(fā)射模塊電路原理圖 DF 超外差接收模塊的工作電壓為 5V，它為超再生接收電路，接收靈敏度為 105dbm，接收天線最好為 2530cm 的導(dǎo)線，最好能豎立起來(lái)。接收模塊本身不帶解 碼集成電路，因此接收電路僅是一種組件，只有應(yīng)用在具體電路中進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)才 能發(fā)揮應(yīng)有的作用，它可以和各種解碼電路或者單片機(jī)配合，DF 模塊自身輻射極小， 加上電路模塊背面網(wǎng)狀接地銅箔的屏蔽作用，可以減少自身振蕩的泄露外界干擾信 號(hào)的侵入。圖 2.5 為超外差接收模塊的電路原理圖。 - 12 - 圖 2.5 超外差

33、接收模塊電路原理圖 2.4 AT89S52AT89S52 單片機(jī)簡(jiǎn)單介紹單片機(jī)簡(jiǎn)單介紹 2.4.12.4.1內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu) AT89 系列單片機(jī)是以 Intel 公司的 MCS-51 單片機(jī)為核心的部件結(jié)構(gòu)，它與 8051 其他型號(hào)的單片機(jī)是兼容的。單片機(jī)是把微型計(jì)算機(jī)的主要部分集成在一個(gè)芯 片上的單芯片微型計(jì)算機(jī)。它的結(jié)構(gòu)和指令都是按照工業(yè)要求設(shè)計(jì)的，也稱為微控 制器。AT89 系列單片機(jī)的精簡(jiǎn)結(jié)構(gòu)如 2.6 所示。 頻率基準(zhǔn)源 計(jì)數(shù)器 T0/T1 控制 并行 I/O 口 串行輸入/輸出 圖 2.6 AT89 單片機(jī)簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)方框圖 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS 8 位微控

34、制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造。片上 Flash 允許程序 存儲(chǔ)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 CPU 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(mén)狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52 可降至 0Hz 靜 態(tài)邏輯操作，

35、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(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM 內(nèi)容被保存， 振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。AT89S52 內(nèi)部總線 振蕩 器及定時(shí) 電路 8KB 程序存儲(chǔ) 器 ROM 數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器 RAM 2 個(gè) 16 位定時(shí) 器 CPU 64KB 總線 擴(kuò)展控制 可編程 I/O 口 48 位 可編程 串行口 多點(diǎn)無(wú)線溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作 - 13 - 型號(hào)單片機(jī)幾乎涵蓋了所有結(jié)構(gòu)功能，它的主要功能特點(diǎn)是： (1) 8 位字長(zhǎng) CPU，指令、引腳、與 MCS51 全兼容； (2) 8

36、KB 系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash 存儲(chǔ)器； (3) 1000 次擦寫(xiě)周期； (4) 4 個(gè) I/O 口共 32； (5) 4.0V5.0V 的工作電源電壓； (6) 振蕩器和時(shí)鐘電路，全靜態(tài)操作，033MHz； (7) 3 級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖存； (8) 2568B 片內(nèi) RAM； (9) 3 個(gè)可編程定時(shí)器：T0、T1 和 T2； (10)8 個(gè)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(shí)監(jiān)視器，又稱看門(mén)狗； (15) 雙數(shù)據(jù)指針； (16) 電源下降標(biāo)志。 2.4.22.4.2 AT89S52AT89S52 單片機(jī)

37、引腳功能描述單片機(jī)引腳功能描述 AT89S52 單片機(jī)是 MSC-51 系列產(chǎn)品的升級(jí)版，由世界著名半導(dǎo)體公司 ATMEL 在購(gòu)買(mǎi) MSC-51 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)后，利用自身優(yōu)勢(shì)技術(shù)對(duì)舊技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)和擴(kuò)展， 同時(shí)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(jī)引腳排列封 裝圖，使用雙列直插 DIP-40 的封裝。 - 14 - 圖 2.7 AT89S52 單片機(jī)引腳圖 在單片機(jī)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； V

