《測溫度研制報告》word版

1、目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc204395224 第一章緒論 PAGEREF _Toc204395224 h 2 HYPERLINK l _Toc204395225 1.1課題背景 PAGEREF _Toc204395225 h 2 HYPERLINK l _Toc204395226 1.2課題的意義 PAGEREF _Toc204395226 h 2 HYPERLINK l _Toc204395227 1.3課題的主要研究內容 PAGEREF _Toc204395227 h 3 HYPERLINK l _Toc204395228 1.4本章小結 PAG

2、EREF _Toc204395228 h 3 HYPERLINK l _Toc204395229 第二章 無線測溫系統(tǒng)硬件原理與設計 PAGEREF _Toc204395229 h 4 HYPERLINK l _Toc204395230 2.1系統(tǒng)工作原理介紹 PAGEREF _Toc204395230 h 4 HYPERLINK l _Toc204395231 2.2 CPU的選擇 PAGEREF _Toc204395231 h 4 HYPERLINK l _Toc204395232 2.3無線芯片的選擇 PAGEREF _Toc204395232 h 7 HYPERLINK l _Toc2

3、04395233 2.4溫度傳感器的選擇 PAGEREF _Toc204395233 h 7 HYPERLINK l _Toc204395234 2.5本章小結 PAGEREF _Toc204395234 h 9 HYPERLINK l _Toc204395235 第三章 溫度采集單元的設計 PAGEREF _Toc204395235 h 10 HYPERLINK l _Toc204395236 31 CC1100的程序設計 PAGEREF _Toc204395236 h 10 HYPERLINK l _Toc204395237 3.2 DS18B20的溫度的讀取 PAGEREF _Toc20

4、4395237 h 10 HYPERLINK l _Toc204395238 3.3 DS18B20的自動識別技術 PAGEREF _Toc204395238 h 11 HYPERLINK l _Toc204395239 3.4 DS18B20使用中的注意事項 PAGEREF _Toc204395239 h 12 HYPERLINK l _Toc204395240 3.5單片機固件設計 PAGEREF _Toc204395240 h 12 HYPERLINK l _Toc204395241 第四章 數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)的設計 PAGEREF _Toc204395241 h 14 HYPERLINK l

5、 _Toc204395242 4.1單片機與Pc機的串行通信 PAGEREF _Toc204395242 h 15 HYPERLINK l _Toc204395243 4.2系統(tǒng)抗干擾設計 PAGEREF _Toc204395243 h 16 HYPERLINK l _Toc204395244 傳導藕合干擾的抑制 PAGEREF _Toc204395244 h 16 HYPERLINK l _Toc204395245 空間禍合干擾的抑制 PAGEREF _Toc204395245 h 17 HYPERLINK l _Toc204395246 第五章 系統(tǒng)誤差 PAGEREF _Toc20439

6、5246 h 18 HYPERLINK l _Toc204395247 5.1基本誤差 PAGEREF _Toc204395247 h 18 HYPERLINK l _Toc204395248 5.2誤碼率 PAGEREF _Toc204395248 h 18 HYPERLINK l _Toc204395249 結 論 PAGEREF _Toc204395249 h 19緒論1.1課題背景 無線通訊方式的溫度測量系統(tǒng)是根據(jù)國內外近幾年在測溫方面現(xiàn)有應用和發(fā)展趨勢所提出的一種新產品。無線溫度測量就是用來對現(xiàn)場的溫度進行檢測，數(shù)據(jù)以無線方式傳輸，它非常適用于運動物體和不方便鋪設線路場所，或危險、有

7、毒、有害場所的溫度檢測，例如：轉爐、隧道窯、加工中的工件、酸堿濃度較高的化工場所等。正是由于這些優(yōu)點美商國際集團委托黑龍江省自動化研究所，開發(fā)適合工作在有害氣體和不方便鋪設線路場合的垃圾場無線溫度測量系統(tǒng)。 美商國際集團是由外商獨資興建，專業(yè)致力于對城市生活廢棄物進行分類、資源回收和再利用，并采用生物高科技堆肥發(fā)酵工藝，生產有機肥的綜合性大型環(huán)保企業(yè)。其所處理的有機垃圾在除去雜質進入?yún)捬醢l(fā)酵工序之前要在近70oC條件下經過至少5天的發(fā)酵處理。發(fā)酵過程中硫化氫、胺氣、吲哚等有害、惡臭氣體的產生，對人員的身體健康產生很大的危害，尤其對呼吸系統(tǒng)和神經系統(tǒng)的影響，危害非常大，原有的測溫方式為，工人用熱

