基于nRF905的無(wú)線溫度測(cè)量系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、基于nRF905的無(wú)線溫度測(cè)量系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于nRF905的無(wú)線溫度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要 在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中,需要嚴(yán)格要求現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)性和可行性,對(duì)電壓、電流、溫度、濕度、氣壓等各種環(huán)境參數(shù)需要實(shí)時(shí)的測(cè)量以及控制。 溫度是一個(gè)非常重要的物理量,溫度控制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)的意義很重要。但是在很多場(chǎng)合有線傳輸排線復(fù)雜,無(wú)線傳輸是一種將有效數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)方的一種有效方法,所以使用無(wú)線傳輸?shù)臏y(cè)溫系統(tǒng)可以對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的溫度進(jìn)行無(wú)線采集并且能夠使操作員可以遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)了解被測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的溫度變化情況。 本文主要介紹了基于溫度傳感器DS18B20和無(wú)線收發(fā)模塊nRF

2、905的無(wú)線溫度采集系統(tǒng)下位機(jī)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法,本系統(tǒng)是通過(guò)單片機(jī)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)周圍環(huán)境的溫度進(jìn)行測(cè)量和無(wú)線傳輸。它是以STC89C52RC單片機(jī)為控制單元,以溫度傳感器DS18B20為溫度采集器件,以無(wú)線收發(fā)模塊nRF905完成數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸,用數(shù)碼管進(jìn)行顯示,實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量、無(wú)線傳輸、顯示,就是一套通過(guò)無(wú)線方式實(shí)現(xiàn)溫度的遠(yuǎn)程采集的完整系統(tǒng)。 本文詳細(xì)論證了實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)采集與無(wú)線傳輸方案的設(shè)計(jì)的總體架構(gòu),闡述了系統(tǒng)的硬件電路結(jié)構(gòu)和完成各項(xiàng)功能相關(guān)的軟件設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞:STC89C52RC,nRF905,溫度采集,無(wú)線傳輸Design of Wireless Temperature Measure

3、ment System Based on Transmission Chip NRF905ABSTRACT In the industrial control field, people often need to collect a lot of field data, such as voltage, current, temperature, humidity, air pressure Temperature is a very important physical quantity, so temperature control failure could lead to a ser

4、ies of problems such as production safety, product quality, product yield and so on, so the meaning of the temperature detection keeps growing. Wireless transmission is an effective way to transfer the data far away, so people can apply the wireless transmission of high-precision temperature measure

5、ment system on the production environment for wireless transmission and operators can have access to the real-time temperature changes, thereby enhancing production efficiency. The article mainly introduces design thinking as well as implementation methods based on the temperature sensor DS18B20 and

6、 wireless transceiver, and the system is controlled by STC89C52RC microcomputer to achieve ambient temperature measurement and wireless transmission, the PC using visual programming techniques for remote monitoring. The system is based on the STC89C52RC microcomputer, a temperature sensor DS18B20 fo

7、r the detection device, a wireless transceiver module nRF905 for completing datas wireless transmission, a LED tube for displaying, it can achieve the temperature measurement, wireless transmission and display The article demonstrates in detail the realization of the temperature data collection, wir

8、eless transmission program design ideas and overall system architecture, and then it elaborates on the structure of hardware circuit and the related software design of various functions.KEY WORDS: nRF905, DS18B20, data acquisition, wireless temperature measurement 目 錄摘要IABSTRACTII1 引言11.1課題的背景和意義11.

9、2無(wú)線測(cè)量的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)11.3 本文研究的主要內(nèi)容以及實(shí)現(xiàn)方法31.3.1 研究?jī)?nèi)容31.3.2 實(shí)現(xiàn)方法31.4 本論文結(jié)構(gòu)42 無(wú)線通信的開發(fā)介紹5無(wú)線通信技術(shù)的選擇52.2無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀52.3 器件的選擇及介紹82.3.1溫度傳感器的選擇82.3.2無(wú)線收發(fā)芯片的選擇82.3.3主要器件的介紹102.4 本章小結(jié)243系統(tǒng)總體硬件設(shè)計(jì)及功能描述253.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)253.2單片機(jī)STC89C52RC主控單元253.3 溫度信號(hào)采集模塊263.4 無(wú)線傳輸發(fā)送端273.5 供電與電壓轉(zhuǎn)換模塊273.6 數(shù)碼管顯示模塊293.7 系統(tǒng)總體電路圖293.8 本章小結(jié)2

10、94 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)304.1 系統(tǒng)軟件總體架構(gòu)設(shè)計(jì)304.1.1 底層驅(qū)動(dòng)層304.1.2 界面層304.1.3 應(yīng)用層304.2 無(wú)線發(fā)送端程序設(shè)計(jì)314.3 LED驅(qū)動(dòng)子程序的設(shè)計(jì)324.4 DS18B20溫度采集子程序的設(shè)計(jì)324.5 STC89C52RC單片機(jī)的主程序的設(shè)計(jì)344.6本章總結(jié)345總結(jié)與展望355.1 總結(jié)355.2 展望35致謝36參考文獻(xiàn)37附錄 系統(tǒng)原理圖與PCB圖38附錄 系統(tǒng)軟件代碼40附錄 實(shí)物展示圖541 引言 在工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng),常常需要采集大量的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù),如電壓、電流、溫度、濕度、氣壓等,溫度是一個(gè)非常重要的物理量,因?yàn)樗苯佑绊懭紵?、化學(xué)反應(yīng)、發(fā)酵、烘烤

11、、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。溫度控制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。溫度采集控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和人們的生活領(lǐng)域中,得到了廣泛應(yīng)用,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。溫度作為一項(xiàng)工業(yè)常用測(cè)量對(duì)象,在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和過(guò)程控制中具有至關(guān)重要的作用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,要求溫度測(cè)量的范圍向深度和廣度擴(kuò)展,不但要求有足夠的精度滿足工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的要求,而且還要求有廣泛的測(cè)溫范圍。 在許多測(cè)控現(xiàn)場(chǎng),傳統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸都是通過(guò)有線電纜實(shí)

