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1、目 录1 绪论12 设计要求23 整体电路方框图24 单元电路介绍34.1 时钟发生器34.2 复位电路44.3 看门狗电路44.4 串行口控制的键盘及LED显示器接口电路54.5 DS18B20采集单元64.5.1 DS18B20芯片简介64.5.2 DS18B20采集电路64.5.3 DS18B20内部结构74.5.4 DS18B20的测温原理74.5.5 DS18B20内部暂存器84.6 nRF905收发模块94.6.1 nRF905芯片介绍104.6.2 数据发送114.6.3 数据接收114.7 收发天线的设计125 软件介绍135.1 采集电路流程图135.2 键盘流程图135.3
2、 nRF905控制程序135.3.1 初始化配置155.3.2 nRF905发送流程图165.3.3 nRF905接收流程图176 结论17致谢18参考文献18附录1 系统总体原理图20附录2 程序清单211 绪论近十几年来，随着网络和通信技术的发展，越来越多的信息采集和远程控制系统采用了无线数据传送技术，它与有线数据传输相比主要有布线成本低、安装简便、便于移动的优点。而且随着互联网技术的迅猛发展和快速普及，越来越多的基于单片机为微控制器的的测控设备或智能仪器仪表都需要通过互联网上进行数据交换或传输数据，同时传统的数据远传程序一般存在了下面一些不足：(1)采集参数及派生参数不齐全，不完整，不标
3、准；数据库结构不合理，没有按照一定的信息传输标准进行数据的处理和存储；兼容性差，如中英文显示、数据处理的格式等方面仍有很大的不足；监控界面单一，画面不丰富，输出的格式(包括屏幕显示和打印输出)不灵活，过于死板，无法满足不同用户的需要。(2)脱机资料处理软件虽较全，但实用性不强，输出结果过于单一，而且不能在屏幕上回放历史数据。数据需要多次重复输入，不能充分利用数据库；同时系统不能满足现场对数据远程传输、浏览、回放(图形或文本)的需要；发送端在远传过程中相当于服务器，但目前发送端服务器的管理功能相对比较薄弱。(3)由于信息传输标准各个等级的格式都不一样，要实现对各个级别的支持就需要修改源程序，因此
4、增加了复杂性；国内许多软件的容错性、延迟性和稳定性尚有欠缺，这对软件运行速度和质量上有很大的影响。无线通信在机动性要求较强的设备中或人们不方便随时到达现场的条件下得到了越来越广泛的应用。微功率短距离无线通信技术作为无线通信实用技术，一般使用单片射频收发芯片，加上微控制器和少量外围器件构成专用或通用无线通信模块。通常射频芯片采用GFSK(高斯频移键控)调制方式，工作于ISM(工业、科学、医疗)频段，通信模块包含简单透明的数据传输协议或使用简单的加密协议，用户不必对无线通信原理和工作机制有较深的了解，只要依据命令字进行操作即可实现基本的数据无线传输功能，因其功率小、开发简单快速而在工业、民用等领域
5、应用广泛。目前，无线数据通信的应用领域越来越广：遥控遥测、无线抄表、门禁系统、身份识别、非接触RF智能卡、无线标签、安全防火系统、生物信号采集、机器人控制等。凡是布线繁杂或不允许布线的场合都希望能通过无线方案来解决。为此，需要设计相应的接口系统，控制这些射频芯片工作，完成可靠稳定的无线数据通信。在各种各样的测控系统中，传感器所测得的信号通常使用导线传输，这种传输方式常常会带来电磁干扰和信号衰减。对于远距离和多点测量，众多的传输线还会带来成本的上升和分布电容。如果测量点在运动物体上或被隔离区域内，信号传输线的问题就很难解决。而引入无线传输方式，就可以克服以上测量系统中的不足。随着射频、集成电路技