8、電阻測溫桿插入發(fā)酵堆進行測量，每次只能測量一個點的數(shù)據(jù)，用時約10分鐘，一個發(fā)酵堆測9個點耗時一個多小時，每天一個工人最多可以測6個堆的溫度，占全部發(fā)酵堆的十分之一，并且具有大的滯后性，生物實驗室無法根據(jù)溫度數(shù)據(jù)對發(fā)酵對進行溫度和供氧調節(jié)。在夏天中午時候廠房內的溫度達到50多，測溫工作幾乎無法進行。我們研制的測溫系統(tǒng)減小了工人的工作量，工作時間減少到以前的百分之一。提高了生產率和生產質量。1.2課題的意義無線測溫系統(tǒng)同樣適用于鋼鐵冶煉溫度監(jiān)控，蔬菜大棚溫度等領域。這種網(wǎng)絡是中距離、低速率無線傳感器網(wǎng)絡，射頻傳輸成本低，各結點只需要很少的能量，低功耗，適于電池長期供電，可實現(xiàn)一點到多點、兩點間對

9、等通信，快速組網(wǎng)，高級電源管理。這種網(wǎng)路主要用于中短距離無線系統(tǒng)的連接，提供傳感器或二次儀表無線雙功網(wǎng)絡接入，能夠滿足對各種傳感器的數(shù)據(jù)輸出和輸入控制命令和信息的需求，使現(xiàn)有的系統(tǒng)網(wǎng)絡化、無線化。系統(tǒng)設計可允許使用第三方的傳感器、執(zhí)行器或低帶寬數(shù)據(jù)源。該網(wǎng)絡可拓展應用在溫度濕度監(jiān)控、壓力過程控制數(shù)據(jù)采集、流量過程控制數(shù)據(jù)采集、工業(yè)監(jiān)控、樓宇自動化、數(shù)據(jù)中心、制冷監(jiān)控、設備監(jiān)控、社區(qū)安防、環(huán)境數(shù)據(jù)檢測、倉庫貨物監(jiān)控等方面。此系統(tǒng)具有廣泛的推廣價值。1.3課題的主要研究內容本課題是與美商國際集團的合作項目，研制基于無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏囟葴y量系統(tǒng)是本課題的主要研究內容。把無線通訊方式和傳感器結合起來，發(fā)

10、揮無線傳輸?shù)奶赜械膬?yōu)勢，使測試系統(tǒng)可以隨時隨地的和計算機連接，更加方便了測溫系統(tǒng)的使用。課題主要集中在電路部分以及基于CC1100通信的設計和實現(xiàn)上。課題研究的具體內容可分為如下兩個部分：1測試系統(tǒng)的硬件電路選擇單片機控制，設計單片機為核心的采集接收電路部分。2單片機固件程序的編寫編寫單片機控制程序，包括系統(tǒng)的初始化，數(shù)據(jù)采集處理，理與上位機的通信的程序等。1.4本章小結隨著無線傳感器網(wǎng)絡的廣泛應用，尤其是隨著工廠自動化水平的提高，因此研制基于無線傳輸?shù)臏囟葴y量系統(tǒng)具有非常重要的意義。傳感器無線化是傳感器應用的一個新的趨勢，它具有方便性、靈活性、可快速組網(wǎng)等特點。第二章 無線測溫系統(tǒng)硬件原理與

11、設計2.1系統(tǒng)工作原理介紹根據(jù)到發(fā)酵廠房實地考察，廠房的結構是400長，100米寬的彩鋼結構的空曠廠房，舉架高10米。發(fā)酵堆共64個，每個堆高2米，每個堆需要測9個溫度點，根據(jù)測溫點的分布情況與現(xiàn)場腐蝕氣體的嚴重性，測溫單元采用不銹鋼鋼桿形式，帶有助力把手，非常容易插入發(fā)酵堆，電路部分位于測溫桿的最上方。廠房上方分布6個接收單元，負責接收測溫桿發(fā)送的溫度數(shù)據(jù)，6個接收單元通過RS-485總線通訊，最后接入總控室，通過485通訊卡進去PC機，因為測溫實時性要求不高，每個測溫桿每次間隔20分鐘發(fā)送一次數(shù)據(jù)，采用自報方式發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送一次數(shù)據(jù)占用時間為1ms,所以空中數(shù)據(jù)碰撞的可能性非長小，完全可以