12、現(xiàn)的。隨著射頻、集成電路技術(shù)的發(fā)展,無(wú)線通信功能的實(shí)現(xiàn)更容易,數(shù)據(jù)傳輸速率更快,抗干擾能力更強(qiáng),因此,許多應(yīng)用采用了無(wú)線傳輸技術(shù)。無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸與有線數(shù)據(jù)傳輸相比,有諸多優(yōu)點(diǎn):一是成本低,省去大量布線;二是建網(wǎng)快捷,只需在每個(gè)終端連接無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊和架設(shè)適當(dāng)高度天線;三是適應(yīng)性好,可應(yīng)用于某些特殊環(huán)境;四是擴(kuò)展性好,只需將設(shè)備與無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊相連接。因此,無(wú)線傳輸是一種有效數(shù)據(jù)傳輸方式。所以使用無(wú)線傳輸?shù)母呔葴y(cè)溫系統(tǒng)可以對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的溫度進(jìn)行無(wú)線傳輸并且能夠進(jìn)行使操作員可以遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)了解被測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的溫度變化情況,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。 數(shù)據(jù)采集技術(shù)

13、是信息科學(xué)的重要組成部分,已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。在數(shù)據(jù)傳輸方式上,目前數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基本上是通過(guò)有線方式進(jìn)行連接,有線方式的數(shù)據(jù)傳輸速度快,可靠性高且運(yùn)行穩(wěn)定,能滿足大多數(shù)情況的需要,但是其應(yīng)用受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和應(yīng)用對(duì)象的限制。 近年來(lái),隨著射頻技術(shù)、微電子技術(shù)及集成電路技術(shù)的進(jìn)步,無(wú)線通信技術(shù)取得了飛速的發(fā)展,無(wú)線通信的實(shí)現(xiàn)成本越來(lái)越低,傳輸速度越來(lái)越快,可靠性越來(lái)越高,并且逐漸達(dá)到可以和有線網(wǎng)絡(luò)相媲美的水平。 短距離無(wú)線通信技術(shù)是近年來(lái)的研究熱點(diǎn),將無(wú)線技術(shù)引入數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域,可以解決某些無(wú)法或不便布線的環(huán)境下的數(shù)據(jù)采集問(wèn)題,以及解決有線網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)的布線麻煩、不易維護(hù)等缺點(diǎn)。有些數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)用于智能

14、家居領(lǐng)域的,但也進(jìn)一步拓展至其它諸如工業(yè)控制、儀器儀表等領(lǐng)域?qū)ο蟮臓顟B(tài)監(jiān)測(cè)。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)在信號(hào)處理中的廣泛應(yīng)用,現(xiàn)代的測(cè)量系統(tǒng)在數(shù)字信號(hào)處理方面的能力也大大加強(qiáng)了,形成了數(shù)字化測(cè)量技術(shù)。數(shù)字化測(cè)量就是借助于各種類型的傳感器檢測(cè)外部世界的各種信號(hào),并轉(zhuǎn)換成電信號(hào),然后進(jìn)行信號(hào)調(diào)理和A/D轉(zhuǎn)換,使之轉(zhuǎn)換成為能夠在數(shù)字系統(tǒng)中進(jìn)一步處理的數(shù)字信號(hào)。具體來(lái)說(shuō),就是將溫度、濕度、氣體密度等物理信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量并傳遞到計(jì)算機(jī)中。作為信息源頭的傳感器對(duì)計(jì)量測(cè)試技術(shù)的發(fā)展有著重要作用。目前,傳感器正不斷朝著多功能性和智能性方向發(fā)展。 目前,已經(jīng)將傳感器技術(shù)和新興的無(wú)線通信技術(shù)相結(jié)合,力圖通

15、過(guò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o(wú)線化來(lái)達(dá)到智能家居中布線不便時(shí)對(duì)室內(nèi)生活環(huán)境指標(biāo)數(shù)據(jù)的采集。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)和信息技術(shù)的迅猛發(fā)展與提高,人們對(duì)所居住的環(huán)境提出了更高的要求,在這種形勢(shì)下發(fā)展出了“智能家居”這一概念。 目前,智能家居通常被定義為利用通信、網(wǎng)絡(luò)和綜合布線技術(shù),通過(guò)家庭信息管理平臺(tái)將與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合的一個(gè)系統(tǒng)。智能家居首先要實(shí)現(xiàn)對(duì)所有家電設(shè)備和家居環(huán)境的監(jiān)視,滿足家居網(wǎng)絡(luò)與外界進(jìn)行通信的要求,實(shí)現(xiàn)家庭的遠(yuǎn)程監(jiān)控和信息的交換。智能家居的最終目的就是滿足人們對(duì)安全、舒適和方便的現(xiàn)代生活理念的追求。 智能家居中,對(duì)當(dāng)前環(huán)境狀況的監(jiān)測(cè)分析是首要的,無(wú)線數(shù)據(jù)采集

16、系統(tǒng)即是針對(duì)智能家居中對(duì)室內(nèi)生活環(huán)境指標(biāo)如溫度和濕度等進(jìn)行采集分析的解決方案。 近年來(lái),智能控制技術(shù)已取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展,并日益顯示出其重要價(jià)值。智能控制已成為多種學(xué)科的綜合與集成,吸引了全球不同領(lǐng)域、不同學(xué)科的眾多專家學(xué)者,進(jìn)行著廣泛的研究工作,并不斷探索新的方法、新的理論和新的有效的實(shí)際應(yīng)用。人們正在努力使用智能控制技術(shù)進(jìn)入工程化和實(shí)用化的階段,智能控制已漸漸滲透到人們生產(chǎn)、生活的各個(gè)領(lǐng)域,成為人們生活的重要組成部分。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步,電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等的革新,智能控制必將迎來(lái)發(fā)展的新時(shí)期,智能控制的未來(lái)一定會(huì)更加美好。 關(guān)于溫度智能控制,現(xiàn)在已經(jīng)有了許多新的器件和方