38、CC: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(shí)，XTAL1 和 XTAL2 分別接在外接晶體振蕩器的兩端。片內(nèi) 振蕩器由一個(gè)單級(jí)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(shí)鐘信號(hào)時(shí)，XTAL1 端作為輸入，而 XTAL2 腳懸浮。 (3)控制引腳 RST、ALE/、/VppPSENEA RST：當(dāng)振蕩器正常工作時(shí)，在此引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平是單 片機(jī)復(fù)位。而在定時(shí)監(jiān)視器定時(shí)輸出后，引腳置成高電平并持續(xù) 96 個(gè)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 R

39、AM 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(chǔ)器讀選通信號(hào)，低電平有效。在外接擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)PSEN 存儲(chǔ)器時(shí)，它們的地址是可以重合的，AT89 系列單片機(jī)就是通過(guò)相應(yīng)的控制信號(hào)來(lái) 區(qū)別 P2 口和 P0 口送出的到底是程序存儲(chǔ)器的地址還是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址。在訪問(wèn) 外部存儲(chǔ)器讀取指令或者常數(shù)時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生兩個(gè)有效信號(hào)，即輸出兩個(gè) PSEN 有效信號(hào)，此時(shí)地址總線上送出的就是程序存儲(chǔ)器的地址。而如果訪問(wèn)外部數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，不產(chǎn)生兩個(gè) PSEN 信號(hào)。同時(shí)，在單片機(jī)執(zhí)行訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí)也

40、 不產(chǎn)生兩個(gè)這樣的信號(hào)； /Vpp：是訪問(wèn)內(nèi)部或外部程序存儲(chǔ)器的選擇信號(hào)。當(dāng)保持高電平時(shí)，EAEAEA 訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。而這時(shí)如果還有外部擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器時(shí)，CPU 在執(zhí)行完成內(nèi) 部存儲(chǔ)的程序后自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到執(zhí)行外部存儲(chǔ)的程序。而當(dāng)保持低電平時(shí)，不管內(nèi)EA 部有無(wú)存儲(chǔ)器都只從起始地址開(kāi)始訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器。VPP為 Flash 編程電壓，就 是編程者在對(duì)片內(nèi)的 Flash 編程時(shí)，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 P0.0P0.7：P0 口是一個(gè) 8 位漏極并行準(zhǔn)雙向 I/O 口。在訪問(wèn)外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器 多點(diǎn)無(wú)線溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作 - 15

41、 - 時(shí)，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(shí)復(fù)用，此時(shí)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(duì)片內(nèi) Flash 編程時(shí)， P0 接收指令字節(jié)，在驗(yàn)證程序時(shí)則輸出指令字節(jié)，而驗(yàn)證期間也要外接上拉電阻。 P1.0P1.7：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(jìn)行 Flash 編程和驗(yàn)證時(shí)，它接收低 8 位地址。 P2.0P2.7：P2 口內(nèi)部也有上拉電阻，是一個(gè) 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口。在訪問(wèn)外部 程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)送出高 8 位地址。用 MOVXDPTR 類(lèi)指令訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)器時(shí)，P2 口為高 8 位地址；但

42、用 MOVR0 和 MOVR1 類(lèi)指令訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2 口上的內(nèi)容是 SFR P2 的內(nèi)容。 2.5 本章小結(jié)本章小結(jié) 本章首先對(duì)DS18B20溫度傳感器進(jìn)行介紹。然后對(duì)DF收發(fā)模塊的工作原理以 圖形界面的方式解釋出來(lái)，另外闡明了基于單片機(jī)的無(wú)線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的概念。 - 16 - 3 3系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì) 單系統(tǒng)開(kāi)發(fā)部分是整個(gè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)流程中重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，主要任務(wù)是根據(jù)用戶 的需求，準(zhǔn)確定義要完成的系統(tǒng)目標(biāo)，編寫(xiě)開(kāi)發(fā)程序并將其寫(xiě)入單片機(jī)中，從而使 系統(tǒng)的運(yùn)行符合開(kāi)發(fā)人員的要求。 3.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 一般單片機(jī)的開(kāi)發(fā)流程是先進(jìn)行項(xiàng)目評(píng)估，為了實(shí)現(xiàn)預(yù)期的