12、滿足實際應用。溫度采集單元A1溫度采集單元A2溫度采集單元B溫度采集單元B接收單元B接收單元A總控制室PCRS485圖 2-1 系 統(tǒng)組成結構圖2.2 CPU的選擇作為測控系統(tǒng)的核心部件，處理器的選擇對整個系統(tǒng)功能的優(yōu)化起著至關重要的作用。面向工控領域的單片處理器，有目前廣泛應用的51系列的8位單片機，面向大量數(shù)字信號處理領域的數(shù)字信號處理器(DSP)，以及市場上增強型的16位單片機。51 系 列的 8位單片機作為從八十年代就開始流行的處理器，其開發(fā)技術成熟，應用廣泛，不足之處在于功能過于簡單，功耗高，已經不能適應于目前對測控系統(tǒng)功能和速度的要求.ARM器件在工控領域的應用，從長遠的觀點來看是

13、一個必然趨勢。但從現(xiàn)階段各ARM器件的情況來看，偏重于高端應用領域，其結構功能設計側重于有大量數(shù)字信號處理的場合，如多媒體等領域，不適合在儀表領域的使用，而且目前其價格較高，開發(fā)技術難度大。作為這兩種微處理器的一種折衷方案，各大公司紛紛推出各種面向不同應用場合的增強型單片機，如AVR系列、TI MSP430系列和Philips的PCF80C51系列等。這些系列的單片機大多具有較強的功能模塊接口功能、較高的處理速度、大容量ROM和RAM，往往處理器本身就己經是一個小系統(tǒng)模式，僅僅需要一些簡單電容、電阻元件就可以工作，其中MSP430系列單片機就是其中的性能價格比較為優(yōu)越的一款16位單片機。TI公

14、司MSP430系列，是具有RISC指令集的超低功耗芯片，功能豐富，主要用于低功耗應用。本系統(tǒng)的設計考慮了系統(tǒng)的可靠性、低功耗和經濟性，因此，硬件設計需要遵循以下原則:1. 單元要在短時間處理完數(shù)據(jù)，然后休眠使系統(tǒng)大部分時間處于休眠狀態(tài)，這樣可以降低系統(tǒng)的功耗，所以對快速性要求較高，所以對CPU的選擇要考慮它的快速性;2. 對于所設計的系統(tǒng)來說，系統(tǒng)對中斷的異步快速響應能力是降低系統(tǒng)功耗的一個重要方面。3. 應用環(huán)境中，對可靠性要求較高，所以必須考慮CPU具有豐富的集成外設功能，使外部電路精簡，提高系統(tǒng)的可靠性;4. 采用低功耗硬件電路設計及微控制器芯片，系統(tǒng)運行的低功耗是現(xiàn)代電子系統(tǒng)的普遍取向

15、，由于系統(tǒng)采用電池供電，所以低功耗是本系統(tǒng)電路設計的基本原則，同時也可以根據(jù)以后系統(tǒng)應用的需要，方便系統(tǒng)功能擴展。根據(jù)以上原則本文選擇該系列單片機，其中下位機溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)選用MSP430F1121芯片，上位機溫度數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)選用MSP430F149芯片。MSP430系列單片機是由TI公司開發(fā)的16位單片機，其突出特點是超低功耗，非常適合于各種功率要求低的應用，有多個系列和型號，它們分別由一些基本功能模塊按不同的應用目標組合而成，典型應用是智能家庭儀表、醫(yī)療設備和保安系統(tǒng)等方面。由于其較高的性能價格比，應用己日趨廣泛。1. 超 低 功 耗在正常的工作狀態(tài)下，如果工作電壓為3.2V，其典型消耗

16、電流僅為250uA /MIPS (MIPS為每秒百萬條指令數(shù))，而待機模式下工作電流更降至1uA以下，1/O輸入端口的漏電流最大僅為50nA.2. 強大的處理能力MSP430系列單片機是16位單片機，采用了目前流行精簡指令集(RISC)結構，一個時鐘周期可以執(zhí)行一條指令，具有豐富的尋址能力(源操作數(shù)7 種，目的操作數(shù)4種，但只有簡潔的27 條指令);片內寄存器數(shù)量多，可實現(xiàn)多種運算，有高效的查表處理方法。這些特點保證了可以編制出高效的程序。3. 豐 富的 片上外圍模MSP430 系列單片機上集成了較多的片上外圍模塊，它包含:硬件乘法器，2組頻率可達SMHz的時鐘模塊，2個帶有大量捕獲/比較寄存