17、法,并且有些已經(jīng)運(yùn)用到實(shí)際生活和生產(chǎn)當(dāng)中,比如美國(guó)達(dá)拉斯公司生產(chǎn)的DS18B20溫度巡檢器,采用單線總線結(jié)構(gòu),通過(guò)一根I/O線與主控CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)和命令的傳送。再如基于反射強(qiáng)度調(diào)制的光纖溫度巡檢系統(tǒng),光纖傳輸距離可達(dá)1km以上,檢測(cè)精度也可顯著提高。而更為先進(jìn)的是,某些糧倉(cāng)已經(jīng)在嘗試將有線控制變位無(wú)線控制,利用無(wú)線傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)糧情檢測(cè)和智能控制。這些新器件新方法的應(yīng)用,給溫度智能控制帶來(lái)了新的氣息。1.3 本文研究的主要內(nèi)容以及實(shí)現(xiàn)方法1.3.1 研究?jī)?nèi)容 本課題主要是進(jìn)行基于無(wú)線傳輸模塊的溫度測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì),測(cè)溫系統(tǒng)由溫度信號(hào)采集與顯示模塊、單片機(jī)控制單元、無(wú)線傳輸模塊四部分組成。 本課題將

18、傳感器技術(shù)、新興的無(wú)線通信技術(shù)和遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)相結(jié)合,力圖通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o(wú)線化來(lái)達(dá)到智能家居、工業(yè)控制等領(lǐng)域中布線不便時(shí)對(duì)室內(nèi)生活環(huán)境、工業(yè)測(cè)控現(xiàn)場(chǎng)指標(biāo)數(shù)據(jù)的采集。 本課題提出了一種有效的數(shù)據(jù)采集分析方案,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于無(wú)線射頻傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采集系統(tǒng)。本系統(tǒng)基于無(wú)線射頻收發(fā)模塊NRF905跟STC89C52RC單片機(jī)為核心,以低功耗和模塊化為設(shè)計(jì)原則,設(shè)計(jì)出具有體積小,功耗低,數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可靠及成本低的無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng),由以下四個(gè)方面依次完成: 1 針對(duì)實(shí)際應(yīng)用需求設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體方案,完成了溫度數(shù)據(jù)采集和處理、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 2 以低功耗和模塊化為選擇元器件的原則,選取了合適的溫度傳感器、

19、單片機(jī)、無(wú)線收發(fā)模塊。 3 設(shè)計(jì)無(wú)線收發(fā)方案,并通過(guò)軟件控制元器件工作模式等方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的低功耗設(shè)計(jì)。 4 完成無(wú)線數(shù)據(jù)采集的硬件電路設(shè)計(jì)及相關(guān)的開發(fā)和調(diào)試。主要包括傳感器接口電路設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)采集與處理相關(guān)程序設(shè)計(jì)、無(wú)線射頻模塊的接口設(shè)計(jì)以及單片機(jī)與PC通信的接口設(shè)計(jì)。 本課題旨在通過(guò)軟、硬件的有機(jī)結(jié)合,以硬件為基礎(chǔ),進(jìn)行各功能模塊的編寫。對(duì)系統(tǒng)硬件的工作原理進(jìn)行了分析描述,并進(jìn)行系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。具體實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示、STC89C52RC及NRF905等器件外接電路接口的軟、硬件調(diào)試。1.3.2 實(shí)現(xiàn)方法 本系統(tǒng)是通過(guò)單片機(jī)控制無(wú)線傳輸來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度數(shù)據(jù)的接受,利用可視化編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控,是S

20、TC89C52RC單片機(jī)為控制單元,以DS18B20為溫度采集模塊,nRF905無(wú)線傳輸模塊為溫度數(shù)據(jù)發(fā)送單元,實(shí)現(xiàn)溫度的采集、發(fā)送、顯示、控制,就是一套通過(guò)無(wú)線方式實(shí)現(xiàn)溫度的顯示發(fā)送系統(tǒng)。 基于無(wú)線收發(fā)芯片NRF905的溫度測(cè)量系統(tǒng)主要由四個(gè)模塊構(gòu)成,分別為溫度采集模塊、無(wú)線收發(fā)模塊、單片機(jī)控制模塊以及數(shù)碼管顯示模塊。1.4 本論文結(jié)構(gòu) 本論文共有五章,分別對(duì)無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的介紹。 第一章引言。 第二章是對(duì)無(wú)線通信的開發(fā)介紹及對(duì)無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)主要器件的介紹,首先介紹了單總線技術(shù),重點(diǎn)介紹數(shù)字溫度傳感器DS18B20,對(duì)它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理、工作過(guò)程等做重點(diǎn)描述,隨后詳細(xì)介紹了本系統(tǒng)的所

21、使用的無(wú)線收發(fā)芯片nRF905。 第三章是對(duì)無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)及功能描述,包括溫度信號(hào)采集與顯示模塊、單片機(jī)、無(wú)線傳輸發(fā)送模塊、無(wú)線傳輸接收模塊等下位機(jī)的具體功能。 第四章介紹介紹了本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì),介紹了無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)的整體軟件框圖,詳細(xì)介紹了數(shù)據(jù)采集和無(wú)線收發(fā)流程及程序。 第五章結(jié)論與展望。2 無(wú)線通信的開發(fā)介紹 無(wú)線通信包括長(zhǎng)距離無(wú)線通信和短距離無(wú)線通信。長(zhǎng)距離無(wú)線通信一般要借助基站達(dá)到長(zhǎng)距離通信的目的,被稱為長(zhǎng)距離移動(dòng)通信,比如 通信。這種長(zhǎng)距離移動(dòng)通信一般成本都比較高。 隨著電子技術(shù)的不斷進(jìn)步,短距離無(wú)線通信技術(shù)在近幾年蓬勃發(fā)展起來(lái),世界上主要的芯片廠商都推出了無(wú)線收發(fā)芯片。短距離

22、無(wú)線通信系統(tǒng)的大部分功能都集成到一塊芯片內(nèi)部,一般使用單片數(shù)字信號(hào)射頻收發(fā)芯片,加上微控制器和少量外圍器件構(gòu)成專用或通用無(wú)線通信模塊。所有高頻元件包括電感、振蕩器等己經(jīng)全部集成在芯片內(nèi)部,一致性良好,性能穩(wěn)定且不受外界干擾。射頻芯片一般采用FSF調(diào)制方式,工作于IsM頻段,通信模塊一般包含簡(jiǎn)單透明的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議或使用簡(jiǎn)單的加密防議,發(fā)射功率、工作頻率等所有工作參數(shù)全部通過(guò)軟件設(shè)置完成,用戶不用對(duì)無(wú)線通信原理和工作機(jī)制有較深的了解,只要依據(jù)命令字進(jìn)行操作即可實(shí)現(xiàn)基本的數(shù)據(jù)傳輸。 新一代短距離無(wú)線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)具有體積小、功耗低、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),而且開發(fā)簡(jiǎn)單快速,可以方便地嵌入到各種設(shè)

