版權(quán)說(shuō)明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)
文檔簡(jiǎn)介
1、畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)無(wú)線測(cè)溫節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名: 學(xué)號(hào):學(xué) 院: 專 業(yè):指導(dǎo)教師:任德志2013年 6 月無(wú)線測(cè)溫節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)摘要針對(duì)目前我國(guó)一些糧食,煤炭等儲(chǔ)備產(chǎn)業(yè)檢測(cè)系統(tǒng)存在的不足,提出了一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)方案,詳細(xì)介紹了無(wú)線溫度傳感器的硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的溫度測(cè)量,都是從傳感器引出線纜到達(dá)顯示面板或主機(jī)才能測(cè)量溫度的變化。對(duì)于一些腐蝕性強(qiáng)或密封性高,溫度測(cè)量與主機(jī)距離遠(yuǎn)的環(huán)境,有線溫度測(cè)量實(shí)現(xiàn)起來(lái)就比較困難。雖然隨著技術(shù)的發(fā)展,溫度變送器的出現(xiàn)解決了短距離溫度的測(cè)量,但其仍然依賴于線纜。而且隨著距離的增加信號(hào)衰減很快。無(wú)法適用于遠(yuǎn)距離溫度測(cè)量。溫度指標(biāo)在許多工程程項(xiàng)目中是不可或缺的重要
2、參數(shù),針對(duì)這一要求提出的無(wú)線溫度測(cè)量系統(tǒng)采用數(shù)字式溫度傳感器DSl8B20作為測(cè)溫節(jié)點(diǎn)。89C52單片機(jī)作為下位機(jī)微處理器來(lái)控制溫度值的采集,并通過(guò)無(wú)線收發(fā)模塊NRF905進(jìn)行傳輸,最后通過(guò)串口將數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)顯示芯片。實(shí)驗(yàn)證明,該系統(tǒng)解決了在復(fù)雜環(huán)境下溫度采集和獲取的問(wèn)題,具有較高的精度和很好的推廣應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞:溫度測(cè)量,無(wú)線通信,DS18B20Wirelesstemperature measurement system designAbstractAiming at some of Chinas grain and coal reserves of the shortcomings
3、of industrial inspection system,A wireless sensor network design, details of the wireless temperature sensor node hardware architecture and software design.from the sensor cable to the display panel or the host can measure the temperature changes. For some corrosion or sealing of high temperature me
4、asurement and the host environment for distance, cable temperature measurement is more difficult to achieve together. Although with the technology, the emergence of solution temperature transmitter temperature measurement of short distances, but still rely on cable. And as the distance increases. Si
5、gnals are attenuated. Can not be applied to remote temperature measurements.Temperature indicator process in many engineering projects is an indispensable parameter for this request wireless temperature measurement system. With digital temperature sensor DSl8B20 as temperature node. 89C52 microcontr
6、oller as a slave microprocessor to control under the multi-temperature value of the collection, and through the wireless transceiver module NRF905 for transmission, and finally through the serial port to transfer data to PC graphics chips. Experiments show that the system solves the temperature in a
7、 complex environment, collection and access problems, high accuracy and good application prospects.Key words: temperature measurement, wireless communication, DS18B20目錄1 緒論11.1研究意義、背景11.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r22系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)32.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)32.2單片機(jī)的選擇42.3數(shù)字式溫度傳感器DS18B20芯片52.4無(wú)線收發(fā)模塊nRF905102.5 LCD液晶顯示器152.6單元電路介紹172.7串行通信及RS-2
8、32總線182.8 信號(hào)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)203系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)223.1系統(tǒng)整體軟件框圖223.2軟件調(diào)試工具273.3程序編寫(xiě)283.4程序調(diào)試284系統(tǒng)總體測(cè)試334.1 系統(tǒng)硬件調(diào)試335 結(jié)論356 致謝36參考文獻(xiàn)37附錄38附錄138附錄239附錄3 英文原文66附錄4 英文譯文71請(qǐng)留出一個(gè)漢字的空間,下同1 緒論1.1研究意義、背景溫度是表征物體冷熱程度的物理量。溫度是生活和工業(yè)生產(chǎn)中常見(jiàn)的工藝參數(shù)之一,由于它直接影響燃燒、化學(xué)反應(yīng)、發(fā)酵、烘烤、煅燒、蒸餾、濃度、擠壓成形、結(jié)晶以及空氣流動(dòng)等物理和化學(xué)過(guò)程,因此在許多的工程項(xiàng)目中溫度指標(biāo)也是不可或缺的重要參數(shù)。所以如何準(zhǔn)確、方便地獲取溫