17、器的16位定時器，看門狗，2個可實現(xiàn)異步、同步及多址訪問的串行通信接口、數(shù)十個可實現(xiàn)方向設置及中斷功能的并行輸入、輸出端口。4. 執(zhí)行速度快MSP430系列單片機的工作電壓范圍為1.8至3.6V，在8MHz的晶振工作時，執(zhí)行速度可達6MIPS。5. 在線支持強MSP430系列單片機均可由FLAsH仿真工具(FET)提供支持。該FET是一種完整的集成開發(fā)環(huán)境，包括源代碼級調試器、仿真器、匯編/連接器、C編譯器、兩種評估芯片、目標板、JTAG接口以及編程單元等。利用單片機本身具有的JTAG接口,可以在一臺主機PC及一個結構小巧的JTAG控制器的幫助下實現(xiàn)程序的下載，完成程序調試。6. 工業(yè)級運行環(huán)

18、境MSP430 系列單片機的運行環(huán)境溫度為一40+58 ，所設計的產品適合運行于工業(yè)環(huán)境下。7. 低工作電壓1.8-3.6V，超低功耗有5種節(jié)能模式，其中LPM14數(shù)據(jù)保持模式僅耗0.1uA，活動狀態(tài)耗電為20uA，從低功耗模式到活動狀態(tài)只需6ns。8. 有一套 效率高、執(zhí)行速度快的指令系統(tǒng)，硬件乘法器可快速執(zhí)行8x8、8xl6、16xl6整型乘法操作，并在一個機器周期立即得到結果，可滿足溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的大量計算要求。9. MSP430F149單片機內部集成64KROM，8KRAM，片內有Flash信息存儲器，容量大可用于保存數(shù)據(jù)或程序，溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)無需再擴展存儲模塊，簡化了設計電路:1

19、0. 功 能 強大的CPU 內核，16位RISC結構，高效的內部尋址方式;在8MHz時可得到125ns的指令周期，具有16個快速響應中斷。11. 16 位 TimerA 與TimerB 可方便地實現(xiàn)程序定時。12. 靈活的時鐘系統(tǒng)，可使用外部時鐘源，用32768Hz晶體產生低頻時鐘達到低功耗的目的，高頻晶體產生高頻時鐘達到快速采樣的目的。13. 片內獨立的看門狗，保證系統(tǒng)軟件可靠運行。根據(jù)實際應用，使用普通堿性電池，系統(tǒng)已連續(xù)工作了3年，系統(tǒng)仍在繼續(xù)工作，可見此芯片功耗之低。2.3無線芯片的選擇由于工廠的環(huán)境復雜，干擾源較多，信號容易受到干擾，因此本系統(tǒng)采用了抗干擾性能好的CC1100無線收發(fā)

20、芯片。位于挪威奧斯陸的Chipcon公司作為全球領先的供應商，在低系統(tǒng)成本、低功耗的射頻芯片和網(wǎng)絡型軟件方面發(fā)布了CC1100產品、CC1100是一種低成本真正單片的UHF收發(fā)器，為低功耗無線應用而設計。電路主要設定為在315、433、868和915MHz的ISM和SRD頻率波段。RF收發(fā)器集成了一個高度可配置的調制解調器。這個調制解調器支持不同的調制格式，其數(shù)據(jù)傳輸率可達500kbps。CC1100為數(shù)據(jù)包處理、數(shù)據(jù)緩沖、突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸、清晰信道評估、連接質量指示和電磁波激發(fā)提供廣泛的硬件支持。通過開啟集成在調制解調器上的前向誤差校正選項，能使性能得到提升。CC1100的主要操作參數(shù)和64字節(jié)

21、傳輸/接收FIFO可通過SPI接口控制。在這個個典型的系統(tǒng)里，CC1100和MSP430的SPI接口進行無縫連接。在實際使用中CC1100通訊距離大于100米，誤碼率小于1%。2.4溫度傳感器的選擇無線溫度的采集主要基于單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20芯片。Dallas 半導體公司的單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20是世界上第一片支持 “一線總線”接口的溫度傳感器。一線總線獨特而且經濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡，為測量系統(tǒng)的構建引入全新概念。DS18B20支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為 -55 +125，在-10+85范圍內,精度為0.5。現(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸

22、，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，支持3V5.5V的電壓范圍， DS18B20可以程序設定912位的分辨率，精度為0.5。數(shù)字單總線溫度傳感器是目前最新的測溫器件，它集溫度測量，A/D轉換于一體，具有單總線結構，數(shù)字量輸出，直接與微機接口等優(yōu)點。產品經測試在-10-70間測得誤差為0.25,80T105時誤差為0.5,當T105誤差為增大到1左右。DS18B20高速暫存器共9個存存單元，如表所示：序號寄存器名稱作 用序號寄存器名稱作用0溫度低字節(jié)以16位補碼形式存放4、5保留字節(jié)1、21溫度高字節(jié)6計數(shù)器余值2TH/用戶字節(jié)1存放溫度上限7計數(shù)器/3HL/用戶字節(jié)2存放

23、溫度下限8CRC 表 2-1光刻ROM中的64位序列號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：開始8位（28H）是產品類型標號，接著的48位是該DS18B20自身的序列號，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗碼（CRC=X8+X5+X4+1）。 DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以12位轉化為例: 用16位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供，以0.0625/LSB形式表達，其中S為符號位。12位轉化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲在18B20的兩個8比特的RAM中，二進制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于0，這5位為0，只要將測到的數(shù)值乘

24、于0.0625即可得到實際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實際溫度。 2.5本章小結本章主要對無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)的總體設計進行概述，介紹了該系統(tǒng)的工作原理及主要功能。該系統(tǒng)主要由兩部分組成:溫度數(shù)據(jù)采集單元和溫度數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)。在分別介紹每個單元系統(tǒng)的組成及主要功能的基礎上根據(jù)系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能和具體要求，選擇系統(tǒng)所需CPU微處理芯片MSP430、無線射頻芯片CC1100、溫度傳感器DS18B20并對其特點進行詳細介紹。第三章 溫度采集單元的設計31 CC1100的程序設計 CC1100通過4線SPI兼容接口（SI,SO,SCLK和CSn）配置。這

25、個接口同時用作寫和讀緩存數(shù)據(jù)。SPI接口上所有的地址和數(shù)據(jù)轉換被最先在重要的位上處理。SPI接口上所有的處理都同一個包含一個讀/寫位，一個突發(fā)訪問位和一個6位地址的頭字節(jié)一起作用。當頭字節(jié)在SPI接口上被寫入時，芯片狀態(tài)字節(jié)在SO腳上被CC1100寫入。狀態(tài)字節(jié)包含關鍵狀態(tài)信號，對MCU有用。第一位s7,是CHIP_RDYn信號。在SCLK的第一個正邊緣之前，這個信號必須為低。CHIP_RDYn信號表明晶體正處在工作中，調節(jié)數(shù)字提供電壓是穩(wěn)定的。在地址和數(shù)據(jù)轉換期間，CSn腳必須保持為低點評。如果在過程中CSn變?yōu)楦唠娖?，轉換取消。當CSn變低，在開始轉換頭字節(jié)之前，MCU必須等待，直到SO腳

26、變低。這表明電壓調制器已經穩(wěn)定，晶體正在工作中。除非芯片處在SLEEP或XOFF狀態(tài)，SO腳在CSn變低后總會立即變低。CC1100配置寄存器位于SPI地址從0 x00到0 x2F之間。所有的寄存器均能讀寫。通過在地址頭設置突發(fā)位，連續(xù)地址的寄存器能高效地被訪問。這個地址在內部技術器內設置起始地址。每增加一個新的字節(jié)，計數(shù)器值增加1。突發(fā)訪問，不管是讀訪問還是寫訪問，必須通過設置CSn為高來終止。對0 x30-0 x3D間的地址來說，突發(fā)位用以在狀態(tài)寄存器和命令濾波器之間選擇。命令濾波可被視為CC1100的單字節(jié)指令。通過命令濾波寄存器的選址，內部序列被啟動。這些命令用來關閉晶體振蕩器，開啟傳