23、備中,實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的無(wú)線連接,因此,較適合搭建小型網(wǎng)絡(luò),在工業(yè)、民用領(lǐng)域得到較為廣泛的應(yīng)用。 對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō),無(wú)線通信技術(shù)的選擇主要考慮以下幾點(diǎn): 1 可以完成系統(tǒng)的功能要求 2 對(duì)于一個(gè)無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)來(lái)說(shuō),需要對(duì)傳感器收集到的信號(hào)進(jìn)行處理,并要求系統(tǒng)的可靠性高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng),且對(duì)于一個(gè)無(wú)線系統(tǒng)來(lái)說(shuō),低功耗也是一項(xiàng)重要的指標(biāo)。 3 開發(fā)簡(jiǎn)單 收發(fā)芯片所需的外圍元件數(shù)量芯片外圍元器件的數(shù)量直接關(guān)系到系統(tǒng)的復(fù)雜程度和成本,因此應(yīng)該選擇外圍元件少的收發(fā)芯片。通信協(xié)議的復(fù)雜程度也完全影響了整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)的復(fù)雜性。 4 成本低 下面是對(duì)現(xiàn)在比較常用的幾種短距離無(wú)線通信技術(shù)進(jìn)行對(duì)比,并得到本系統(tǒng)的

24、短距離解決方案。 隨著移動(dòng)通信需求和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集量的增加,加之有線傳輸?shù)馁M(fèi)用日益增長(zhǎng),人們正逐漸認(rèn)識(shí)到在許多檢測(cè)領(lǐng)域采用無(wú)線傳輸?shù)谋匾?。在過(guò)去的幾年中,無(wú)線通訊領(lǐng)域取得了很大的進(jìn)展,這其中包括數(shù)字電路和射頻電路制作工藝的進(jìn)步、低功耗電路、高能電池以及微電子技術(shù)的采用。 短距離無(wú)線通信方案目前有藍(lán)牙技術(shù)Bluetooth、IEEE802.llb Wi-Fi、Zigbee、紅外通信技術(shù)IrDAInfraredDataAssociation和一種無(wú)線單片技術(shù)。 1. 藍(lán)牙技術(shù)Bluetooth 藍(lán)牙技術(shù)作為一種近距離無(wú)線連接的全球性開放規(guī)范,己經(jīng)得到了全球眾多大企業(yè)的支持。藍(lán)牙技術(shù)同時(shí)支持語(yǔ)音和數(shù)

25、據(jù)傳輸,使用跳頻擴(kuò)頻技術(shù),本身包括糾錯(cuò)機(jī)制,可靠性高,藍(lán)牙規(guī)范的核心部分協(xié)議允許多個(gè)設(shè)備進(jìn)行相互定位、連接和交換數(shù)據(jù),并能實(shí)現(xiàn)互操作和交互式應(yīng)用。但是藍(lán)牙設(shè)備價(jià)格昂貴,通信協(xié)議復(fù)雜,通訊距離近,藍(lán)牙RF定義了三種功率等級(jí)100mw,25mw和lmw,當(dāng)藍(lán)牙設(shè)備功率為lmw時(shí),其發(fā)射范圍一般為10m。在藍(lán)牙技術(shù)的使用過(guò)程中,人們發(fā)現(xiàn)藍(lán)牙技術(shù)盡管有許多優(yōu)點(diǎn),但仍存在許多缺陷。對(duì)工業(yè),家庭自動(dòng)化控制和遙測(cè)遙控領(lǐng)域而言,藍(lán)牙技術(shù)顯得太復(fù)雜,功耗大,距離近,組網(wǎng)規(guī)模太小等,而工業(yè)自動(dòng)化對(duì)無(wú)線通信的需求越來(lái)越強(qiáng)烈。正因此,經(jīng)過(guò)人們長(zhǎng)期努力,Zigbee協(xié)議在2003年中通過(guò)后,于2004正式問(wèn)世了。 2.

26、 紅外通信技術(shù)IrDA 紅外通信技術(shù)lrDAInfraRedDataAssociation采用人眼看不到的紅外線傳輸信息,是使用最廣泛的短距離無(wú)線通信技術(shù)。它利用紅外線的通斷表示計(jì)算機(jī)中的0-1邏輯,通常有效作用半徑2米,傳統(tǒng)速度可達(dá)4Mbit/s。 1995年lrDA將通信速率擴(kuò)展到的高達(dá)16Mbit/s,紅外技術(shù)采用點(diǎn)到點(diǎn)的連接方式,發(fā)射、接收具有方向性,具有體積小、功耗低、連接方便、簡(jiǎn)單易用、數(shù)據(jù)傳輸干擾少、速度快、保密性強(qiáng)、成本低廉的特點(diǎn)。因此廣泛應(yīng)用于各種遙控器,筆記本電腦,PDA,移動(dòng) 等移動(dòng)設(shè)備。但紅外技術(shù)只是一種視距傳輸技術(shù),有效距離近,發(fā)射角度較小,一般不超過(guò)20度,兩臺(tái)相互

27、通信的設(shè)備之間必須對(duì)準(zhǔn),而且傳輸數(shù)據(jù)時(shí)兩臺(tái)設(shè)備之間不能有阻擋物,只能限于兩臺(tái)設(shè)備通信,無(wú)法靈活構(gòu)成網(wǎng)絡(luò),且無(wú)法用于邊移動(dòng)邊使用的設(shè)備,另外,lrDA設(shè)備中的核心部件LED易磨損。 3. IEEE802.11b Wi-Fi IEEE802.llb技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是無(wú)線局域網(wǎng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),使用2.4GHZ的ISM頻段,采用直接序列擴(kuò)頻DSSS技術(shù)進(jìn)行調(diào)制解調(diào)增強(qiáng)了抗干擾能力,提高了傳輸速度。IEEE802.llb無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的最大優(yōu)點(diǎn)是兼容性,只要在原有網(wǎng)絡(luò)上裝上AP AccessPoint,就可以提供無(wú)線網(wǎng)絡(luò)服務(wù),終端設(shè)備只要裝上無(wú)線網(wǎng)卡,就可以訪問(wèn)所有網(wǎng)絡(luò)資源,象使用有線局域網(wǎng)一樣方便,卻免除了布線的麻煩。