9、度就顯得尤為重要。由于溫度的測(cè)量和控制在激光器、光纖光柵的使用及其它的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中應(yīng)用廣泛,所以溫度測(cè)量和控制的失誤就可能引起生產(chǎn)安全、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品產(chǎn)量等一系列問(wèn)題。因此,對(duì)溫度的檢測(cè)的意義就越來(lái)越大。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中,很多時(shí)候都需要對(duì)溫度進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控,以使得生產(chǎn)能夠順利的進(jìn)行,產(chǎn)品的質(zhì)量才能夠得到充分的保證。使用自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)可以對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的溫度進(jìn)行自動(dòng)控制,保證生產(chǎn)的自動(dòng)化、智能化能夠順利、安全進(jìn)行,從而提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。可以看出,如何做出快速,準(zhǔn)確的溫度測(cè)量系統(tǒng)具有重要的研究?jī)r(jià)值。傳統(tǒng)的溫度測(cè)量,都是從傳感器引出線纜到達(dá)顯示面板或主機(jī)才能測(cè)量溫度的變化。對(duì)于一些腐蝕性強(qiáng)
10、或密封性高,溫度測(cè)量與主機(jī)距離遠(yuǎn)的環(huán)境,有線溫度測(cè)量實(shí)現(xiàn)起來(lái)就比較困難。雖然隨著技術(shù)的發(fā)展,溫度測(cè)量器的出現(xiàn)解決了短距離溫度的測(cè)量,但其仍然依賴于線纜。而且隨著距離的增加,信號(hào)衰減很快。無(wú)法適用于遠(yuǎn)距離溫度測(cè)量。當(dāng)今在我們的生活中處處都能見(jiàn)到無(wú)線通信,短距離通信的有紅外線、藍(lán)牙,遠(yuǎn)距離通信的有手機(jī),GPS等??梢哉f(shuō),二十一世紀(jì)將會(huì)是無(wú)線應(yīng)用飛速發(fā)展的時(shí)代。無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸廣泛地運(yùn)用在車輛監(jiān)控、遙控、遙測(cè)、小型無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線抄表、門(mén)禁系統(tǒng)、小區(qū)傳呼、工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無(wú)線標(biāo)簽、身份識(shí)別、非接觸RF智能卡、小型無(wú)線數(shù)據(jù)終端、安全防火系統(tǒng)、無(wú)線遙控系統(tǒng)、生物信號(hào)采集、水文氣象監(jiān)控、機(jī)器人控制、無(wú)線232
11、數(shù)據(jù)通信、無(wú)線485/422數(shù)據(jù)通信、數(shù)字音頻、數(shù)字圖像傳輸?shù)阮I(lǐng)域中。相對(duì)于藍(lán)牙,手機(jī)等無(wú)線通信的應(yīng)用,無(wú)線溫度測(cè)量由于受被測(cè)量溫度太高或太低的影響,直接導(dǎo)致電子元器件無(wú)法工作的原因而使得其發(fā)展相對(duì)緩慢。隨著嵌入式單片機(jī)技術(shù)的迅速興起與蓬勃發(fā)展,其穩(wěn)定、安全、高效、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)十分突出,所以其應(yīng)用也十分廣泛。單片機(jī)已經(jīng)無(wú)處不在、與我們生活息息相關(guān),并且滲透到生活的方方面面。而單片機(jī)的特點(diǎn)是體積較小,也就是其集成特性,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是普通計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化,增加一些外圍電路,就能夠組成一個(gè)完整的小系統(tǒng),單片機(jī)具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性。它具有和普通計(jì)算機(jī)類似的、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能,通過(guò)使用一些科學(xué)的算法,可以獲
12、得很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力。所以單片機(jī)在工業(yè)中應(yīng)用中,可以極大地提高工業(yè)設(shè)備的智能化、數(shù)據(jù)處理能力和處理效率,而且單片機(jī)無(wú)需占用很大的空間。嵌入式單片機(jī)這些優(yōu)勢(shì)都為無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造了良好的先決條件。而對(duì)于無(wú)線溫度測(cè)量而言,只需在所需要溫度測(cè)量的地方放置無(wú)線溫度測(cè)量模塊作為無(wú)線節(jié)點(diǎn),在主機(jī)上就能顯示被測(cè)位置的溫度。當(dāng)溫度測(cè)量出現(xiàn)故障時(shí),只需對(duì)無(wú)線測(cè)量節(jié)點(diǎn)進(jìn)行故障排查,這樣一來(lái),也就能彌補(bǔ)了有線線路容易損壞,腐蝕,出現(xiàn)故障時(shí)又難以查找等缺陷,既增加了工作效率又降低了維護(hù)成本。1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r溫度測(cè)量系統(tǒng)是在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。嵌入式系統(tǒng)雖然起源于微型計(jì)算機(jī)時(shí)代,但是微型計(jì)算機(jī)的體
13、積、價(jià)位、可靠性,都無(wú)法滿足廣大對(duì)象對(duì)嵌入式系統(tǒng)的要求,因此,嵌入式系統(tǒng)必須走獨(dú)立發(fā)展道路。這條道路就是芯片化道路。將計(jì)算機(jī)做在一個(gè)芯片上,從而開(kāi)創(chuàng)了嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展的單片機(jī)時(shí)代。單片機(jī)誕生于二十世紀(jì)七十年代末,經(jīng)歷了SCM、MCU和SOC三大階段。在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中,電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開(kāi)關(guān)量都是常用的主要被控參數(shù)。例如:在冶金工業(yè)、化工生產(chǎn)、電力工程、造紙行業(yè)、機(jī)械制造和食品加工等諸多領(lǐng)域中,人們都需要對(duì)各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進(jìn)行檢測(cè)和控制。采用MCS-51以及其改進(jìn)的各種單片機(jī)來(lái)對(duì)溫度進(jìn)行控制,不僅具有控制方便、組態(tài)簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn),而且可以大
14、幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo),從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。因此,單片機(jī)對(duì)溫度的控制問(wèn)題是一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到的問(wèn)題。同時(shí)溫度也是生活中最常見(jiàn)的一個(gè)物理量,也是人們很關(guān)心的一個(gè)物理量,它與我們的生活息息相關(guān),有著十分重要的意義,在工業(yè)生產(chǎn)中,溫度過(guò)高或過(guò)低會(huì)直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量、對(duì)機(jī)械設(shè)備和控制系統(tǒng)中的各種元器件造成一定的損壞,嚴(yán)重的會(huì)影響到生產(chǎn)安全。在日常生活中,溫度過(guò)高或過(guò)低同樣會(huì)造成一些不良影響。在實(shí)際生產(chǎn)、生活等各個(gè)領(lǐng)域中,溫度是環(huán)境因素的不可或缺的一部分,對(duì)溫度及時(shí)精確的控制和檢測(cè)顯得尤為重要。比如,農(nóng)業(yè)上土壤各個(gè)層面上的溫度將會(huì)影響植物的生長(zhǎng);在醫(yī)院的監(jiān)護(hù)中也用到溫度的測(cè)量。