43、功能，討論初步技 術(shù)開(kāi)發(fā)方案，據(jù)此出預(yù)算，包括可能的開(kāi)發(fā)成本、樣機(jī)成本、開(kāi)發(fā)耗時(shí)等等。本人 最初想實(shí)現(xiàn)的是無(wú)線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，按照系統(tǒng)的要求必須用到無(wú)線模塊，在此之前 對(duì)于無(wú)線模塊了解的不多，所以第一步著手無(wú)線模塊的選擇，網(wǎng)上有許多這方面的 內(nèi)容，里面用到的核心芯片是 nRF2401，這款芯片是挪威 Nordic 公司推出的單片 2.4GHz 無(wú)線收發(fā)一體芯片。它將射頻、8051MCU、9 通道 12 位 ADC、外圍元件、 電感和濾波器全部集成到單芯片中。Nrf2401 工作在 2.42.5GHz 的 ISM 自由頻段， 能夠在全球無(wú)線市場(chǎng)暢通無(wú)阻，但是這樣高的工作頻率并不適用于本文中提及的系

44、 統(tǒng)，而且也不具備調(diào)試高頻率所要求的實(shí)驗(yàn)器材，所以改用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作在低頻 的 DF 無(wú)線模塊。 信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)在通信系統(tǒng)中具有重要的作用，調(diào)制過(guò)程是一個(gè)頻譜搬移的 過(guò)程，它是將低頻信號(hào)的頻譜搬移到載頻位置。解調(diào)是調(diào)制的逆過(guò)程，既是將已調(diào) 制的信號(hào)還原成原始基帶信號(hào)的過(guò)程。調(diào)制和解調(diào)都是頻譜交換的過(guò)程，必須用非 線性元件才能完成。 通信系統(tǒng)可用圖 3.3 所示的框圖來(lái)描述，是用來(lái)傳輸攜帶信息的波形給接受者， 一般可以分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。數(shù)字通信系統(tǒng)是指將信息從數(shù)字信源 傳輸?shù)浇邮照叩耐ㄐ畔到y(tǒng)。 n(t) m(t) s(t) r(t) m(t) 圖 3.3 通信系統(tǒng)框圖 對(duì)數(shù)字通信

45、系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，理想的系統(tǒng)應(yīng)該是在一定的發(fā)送能量及信號(hào)帶寬的條件 下，輸出端有最小的比特錯(cuò)誤概率。因此，比特錯(cuò)誤概率及信號(hào)帶寬是重要的指標(biāo)。 信號(hào) 處理 載波 電路 傳輸媒介 (信道) 道) 載波 電路 信號(hào) 處理 多點(diǎn)無(wú)線溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作 - 17 - 在原理上，數(shù)字信息可以直接用數(shù)字代碼序列表示和傳輸，并且選用一組取值 有限的離散波形來(lái)表示。這些取值離散的波形可以是未經(jīng)調(diào)制的電信號(hào)，也可以是 調(diào)制后的信號(hào)。未經(jīng)調(diào)制的數(shù)字信號(hào)所占據(jù)的頻譜是從零頻或 者很低頻率開(kāi)始， 稱為數(shù)字基帶信號(hào)。數(shù)字基帶信號(hào)包括二進(jìn)制線路碼和多進(jìn)制信號(hào)，本文用到的是 二進(jìn)制的 ASCII 碼。ASCII(Americ

46、an Standard Code for Information Interchange，美國(guó) 信息互換標(biāo)準(zhǔn)代碼) 是基于拉丁字母的一套電腦編程系統(tǒng)。ASCII 碼使用 7 位或 8 位二進(jìn)制數(shù)字組合來(lái)表示 128 或 256 種可能的字符。標(biāo)準(zhǔn) ASCII 碼使用 7 位二進(jìn)制 數(shù)來(lái)表示所有的大寫(xiě)和小寫(xiě)字母，數(shù)字 0 到 9、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)，以及在美式英語(yǔ)中使用 的特殊控制字符。 3.1.13.1.1主機(jī)設(shè)計(jì)主機(jī)設(shè)計(jì) 在進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前，必須進(jìn)行充分的調(diào)研，確定系統(tǒng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì) 的目的和目標(biāo)。確定了系統(tǒng)預(yù)期的功能后，就應(yīng)該對(duì)系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)進(jìn)行分析，分 析設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于系統(tǒng)功能的認(rèn)識(shí)和系統(tǒng)結(jié)