28、802.11b具有有線等價(jià)保密機(jī)制WEPWired Equivalent Privacy力確保數(shù)據(jù)安全。以其具有穿透能力,全方位傳送,建網(wǎng)速度快,可用來(lái)組建大型無(wú)線網(wǎng)絡(luò),運(yùn)營(yíng)成本低,投資回報(bào)快等特點(diǎn),正逐漸受到電信制造商和運(yùn)營(yíng)商的青睞,目前此種設(shè)備還比較昂貴,妨礙了其推廣和應(yīng)用。更多新的Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)正在制定之中。速度更快的802.11g使用與802.llb相同的正交頻分多路復(fù)用OFDM調(diào)制技術(shù),同樣工作在24GHZ頻段,速率達(dá)54Mbit/s,比目前通用的802.llb快了5倍,并且完全向后兼容802.11b,802.11g將有可能被大多數(shù)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品制造商選擇作為產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn),而下一代的Wi一

29、Fi標(biāo)準(zhǔn)802.lln可望達(dá)到100Mbit/s。 4. Zigbee技術(shù) Zigbee技術(shù)是隨著工業(yè)自動(dòng)化對(duì)于無(wú)線通信和數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蠖a(chǎn)生的,它是一個(gè)由可多到65000個(gè)無(wú)線數(shù)傳模塊組成的一個(gè)無(wú)線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)平臺(tái),十分類似現(xiàn)有的移動(dòng)通信的CDMA網(wǎng)或GSM網(wǎng),每一個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊類似移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)基站,在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi),它們之間可以進(jìn)行相互通信;每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的距離可以從標(biāo)準(zhǔn)的75米,到擴(kuò)展后的幾百米,甚至幾公里;另外整個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)還可以與現(xiàn)有的其它的各種網(wǎng)絡(luò)連接。Zigbee技術(shù)的目標(biāo)就是針對(duì)工業(yè),家庭自動(dòng)化,遙測(cè)遙控,汽車自動(dòng)化、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化和醫(yī)療護(hù)理等,例如燈光自動(dòng)化控制,

30、傳感器的無(wú)線數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控,油田,電力,礦山和物流管理等應(yīng)用領(lǐng)域。另外它還可以對(duì)局部區(qū)域內(nèi)移動(dòng)目標(biāo)例如城市中的車輛進(jìn)行定位。Zigbee網(wǎng)絡(luò)省電、可靠、成本低、容量大、安全,可廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)控制領(lǐng)域。 Zigbee技術(shù)和RFID技術(shù)在2004年就被列為當(dāng)今世界發(fā)展最快,市場(chǎng)前景最廣闊的十大最新技術(shù)中的兩個(gè)。盡管國(guó)內(nèi)不少人已經(jīng)開始關(guān)注Zigbee這項(xiàng)新技術(shù),然而,由于Zigbee本身是一種新的系統(tǒng)集成技術(shù),應(yīng)用軟件的開發(fā)必須和網(wǎng)絡(luò)傳輸,射頻技術(shù)和底層軟硬件控制技術(shù)結(jié)合在一起。因而深入理解這個(gè)來(lái)自國(guó)外的新技術(shù),再組織一個(gè)在這幾個(gè)方面都有豐富經(jīng)驗(yàn)的配套的隊(duì)伍,是一件不容易的事情。 5. 無(wú)線單片

31、技術(shù) 無(wú)線單片技術(shù)是將成熟的單片機(jī)技術(shù)與無(wú)線技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。嵌入了高性能單片機(jī)內(nèi)核的高速、體積小、功耗少、外圍元件少的低成本單片射頻收發(fā)芯片,即將單片機(jī)和射頻收發(fā)器集成在一體。該芯片外設(shè)少、成本低、干擾少、功耗低,保證了產(chǎn)品的技術(shù)穩(wěn)定性。與藍(lán)牙和Zigbee技術(shù)相比,無(wú)線單片技術(shù)沒有復(fù)雜的通信防議,完全對(duì)用戶透明,同種產(chǎn)品之間可以自由通信,成本低。它可應(yīng)用在:無(wú)線數(shù)據(jù)通訊、報(bào)警和安全系統(tǒng)、自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)、家庭自動(dòng)化控制、遙控裝置、監(jiān)測(cè)、車輛安全系統(tǒng)、工業(yè)控制和無(wú)線通訊電信終端。 通過(guò)以上幾種無(wú)線技術(shù)的介紹,從系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、傳輸速率,確定該系統(tǒng)部分電路設(shè)計(jì)使用無(wú)線收發(fā)芯片。無(wú)線單片芯片的可靠性高

32、、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng),通訊防議簡(jiǎn)單透明,技術(shù)成熟。使用該種方案無(wú)線通信接口與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)接口電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。無(wú)線收發(fā)芯片的種類和數(shù)量比較多,在設(shè)計(jì)中選擇合適芯片可以提高產(chǎn)品開發(fā)周期、節(jié)約成本。2.3 器件的選擇及介紹 DS18B20是美國(guó)Dallas半導(dǎo)體公司推出的一種智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比,它能夠直接讀出被測(cè)溫度并且可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)912位的數(shù)字值讀數(shù)方式?？梢苑謩e在93.75ms和750ms內(nèi)完成9位和12位的數(shù)字量。它具有獨(dú)特的單總線接口方式,即允許在一條信號(hào)線上掛接數(shù)十甚至上百個(gè)數(shù)字式傳感器,從而使測(cè)溫裝置與各傳感器的接口變得十分簡(jiǎn)單,克服了模擬式傳感器

33、與微機(jī)接口時(shí)需要的A/D轉(zhuǎn)換器及其它復(fù)雜外圍電路的缺點(diǎn),而且,可以通過(guò)總線供電,溫度變換功率來(lái)源于數(shù)據(jù)總線,總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電,而無(wú)需額外電源,由它組成的溫度測(cè)控系統(tǒng)非常方便,而且成本低、體積小、可靠性高。DS18B20的測(cè)溫范圍-55+125,由于每一個(gè)DS18B20出廠時(shí)都刻有唯一的一個(gè)序列號(hào)并存入其ROM中,因此CPU可用簡(jiǎn)單的通信協(xié)議就可以識(shí)別,從而節(jié)省了大量的引線和邏輯電路。 Dallas公司的單總線技術(shù)具有較高的性能價(jià)格比,有以下特點(diǎn): 1 適用于低速測(cè)控場(chǎng)合,測(cè)控對(duì)象越多越顯出其優(yōu)越性。 2 性價(jià)比高,硬件施工、維修方便,抗干擾性能好。 3 具有CRC校驗(yàn)