15、在工業(yè)中,料桶里外上限溫度要求不一,以及熱處理中工件各個(gè)部位的溫度對(duì)工件形成后的性能至關(guān)重要等等?,F(xiàn)代電子工業(yè)的飛速發(fā)展對(duì)自動(dòng)測(cè)試的要求越來(lái)越高。采用單片機(jī)對(duì)溫度進(jìn)行控制,不僅具有控制方便和組態(tài)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn),而且可以提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)。隨著人們生活水平的不斷提高,單片機(jī)控制無(wú)疑是人們追求的目標(biāo)之一,它所給人帶來(lái)的方便也是不可否定的,其中數(shù)字溫度計(jì)就是一個(gè)典型的例子,但人們對(duì)它的要求越來(lái)越高,要為現(xiàn)代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的設(shè)施就需要從數(shù)單片機(jī)技術(shù)入手,一切向著數(shù)字化控制,智能化控制方向發(fā)展。2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的形式,由多個(gè)無(wú)線節(jié)點(diǎn)和1個(gè)基站組
16、成。由發(fā)射系統(tǒng)(節(jié)點(diǎn))、接受系統(tǒng)(基站)組成。發(fā)射系統(tǒng)(節(jié)點(diǎn))由數(shù)字溫度傳感器DS18B20和89S52單片機(jī)、射頻收發(fā)芯片nRF905組成。多個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳感器DS18B20采集數(shù)據(jù),經(jīng)單片機(jī)處理后,通過(guò)nRF905發(fā)送給接受系統(tǒng)(基站)。發(fā)射系統(tǒng)(節(jié)點(diǎn))安裝在需測(cè)溫度的地方測(cè)量溫度,通過(guò)無(wú)線方式把采集的數(shù)據(jù)傳送到接受系統(tǒng)(基站)。無(wú)線節(jié)點(diǎn)工作在各個(gè)測(cè)溫地點(diǎn),進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)采集和無(wú)線發(fā)送?;竞投鄠€(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無(wú)線通信,nRF905接受發(fā)射的數(shù)據(jù),處理后送LCD顯示器進(jìn)行顯示,同時(shí)能通過(guò)RS-232串口將數(shù)據(jù)發(fā)送給PC。系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)原理如圖2-1所示,圖2-2,圖2-3為發(fā)射/接受系統(tǒng)圖。圖2-1
17、 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)原理圖圖2-2 發(fā)射系統(tǒng)框圖圖2-3 接受系統(tǒng)框圖2.2單片機(jī)的選擇通過(guò)比較,89S52單片機(jī)在價(jià)格和性能方面比較合適,因此,選擇了89C52作為本設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)處理器。2.2.1 89S52單片機(jī)簡(jiǎn)介89C52是INTEL公司MCS-51系列單片機(jī)中基本的產(chǎn)品,它采用INTEL公司可靠的CHMOS工藝技術(shù)制造的高性能8位單片機(jī),屬于標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51的HCMOS產(chǎn)品。它結(jié)合了HMOS的高速和高密度技術(shù)及CHMOS的低功耗特征,它基于標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng),屬于80S51增強(qiáng)型單片機(jī)版本,集成了時(shí)鐘輸出和向上或向下計(jì)數(shù)器等更多的功能,適合于類似馬達(dá)控制等應(yīng)用場(chǎng)
18、合。89S52內(nèi)置8位中央處理單元、256字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM、8k片內(nèi)程序存儲(chǔ)器(ROM)32個(gè)雙向輸入/輸出(I/O)口、3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器和5個(gè)兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu),一個(gè)全雙工串行通信口,片內(nèi)時(shí)鐘振蕩電路。此外,89C52還可工作于低功耗模式,可通過(guò)兩種軟件選擇空閑和掉電模式。在空閑模式下凍結(jié)CPU而RAM定時(shí)器、串行口和中斷系統(tǒng)維持其功能。掉電模式下,保存RAM數(shù)據(jù),時(shí)鐘振蕩停止,同時(shí)停止芯片內(nèi)其它功能。89S52有PDIP(40pin)和PLCC(44pin)兩種封裝形式。2.2.2主要功能特性1)標(biāo)準(zhǔn)MCS-51內(nèi)核和指令系統(tǒng)2)32個(gè)雙向I/O口3)3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器4
19、)向上或向下定時(shí)計(jì)數(shù)器5)全雙工串行通信口6)空閑和掉電節(jié)省模式7)片內(nèi)8KROM(可擴(kuò)充64KB外部存儲(chǔ)器)8)5.0V工作電壓9)布爾處理器10)4層優(yōu)先級(jí)中斷結(jié)構(gòu)11)兼容TTL和CMOS邏輯電平12)改進(jìn)型快速編程脈沖算法2.3數(shù)字式溫度傳感器DS18B20芯片2.3.1 DS18B20芯片簡(jiǎn)介DS18B20是美國(guó)DALLAS公司推出的智能化數(shù)字式溫度傳感器,全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一個(gè)三極管的集成電路內(nèi)。如圖2-4所示。DS18B20引腳定義:(1) GND為電源地;(2) DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端;(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)。圖2-4 D
20、S18B20引腳圖與其它溫度傳感器相比,DS18B20具有以下技術(shù)特性:(1)具有獨(dú)特的單總線接口方式,DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條I/O口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。(2)測(cè)溫范圍55125,固有測(cè)溫分辨率0.5。(3)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,最多只能并聯(lián)8個(gè),如果數(shù)量過(guò)多,會(huì)使供電電源電壓過(guò)低,從而造成信號(hào)傳輸?shù)牟环€(wěn)定,實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。(4)工作電源:3-5V/DC。(5)在使用中不需要任何外圍元件。(6)測(cè)量結(jié)果以9-12位數(shù)字量方式串行傳送。(7)適用于DN15-25, DN40-DN250各種介質(zhì)工業(yè)管道和狹小空間設(shè)備