27、輸模式和電磁波激活等。命令濾波寄存器的訪問和一個寄存器的寫操作一樣，單沒有數(shù)據(jù)被傳輸。就是說64字節(jié)TX FIFO和64字節(jié)RX FIFO通過0 x3F來訪問。3.2 DS18B20的溫度的讀取DS18B20溫度傳感器的內部存儲器包括一個高速暫存RAM和一個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和結構寄存器。暫存存儲器包含了8個連續(xù)字節(jié)，前兩個字節(jié)是測得的溫度信息，第一個字節(jié)的內容是溫度的低八位，第二個字節(jié)是溫度的高八位。第三個和第四個字節(jié)是TH、TL的易失性拷貝，第五個字節(jié)是結構寄存器的易失性拷貝，這三個字節(jié)的內容在每一次上電復位時被刷新。第六、七、八個字節(jié)用

28、于內部計算。第九個字節(jié)是冗余檢驗字節(jié)。低五位一直都是1 ，TM是測試模式位，用于設置DS18B20在工作模式還是在測試模式。在DS18B20出廠時該位被設置為0。R1和R0用來設置分辨率，如下表所示：（DS18B20出廠時被設置為12位）根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機控制DS18B20完成溫度轉換必須經過三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復位，復位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進行預定的操作。復位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500us，然后釋放，DS18B20收到信號后等待1660us左右，后發(fā)出60240us的存在低脈沖，主CPU收到此信

29、號表示復位成功。3.3 DS18B20的自動識別技術在長期的使用過程中由于熱應力的作用DS18B20的管腳會開焊，正常更換DS18B20時候，要更新程序中的相應的64位地址碼，重新編程顯得比較麻煩，現(xiàn)介紹一種自動識別地址碼的過程，實現(xiàn)的只更換器件而不用重新編程的方法。每個數(shù)字溫度傳感器內均有惟一的64位序列號，只有獲得該序列號后財可能對單線多傳感器系統(tǒng)進行一一識別。讀DS18B20是從最低有效位開始的，8位產品代碼都讀出后，48位序列號再讀入，移位寄存器中就存儲CRC值了。控制器可以用64位ROM中的前56位計算出一個CRC值，再用存儲再DS18B20的64位ROM中的值或DS18B20內部計

30、算出的8位CRC值進行比較，以確定ROM數(shù)據(jù)是否被總線控制器接收無誤。在ROM操作命令中，有兩條命令智能在總線上僅有一個傳感器的情況下使用。搜索ROM命令（F0H）。讀ROM命令只能在總線上僅有一個傳感器的情況下使用。搜索過程位3個步驟：讀一位，讀該位的補碼，寫所需位的值?？偩€主機在ROM的每一位上完成這3個步驟，在全部過程完成后，總線主機便獲得一個傳感器ROM的內容，其他傳感器的序列號則由相應的另外一個過程來識別。具體搜索過程為：1總線主機發(fā)出復位脈沖進行初始化，總線上的傳感器則發(fā)出存在脈沖響應。2.總線主機在單總線上發(fā)出搜索ROM命令。3 總線主機從總線上讀一位。每一個傳感器首先把它們各自

31、的ROM中的第一位放到總線上產生“線與”，總線主機讀得“線與”結果。接著每一個傳感器把它們各自的ROM中的第一位的補碼放到總線上，總線主機再次讀得“線與”的結果?？偩€主機根據(jù)以上讀得的結果，可以進行如下判斷：結果為00表明總線上連有傳感器，且在此數(shù)據(jù)位上它們的值發(fā)生沖突；為01表明此數(shù)據(jù)位上它們的值均為0；為10表明此數(shù)據(jù)位上它們的值均為1；11表明總線上沒有連接傳感器。4總線主機將一個數(shù)值位（0或1）寫到總線上，則該位與之相符的傳感器仍連到總線上。5.其他位重復以上步驟，直至獲得其中一個傳感器的64位序列號。3.4 DS18B20使用中的注意事項DS18B20雖然具有測溫系統(tǒng)簡單，測溫精度高

32、、連接方便、占用口線少等優(yōu)點，但在實際應用中也應注意以下兩方面的問題：1.連接DS18B20的總線電纜是有長度限制的。試驗中，當采用普通信號電纜傳輸長度超過50米時，讀取的測溫數(shù)據(jù)將發(fā)生錯誤。當將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽的電纜時，正常通信距離可以達到150m。當采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通信距離進一步加長。這種情況主要由于總線分布電容使信號波形產生畸變造成的。因此，在用DS18B20進行長距離測溫系統(tǒng)設計時要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。2.在DS18B20測溫程序設計中，向DS18B20發(fā)出溫度轉換命令后，程序總要等待DS18B20的返回信號，一旦某個DS18B20