34、功能,可靠性高。 4 軟件設(shè)計(jì)規(guī)范,系統(tǒng)簡(jiǎn)明直觀,易于掌握。 由于DS18B20占用MCU的I/O引腳資源少,和MCU的通信協(xié)議比較簡(jiǎn)單,成本較低,傳輸距離遠(yuǎn),和其他數(shù)字溫度傳感器相比,它更適合本系統(tǒng),所以,選用DS18B20做為溫度測(cè)量的傳感器。 無(wú)線收發(fā)芯片的種類和數(shù)量比較多,在設(shè)計(jì)中選擇合適芯片可以提高產(chǎn)品開發(fā)周期、節(jié)約成本。在選擇時(shí),應(yīng)主要參考以下幾點(diǎn): 1 收發(fā)芯片的數(shù)據(jù)傳輸是否需要進(jìn)行曼徹斯特編碼:采用曼徹斯特編碼的芯片,在編程上會(huì)需要較高的技巧和經(jīng)驗(yàn),需要更多的內(nèi)存和程序容量,并且曼徹斯特編碼大大降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?一般僅能達(dá)到標(biāo)稱速率的1/3,而采用串口傳輸?shù)男酒?應(yīng)用及編程非

35、常簡(jiǎn)單,傳送的效率很高,標(biāo)稱速率就是實(shí)際速率,編程方便。 2 收發(fā)芯片所需的外圍元件數(shù)量:芯片外圍元器件的數(shù)量直接關(guān)系到系統(tǒng)的復(fù)雜程度和成本,因此應(yīng)該選擇外圍元件少的收發(fā)芯片。 3 功耗:大多數(shù)無(wú)線收發(fā)芯片是應(yīng)用在便攜式產(chǎn)品上的,因此功耗也非常重要,應(yīng)該根據(jù)需要選擇綜合功耗較小的產(chǎn)品。 4 發(fā)射功率:在同等條件下,為了保證有效和可靠的通信,應(yīng)該選用發(fā)射功率較高的產(chǎn)品。 5 收發(fā)芯片的封裝和管腳數(shù):較少的管腳以及較小的封裝,有利于減少PCB面積降低成本,適合便攜式產(chǎn)品的設(shè)計(jì),也有利于開發(fā)和生產(chǎn)。 常用的無(wú)線收發(fā)芯片主要有: 1 CC1000是根據(jù)ChiPcon公司的SmartRF技術(shù),在 0.3

36、50umCMOS工藝下制造的一種理想的超高頻單片收發(fā)通信芯片。它的工作頻帶在315、868及915MHZ,但CC1000很容易通過(guò)編程使其工作在3001000MHz范圍內(nèi)。它具有低電壓2.33.6V,極低的功耗,可編程輸出功率-2010dBm,靈敏度一般-109dBm,小尺寸TSSOP-28封裝,集成了位同步器等特點(diǎn)。其FSK數(shù)傳速率可達(dá)72.8Kbps,具有250HZ步長(zhǎng)可編程頻率能力,適用于跳頻協(xié)議:主要工作參數(shù)能通過(guò)串行總線接口編程改變,使用非常靈活。 2 nRF401是挪威Nordic VLSI公司推出的單芯片即收發(fā)機(jī),專為在433MHz IsM工業(yè)、科研和醫(yī)療頻段工作而設(shè)計(jì)。該芯片集

37、成了高頻發(fā)射、高頻接收、PLL合成、FSK調(diào)制、FSK解調(diào)、雙頻道切換等功能,具有性能優(yōu)異、功耗低、使用方便等特點(diǎn)。nRF401的外圍元件很少,僅10個(gè)左右。只包括一個(gè)4MHZ基準(zhǔn)晶振可與MCU共享、一個(gè)PLL環(huán)路濾波器和一個(gè)VCO電感,收發(fā)天線合一,沒有調(diào)試部件,這給研制及生產(chǎn)帶來(lái)了極大的方便。 3 A7105芯片是AMICCOM笙科公司于2008年推出的一款2.4 GHz無(wú)線收發(fā)芯片,該芯片低價(jià)位的突出特點(diǎn)為其在無(wú)線短距離消費(fèi)市場(chǎng)贏得了巨大的優(yōu)勢(shì)。 A7105芯片內(nèi)含高靈敏度的接收器1 Mbps-93 dBm,在10 m以內(nèi)的產(chǎn)品應(yīng)用中可大幅度減低RF的輸出功率010 dBm,以避免射頻產(chǎn)

38、品對(duì)人體造成可能的損害,同時(shí)又能適應(yīng)50 m一般環(huán)境的應(yīng)用。A7105的所有參數(shù)可以通過(guò)SPI口配置內(nèi)部寄存器來(lái)進(jìn)行設(shè)置,最高的速率可達(dá)500 kb/s,適應(yīng)4線或3線的SPI控制。另外射頻數(shù)據(jù)的處理有2種模式可供選擇:FIFO利用RF內(nèi)部的memory先儲(chǔ)存要發(fā)射/接收的數(shù)據(jù)和Direct直接發(fā)射/接收。A7105內(nèi)建RSSI,溫度傳感器,可以用來(lái)偵測(cè)環(huán)境對(duì)RF IC的影響,而且也內(nèi)建1路ADC,作為偵測(cè)電壓使用。 4 TH72011是Melexis公司的單片射頻發(fā)射芯片,頻率范圍380MHz 450MHz,采用VCO+PLL頻率合成技術(shù),頻率穩(wěn)定性好;FSK調(diào)制方式,抗干擾能力強(qiáng);FSK頻