21、測(cè)溫。(8)標(biāo)準(zhǔn)安裝螺紋 M10X1, M12X1.5,G1/2任選。(9)PVC電纜直接出線或德式球型接線盒出線,便于與其它電器設(shè)備連接。(10)用戶可自行設(shè)定非易失溫度報(bào)警上下限TH和TL,DS18B20在完成溫度轉(zhuǎn)換后,所測(cè)得的溫度值將自動(dòng)與貯存在TH和TL內(nèi)的觸發(fā)值相比較,如果測(cè)溫結(jié)果高于TH或低于TL,DS18B20內(nèi)部的警告標(biāo)志就會(huì)被置位,表示溫度值超出了測(cè)量范圍,同時(shí)還有警報(bào)搜索命令可以識(shí)別出溫度超限的DS18B20。因?yàn)樗菙?shù)字輸出,而且只占用一個(gè)I/O端口,所以它特別適合于微處理器控制的各種溫度測(cè)控系統(tǒng),避免了模擬溫度傳感器與微處理器接口時(shí)需要的A/D轉(zhuǎn)換和較復(fù)雜的外圍電路。
22、縮小了系統(tǒng)的體積,提高了系統(tǒng)的可靠性。2.3.2 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要有四部分組成: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。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-5所示。圖2-5 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖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)高速暫存RAM和一個(gè)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(chǔ)器包含了8個(gè)連續(xù)字節(jié),前兩個(gè)字節(jié)是測(cè)得的溫度信息,第一個(gè)字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低八位,第二個(gè)字節(jié)是溫度的高八位。第三個(gè)和第四個(gè)字節(jié)是TH、TL的易失性拷貝,第五個(gè)字節(jié)是結(jié)構(gòu)寄存器
23、的易失性拷貝,這三個(gè)字節(jié)的內(nèi)容在每一次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第六、七、八個(gè)字節(jié)用于內(nèi)部計(jì)算。第九個(gè)字節(jié)是冗余檢驗(yàn)字節(jié)。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。R1和R0用來(lái)設(shè)置分辨率,如下表2-1所示:(DS18B20出廠時(shí)被設(shè)置為12位)表2-1 分辨率設(shè)置R1RO分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間009位96.75ms0110位187.5ms1011位375ms1112位750ms根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議,主機(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,復(fù)位成功后發(fā)送一條
24、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500微秒,然后釋放,DS18B20收到信號(hào)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(hào)表示復(fù)位成功。在硬件上,DS18B20與單片機(jī)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(jī)的I/O線相連;另一種是用寄生電源供電,此時(shí)UDD、GND接地,I/O接單片機(jī)I/O。無(wú)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2-2所示:表2-2 DS18B20有六條控制命令指 令約定代碼操 作 說(shuō) 明
25、溫度轉(zhuǎn)換44H啟動(dòng)DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換讀暫存器BEH讀暫存器9個(gè)字節(jié)內(nèi)容寫(xiě)暫存器4EH將數(shù)據(jù)寫(xiě)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(xiě)到E2RAM中重新調(diào)E2RAMB8H把E2RAM中的TH、TL字節(jié)寫(xiě)到暫存器TH、TL字節(jié)讀電源供電方式B4H啟動(dòng)DS18B20發(fā)送電源供電方式的信號(hào)給主CPU2.3.3 DS18B20測(cè)溫原理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2-6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
26、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。圖2-6 DS18B20測(cè)溫原理DS18B20有4個(gè)主要的數(shù)據(jù)部件:(1)光刻ROM
27、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。2.3.4 DS18B20的封閉和供電方式DS18B20是DS1820的升級(jí)產(chǎn)
28、品,一般封裝為T(mén)O-92,比DS1820的PR-35封裝更小。DS18B20只有三根外部引線:?jiǎn)尉€數(shù)據(jù)傳輸口DQ,共用地線GND,外供電源線VDD。DS18B20有兩種供電方式:一種為數(shù)據(jù)線供電方式(即寄生電源供電方式),此時(shí)VDD接地,它是通過(guò)內(nèi)部電容在空閑時(shí)從數(shù)據(jù)線獲取能量,來(lái)完成溫度轉(zhuǎn)換,完成溫度轉(zhuǎn)換的時(shí)間較長(zhǎng)。為了保證在有效的時(shí)鐘周期內(nèi),提供足夠的電流,這種情況下,用一個(gè)MOSFET管和單片機(jī)的一個(gè)I/O口來(lái)完成對(duì)DS18B20總線的上拉。另一種是外部供電方式(VDD接+5V),完成溫度測(cè)量的時(shí)間較短。當(dāng)使用數(shù)據(jù)總線寄生供電時(shí),供電端必須接地,同時(shí)總線口在空閑的時(shí)候必須保持高電平,以便
29、對(duì)傳感器充電。但當(dāng)所測(cè)溫度超過(guò)100時(shí),DS18B20的漏電流增大,傳感器從I/O線上獲取的電流不足以維持DS18B20通訊所需的電流,此時(shí)只能選用外部供電方式。比較而言,寄生電源方式少用一根導(dǎo)線,但它完成溫度測(cè)量所需的時(shí)間較長(zhǎng),而外部電源方式測(cè)量速度則要快些。寄生電源方式下,DS18B20的VDD端和GND端都接地,只用一根單總線和主機(jī)通信及獲取電源。單總線上接4.7K的上拉電阻,和DS18B20芯片的寄生電容形成充放電電路;外接電源方式下,DS18B20的VDD端外接一個(gè)+3V-+5V電源,GND端接地??梢?jiàn)寄生電源方式可以省掉一根電源線,大大降低了布線的成本,但是當(dāng)總線上節(jié)點(diǎn)較多且同時(shí)進(jìn)
30、行溫度轉(zhuǎn)換時(shí)容易造成供電不足且所需的轉(zhuǎn)換時(shí)間較長(zhǎng)。外接電源方式穩(wěn)定可靠,測(cè)量速度較快。所以本系統(tǒng)采用外接電源供電方式。2.4無(wú)線收發(fā)模塊nRF905nRF905可以自動(dòng)完成處理字頭和CRC(循環(huán)冗余碼校驗(yàn))的工作,可由片內(nèi)硬件自動(dòng)完成曼切斯特編碼/解碼,使用SPI接口與微控制器通信,配置非常方便,其功耗非常低,因此本系統(tǒng)采用nRF905作為無(wú)線收發(fā)器件。2.4.1 nRF905芯片簡(jiǎn)介nRF905單片無(wú)線收發(fā)器是挪威Nordic公司推出的單片射頻發(fā)射器芯片,工作電壓為1.9-3.6V,32引腳QFN封裝(5mm5mm),工作于433/868/915MHz3個(gè)ISM頻道。nRF905單片無(wú)線收發(fā)
