基于單片機(jī)的無線溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計畢業(yè)設(shè)計(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 到減法計數(shù)器2 計數(shù)到0 時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。圖23 中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正減法計數(shù)器的預(yù)置值，只要計數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直至溫度寄存器值達(dá)到被測溫度值，這就是DS18B20 的測溫原理。 DS18B20溫度傳感器與單片機(jī)的接口電路DS18B20 可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時DS18B20 的1 腳接地，2 腳作為信號線，3 腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，單片機(jī)端口接單線總線，為保證在有效的DS18B20 時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個MOSFET 管來完成對總線的上拉。當(dāng)DS18B20 處于寫存儲器操作和溫度A/D 轉(zhuǎn)換操作時，總線上必須有強(qiáng)的上拉，上拉開啟時間最大為10us。采用寄生電源供電方式時VDD 端接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。寄生電源供電方式，見圖26。圖26 DS18B20 與單片機(jī)的接口電路 LED數(shù)碼管部分在日常生活中，我們對LED數(shù)碼管并不陌生。LED數(shù)碼管已作為很多電子產(chǎn)品的通用器件，如在儀表、汽車、機(jī)械電子及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到。在單片機(jī)的人機(jī)交流界面中，一般的輸出方式有以下幾種：發(fā)光管、LED 數(shù)碼管、液晶顯示器。發(fā)光管和LED 數(shù)碼管比較常用，軟硬件都比較簡單。 LED數(shù)碼管簡介LED數(shù)碼管分共陽極與共陰極兩種，其工作特點(diǎn)是，當(dāng)筆段電極接低電平，公共陽極接高電平時，相應(yīng)筆段可以發(fā)光。共陰極LED數(shù)碼管則與之相反，它是將發(fā)光二極管的陰極(負(fù)極)短接后作為公共陰極。當(dāng)驅(qū)動信號為高電平、?端接低電平時，才能發(fā)光。LED的輸出光譜決定其發(fā)光顏色以及光輻射純度，也反映出半導(dǎo)體材料的特性。常見管芯材料有磷化鎵(GaP)、砷化鎵(GaAs)、磷砷化鎵 (GaAsP)、氮化鎵(GaN)等，其中氮化鎵可發(fā)藍(lán)光。發(fā)光顏色不僅與管芯材料有關(guān)，還與所摻雜質(zhì)有關(guān)，因此用同一種管芯材料可以制成發(fā)出紅、橙、黃、綠等不同顏色的數(shù)碼管。其他顏色LED數(shù)碼管的光譜曲線形狀與之相似，僅入，值不同。LED數(shù)碼管的產(chǎn)品中，以發(fā)紅光、綠光的居多、這兩種顏色也比較醒目。LED數(shù)碼管等效于多只具有發(fā)光性能的PN結(jié)。當(dāng)PN結(jié)導(dǎo)通時，依靠少數(shù)載流子的注人及隨后的復(fù)合而輻射發(fā)光，其伏安特性與普通二極管相似。在正向?qū)ㄖ埃螂娏鹘朴诹悖P段不發(fā)光。當(dāng)電壓超過開啟電壓時，電流就急劇上升，筆段發(fā)光。因此，LED數(shù)碼管屬于電流控制型器件，其發(fā)光亮度L(單位是cd／m2)與正向電流IF有關(guān)，用公式表示：L=KIF即亮度與正向電流成正比。LED的正向電壓U，則與正向電流以及管芯材料有關(guān)。使用LED數(shù)碼管時，工作電流一般選10mA左右／段，既保證亮度適中，又不會損壞器件。 LED數(shù)碼管的基本參數(shù)和引腳功能～2V，額定電流為10mA，最大電流為40mA。本設(shè)計采用4位一組共陽LED數(shù)碼管，用P1來控制數(shù)碼管的短選和p2口控制位選位選，其管腳分配和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，見圖27。