39、偏和中心頻率可獨(dú)立調(diào)節(jié);寬電壓范圍 1.9 5.5V,靜態(tài)電流小,工作電流可在3.5mA10.7mA調(diào)節(jié);發(fā)射功率可在-12dBm +10dBm調(diào)節(jié),數(shù)據(jù)速率可達(dá)40Kbit/s。可嵌入各種測(cè)量和控制系統(tǒng)中進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸,在保安系統(tǒng)、微功耗遙測(cè)遙控系統(tǒng)等中應(yīng)用。 5 nRF24EI是挪威Nordic VLSI ASA公司最近開發(fā)的一種嵌入了高性能單片機(jī)內(nèi)核的高速單片無(wú)線收發(fā)芯片。采用先進(jìn)的0.18us CMOS工藝,以nRF2401芯片結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),將射頻、8051MCU、9輸入12位ADC、125頻道、UART、SPI、PWM、RTC、WDT全部集成到單芯片中;內(nèi)部有電壓調(diào)節(jié)器工作電壓1.9

40、 3.6V和VDD電壓監(jiān)視,通常開關(guān)時(shí)間小于 200us,數(shù)據(jù)速率1Mbps,輸出功率0dBm;不需要外接SAW濾波器,極少的外圍電路,發(fā)射功率、工作頻率等所有工作參數(shù)全部通過(guò)軟件設(shè)置完成,所有高頻元件包括電感、振蕩器等已經(jīng)全部集成在芯片內(nèi)部,一致性良好,性能穩(wěn)定且不受外界影響;工作在全球開放的2.4GHz頻段、勿需申請(qǐng)通信許可證。 6 nRF905芯片可以工作于ShockBurst自動(dòng)處理前綴、地址和CRC方式。內(nèi)置電壓調(diào)整模塊,最大限度地抑制噪音,為系統(tǒng)提供1.93.6V的工作電壓,載波檢測(cè)。 由于nRF905功耗低,工作可靠nRF905沒有復(fù)雜的通信協(xié)議,完全對(duì)用戶透明,同種產(chǎn)品之間可以

41、自由通信,因此很適用于無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。它可應(yīng)用在:無(wú)線數(shù)據(jù)通訊、報(bào)警和安全系統(tǒng)、自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)、家庭自動(dòng)化控制、遙控裝置、監(jiān)測(cè)、車輛安全系統(tǒng)、工業(yè)控制、遠(yuǎn)程遙控及其它短距離無(wú)線高速應(yīng)用,故本系統(tǒng)將nRF905做為無(wú)線收發(fā)芯片的首選。 1 溫度傳感器DS18B20 圖 2-1 DS18B20的器件圖 DS18B20是DALLAS公司最新推出的中單線數(shù)字溫度傳感器,新的“一線器件”體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)。 Dallas 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS1820是世界上第一片支持 “一線總線”接口的溫度傳感器。一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn),使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò),為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引

42、入全新概念。DS18B20 “一線總線”數(shù)字化溫度傳感器,測(cè)量溫度范圍為-55°C+125°C,在-10+85°C范圍內(nèi),精度為±°C?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸,大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量,如:環(huán)境控制、設(shè)備或過(guò)程控制、測(cè)溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。支持3V5.5V的電壓范圍,使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜,體積更小。 DS18B20可以程序設(shè)定912位的分辨率,精度為±°C?？蛇x更小的封裝方式,更寬的電壓適用范圍。分辨率設(shè)定,用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在EEPROM中,掉電后依

43、然保存。其主要性能特性有: a 具有獨(dú)特的單總線接口方式,DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需一個(gè)I/O實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通信。 b 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能,一條總線上可以同時(shí)掛接多個(gè)DS18B20,很方便地實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度的檢測(cè)。 c 數(shù)字信號(hào)輸出,不需要信號(hào)放大和AD轉(zhuǎn)換等外圍電路。 d 測(cè)溫范圍-55+125,在-10+85時(shí)測(cè)溫準(zhǔn)確度為±。 e 能提供912位二進(jìn)制溫度值輸出,可通過(guò)編程決定輸出位數(shù)。 f 其工作電源既可采用寄生電源方式產(chǎn)生,也可在遠(yuǎn)端引入,電源電壓范圍為+3.0V 到+5.5V。 用戶可自行設(shè)定非易失溫度報(bào)警上下限值TH和TL,DS18B20在完成溫度

44、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)還有報(bào)警搜索命令可以識(shí)別出溫度超限的DS1SB20。 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AD轉(zhuǎn)換和較復(fù)雜的外圍電路?？s小了系統(tǒng)的體積,提高了系統(tǒng)的可靠性。 2 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20主要由四部分組成:64位光刻ROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、溫度傳感器、非易失性電可擦寫溫度報(bào)警觸發(fā)器TH、TL以及非易失性電可擦寫設(shè)置寄存器。 每

45、片DS18B20含有一個(gè)唯一的64位ROM編碼。頭八位是產(chǎn)品系編碼,表示產(chǎn)品的分類編號(hào) ,接著的48位是一個(gè)惟一的產(chǎn)品序列號(hào),列號(hào)是一個(gè)十進(jìn)制編碼,每個(gè)芯片惟一的編碼可以通過(guò)尋址將識(shí)別出來(lái),最后8位是前56位的循環(huán)冗余CRC校驗(yàn)碼,是數(shù)據(jù)通信校驗(yàn)數(shù)據(jù)傳輸是否正確的一種方法。所以多片DS1SB20能夠連接在同條數(shù)據(jù)線上而不會(huì)造成混亂。 DS18B20傳感器的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器由9個(gè)字節(jié)組成。第一、二個(gè)字節(jié)溫度數(shù)據(jù)MSB LSB,可以在系統(tǒng)配置寄存器中自行設(shè)置數(shù)據(jù)位912位,數(shù)據(jù)位越多溫度分辨率越高,多余的高位是溫度數(shù)據(jù)的符號(hào)擴(kuò)展位。第三、四字節(jié)是溫度上下限報(bào)警值TH,TL。第五字節(jié)是系統(tǒng)配置寄存器,