33、接觸不好或斷線，當程序讀DS18B20時候，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán)。這一點在進行DS18B20硬件連接和軟件設計要考慮。3.5單片機固件設計開發(fā)接口固件的整體思想是模塊化和通用性。采用C語言來開發(fā)單片機固件。C語言是一種通用的計算機程序設計語言，它既有高級語言的特征又能直接操作系統(tǒng)硬件，而且可以進行結構化程序設計。設計中用宏來代替需要經常被調用代碼，來簡化冗長操作的代碼。固件設計使用一種分層的結構。在最底層是一些簡單的、原始的功能子程序，這些子程序直接和硬件打交道或完成一些最基本的功能，如向外部設備寫數(shù)據(jù)和讀取數(shù)據(jù)。調用這些子程序形成了高層的更復雜的應用程序。把子程序的聲明和宏定義編成

34、頭問件，包含在應用程序中。例如，在設計中將單片機寄存器、公用的宏定義、調用外部函數(shù)的原型分別編寫在430.h、global.h、external.h中。程序編寫的分層結構簡潔易懂，并且易于編寫和測試，既增加了程序的通用性，又增加了代碼的可讀性。中斷NY初始化20分鐘到嗎?進入低功耗等待定時中斷關閉發(fā)送模塊清看門狗采集發(fā)送數(shù)據(jù)中斷服務程序定時器中斷單片機固件的流程如圖3-1所示，按照模塊化思想又可分為以下幾個模塊：初始化模塊、低功耗模塊、定時器模塊、溫度采集模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊。初始化程序模塊用來初始化單片機和外部硬件等，使定位器進入正常的使用狀態(tài)。如設置單片機的功能模塊的寄存器；設置引腳功能寄存

35、器，為多功能引腳選擇功能方式；設置中斷觸發(fā)模式及中斷優(yōu)先級。圖3-1 單片機固件第四章 數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)的設計在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設計中，通訊接收設計是一個很重要的環(huán)節(jié).數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的接收端掛在廠房的上方后，與外界交互只有靠無線通訊實現(xiàn)。數(shù)據(jù)接收端是被動方，數(shù)據(jù)采集單元是主動方，數(shù)據(jù)采集單元用定時器中斷方式來計時發(fā)送溫度數(shù)據(jù)，這個過程是靠CPU的定時器TimerA中斷源來實現(xiàn)的。當TimerA中斷延時程序達到20分鐘后啟動一次溫度采集過程，給數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)返回不同的數(shù)據(jù)。在整個通信的過程中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) (下位機無線終端)和數(shù)據(jù)接受系統(tǒng) (上位機)既是數(shù)據(jù)發(fā)送端也是數(shù)據(jù)接收端。由于在本無線網(wǎng)絡中，存在

36、6個主站 (即上位機)和多個從站 (下位機無線終端)，因此本無線通信的協(xié)議是一個一對多的無線通信協(xié)議.在整個無線通信系統(tǒng)中，無線通信模塊的工作頻率是 433MHz，數(shù)據(jù)傳輸率是 110Kb/s。由于整個系統(tǒng)工作在單一載波頻率下，整個系統(tǒng)只有一個載波頻率，采用隨機競爭的方式，由于硬件缺少沖突檢測的機制，所以在經過權衡之后，認為采用TDMA(方式)，即時分多路訪問，由于整個系統(tǒng)每次最多的通信數(shù)據(jù)量限制在1K以內,減少了數(shù)據(jù)空中碰撞的機會。由于CC1100帶有地址濾波功能，共可以有255個地址，我們在把255個地址中選用6個地址，相應發(fā)送給主站數(shù)據(jù)的溫度傳感器采用同一地址，如果主機檢測到非子傳感器來