圖27LED共陽數(shù)碼管管腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖28 硬件原理圖因?yàn)楣碴帯⒐碴枠O數(shù)碼管電平控制存在區(qū)別，所以其編碼方式不一樣，其具體編碼見表210。表28 共陰、共陽數(shù)碼管編碼方式顯示字符0123456789共陽極0xc00xf90xa40xb00x990x920x820xf80x800x90共陰極0x3f0x060x5b0x4f0x660x6d0x7d0x070x7f0x6f NRF24L01無線數(shù)據(jù)傳輸部分隨著我國國際地位和科研水平的不斷提高，無需導(dǎo)線連接的無線數(shù)據(jù)系統(tǒng)對用戶有著極大的吸引力。無線數(shù)據(jù)系統(tǒng)采用了能在局域范圍內(nèi)無線傳輸信息的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)，在不改動原有設(shè)施的前提下，將有效的數(shù)據(jù)信息準(zhǔn)確、快速和安全地傳送給與會者。因此，無線數(shù)據(jù)系統(tǒng)設(shè)備的設(shè)計得到了國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域廠商的廣泛關(guān)注，未來，無線數(shù)據(jù)系統(tǒng)很有可能代替現(xiàn)有的有線數(shù)據(jù)系統(tǒng)，成為今后數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹髁鳌！　∫私鉄o線數(shù)據(jù)傳輸， 就得先了解無線傳輸技術(shù)。 下面大概介紹一下幾種常見的無線傳輸技術(shù)：　　超高頻（UHF Ultra High Frequency）。UHF波段則是指頻率為300~3000MHz的特高頻無線電波。具有特點(diǎn)是：1）穩(wěn)定性高2）寫距離遠(yuǎn)3）訊速率較高　　但U段技術(shù)由于頻段多、使用范圍廣，容易串頻和被聽，保密性較差。紅外通訊技術(shù)的特點(diǎn)：1）它是目前在世界范圍內(nèi)被廣泛使用的一種無線連接技術(shù)，被眾多的硬件和軟件平臺所支持；2）通過數(shù)據(jù)電脈沖和紅外光脈沖之間的相互轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)無線的數(shù)據(jù)收發(fā)。3）主要是用來取代點(diǎn)對點(diǎn)的線纜連接；4）具有不能穿透障礙物的特性，有效保障了會議信息的安全與保密；5）安裝方便快捷，成本低；當(dāng)然我們還是需要注意一下紅外線技術(shù)的一些局限性。在進(jìn)行系統(tǒng)安裝時，設(shè)備距離紅外信號收發(fā)器的距離通常比較短，大都在10米內(nèi)，且應(yīng)遠(yuǎn)離其它紅外光源（如日光燈，等離子屏等），以避免干擾。 　　WAP是Wireless Application Protocol（即無線應(yīng)用協(xié)議）的縮寫。無線應(yīng)用協(xié)議也稱為無線應(yīng)用程序協(xié)議，目前應(yīng)用廣泛，是在數(shù)字移動電話、Internet及其他個人數(shù)字助理機(jī)PDA、計算機(jī)應(yīng)用之間進(jìn)行通信的開放性全球標(biāo)準(zhǔn)。　　在工作方面，對于日理萬機(jī)、經(jīng)常與時間競賽的商務(wù)人士，WAP更能為用戶提供市場上最新的第一手信息，完全配合用戶的業(yè)務(wù)和工作需要。在生活方面，無論用戶身在何處，都可以通過WAP上網(wǎng)，進(jìn)行各項(xiàng)線上銀行服務(wù)，在娛樂方面，WAP也為用戶提供了嶄新的消費(fèi)模式，無論您走到那里，都可以隨心所欲地與朋友甚至其他WAP用戶，一起上網(wǎng)、玩游戲，一起分享WAP的樂趣。BOSCH的DCN無線討論系統(tǒng)采用的就是該無線技術(shù)。 通過倍受贊譽(yù)的無線介入點(diǎn)能夠?yàn)榉綀A40米（164英尺）左右的空間提供穩(wěn)固如一的強(qiáng)大連接。WAP既可部署在會議室中心以獲得最佳的覆蓋率，也可以移動到會議室中最適合的位置。　　盡管WAP有其強(qiáng)大的優(yōu)勢，但是也必須指出WAP在技術(shù)角度上的局限性，主要存在于兩個方面：　　1）WAP設(shè)備和WAP承載網(wǎng)絡(luò)： 　　2）WAP設(shè)備受CPU、隨機(jī)訪問存儲器（RAM）、只讀存儲器（ROM）和處理速度的限制。3）WAP承載網(wǎng)絡(luò)是低功率的網(wǎng)絡(luò)，一般在辦公環(huán)境中的帶寬多為11M。WAP承載網(wǎng)絡(luò)的固有特性是可靠性不高、穩(wěn)定性不高和不可。 