47、構(gòu)的合理設(shè)計(jì)、系統(tǒng)單片機(jī)及關(guān)鍵芯片 的選型、系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)的確定和軟硬件功能的劃分，使所選器件能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的預(yù)期 功能。本文中用到 protel 繪制原理圖，并進(jìn)行仿真處理。 主機(jī)部分的功能是單片機(jī)通過(guò)發(fā)射模塊向外部發(fā)送數(shù)據(jù)，原理圖如 3.4 所示。 - 18 - 圖 3.4 主機(jī)原理圖 3.1.23.1.2從機(jī)設(shè)計(jì)從機(jī)設(shè)計(jì) 從機(jī)部分實(shí)現(xiàn)的功能是：?jiǎn)纹瑱C(jī)通過(guò)無(wú)線接收模塊接收主機(jī)發(fā)送來(lái)的溫度信息， 每接收到一次信息，就在 LED 上顯示相應(yīng)數(shù)值，從機(jī)部分的電路原理圖如 3.5 所示： 圖 3.5 從機(jī)部分電路圖 3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 短距離無(wú)線數(shù)據(jù)采集的總體設(shè)計(jì)，如圖 3.6 所示。 3

48、15MHz 溫度數(shù)據(jù) 控制芯片 AT89S52 DF 無(wú)線發(fā)射 數(shù)據(jù)顯示 控制芯片 AT89S52 AT89S52 DF 無(wú)線接收 多點(diǎn)無(wú)線溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作 - 19 - 圖 3.6 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 無(wú)線數(shù)據(jù)采集的程序主要包括主機(jī)的發(fā)射程序和從機(jī)部分接收程序以及計(jì)算機(jī) 上的顯示程序，主機(jī)的程序主要是溫度采集程序和數(shù)據(jù)發(fā)送程序，主機(jī)程序流程圖 如 3.7 所示 系統(tǒng)初始化 采集溫度 顯示溫度 發(fā)送數(shù)據(jù) 圖 3.7 主機(jī)部分流程圖 從機(jī)作為接收機(jī)，通過(guò)無(wú)線模塊傳送過(guò)來(lái)的字符數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行核對(duì)如果接收 數(shù)據(jù)正確，就顯示數(shù)值，從機(jī)程序流程圖如 3.8 所示。 系統(tǒng)初始化 接收數(shù)據(jù) 接收標(biāo)志位 Y

49、 N 顯示數(shù)據(jù) - 20 - 圖 3.8 從機(jī)部分流程圖 3.3 本章小結(jié)本章小結(jié) 著重介紹了系統(tǒng)硬件的仿真、開(kāi)發(fā)平臺(tái)，并在此基礎(chǔ)上畫(huà)出了原理圖，在仿真 環(huán)境下運(yùn)行本系統(tǒng)，保證其理論上的可行性。最后畫(huà)出系統(tǒng)軟件運(yùn)行的流程圖，清 晰直觀的把系統(tǒng)的工作原理表示出來(lái)。 多點(diǎn)無(wú)線溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作 - 21 - 4 4系統(tǒng)測(cè)試與分析系統(tǒng)測(cè)試與分析 4.1 無(wú)線傳輸距離與延遲測(cè)試與分析無(wú)線傳輸距離與延遲測(cè)試與分析 將此無(wú)線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主發(fā)射板放置在距離從機(jī) 23m 遠(yuǎn)的地方，分別外接 +5V 的直流電壓給主機(jī)和從機(jī)供電，主機(jī)與從機(jī)的地線不可以連在一起，這樣真正 意義上實(shí)現(xiàn)了無(wú)線數(shù)據(jù)采集。系統(tǒng)初始

50、化的延遲時(shí)間在 6s 左右，正常工作后延遲時(shí) 間在 3s 左右。本系統(tǒng)存在的問(wèn)題是如果此系統(tǒng)的通信距離拉長(zhǎng)，主機(jī)發(fā)送出數(shù)據(jù)后， 接收機(jī)的接收靈敏度降低，或者是根本就無(wú)法正常工作，針對(duì)這種現(xiàn)象的解決方法 是在發(fā)射和接受端安裝 25cm 左右的天線，或者使用前向編碼糾錯(cuò)技術(shù)，把基于二 進(jìn)制線路碼的 ASCII 碼轉(zhuǎn)換成 HDB3碼，重新編寫(xiě)通信協(xié)議，不過(guò)后者已超出本文 的討論范圍。 4.2 溫度采集測(cè)試與分析溫度采集測(cè)試與分析 經(jīng)過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)溫度源的對(duì)比，該系統(tǒng)的溫度采集精度可達(dá) 0.1，溫度采集延遲在 1s 以內(nèi)。兩項(xiàng)指標(biāo)均可滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。該系統(tǒng)的采集范圍理論上可達(dá)-55 99，根據(jù)實(shí)際情況修