31、器工作由一個(gè)完全集成的頻率調(diào)制器,一個(gè)帶解調(diào)器的接收器,一個(gè)功率放大器,一個(gè)晶體震蕩器和一個(gè)調(diào)節(jié)器組成。Shockburst工作模式的特點(diǎn)是自動(dòng)產(chǎn)生前導(dǎo)碼和CRC,可以很容易通過(guò)SPI接口進(jìn)行編程配置。如圖2-7為nRF905的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。特點(diǎn):真正的單片低功耗ShockBurst工作模式工作電源電壓范圍1.93.6V多通道工作ETSI/FCC兼容通道切換時(shí)間650us 極少的材料消耗無(wú)需外部SAW濾波器輸出功率可調(diào)至10dBm傳輸前監(jiān)聽(tīng)的載波檢測(cè)協(xié)議當(dāng)正確的數(shù)據(jù)包被接收或發(fā)送時(shí)有數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒信號(hào)輸出偵測(cè)接收的數(shù)據(jù)包當(dāng)?shù)刂氛_輸出地址匹配信號(hào)應(yīng)用:無(wú)線數(shù)據(jù)通訊家庭自動(dòng)化無(wú)線遙控報(bào)警及安全系統(tǒng)監(jiān)測(cè)
32、等領(lǐng)域圖2-7 NRF905內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2.4.2工作模式nRF905采用Nordic公司的VLSI ShockBurst技術(shù)。ShockBurst技術(shù)使nRF905能夠提供高速的數(shù)據(jù)傳輸,而不需要昂貴的高速M(fèi)CU來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理/時(shí)鐘覆蓋。通過(guò)將與RF協(xié)議有關(guān)的高速信號(hào)處理放到芯片內(nèi),nRF905提供給應(yīng)用的微控制器一個(gè)SPI接口,速率由微控制器自己設(shè)定的接口速度決定。nRF905通過(guò)ShockBurst工作模式在RF以最大速率進(jìn)行連接時(shí)降低數(shù)字應(yīng)用部分的速度來(lái)降低在應(yīng)用中的平均電流消耗。在ShockBurst RX模式中,地址匹配(AM)和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒(DR)信號(hào)通知MCU一個(gè)有效的地址和數(shù)據(jù)
33、包已經(jīng)各自接收完成。在ShockBurst TX模式中,nRF905自動(dòng)產(chǎn)生前導(dǎo)碼和CRC校驗(yàn)碼,數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒(DR)信號(hào)通知MCU數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)完成??傊?,這意味著降低MCU的存儲(chǔ)器需求也就是說(shuō)降低MCU成本,又同時(shí)縮短軟件開(kāi)發(fā)時(shí)間。nRF905有兩種工作模式和兩種節(jié)能模式。兩種工作模式是 ShockBurst TX模式和ShockBurst RX模式,兩種節(jié)能模式分別是掉電模式和STANDBY模式。nRF905的工作模式由TRX-CE、TX-EN、和PWR-UP三個(gè)引腳決定,見(jiàn)表2-3。表2-3 nRF905工作模式PWR_UPTRX_CETX_EN工作模式0XX掉電和SPI編程10XSta
34、ndby和SPI編程110ShockBurst RX111ShockBurst TX1)典型ShockBurst TX模式:當(dāng)應(yīng)用MCU有遙控?cái)?shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)時(shí),接收節(jié)點(diǎn)的地址TX-address和有效數(shù)據(jù)TX-payload通過(guò)SPI接口傳送給nRF905應(yīng)用協(xié)議或MCU設(shè)置接口速度;MCU設(shè)置TRX_CE、TX_EN為高來(lái)激活nRF905 ShockBurst傳輸;nRF905 ShockBurst:無(wú)線系統(tǒng)自動(dòng)上電數(shù)據(jù)包完成(加前導(dǎo)碼和CRC校驗(yàn)碼)數(shù)據(jù)包發(fā)送(100kbps,GFSK,曼切斯特編碼)如果AUTO_RETRAN被設(shè)置為高nRF905將連續(xù)地發(fā)送數(shù)據(jù)包直到TRX_CE被設(shè)置為低;當(dāng)
35、TRX_CE被設(shè)置為低時(shí),nRF905結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸并自動(dòng)進(jìn)入standby模式。 ShockBurst工作模式確保一個(gè)傳輸包發(fā)送開(kāi)始后,總是能夠完成,不管在發(fā)送過(guò)程中TRX-CE,TX-EN如何被設(shè)置。當(dāng)發(fā)送結(jié)束后,新的模式被激活。2)典型ShockBurst RX模式通過(guò)設(shè)置TRX_CE高,TX_EN低來(lái)選擇ShockBurst RX模式;650us以后,nRF905監(jiān)測(cè)空中的信息;當(dāng)nRF905發(fā)現(xiàn)和接收頻率相同的載波時(shí),載波檢測(cè)CD被置高;當(dāng)nRF905接收到有效的地址時(shí),地址匹配AM被置高;當(dāng)nRF905接收到有效的數(shù)據(jù)包(CRC校驗(yàn)正確)時(shí),nRF905去掉前導(dǎo)碼、地址和CRC位,數(shù)
36、據(jù)準(zhǔn)備就緒(DR)被置高;MCU設(shè)置TRX_CE低,進(jìn)入standby模式低電流模式;MCU可以以合適的速率通過(guò)SPI接口讀出有效數(shù)據(jù);當(dāng)所有的有效數(shù)據(jù)被讀出后,nRF905將AM和DR置低;nRF905將準(zhǔn)備進(jìn)入ShockBurst RX、ShockBurst TX或Powerdown模式。如果在引入數(shù)據(jù)當(dāng)中TRX-CE或TX-EN的狀態(tài)改變,nRF905將立刻改變模式,并且數(shù)據(jù)包丟失。盡管如此,如果MCU已經(jīng)感覺(jué)到AM信號(hào),MCU就知道nRF905正在接收數(shù)據(jù),然后決定是等待DR信號(hào)還是改變模式。3)掉電模式在掉電模式中,nRF905被禁止,電流消耗最小,典型值低于2.5uA。當(dāng)進(jìn)入這種模
37、式時(shí),nRF905是不活動(dòng)的狀態(tài)。這時(shí)候平均電流消耗最小,電池使用壽命最長(zhǎng)。在掉電模式中,配置字的內(nèi)容保持不變。4)STANDBY模式Standby模式在保持電流消耗最小的同時(shí)保證最短的ShockBurstRX、ShockBurstTX的啟動(dòng)時(shí)間。當(dāng)進(jìn)入這種模式時(shí),一部分晶體振蕩器是活動(dòng)的。電流消耗取決于晶體振蕩器頻率,如:當(dāng)頻率為4MHZ時(shí),IDD=12uA;當(dāng)頻率為20MHZ 時(shí),IDD=46uA。如果uPCLK(Pin3)被使能,電流消耗將增加。并且取決于負(fù)載電容和頻率。在此模式中,配置字的內(nèi)容保持不變。2.4.3器件配置nRF905的所有配置都通過(guò)SPI接口進(jìn)行。SPI接口由5個(gè)寄存器