。這個頻段里是國際規(guī)定的免費(fèi)頻段，是不需要向國際相關(guān)組織繳納任何費(fèi)用的。，它的工作方式是全雙工模式傳輸，在抗干擾性能上要比27MHz有著絕對的優(yōu)勢。這個優(yōu)勢決定了它的超強(qiáng)抗干擾性以及最大可達(dá)10米的傳輸距離。，比藍(lán)牙的1M理論傳輸速率提高了一倍。這就為以后的應(yīng)用層提高了可靠的保障。相比藍(lán)牙它的產(chǎn)品制造成本更低，提供的數(shù)據(jù)傳輸速率更高。相比同樣免費(fèi)的27MHz無線技術(shù)它的抗干擾性、最大傳輸距離以及功耗都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出。 NRF24L01簡介, GHz～ GHz ISM頻段。內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊,并融合了增強(qiáng)型ShockBurst技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置。nRF24L01功耗低,在以6 dBm的功率發(fā)射時，工作電流也只有9 mA。接收時， mA，多種低功率工作模式(掉電模式和空閑模式)使節(jié)能設(shè)計更方便。 DS18B20 的特性、管腳排列及內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)：　　GFSK調(diào)制：　　硬件集成OSI鏈路層。　　具有自動應(yīng)答和自動再發(fā)射功能。　　片內(nèi)自動生成報頭和CRC校驗(yàn)碼。　　數(shù)據(jù)傳輸率為l Mb/s或2Mb/s。　　SPI速率為0 Mb/s～10 Mb/s。　　125個頻道：　　與其他nRF24系列射頻器件相兼容。　　QFN20引腳4 mm4 mm封裝。 V～ V。圖29NRF24L01管腳分布各管腳的定義如下:引腳名稱 引腳功能 描述1 CE 數(shù)字輸入 RX 或TX 模式選擇2 CSN 數(shù)字輸入 SPI 片選信號3 SCK 數(shù)字輸入 SPI 時鐘4 MOSI 數(shù)字輸入 從SPI 數(shù)據(jù)輸入腳5 MISO 數(shù)字輸出 從SPI 數(shù)據(jù)輸出腳6 IRQ 數(shù)字輸出 可屏蔽中斷腳7 VDD 電源 電源+3V8 VSS 電源 接地0V9 XC2 模擬輸出 晶體震蕩器2 腳10 XC1 模擬輸入 晶體震蕩器1 腳/外部時鐘輸入腳11 VDD_PA 電源輸出 給RF 的功率放大器提供的+ 電源12 ANT1 天線 天線接口113 ANT2 天線 天線接口214 VSS 電源 接地0V15 VDD 電源 電源+3V16 IREF 模擬輸入 參考電流17 VSS 電源 接地0V18 VDD 電源 電源+3V19 DVDD 電源輸出 去耦電路電源正極端圖210 NRF24L01內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) NRF24L01工作模式NRF24L01有工作模式有三種：收發(fā)模式空閑模式關(guān)機(jī)模式工作模式由PWR_UP register 、PRIM_RX register和CE決定,見表211表211 NRF24L01工作模式模式PWR_UPPRIM_RXCEFIFO接收111—發(fā)射101數(shù)據(jù)已在發(fā)射堆棧里發(fā)射101—0當(dāng)CE有下降沿跳變時，數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)射空閑2101發(fā)射堆棧空空閑1—0此時沒有數(shù)據(jù)發(fā)射掉電0———收發(fā)模式有Enhanced ShockBurstTM收發(fā)模式、ShockBurstTM收發(fā)模式和直接收發(fā)模式三種。(1)Enhanced ShockBurstTM收發(fā)模式，在Enhanced ShockBurstTM收發(fā)模式下，使用片內(nèi)的先入先出堆棧區(qū)，數(shù)據(jù)低速從微控制器送入，但高速(1Mbps)發(fā)射，這樣可以盡量節(jié)能,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。與射頻協(xié)議相關(guān)的所有高速信號處理都在片內(nèi)進(jìn)行，這種做法有三大好處：盡量節(jié)能；低的系統(tǒng)費(fèi)用(低速微處理器也能進(jìn)行高速射頻發(fā)射)；數(shù)據(jù)在空中停留時間短，抗干擾性高。Enhanced ShockBurstTM技術(shù)同時也減小了整個系統(tǒng)的平均工作電流。