6、术的发展，无线通信功能的实现更容易，数据传输速率更快，抗干扰能力更强。因此，许多应用采用了无线传输技术。无线数据传输与有线数据传输相比，有诸多优点：一是成本低，省去大量布线；二是建网快捷，只需在每个终端连接无线数据传输模块和架设适当高度天线；三是适应性好，可应用于某些特殊环境；四是扩展性好，只需将设备与无线数据传输模块相连接。因此，无线传输是一种有效数据传输方式。即使在相距不是很远的地方，无线通信的应用同样广泛，人们希望通过一个小型的、短距离的无线网络为移动和商业用户提供各种服务1。我们知道，在日常生产和生活中有许多地方要涉及到对温度的测量和控制，比如堆放粮食的仓库，储存药品的库房,这些地方对
7、温度要求都很严格。本文介绍的系统可实现对花房中温度的自动测量和采集，并且可以进行无线传输和实时显示。温室的控制与管理对于提高环境控制精度、节约能源与促进生产等有着重要作用。由于温室环境的自然特性在不同地点的温度值是不均匀的，所以需要采集多个不同点的温度值进行综合评判。文中的系统是基于挪威Nordic VLSI公司推出的nRF905单片射频收发器，收发可靠，使用方便，在工业控制、消费电子等各个领域都具有广阔的应用前景。2 设计要求系统的具体设计要求为：(1)系统能够完成对所传输的温度值进行自动采集、测量、实时显示及无线传输功能。(2)通过串行方式在LED上显示3位温度值。(3)能完成无线数据传输
8、功能。基于以上要求，所设计的系统必须有以下结构模块：温度传感器单元、显示单元，数据传输单元。3 整体电路方框图本系统采用点对多点的形式，由发射系统、接收系统组成。发射系统由数字温度传感器DS18B20和89C51单片机、键盘以及射频收发芯片nRF905组成。传感器DS18B20采集数据，经单片机处理后，通过nRF905发送给接收系统。键盘用来设置接收器地址,LED显示模块用来显示设置地址，实时显示温度。发射系统的安装在需测温度的地方测量温度，通过无线方式把采集的数据传送到接收系统。发射系统由89C51单片机、键盘、nRF905和显示组成，如图1所示。nRF905接收发射的数据，处理以后送LED
9、显示器进行显示，键盘用于设置发射地址。由于发射系统的电路图与接收系统的电路图有多处相似，故本设计只介绍发射系统的具体电路及工作过程。DS18B20温度采集键盘晶振电源电路LED数码显示单片机89C51LED驱动nRF905无线收发模块复位电路看门狗电路图1 发射系统框图图2 接收系统框图89C51无线收发模块显示模块键盘4 单元电路介绍整个电路主要由两部分组成，一是数据采集部分，包括DS18B20温度采集、键盘控制、单片机89C51、LED显示；二是数据传输部分，包括nRF905射频收发电路及显示电路。以下是各部分电路介绍。4.1 时钟发生器 89C51芯片内部有一个高增益反相放大器，用于构成
10、振荡器。反相放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2，两端跨接石英晶体及两个电容就可以构成稳定的自激振荡器。电容C1和C2通常取30pF左右，可稳定频率对振荡频率有微调作用。振荡脉冲频率范围为fosc=024MHZ。具体的框图如图3所示2。图3 时钟发生器4.2 复位电路RST引脚是复位输入端。复位信号是高电平有效，其有效时间应持续24个振荡周期以上。复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式，系统上电运行后需要复位，一般都是用手动复位来实现的。复位电路虽然简单，但其作用非常重要，一个单片机系统能否正常运行，首先要检查是否复位成功。其电路如图4所示3。图4 复位电路4.3 看门狗电路微