38、組成,一條SPI指令用來(lái)決定進(jìn)行什么操作。SPI接口只有在掉電模式和Standby模式是激活的。1)狀態(tài)寄存器(Status-Register)寄存器包含數(shù)據(jù)就緒DR和地址匹配AM狀態(tài)。2)RF配置寄存器(RF-Configuration Register)寄存器包含收發(fā)器的頻率、輸出功率等配置信息。3)發(fā)送地址(TX-Address)寄存器包含目標(biāo)器件地址,字節(jié)長(zhǎng)度由配置寄存器設(shè)置。4)發(fā)送有效數(shù)據(jù)(TX-Payload)寄存器包含發(fā)送的有效ShockBurst數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù),字節(jié)長(zhǎng)度由配置寄存器設(shè)置。5)接收有效數(shù)據(jù)(RX-Payload)寄存器包含接收到的有效ShockBurst數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù),
39、字節(jié)長(zhǎng)度由配置寄存器設(shè)置。在寄存器中的有效數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒DR指示。2.4.4接口1)模式控制接口:該接口由 PWR_UP、TRX_CE、TX_EN組成控制由nRF905組成的高頻頭的四種工作模式:掉電和 SPI 編程模式;待機(jī)和SPI編程模式;發(fā)射模式;接收模式。2)SPI接口:SPI 接口由 CSN、SCK、MOSI以及MISO組成。在配置模式下單片機(jī)通過(guò)SPI接口配置高頻頭的工作參數(shù);在發(fā)射/接收模式下單片機(jī)SPI接口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。3)狀態(tài)輸出接口:提供載波檢測(cè)輸出CD,地址匹配輸出AM,數(shù)據(jù)就緒輸出DR。2.4.5 NRF905與單片機(jī)的連接系統(tǒng)硬件電路是以單片機(jī)和nRF905為核
40、心元件,由單片機(jī)的I/O端口分別控制nRF905的狀態(tài)接口,模式接口和SPI接口。如圖2-8所示圖2-8 nRF905與單片機(jī)連接圖根據(jù)89C52的特點(diǎn)和nRF905的接口設(shè)計(jì)要求,89C52的P2.4 、P2.5、P2.6分別和nRF905的PWR-UP、TRX-CE、TX-EN連接實(shí)現(xiàn)對(duì)nRF905的工作模式控制。P3.5接nRF905的CD,由此判斷nRF905是否檢測(cè)到載波;P3.2接nRF905的AM口,由此判斷發(fā)送方的發(fā)送目的地址是否與本機(jī)地址相同;外部中斷1接nRF905的DR口,由此判斷收發(fā)數(shù)據(jù)是否完成;nRF905的SPI端口接單片機(jī)的SPI對(duì)應(yīng)端口,實(shí)現(xiàn)對(duì)nRF905的工作
41、配置和數(shù)據(jù)傳輸。nRF905的所有配置是通過(guò)SPI接口完成的。SPI對(duì)外由SCK、MISO、MOSI、CSN4個(gè)引腳組成的,對(duì)應(yīng)5個(gè)內(nèi)置寄存器和1個(gè)SPI指令集。5個(gè)內(nèi)置寄存器分別是狀態(tài)寄存、RF配置寄存器、發(fā)送地址寄存器、發(fā)送有效數(shù)據(jù)寄存器、接受有效數(shù)據(jù)寄存器。某個(gè)SPI指令的設(shè)置決定了相應(yīng)的功能。只有當(dāng)nRF905處于待機(jī)或掉電狀態(tài),SPI接口才工作。任何一條指令均從CSN的由高到低的轉(zhuǎn)換開(kāi)始。寄存器操作時(shí),每次只能讀寫(xiě)一個(gè)字節(jié),或者先給出讀寫(xiě)的開(kāi)始字節(jié)地址,然后再進(jìn)行讀寫(xiě)操作。2.5 LCD液晶顯示器2.5.1 LCD顯示器的結(jié)構(gòu)與原理 圖2-9 LCD1602A硬件原理與連接1602采
42、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(duì)比度調(diào)整端,接正電源時(shí)對(duì)比度最弱,接地電源時(shí)對(duì)比度最高,對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”,使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度第4腳:RS為寄存器選擇,高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第5腳:R/W為讀寫(xiě)信號(hào)線,高電平時(shí)進(jìn)行讀操作,低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時(shí)可以寫(xiě)入指令或者顯示地址,當(dāng)RS為低電平RW高電平時(shí)可以讀忙信號(hào),當(dāng)RS為高電平RW為低電平時(shí)可以寫(xiě)入數(shù)據(jù)。第6腳:E端為使能端,E端由高電平跳變成低電平時(shí),液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳:D0D7為8位雙
43、向數(shù)據(jù)線。第15腳:背光電源正極第16腳:背光電源負(fù)極1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器(CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形,如表1所示,這些字符有:阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫(xiě)、常用的符號(hào)、和日文假名等,每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼,比如大寫(xiě)的英文字母“A”的代碼是01000001B(41H),顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來(lái),我們就能看到字母“A” 。2.5.2 LCD液晶顯示器的譯碼方式1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器(CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形,這些字符有:阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫(xiě)、常用的符號(hào)、和日文假名等,每一個(gè)字符都有一個(gè)
44、固定的代碼,比如大寫(xiě)的英文字母“A”的代碼是01000001B(41H),顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來(lái),我們就能看到字母“A”,因?yàn)?602識(shí)別的是ASCII碼,試驗(yàn)可以用ASCII碼直接賦值,在單片機(jī)編程中還可以用字符型常量或變量賦值。以下是1602的16進(jìn)制ASCII碼表:2.6單元電路介紹2.6.1時(shí)鐘發(fā)生器89C52芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器,用于構(gòu)成振蕩器。反相放大器的輸入端為XTAL1,輸出端為XTAL2,兩端跨接石英晶體及兩個(gè)電容就可以構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。電容C3和C4通常取30pF左右,可穩(wěn)定頻率對(duì)振蕩頻率有微調(diào)作用。振蕩脈沖頻率范圍為f=0-24MHZ