在Enhanced ShockBurstTM收發(fā)模式下， NRF24L01自動處理字頭和CRC校驗(yàn)碼。在接收數(shù)據(jù)時，自動把字頭和CRC校驗(yàn)碼移去。在發(fā)送數(shù)據(jù)時，自動加上字頭和CRC校驗(yàn)碼，在發(fā)送模式下，置CE為高，至少10us，將時發(fā)送過程完成后。Enhanced ShockBurstTM發(fā)射流程:A. 把接收機(jī)的地址和要發(fā)送的數(shù)據(jù)按時序送入NRF24L01；B. 配置CONFIG寄存器，使之進(jìn)入發(fā)送模式。C. 微控制器把CE置高（至少10us），激發(fā)NRF24L01進(jìn)行Enhanced ShockBurstTM發(fā)射； D. N24L01的Enhanced ShockBurstTM發(fā)射(1) 給射頻前端供電；(2)射頻數(shù)據(jù)打包(加 字頭、CRC校驗(yàn)碼)； (3) 高速發(fā)射數(shù)據(jù)包；(4)發(fā)射完成，NRF24L01進(jìn)入空閑狀態(tài)。Enhanced ShockBurstTM接收流程A. 配置本機(jī)地址和要接收的數(shù)據(jù)包大小；B. 配置CONFIG寄存器，使之進(jìn)入接收模式，把CE置高。C. 130us后，NRF24L01進(jìn)入監(jiān)視狀態(tài)，等待數(shù)據(jù)包的到來。 (正確的地址和CRC校驗(yàn)碼)，NRF2401自動把字頭、地址和CRC校驗(yàn)位移去。E. NRF24L01通過把STATUS寄存器的RX_DR置位(STATUS一般引起微控制器中斷)通知微控制器；F. 微控制器把數(shù)據(jù)從NewMsg_RF2401 讀出；G. 所有數(shù)據(jù)讀取完畢后，可以清除STATUS寄存器。NRF2401可以進(jìn)入四種主要的模式之一。(2)ShockBurstTM收發(fā)模式ShockBurstTM收發(fā)模式下，使用片內(nèi)的先入先出堆棧區(qū)，數(shù)據(jù)低速從微控制器送入，但高速(1Mbps)發(fā)射，這樣可以盡量節(jié)能，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。與射頻協(xié)議相關(guān)的所有高速信號處理都在片內(nèi)進(jìn)行，這種做法有三大好處：盡量節(jié)能；低的系統(tǒng)費(fèi)用(低速微處理器也能進(jìn)行高速射頻發(fā)射)；數(shù)據(jù)在空中停留時間短，抗干擾性高。nRF24L01的ShockBurstTM技術(shù)同時也減小了整個系統(tǒng)的平均工作電流。 在ShockBurstTM收發(fā)模式下，nRF2401自動處理字頭和CRC校驗(yàn)碼。在接收數(shù)據(jù)時，自動把字頭和CRC校驗(yàn)碼移去。在發(fā)送數(shù)據(jù)時，自動加上字頭和CRC校驗(yàn)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。ShockBurstTM發(fā)射流程：A. 當(dāng)微控制器有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，其把CE置高，使NRF24L01工作；B. 把接收機(jī)的地址和要發(fā)送的數(shù)據(jù)按時序送入NRF24L01；C. 微控制器把CE置低，激發(fā)nRF24L01進(jìn)行ShockBurstTM發(fā)射；D. nRF24L01的ShockBurstTM發(fā)射，過程如下 給射頻前端供電；射頻數(shù)據(jù)打包(加字頭、CRC校驗(yàn)碼)； 高速發(fā)射數(shù)據(jù)包；發(fā)射完成，nRF2401進(jìn)入空閑狀態(tài)。ShockBurstTM接收流程A. 配置本機(jī)地址和要接收的數(shù)據(jù)包大小；B. 進(jìn)入接收狀態(tài)，把CE置高；C. 200us后，NRF24L01進(jìn)入監(jiān)視狀態(tài)，等待數(shù)據(jù)包的到來；D. 當(dāng)接收到正確的數(shù)據(jù)包(正確的地址和CRC校驗(yàn)碼)，NRF24L01自動把字頭、地址和CRC校驗(yàn)位移去；E. NRF24L01通過把DR1(這個引腳一般引起微控制器中斷)置高通知微控制器；F. 微控制器把數(shù)據(jù)從nRF2401移出；G. 所有數(shù)據(jù)移完，NRF24L01把DR1置低，此時，如果CE為高，則等待下一個數(shù)據(jù)包，如