11、处理器在运行当中会受到各种各样的干扰，如电源及空间电磁干扰，由于单片机自身的抗干扰能力比较差，常会出现单片机因为受外界干扰而导致死机的现象，造成系统不能正常工作。设置看门狗是为了防止单片机死机、提高单片机系统抗干扰性的一种重要途径。在一个单片机应用系统中，所谓的“看门狗”是指在系统设计中通过软件或硬件方式在一定的周期内监控单片机或其他CPU的运行情况。如果在规定的时间内没有收到来自单片机或其他CPU的触发信号，则系统会强制复位，以保证系统在受到干扰时仍能够维持正常的工作状态。X5045是XICOR公司生产的具有上电复位、电压监控、看门狗以及串行EEPROM数据存储4种功能的多用途芯片。X504
12、5采用SPI串行接口，只要了解SPI原理和X5045的指令定义，就很容易对X5045进行操作，综合起来，读/写X5045有以下几条规则：（1）SCK由1变0时，从SO引脚读取1位数据；SCK由0变1时，向SI引脚发送的1位数据被采样。X5045正是基于这一原则实现基本的读/写操作的。（2）在任何以字节为单位的读/写操作前，应先选中芯片，即复位CS；置位CS，则表示操作结束；为了防止误操作，每一次复位或置位CS时应复位CSK。（3）写操作前应先读取状态寄存器，判断WIP为0时，在写使能允许命令后就可以写状态寄存器或向EEPROM写数据。由X5045引脚功能中可知，WDI引脚为双功能，看门狗定时器
13、监测WDI的输入来判断微处理器是否正常工作。在设定的定时时间以内，微处理器必须在WDI引脚上产生一个由高到低的电平变化，以清内部定时器，即“喂狗”；否则X5045将产生一个复位信号。在X5045内部的一个控制寄存器中有2位可编程位，决定了定时时间的长短，微处理器可以通过指令来改变这2个位，从而改变看门狗定时时间的长短。X5045与89C51的接口电路如图5所示3。图5 X5045与89C51的接口电路4.4 串行口控制的键盘及LED显示器接口电路89C51的串行口RXD和TXD为一个全双工串行通信口，但工作在方式0下可做同步移位寄存器使用，其数据由RXD(P3.0)端串行输入或输出；而同步移位
14、时钟由TXD(P3.1)端串行输出，在同步时钟作用下，实现由串行到并行的数据通信。在不需要使用串行通信的场合，利用串行口加外围芯片74HC164就可构成一个或多个并行输入/输出口，用于键盘驱动或显示LED驱动4。74HC164是串行输入、并行输出移位寄存器，并带有清除端。引脚如图6， 图6 74HC164引脚图功能如下：(1)QOQ7：并行输出端。(2)A、B ：串行输入端。(3)CLR/：清零端，零电平，使74HC164输出清零。(4) CLK：时钟脉冲输入端，在脉冲的上升沿实现移位。当CLK=0，CLR=1时，74HC164保持原来数据状态。键盘及LED显示器接口电路如图7所示，图中“与”
15、门的作用是避免键盘操作时对显示器的影响，即仅当P1.2=1时，才开放显示器传送。这种电路属于静态显示，比动态显示亮度更高些。由于74HC164在低电平输出时，允许通过的电流为8mA故不必添加驱动电路，亮度也较理想。与动态扫描相比较，无需CPU不停地扫描，频繁的为显示服务，节省了CPU时间，软件设计也较简单。因为采用共阳极LED，所以，相应的亮段必须送0，相应的暗段必须送1。图7 串行控制键盘扫描和显示器接口电路4.5 DS18B20采集单元4.5.1 DS18B20芯片简介 DS18B20采用独特的单线接口方式，在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现与微处理器的双向通讯。在本系统中使用了两个DS18B20芯片，其测温范围为2050，测温分辨率为1。还支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联，实现多点测温。其工作电源: 35V/DC，且在使用中不需要任何外围元件，测量结果以912位数字量方式串行传送。4.5.2 DS18B20采集电路以89C51单片机为核心的2路温度采集和显示的DS18B20应用系统，如图8所示。两路温度传感器由2个DS18B20组成，可显示路数，也可以由开关 S
