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1、基于超再生无线技术的环境探测系统设计 引 言 近年来,随着无线通信和计算机通信在全球的迅猛发展,采用无线手段提供数据传输的业务越来越多,无线通信还可以用于一些人类无法到达的地方，还有恶劣的环境进行环境探测，也可以用于无线控制，给人们生活带来了很大的帮助. 由于AT89S52单片机可以直接应用在对温度测量的各种测温器件。而且运用超再生无线技术可以把采集到的温度进行无线发送接收。本文就介绍了一种基于单片机的温度测量的方法和超再生无线传输原理。而且完成了该系统的软硬件设计，可以完成最基本的数据传输。超再生无线通信技术在特殊的工作环境中有许多优点:操作起来简单，灵敏度高，而且很稳定，价格便宜，比较适合
2、于恶劣环境探测具，发展前景良好。1. 方案论证 1.1 系统功能定义根据设计要求，可以先大致勾勒出要完成设计，需要几个模块具有如下图所示的的功能。 图1-1功能模块框图 1.2 总体方案 通过对系统功能的定义，可以将基于单片机的数字温度计采用温度传感DS18B20作为测温元件用来满足温度测量,并将温度信号经由其本身所具有的A/D转换功能,转换成数字信号经单片机处理，用超再生无线发送模块发送，接收模块接收到的数据再经单片机处理，再用数码管显示，从而完成温度的测量无线传输。 整个系统控制将由AT89S52单片机芯片为核心构成。选用DS18B20作为测温元件，用超再生无线发射器和接收器作为无线传输元
3、件,各个检测信号、显示信号可由单片机的I/O口进行。 2.系统硬件电路设计 2.1 系统硬件框图根据系统功能要求，可以先大致勾勒出完成任务所需的系统硬件框图如下： 图2-1数据采集模块硬件框图 图2-2数据接收模块硬件框图 主控模块采用性价比较高的单片机芯片，在其内部将预设好的程序储存，可通过程序的运行控制测温模块进行测温，测温模块主要是由DS18B20构成，将其与所测对象进行接触即可获取被测对象的温度数据，无线发送模块它是由一个能产生等幅振荡的高频载频振荡器,和一个产生低频调制信号的低频振荡器组成，无线接收模块超再生检波接收器：超再生检波电路实际上是一个受间歇振荡控制的高频振荡器，这个高频振
4、荡器采用电容三点式振荡器，振荡频率和发射器的发射频率相一致，报警模块只有当温度超出预定值时才会工作，而所测得的温度将通过显示模块的数码管以数字形式显示。2.2 测温模块 本设计的测温元件采用的是DS18B20测温元件,DS18B20是由DALLAS(达拉斯)公司生产的一种温度传感器。超小的体积，超低的硬件开消，抗干扰能力强，精度高，附加功能强，使得DS18B20很受欢迎。这是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。DS18B20数字温度计提供9位(二进制)温度读数，指示器件的温度。信息经过单线接口送入DS18B20或从DS18B20送出，因此从单片机到DS18B20仅需一条线连接即可。它
5、可在1秒钟(典型值)内把温度变换成数字。2.2.1 DS18B20的主要特征 其主要特征如下： l 全数字温度转换及输出； l 先进的单总线数据通信； l 最高12位分辨率，精度可达土0.5； l 12位分辨率时的最大工作周期为750毫秒； l 可选择寄生工作方式； l 检测温度范围为55+125； l 内置EEPROM，限温报警功能； l 64位光刻ROM，内置产品序列号，方便多机挂接； l 多样封装形式，适应不同硬件系统。 DS18B20芯片其封装结构如下： 图2-3 DS18B20芯片封装结构图 由其引脚可看出,其3 个引脚: GND为电压地直接接地；DQ为单数据总线用来与单片机相连接；
6、本系统中DQ与单片机P1.1接口连接；仅此一个连接就能保证DS18B20与单片机之间的数据交换；VDD引脚接电源电压。 2.2.2 DS18B20的工作原理DS18B20的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，从而抗干扰力更强。一个工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理。18B20共有三种形态的存储器资源,分别是：ROM 只读存储器，用于存放DS18B20ID编码，其前8位是单线系列编码（DS18B20的编码是19H），后面48位是芯片唯一的序列号，最后8位是以上56的位的CRC码（冗余校验）。数据在出产时设置不由用户更改。DS18B20共64位ROM， RAM 数据暂存器，用于内