51、正為-1050。 4.3 多點(diǎn)采集測(cè)試與分析多點(diǎn)采集測(cè)試與分析 PT2262/2272 編碼譯碼芯片通過(guò)驗(yàn)證地址匹配與否來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。在應(yīng)用中，接 收端只需要每隔一段時(shí)間改變接收地址便能采集不同發(fā)射端傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。 PT2262/2272 編碼譯碼芯片采用 8 位地址碼，最多可有 6561 組地址。 - 22 - 5 5成果及展望成果及展望 5.1 取得的成果取得的成果 本設(shè)計(jì)取得的成果主要包括以下幾個(gè)方面： （1）成功運(yùn)用了 DS18B20 進(jìn)行溫度采集; （2）通過(guò) LED 數(shù)碼管對(duì) DS18B20 采集的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描顯示; （3）利用標(biāo)準(zhǔn)恒溫箱對(duì) DS18B20 的溫度采集精度進(jìn)行測(cè)

52、定，精度可達(dá) 0.1; （4）利用 DF 模塊和 PT2262/2272 芯片進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，傳輸范圍可達(dá) 10m 左右，延遲時(shí)間在 810s 左右。 5.2 工作展望工作展望 盡管本設(shè)計(jì)基本實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的功能，但是還可以進(jìn)行許多完善。比如可以將整 個(gè)系統(tǒng)做成集成模塊，這樣更方便擁有不同需求的用戶的需要；還可以在系統(tǒng)中加 入語(yǔ)音模塊，讓盲人也可以知道當(dāng)前環(huán)境的溫度。而且，本設(shè)計(jì)完成的只是個(gè)簡(jiǎn)單 的無(wú)線溫度數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)，現(xiàn)實(shí)中的無(wú)線通信系統(tǒng)是很復(fù)雜的，包括一系信號(hào)處理 裝置，對(duì)所傳輸?shù)男盘?hào)進(jìn)行編碼、復(fù)接、濾波等。 多點(diǎn)無(wú)線溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作 - 23 - 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 1. 候天星，王

53、鳳新. 基于 nRF2401 的無(wú)線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)J，中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào).2009(5). 258-263. 2. 閔豫，李學(xué)華. 基于 nRF401 的短距離無(wú)線通信設(shè)計(jì)J，成都信息工程學(xué)院學(xué)報(bào). 2006(12).21:05. 3. Naveen Erasala, David C. Yen. Bluetooth technology: a strategic analysis of its role in global 3G wireless communication era J, Department of Decision Sciences and Management Informatio

54、n System, Miami University, Oxford, OH 45056, USA. 4. J. Michael Tarn, Chuan Pang , David C. Yen , Jon Chen . Exploring the implementation and application of Bluetooth technology in the shipping industry J. Western Michigan University Kalamazoo, MI 49008-5412, USA 5. DALLAS DS18B20 使用手冊(cè) 6. 李江全. 現(xiàn)代測(cè)控

55、系統(tǒng)典型應(yīng)用實(shí)例M. 北京：電子工業(yè)出版社，2010 7. 孫寧，沈湘衡. 多通道無(wú)線溫度測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì). 微計(jì)算機(jī)信息, Microcomputer Information, 2009 年 11 期 8. 史軍， 趙國(guó)榮. 多點(diǎn)溫度傳感無(wú)線采集系統(tǒng)的研究. 寧夏大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), Journal of Ningxia University(Natural Science Edition)2008 年 01 期 9. 萬(wàn)志平，楊亦紅. 基于 PTR8000 的無(wú)線多點(diǎn)溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì). 商場(chǎng)現(xiàn)代化, Market Modernization, 2009 年 05 期 10.王美紅，封百濤