46、寄存器各位定義如下:第八位用來(lái)設(shè)置傳感器的工作狀態(tài),“1”為測(cè)試狀態(tài),“0”為操作狀態(tài),出廠設(shè)置為操作功能狀態(tài),用戶不能修改;第七、六兩位是溫度轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)位的設(shè)置00,01,10,11分別對(duì)應(yīng)9,10,11,12位溫度數(shù)據(jù),出廠設(shè)置為12位溫度數(shù)據(jù)位,用戶可根據(jù)需要進(jìn)行修改,其余位無(wú)效。第6、7、8字節(jié)保留未用。第9個(gè)字節(jié)是CRC校驗(yàn)碼,是前面8個(gè)字節(jié)的循環(huán)校驗(yàn)碼,用在通信中檢驗(yàn)數(shù)據(jù)傳送的正確性。 溫度傳感器的轉(zhuǎn)換結(jié)果以16位二進(jìn)制補(bǔ)碼的形式存放在便箋式存儲(chǔ)器中,其中第一個(gè)字節(jié)Byte0存放測(cè)溫結(jié)果的低位LS Byte,第二個(gè)字節(jié)(Bytel存放測(cè)溫結(jié)果的高位(MS Byte,s為符號(hào)位,其它位

47、為數(shù)據(jù)位,溫度為負(fù)時(shí)Sl;溫度為正時(shí)S0。格式如圖2-2:圖 2-2 DS18B20轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的格式 其中,高位字節(jié)中的前5位S是符號(hào)位,若測(cè)得的溫度大于0,則這5位數(shù)據(jù)也都為“0”/LSB的乘積,若溫度小于0,則這5位數(shù)據(jù)就都為“1”,實(shí)際溫度就等于測(cè)到的數(shù)值取反加l后再乘以0.0625。 DS18B20用12位精度測(cè)出的數(shù)字量用16位二進(jìn)制補(bǔ)碼表達(dá),如表2-1所示。不過(guò)溫度轉(zhuǎn)換位數(shù)越大,轉(zhuǎn)換時(shí)間也越長(zhǎng)。12位精度的最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為750ms。 表2-1 轉(zhuǎn)換溫度對(duì)應(yīng)表 溫度 數(shù)字量輸出(二進(jìn)制) 數(shù)字量輸出(十六進(jìn)制) +125 0000 0111 1101 0000 07D0H0000 00

48、01 1001 0001 0191H0000 0000 1010 001000A2H0000 0000 0000 10000008H 00000 0000 0000 00000000H1111 1111 1111 1000FFF8H1111 1111 0101 1110FF5EH1111 1111 0110 1111FF6FH -551111 1100 1001 0000FC90H DS18B20的測(cè)溫范圍為-55 +125,溫度轉(zhuǎn)換結(jié)果以16位二進(jìn)制方式單線輸出,轉(zhuǎn)換的位數(shù)可通過(guò)寫配置寄存器字節(jié)4設(shè)定,其格式如表2-2所示: 表2-2 配置寄存器格式 Bit7 Bit6Bit5Bit4 Bi

49、t3Bit2 Bit1Bit0 0R1R0 1 11 1 1 Rl,R0的設(shè)定值與位數(shù)、分辨率和最大轉(zhuǎn)換時(shí)間的關(guān)系如表2-4所示,可見位數(shù)每減少一位,分辨率同時(shí)減少而轉(zhuǎn)換時(shí)間則加快一倍,器件上電時(shí)默認(rèn)分辨率為12位。 3 DS18B20測(cè)溫原理 DS18B20的溫度傳感器是通過(guò)溫度對(duì)振蕩器的頻率影響來(lái)測(cè)量溫度的。如圖2-3所示。DS18B20內(nèi)部有兩個(gè)不同溫度系數(shù)的振蕩器。低溫系數(shù)振蕩器輸出的時(shí)鐘脈沖信號(hào)通過(guò)由高溫系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的門開通周期而被記數(shù),通過(guò)該計(jì)數(shù)值來(lái)測(cè)量溫度。計(jì)數(shù)器被預(yù)置為與-55對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值,如果計(jì)數(shù)器在高溫系數(shù)振蕩器輸出的門周期結(jié)束前計(jì)數(shù)到零,表示測(cè)量的溫度高于-55,被

50、預(yù)置在-55的溫度寄存器的值就增加1,同時(shí)為了補(bǔ)償和修正溫度振蕩器的非線性,計(jì)數(shù)器被斜率累加器所置定的值進(jìn)行預(yù)置,時(shí)鐘再次使計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)直至零,如果開門通時(shí)間仍未結(jié)束,那么重復(fù)此過(guò)程,直到高溫度系數(shù)振蕩器的門周期結(jié)束為止。這時(shí)寄存器中的值就是被測(cè)的溫度值。這個(gè)值以16位二進(jìn)制補(bǔ)碼的形式存放在便箋式存儲(chǔ)器中。溫度值由主機(jī)發(fā)出讀存儲(chǔ)器命令讀出,經(jīng)過(guò)取補(bǔ)和十進(jìn)制轉(zhuǎn)換,得到實(shí)測(cè)的溫度值。 圖 2-3 DS18B20的測(cè)溫原理圖 4 DS18B20的工作過(guò)程 使用DS18B20測(cè)量溫度的過(guò)程如下: a 初始化單總線上所有DS18B20。 b 如果還沒有獲得特定DS18B20的ID號(hào),先只接一個(gè)DS18B2

51、0,發(fā)送讀序列號(hào)命令0X33H,然后讀取DS18B20返回的該芯片自身的ID號(hào),將讀出的多個(gè)DS18B20芯片的ID號(hào)順序保存到單片機(jī)EEPROM的指定位置。 當(dāng)單總線上接多個(gè)DS18B20時(shí),用各個(gè)芯片的ID號(hào)選中特定的芯片進(jìn)行操作。如果己經(jīng)獲得ID號(hào),則先發(fā)送尋求匹配命令0X55H,再發(fā)送ID號(hào),選中特定的DS18B20。 c 發(fā)送命令設(shè)置DS18B20的工作模式,命令字0X4EH,然后寫入3個(gè)字節(jié):溫度上限、溫度下限模式、設(shè)置字節(jié)R1,R0分別在該字節(jié)的5位和6位,第7位為0,其他位為1。 d 自動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換,命令字0X44H。 e 等待轉(zhuǎn)換結(jié)束,分辨率不同時(shí),該等待時(shí)間也應(yīng)不同。 f 讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果,發(fā)送命令字 0XBEH,然后讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。為了保證讀出的數(shù)據(jù)正確,一般情況要讀出 DSI8B20的RAM的9個(gè)字節(jié)