7、部计算和数据存取，数据在掉电后丢失，DS18B20共9个字节RAM，每个字节为8位。第1、2个字节是温度转换后的数据值信息，第3、4个字节是用户EEPROM（常用于温度报警值储存）的镜像。在上电复位时其值将被刷新。第5个字节则是用户第3个EEPROM的镜像。第6、7、8个字节为计数寄存器，是为了让用户得到更高的温度分辨率而设计的，同样也是内部温度转换、计算的暂存单元。第9个字节为前8个字节的CRC码。EEPROM 非易失性记忆体，用于存放长期需要保存的数据，上下限温度报警值和校验数据，DS18B20共3位EEPROM，并在RAM都存在镜像，以方便用户操作。我们在每一次读温度之前都必须进行复杂的
8、且精准时序的处理，因为DS18B20的硬件简单结果就会导致软件的巨大开销。2.3主控模块2.3.1 主控模块功能分析 在本系统中，主控模块居于非常重要的地位。它是整个系统的中枢，系统运行所需的每个操作指令都要由其发出。它一方面控制着测温模块进行温度信息的采集，另一方面也控制着显示模块的工作。最重要的是，由测温模块所采集到的温度信息必须经由主控模块的处理才能在显示模块上显示，从而使整个系统进行正常的运转和工作。针对以上分析本系统主控模块中的单片机芯片采用了AT89S52芯片，此芯片功能强大，能够完全满足系统运行的需求。2.3.2 AT89S52芯片的功能特性 AT89S52是一种低功耗、高性能C
9、MOS8位微控制器， 具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。 其主要性能如下: l 与MCS-51单片机产品兼容 l 8K字节在系统可编程Flash存储器 l 1000次擦写周期 l 全静态操作：0Hz33Hz l 三级加密程序存储器 l 32个可编程I/O口线 l 三个16位定时器/计数器 l 八个中断源 l 全双工U
10、ART串行通道 l 低功耗空闲和掉电模式 l 掉电后中断可唤醒 l 看门狗定时器 l 双数据指针 l 掉电标识符 图2-4 AT89S52引脚结构图在本系统中，将DS18B20的单数据总线与单片机的P2.2端口相连，用一根数据线就完成了测温模块与单片机芯片的连接。2.4 超再生无线通信模块 2.4.1 无线发送模块超再生无线电遥控电路由无线电发射器和超再生检波式接收器两部分组成。无线电发射器：它是由一个能产生等幅振荡的高频载频振荡器（一般用30450MHz）和一个产生低频调制信号的低频振荡器组成的。用来产生载频振东和调制振荡的电路一般有：多揩苦荡器、互补振荡器和石英晶体振荡器等。由低频振荡器产
11、生的低频调制波，一般为宽度一定的方波。如果是多路控制，则可以采用每一路宽度不同的方波，或是频率不同的方波去调制高频载波，组成一组组的己调制波，作为控制信号向空中发射，组成一组组的己调制波，作为控制信号向空中发射。 图2-5 无线电发射器原理图2.4.2无线接收模块 超再生检波接收器：超再生检波电路实际上是一个受间歇振荡控制的高频振荡器，这个高频振荡器采用电容三点式振荡器，振荡频率和发射器的发射频率相一致。而间歇振荡（又称淬装饰振荡）双是在高频振荡的振荡过程中产生的，反过来又控制着高频振荡器的振荡和间歇。而间歇（淬熄）振荡的频率是由电路的参数决定的（一般为1百几百千赫）。这个频率选低了，电路的抗
12、干扰性能较好，但接收灵敏度较低：反之，频率选高了，接收灵敏度较好，但抗干扰性能变差。应根据实际情况二者兼顾。超再生检波电路有很高的增益，在未收到控制信号时，由于受外界杂散信号的干扰和电路自身的热搔动，产生一种特有的噪声，叫超噪声，这个噪声的频率范围为0.35kHz之间，听起来像流水似的“沙沙”声。在无信号时，超噪声电平很高，经滤波放大后输出噪声电压，该电压作为电路一种状态的控制信号，使继电器吸合或断开（由设计的状态而定）。当有控制信号到来时，电路揩振，超噪声被抑制，高频振荡器开始产生振荡。而振荡过程建立的快慢和间歇时间的长短，受接收信号的振幅控制。接收信号振幅大时，起始电平高，振荡过程建立快，每次振荡间歇时间也短，得到的控制电压也高；反之，当接收到的信号的振幅小时，得到的控制电压也低。这样，在电路的负载上便得到了与控
