基于超再生無線技術(shù)的環(huán)境探測系統(tǒng)設(shè)計.doc

基于超再生無線技術(shù)的環(huán)境探測系統(tǒng)設(shè)計1引言近年來,隨著無線通信和計算機通信在全球的迅猛發(fā)展,采用無線手段提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)越來越多,無線通信還可以用于一些人類無法到達的地方，還有惡劣的環(huán)境進行環(huán)境探測，也可以用于無線控制，給人們生活帶來了很大的幫助.由于AT89S52單片機可以直接應(yīng)用在對溫度測量的各種測溫器件。而且運用超再生無線技術(shù)可以把采集到的溫度進行無線發(fā)送接收。本文就介紹了一種基于單片機的溫度測量的方法和超再生無線傳輸原理。而且完成了該系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計，可以完成最基本的數(shù)據(jù)傳輸。超再生無線通信技術(shù)在特殊的工作環(huán)境中有許多優(yōu)點:操作起來簡單，靈敏度高，而且很穩(wěn)定，價格便宜，比較適合于惡劣環(huán)境探測具，發(fā)展前景良好?；诔偕鸁o線技術(shù)的環(huán)境探測系統(tǒng)設(shè)計21.方案論證1.1系統(tǒng)功能定義根據(jù)設(shè)計要求，可以先大致勾勒出要完成設(shè)計，需要幾個模塊具有如下圖所示的的功能。對環(huán)境溫度測量對由測溫模塊所測得數(shù)據(jù)進行處理當溫度超出設(shè)定范圍時報警對所測得數(shù)據(jù)進行無線發(fā)送與接收用數(shù)碼管顯示所接收到的溫度圖1-1功能模塊框圖1.2總體方案通過對系統(tǒng)功能的定義，可以將基于單片機的數(shù)字溫度計采用溫度傳感DS18B20作為測溫元件用來滿足溫度測量,并將溫度信號經(jīng)由其本身所具有的A/D轉(zhuǎn)換功能,轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號經(jīng)單片機處理，用超再生無線發(fā)送模塊發(fā)送，接收模塊接收到的數(shù)據(jù)再經(jīng)單片機處理，再用數(shù)碼管顯示，從而完成溫度的測量無線傳輸。整個系統(tǒng)控制將由AT89S52單片機芯片為核心構(gòu)成。選用DS18B20作為測溫元件，用超再生無線發(fā)射器和接收器作為無線傳輸元件,各個檢測信號、顯示信號可由單片機的I/O口進行?；诔偕鸁o線技術(shù)的環(huán)境探測系統(tǒng)設(shè)計32.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計2.1系統(tǒng)硬件框圖根據(jù)系統(tǒng)功能要求，可以先大致勾勒出完成任務(wù)所需的系統(tǒng)硬件框圖如下：測溫模塊主控模塊發(fā)送模塊接收模塊主控模塊顯示模塊報警模塊圖2-1數(shù)據(jù)采集模塊硬件框圖圖2-2數(shù)據(jù)接收模塊硬件框圖主控模塊采用性價比較高的單片機芯片，在其內(nèi)部將預(yù)設(shè)好的程序儲存，可通過程序的運行控制測溫模塊進行測溫，測溫模塊主要是由DS18B20構(gòu)成，將其與所測對象進行接觸即可獲取被測對象的溫度數(shù)據(jù)，無線發(fā)送模塊它是由一個能產(chǎn)生等幅振蕩的高頻載頻振蕩器,和一個產(chǎn)生低頻調(diào)制信號的低頻振蕩器組成，無線接收模塊超再生檢波接收器：超再生檢波電路實際上是一個受間歇振蕩控制的高頻振蕩器，這個高頻振蕩器采用電容三點式振蕩器，振蕩頻率和發(fā)射器的發(fā)射頻率相一致，報警模塊只有當溫度超出預(yù)定值時才會工作，而所測得的溫度將通過顯示模塊的數(shù)碼管以數(shù)字形式顯示?；诔偕鸁o線技術(shù)的環(huán)境探測系統(tǒng)設(shè)計42.2測溫模塊本設(shè)計的測溫元件采用的是DS18B20測溫元件,DS18B20是由DALLAS(達拉斯)公司生產(chǎn)的一種溫度傳感器。超小的體積，超低的硬件開消，抗干擾能力強，精度高，附加功能強，使得DS18B20很受歡迎。這是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。DS18B20數(shù)字溫度計提供9位(二進制)溫度讀數(shù)，指示器件的溫度。信息經(jīng)過單線接口送入DS18B20或從DS18B20送出，因此從單片機到DS18B20僅需一條線連接即可。它可在1秒鐘(典型值)內(nèi)把溫度變換成數(shù)字。