56、. 多點(diǎn)無(wú)線溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn). 科技信息, Science sbit PS1=P25;sbit PS2=P26;sbit PS3=P27;sfr P_data=0 x80; sbit DQ=P36; bit DS18B20; void DS18B20_init(void);unsigned int get_temper(void); void DS18B20_write(unsigned char dat);unsigned char DS18B20_read(void); float temp;unsigned char T_sign; unsigned char tab12=

57、0 x03,0 x9f,0 x25,0 x0d,0 x99,0 x49,0 x41,0 x1f,0 x01,0 x09,0 xf2,0 xff; void delay (unsigned int);unsigned int htd(unsigned int a);void display(unsigned int a); /*主函數(shù)*/ void main(void) unsigned int a,temp; while(1) temp=get_temper(); P1=0 xfc;for(a=0;a4) for(a=0;a8) for(a=0;a4) PS0=1;PS1=0;delay(20

58、0); P_data=tab(a8) PS1=1;PS2=0;delay(200); P_data=tabT_sign; PS2=1;PS3=0;delay(200);PS3=1;P_data=0 xff; /*DS18B20 讀取溫度函數(shù)*/ unsigned int get_temper(void) unsigned char k,T_L,T_H;DS18B20_init(); 多點(diǎn)無(wú)線溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作 - 27 - if(DS18B20) DS18B20_write(0 xcc);DS18B20_write(0 x44);delay(200); DS18B20_init();DS

59、18B20_write(0 xcc);DS18B20_write(0 xbe); T_L=DS18B20_read();T_H=DS18B20_read();k=T_H if(k=0 xf8)T_sign=10;else T_sign=11;T_H=T_H temp=(T_H*256+T_L)*10*0.0625;else temp=60000;return(temp); /*DS18B20 寫(xiě)函數(shù)*/ void DS18B20_write(unsigned char dat) unsigned char i=0;for (i=8; i0; i-) DQ = 0;DQ = datdelay(5

60、);DQ = 1;dat=1;delay(5); /*DS18B20 讀函數(shù)*/ unsigned char DS18B20_read() unsigned char i=0;unsigned char dat = 0;for (i=8;i0;i-) DQ = 0; dat=1;DQ = 1; if(DQ)dat|=0 x80;delay(5); return(dat); /*DS18B20 初始化函數(shù)*/ void DS18B20_init(void) unsigned char a;DQ=1;delay(8);DQ=0;delay(80);DQ=1;delay(10);a=DQ;delay

61、(5); if(a)DS18B20=0;else DS18B20=1;delay(120); /*延時(shí)函數(shù)*/ void delay(unsigned int delay_time) for(;delay_time0;delay_time-) /*十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換十進(jìn)制*/ unsigned int htd(unsigned int a) unsigned int b,c; b=a%10;c=b;a=a/10; b=a%10;c=c+(b#include #include sbit PS0=P24;sbit PS1=P25;sbit PS2=P26;sbit PS3=P27;sfr P_data=

62、0 x80; unsigned char tab12=0 x03,0 x9f,0 x25,0 x0d,0 x99,0 x49,0 x41,0 x1f,0 x01,0 x09,0 xfd,0 xff; void delay (unsigned int);unsigned int htd(unsigned int a);void display(unsigned int a); sbit a=P13;sbit b=P12;sbit c=P11;sbit d=P10; /*主函數(shù)*/ void main(void) unsigned char i,j,temp;/jieshou,; - 28 - w

63、hile(1) while(1) switch(P1) case 0 xfc: for(j=20;j;j-) if(P1!=0 xfcelse j=20;temp=P1 for(i=0;i4)PS0=1;PS1=0;delay(200); P_data=tab(a8)PS1=1;PS2=0;delay(200); P_data=tab0;PS2=1;PS3=0;delay(200); PS3=1;P_data=0 xff; /*延時(shí)函數(shù)*/ void delay(unsigned int delay_time) for(;delay_time0;delay_time-) 多點(diǎn)無(wú)線溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作 - 29 - /*十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換十進(jìn)制*/ unsigned int htd(unsigned int a) unsigned int b,c; b=a%10;c=b;a=a/10; b=a%10;c=c+(b4);a=a/10; b=a%10;c=c+(b8);a=a/10; b=a%10;c=c+(b12);return c;