45、。具體的電路如圖2-12所示。圖2-12 時(shí)鐘電路圖2.6.2復(fù)位電路RST引腳是復(fù)位輸入端。復(fù)位信號(hào)是高電平有效,其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù)24個(gè)振蕩周期以上。復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式。系統(tǒng)上電運(yùn)行后需要復(fù)位,復(fù)位電路雖然簡(jiǎn)單,但是它的作用非常重要,一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)能否正常運(yùn)行,首先要檢查是否復(fù)位成功。本系統(tǒng)采用的是上電自動(dòng)復(fù)位。其電路如圖2-13所示。圖2-13 復(fù)位電路圖2.6.3電源電路本系統(tǒng)單片機(jī)的供電電源是由外接USB線供電。如圖2-14為電源電路圖。圖2-14 電源電路圖2.7串行通信及RS-232總線2.7.1串行通信1)串行通信的概念串行通信是指使用一條數(shù)據(jù)線,將數(shù)據(jù)
46、一位一位地依次傳輸,每一位數(shù)據(jù)占據(jù)一個(gè)固定的時(shí)間長(zhǎng)度。其只需要少數(shù)幾條線就可以在系統(tǒng)間交換信息,特別使用于計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間的遠(yuǎn)距離通信。2)串行通信的數(shù)據(jù)傳送方式在串行通信中,數(shù)據(jù)通常是校驗(yàn)、偶校驗(yàn)、和無(wú)校驗(yàn),由用戶根據(jù)需要選定。在發(fā)送端和接收端之間進(jìn)行傳送,根據(jù)數(shù)據(jù)傳送的方向,可以分成三種基本的傳送形式:?jiǎn)喂?、全雙工和半雙工。單工形式的數(shù)據(jù)傳送是單向的,只需要一根數(shù)據(jù)線。半雙工形式的數(shù)據(jù)的傳送是雙向的,但任何時(shí)刻只能由其中的一方發(fā)送數(shù)據(jù),另一方接受數(shù)據(jù)。半雙工形式比單工形式靈活,但它的效率較低,由發(fā)送方式切換到接收方式所需要的時(shí)間大約為數(shù)個(gè)毫秒,這個(gè)時(shí)間延遲對(duì)時(shí)間較為敏感的系
47、統(tǒng)是無(wú)法接受的。全雙工形式下,采用了信道劃分技術(shù),避免了半雙工形式的缺點(diǎn),數(shù)據(jù)傳送是雙向的,且可以同時(shí)發(fā)送和接受數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)采用了效率較高的全雙工通信形式。3)串行通信的傳送速率在串行通信中,用“波特率”來(lái)描述數(shù)據(jù)的傳輸速率。所謂波特率,即每秒鐘傳送的二進(jìn)制位數(shù),其單位為bps。它是衡量串行數(shù)據(jù)傳輸速度快慢的重要指標(biāo)。接收方的波特率和發(fā)送方的波特率可以分別設(shè)置,但接收方的接受波特率必須與發(fā)送方的發(fā)送波特率相同。2.7.2 RS-232串口通信典型地,串口用于ASCII碼字符的傳輸。通信使用3根線完成:(1)地線,(2)發(fā)送,(3)接受。由于串口通信是異步的,端口能夠在一根線上發(fā)送數(shù)據(jù)同時(shí)在另一
48、根線上接受數(shù)據(jù)。其他線用于握手,但是不是必須的。串口通信最重要的參數(shù)是波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、和奇偶校驗(yàn)。對(duì)于兩個(gè)進(jìn)行通信的端口,這些參數(shù)必須匹配:1.波特率:這是一個(gè)衡量通信速度的參數(shù)。它表示每秒鐘傳送的bit的個(gè)數(shù)。例如300波特表示每秒鐘發(fā)送300個(gè)bit。當(dāng)我們提到時(shí)鐘周期時(shí),我們就是指波特率。例如如果協(xié)議需要4800波特率,那么時(shí)鐘是4800Hz。這意味著串口通信在數(shù)據(jù)線上的采樣率為4800Hz。2.數(shù)據(jù)位:這是衡量通信中實(shí)際數(shù)據(jù)位的參數(shù)。當(dāng)計(jì)算機(jī)發(fā)送一個(gè)信息包,實(shí)際的數(shù)據(jù)不會(huì)是8位的,標(biāo)準(zhǔn)的值是5、7和8位。如何設(shè)置取決于你想傳送的信息。比如,標(biāo)準(zhǔn)的ASCII碼是0-127(7位)
49、。擴(kuò)展的ASCII碼是0-255(8位)。如果數(shù)據(jù)使用簡(jiǎn)單的文本,那么每個(gè)數(shù)據(jù)包使用7位數(shù)據(jù)。每個(gè)包指一個(gè)字節(jié),包括開(kāi)始/停止位,數(shù)據(jù)位和奇偶校驗(yàn)位。由于實(shí)際數(shù)據(jù)位取決于通信協(xié)議的選取,術(shù)語(yǔ)“包”指任何通信的情況。3.停止位:用于表示單個(gè)包的最后一位,典型的值為1,1.5和2位。由于數(shù)據(jù)是傳輸線上定時(shí)的,并且每一個(gè)設(shè)備有其自己的時(shí)鐘,很可能在通信中兩臺(tái)設(shè)備間出現(xiàn)了小小的不同步,因此停止位不僅僅是表示傳輸?shù)慕Y(jié)束,而且提供計(jì)算機(jī)校正時(shí)鐘同步的機(jī)會(huì)。4.奇偶校驗(yàn)位:在串口通信中一種簡(jiǎn)單的檢錯(cuò)方式,有四種檢錯(cuò)方式:偶、奇、高和低。當(dāng)然沒(méi)有校驗(yàn)位也是可以的。對(duì)于奇偶校驗(yàn)的情況,串口會(huì)設(shè)置校驗(yàn)位,用一個(gè)值
50、確保傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有偶個(gè)或者奇?zhèn)€邏輯高位。例如,如果數(shù)據(jù)是011,那么對(duì)于偶校驗(yàn)校驗(yàn)位為0,保證邏輯高的位數(shù)是偶數(shù)個(gè)。如果是奇校驗(yàn)校驗(yàn)位為1,這樣就有3個(gè)邏輯高位。高位和地位不真正的檢查數(shù)據(jù),簡(jiǎn)單置位邏輯高或者邏輯低校驗(yàn)。這樣使得接受設(shè)備能夠知道一個(gè)位的狀態(tài),有機(jī)會(huì)判斷是否有噪聲干擾了通信或者是否傳輸和接受數(shù)據(jù)是否不同步。2.8 信號(hào)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)串口部分,采用PL2303控制器作為USB/RS232雙向轉(zhuǎn)換器。該器件作為USB/RS232雙向轉(zhuǎn)換器,一方面從主機(jī)接受USB數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換為RS232信息流格式發(fā)送給外設(shè);另一方面從RS232外設(shè)接受數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為USB數(shù)據(jù)格式傳送回主機(jī)。這些由器件
51、自動(dòng)完成。2.8.1 PL2303(USB轉(zhuǎn)RS232控制器)1.PL2303的簡(jiǎn)介PL2303是Prolific公司生產(chǎn)的一種高度集成的RS232-USB接口轉(zhuǎn)換器,可以提供一個(gè)RS232全雙工異步串行通信裝置與USB功能接口便利連接的解決方案。其管腳如圖2-15所示。該器件內(nèi)置USB功能控制器、USB收發(fā)器、振蕩器和帶有全部調(diào)制解調(diào)器控制信號(hào)的UART,只需外接幾個(gè)電容就可以實(shí)現(xiàn)USB信號(hào)與RS232信號(hào)的轉(zhuǎn)換,能夠方便的嵌入到各種設(shè)備。通過(guò)利用USB傳輸模式,利用龐大的數(shù)據(jù)緩沖器和自動(dòng)流量控制,PL2303HX比傳統(tǒng)的UART(通用異步收發(fā)器)端口能夠?qū)崿F(xiàn)更高的吞吐量,高達(dá)115200b
52、ps的波特率可用于更高性能的使用。圖2-15 PL-2303管腳細(xì)節(jié)圖2.產(chǎn)品特性(1)完全符合USB規(guī)范2.0(全速兼容)(2)內(nèi)擁有USB1.1收發(fā)器,5V轉(zhuǎn)3.3V的穩(wěn)壓器,12MHz的晶體振蕩器(3)支持RS232這樣的串行接口a.全雙工發(fā)送器和接收器(TxD和RxD)b.六個(gè)調(diào)制解調(diào)器引腳(RTS,CTS,DTR,DSR,DCD和RI)c.內(nèi)容可以為5,6,7或8個(gè)數(shù)據(jù)位d.支持自動(dòng)握手各種模式e.一,一個(gè)半,或兩個(gè)停止位f.奇偶錯(cuò)誤,幀錯(cuò)誤和串行中斷檢測(cè)g.可編程波特率從75bps到6Mbpsh.外部的RS232驅(qū)動(dòng)下降控制i.獨(dú)立的串行接口電源(4)寬廣的流量控制機(jī)制a.自動(dòng)與C