2.2.1DS18B20的主要特征其主要特征如下：全數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換及輸出；先進的單總線數(shù)據(jù)通信；最高12位分辨率，精度可達土0.5；12位分辨率時的最大工作周期為750毫秒；可選擇寄生工作方式；檢測溫度范圍為55+125；內(nèi)置EEPROM，限溫報警功能；64位光刻ROM，內(nèi)置產(chǎn)品序列號，方便多機掛接；多樣封裝形式，適應(yīng)不同硬件系統(tǒng)。DS18B20芯片其封裝結(jié)構(gòu)如下：圖2-3DS18B20芯片封裝結(jié)構(gòu)圖基于超再生無線技術(shù)的環(huán)境探測系統(tǒng)設(shè)計5由其引腳可看出,其3個引腳:GND為電壓地直接接地；DQ為單數(shù)據(jù)總線用來與單片機相連接；本系統(tǒng)中DQ與單片機P1.1接口連接；僅此一個連接就能保證DS18B20與單片機之間的數(shù)據(jù)交換；VDD引腳接電源電壓。2.2.2DS18B20的工作原理DS18B20的溫度檢測與數(shù)字數(shù)據(jù)輸出全集成于一個芯片之上，從而抗干擾力更強。一個工作周期可分為兩個部分，即溫度檢測和數(shù)據(jù)處理。18B20共有三種形態(tài)的存儲器資源,分別是：ROM只讀存儲器，用于存放DS18B20ID編碼，其前8位是單線系列編碼（DS18B20的編碼是19H），后面48位是芯片唯一的序列號，最后8位是以上56的位的CRC碼（冗余校驗）。數(shù)據(jù)在出產(chǎn)時設(shè)置不由用戶更改。DS18B20共64位ROM，RAM數(shù)據(jù)暫存器，用于內(nèi)部計算和數(shù)據(jù)存取，數(shù)據(jù)在掉電后丟失，DS18B20共9個字節(jié)RAM，每個字節(jié)為8位。第1、2個字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值信息，第3、4個字節(jié)是用戶EEPROM（常用于溫度報警值儲存）的鏡像。在上電復(fù)位時其值將被刷新。第5個字節(jié)則是用戶第3個EEPROM的鏡像。第6、7、8個字節(jié)為計數(shù)寄存器，是為了讓用戶得到更高的溫度分辨率而設(shè)計的，同樣也是內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換、計算的暫存單元。第9個字節(jié)為前8個字節(jié)的CRC碼。EEPROM非易失性記憶體，用于存放長期需要保存的數(shù)據(jù)，上下限溫度報警值和校驗數(shù)據(jù)，DS18B20共3位EEPROM，并在RAM都存在鏡像，以方便用戶操作。我們在每一次讀溫度之前都必須進行復(fù)雜的且精準時序的處理，因為DS18B20的硬件簡單結(jié)果就會導(dǎo)致軟件的巨大開銷。2.3主控模塊2.3.1主控模塊功能分析在本系統(tǒng)中，主控模塊居于非常重要的地位。它是整個系統(tǒng)的中樞，系統(tǒng)運行所需的每個操作指令都要由其發(fā)出。它一方面控制著測溫模塊進行溫度信息的采集，另一方面也控制著顯示模塊的工作。最重要的是，由測溫模塊所采集到的溫度信息必須經(jīng)由主控模塊的處理才能在顯示模塊上顯示，從而使整個系統(tǒng)進行正常的運轉(zhuǎn)和工作。針對以上分析本系統(tǒng)主控模塊中的單片機芯片采用了AT89S52芯片，此芯片功能強大，能夠完全滿足系統(tǒng)運行的需求。基于超再生無線技術(shù)的環(huán)境探測系統(tǒng)設(shè)計62.3.2AT89S52芯片的功能特性AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。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、有效的解決方案。其主要性能如下:與MCS-51單片機產(chǎn)品兼容8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器1000次擦寫周期全靜態(tài)操作：0Hz33Hz三級加密程序存儲器32個可編程I/O口線三個16位定時器/計數(shù)器八個中斷源全雙工UART串行通道低功耗空閑和掉電模式掉電后中斷可喚醒看門狗定時器雙數(shù)據(jù)指針掉電標識符基于超再生無線技術(shù)的環(huán)境探測系統(tǒng)設(shè)計7圖2-4AT89S52引腳結(jié)構(gòu)圖在本系統(tǒng)中，將DS18B20的單數(shù)據(jù)總線與單片機的P2.2端口相連，用一根數(shù)據(jù)線就完成了測溫模塊與單片機芯片的連接。2.4超再生無線通信模塊2.4.1無線發(fā)送模塊超再生無線電遙控電路由無線電發(fā)射器和超再生檢波式接收器兩部分組成。無線電發(fā)射器：它是由一個能產(chǎn)生等幅振蕩的高頻載頻振蕩器（一般用30450MHz）和一個產(chǎn)生低頻調(diào)制信號的低頻振蕩