53、TS/RTS流控制b.自動(dòng)使用的XON/XOFF流量控制c.入站數(shù)據(jù)緩沖區(qū)溢出檢測(cè)(5)可配置的512個(gè)字節(jié)雙向數(shù)據(jù)緩沖器a.256字節(jié)的輸出緩沖區(qū)和156字節(jié)的輸入緩沖區(qū)b.128字節(jié)的輸出緩沖區(qū)和384字節(jié)的輸入緩沖區(qū)(6)支持從遠(yuǎn)程輸入相關(guān)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行喚醒功能(6)兩個(gè)通用的I/O引腳(7)啟動(dòng)時(shí)可以將配置存儲(chǔ)于外部的EPROM2.8.2 USB接口USB接口部主要由三部分組成,分別是USB接頭,USB供電和USB數(shù)據(jù)收發(fā)。1.USB接頭提供USB的物理接口,通過(guò)USB線可與USB設(shè)備鏈接。2.USB供電整個(gè)USB轉(zhuǎn)串口線不需要外接電源,直接使用USB供電即可。3.USB數(shù)據(jù)收發(fā)USB接
54、口與USB轉(zhuǎn)串口主芯片(PL2303)的通訊。2.8.3 PL2303芯片與單片機(jī)的連接USB轉(zhuǎn)串口主芯片(PL2303)是電路的核心部分,提供USB和串口的橋轉(zhuǎn)換。它主要由三部分組成,分別是USB轉(zhuǎn)串口主芯片PL2303、PL2303工作晶振和PL2303外圍電路。如下圖2-16為PL2303外圍電路及與單片機(jī)連接圖。圖2-16 PL2303芯片與單片機(jī)鏈接3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)整體軟件框圖編程時(shí)采用模塊化設(shè)計(jì)思想,系統(tǒng)中各主要功能模塊均編成獨(dú)立的函數(shù)在主程序中加以調(diào)用,程序主要由以下功能模塊組成:上電初始化程序、無(wú)線收發(fā)程序、數(shù)據(jù)包打包拆包程序、數(shù)據(jù)處理程序。發(fā)送端和接收端在上電后首先調(diào)
55、用初始化程序,完成無(wú)線收發(fā)頻率、工作模式、發(fā)射速率、內(nèi)部寄存器的初始化配置;無(wú)線收發(fā)程序負(fù)責(zé)接受和發(fā)送經(jīng)過(guò)打包后的數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)打包程序?qū)⒉杉瘮?shù)據(jù)根據(jù)通信協(xié)議加上幀頭、地址、CRC校驗(yàn)字節(jié),形成完整的數(shù)據(jù)包;數(shù)據(jù)拆包程序根據(jù)通信協(xié)議將接收到的數(shù)據(jù)包去掉幀頭、地址信息、取出其中的有用數(shù)據(jù),并檢驗(yàn)數(shù)據(jù)包中的CRC字節(jié)以檢驗(yàn)接收到的數(shù)據(jù)的正確性;數(shù)據(jù)處理程序?qū)邮盏降挠行?shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)處理后將其通過(guò)串口發(fā)送到計(jì)算機(jī),作進(jìn)一步分析和處理。系統(tǒng)整體軟件框圖如下3-1,圖3-2所示。圖3-1為發(fā)射系統(tǒng)程序框圖,圖3-2為接受系統(tǒng)程序框圖。圖3-1 發(fā)射系統(tǒng)主程序框圖圖3-2 接受系統(tǒng)主程序框圖1、DS1
56、8B20溫度采集流程DS18B20以單總線協(xié)議工作,單片機(jī)首先發(fā)送復(fù)位脈沖,使信號(hào)線DS18B20被復(fù)位,接著發(fā)送ROM操作命令,使DS18B20被激活進(jìn)入接受內(nèi)存訪問(wèn)命令狀態(tài)。內(nèi)存訪問(wèn)命令完成溫度轉(zhuǎn)換、讀取等工作。系統(tǒng)以ROM命令和存儲(chǔ)器命令的形式對(duì)DS18B20操作。ROM操作命令均為8位,命令代碼分別為:讀ROM(33H)、匹配ROM(55H)、跳過(guò)ROM(CCH)、搜索ROM(F0H)和告警搜索(ECH)命令。存儲(chǔ)器操作命令為:寫(xiě)暫存存儲(chǔ)器(4EH)、讀暫存存儲(chǔ)器(BEH)、復(fù)制暫存存儲(chǔ)器(48H)、溫度變換(44H)、重新調(diào)出EERAM(B8H)和讀電源供電方式(B4H)命令。下圖3-3為溫度采集流程圖。圖3-3 溫度采集流程圖2、無(wú)線模塊數(shù)據(jù)收發(fā)流程下面為典型的 nRF905 模塊數(shù)據(jù)發(fā)送流程:(1)當(dāng)微控制器要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),將接收機(jī)的地址和發(fā)送數(shù)據(jù)通過(guò)SPI 接口傳輸給nRF905 模塊;(2)微控制器設(shè)置TRX_CE 和TX_EN 管腳同時(shí)置為高電平,啟動(dòng)發(fā)送端的nRF905 模塊為發(fā)送模式;(3)發(fā)送端的nRF905 模塊發(fā)送過(guò)程處理:a)射頻寄存器開(kāi)啟;b)數(shù)據(jù)打包(加字頭和CRC 校驗(yàn)碼);c)數(shù)據(jù)包發(fā)送;d)當(dāng)數(shù)據(jù)包發(fā)送結(jié)束,將數(shù)據(jù)發(fā)送完成管腳(DR 管腳)置為高電平;(4)如果AUTO_RETRAN 被設(shè)置為高,nRF905 模塊將連續(xù)地發(fā)
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無(wú)特殊說(shuō)明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒(méi)有圖紙預(yù)覽就沒(méi)有圖紙。
- 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
- 5. 人人文庫(kù)網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
- 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 2025某某建筑安裝工程某某公司采購(gòu)合同
- 2024年資金支持方合同范本3篇
- 2025版航空貨運(yùn)全球運(yùn)輸安全責(zé)任保險(xiǎn)合同3篇
- 2024年私人二手房屋買(mǎi)賣合同含家具家電移轉(zhuǎn)范本3篇
- 2024年甲乙雙方關(guān)于汽車租賃服務(wù)的合同
- 2025年度美容院專業(yè)按摩技師承包經(jīng)營(yíng)合同范本3篇
- 2025版股權(quán)重組與人力資源整合合同3篇
- 2025版石油化工設(shè)備安裝與維護(hù)協(xié)議3篇
- 2025年度旅游觀光班車租賃與景區(qū)合作合同3篇
- 2024年支付工程款擔(dān)保及工程變更管理協(xié)議3篇
- 圍手術(shù)期胃腸營(yíng)養(yǎng)
- 2024年有色金屬分選機(jī)行業(yè)特點(diǎn)分析
- 小學(xué)師德師風(fēng)培訓(xùn)的課件
- 水土保持法培訓(xùn)課件
- 吸粉活動(dòng)推廣方案
- 系統(tǒng)集成實(shí)施方案
- 2023-2024學(xué)年湖南省常德市武陵區(qū)湘少版(三起)六年級(jí)上冊(cè)期末質(zhì)量檢測(cè)英語(yǔ)試卷(無(wú)答案)
- 2023-2024學(xué)年江蘇省連云港市八年級(jí)(上)期末數(shù)學(xué)試卷-普通用卷
- 中國(guó)史碩士研究生培養(yǎng)方案
- 成人自考市場(chǎng)營(yíng)銷策劃
- 中國(guó)地圖素材課件
評(píng)論
0/150
提交評(píng)論