37、的數(shù)據(jù)，會被地址濾波器濾掉。 目標板天線CC1100CPU通訊接口RS485總線存儲器 。 圖 4.1 系統(tǒng)接受單元框圖 接收的數(shù)據(jù)通過FEC糾正后，存入主站中的FLASH中，在存入每個數(shù)據(jù)同時，存入相應的系統(tǒng)時間。每隔20分鐘PC機讀取主站中的數(shù)據(jù)一次。讀完主站數(shù)據(jù)后，主站清空FLASH內的歷史數(shù)據(jù)。下面就通訊協(xié)議和系統(tǒng)抗干擾作一簡單介紹。4.1單片機與Pc機的串行通信 要想保證通信的成功，通信雙方必須有一系列的約定。作為發(fā)送方，必須清楚在何時發(fā)送信息、發(fā)送什么內容、何時發(fā)送結束以及對方是否收到、收到的內容是否正確、對方接收不正確時要不要重發(fā)等。作為接收方，必須清楚對方是否發(fā)送了信息、發(fā)送什

38、么內容以及收到的信息是否正確、接收不正確時如何通知對方重新發(fā)送、怎樣判斷結束等。這種約定就叫通信協(xié)議，必須在編程之前確定下來。只有雙方遵守通信協(xié)議，通信才能順利進行。 在系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通信期間，在有效數(shù)據(jù)間會混有噪聲，為了識別噪聲和有效數(shù)據(jù)，通常在要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊前加三個字節(jié)的協(xié)議頭表示，在數(shù)據(jù)塊的最后加校驗和進行糾錯。通信數(shù)據(jù)幀格式為：起始碼設備地址包大小數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)校驗本系統(tǒng)中設定如下:(l)通信起始碼:4e，31 ，32。(2)數(shù)據(jù)校驗:采用CRC校驗。(3)單片機系統(tǒng)為1-6，上位機為7。 在串行通信中，一個重要的指標是波特率，它反映了串行通信的速率，也反映了對傳輸通道的要求。一般異步通信的波

39、特率在 50b/s9600b/s 之間。由于異步雙方各用自己的時鐘，要保證捕捉到正確的信息，最好采用較高頻率的時鐘，一般選擇時鐘頻率比波特率高16或64倍，若選擇時鐘頻率低于波特率，則頻率稍有偏差便會產生接收錯誤。上位機發(fā)送數(shù)據(jù)后等待下位機的回應，如果下位機接收正確，則發(fā)送下一條數(shù)據(jù):如果下位機接收錯誤，或者沒有收到回應信息，上位機重新發(fā)送數(shù)據(jù)，如果重復發(fā)送三次還沒有回應，系統(tǒng)提醒用戶通信中斷。 系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的接收采用中斷的方式，即只要計算機的緩存區(qū)有數(shù)據(jù)從串口傳過來，立即執(zhí)行中斷程序。4.2系統(tǒng)抗干擾設計 溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)工作在惡劣的電磁環(huán)境中，受到各種各樣的電磁干擾。而數(shù)據(jù)采集是整個監(jiān)測系統(tǒng)

40、的第一個環(huán)節(jié)，它能否正常工作對整個監(jiān)測系統(tǒng)的實現(xiàn)起著決定性的作用。溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在垃圾處理廠中屬弱點設備，抗干擾能力較弱。因此，如果不加防范，電磁干擾會嚴重地干擾系統(tǒng)工作，甚至造成電路擊穿損壞，形成永久性故障。下面就從電磁干擾的產生、對電磁干擾的抑制和提高單片機自身可靠性三個方面論述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的抗干擾設計。 電氣設備工作時，在接收的信號中，除了接收有用的信號之外，還夾雜著一些無用的信號這種無用且不規(guī)則變化的信號 “噪聲”，外部噪聲對電氣設備的干擾幾乎都是通過傳導耦合和空間耦合兩種方式實現(xiàn)的。本設計采用了如下的抗干擾措施:4.2.1傳導藕合干擾的抑制數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)電源來自工頻交流線路，外部噪聲

41、傳導耦合是主要噪聲來源，因此如何抑制來自電源系統(tǒng)的干擾就成為提高系統(tǒng)抗干擾性能的一個重要環(huán)節(jié)。首先是對系統(tǒng)浪涌沖擊干擾的抑制，浪涌沖擊變化快、時間短、功率大，因而危害性大。對浪涌沖擊一般可采用吸收其能量和瞬時短路干擾噪聲的辦法。由于壓敏電阻和瞬變抑制二極管具有瞬間短路放電的性能，因此被用來抑制線路大電流沖擊。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)要正常工作,首先應正確無誤地檢測到被測信號。若信號受到嚴重干擾，導致信號難以辨識，在一些干擾嚴重的場合，微弱的信號甚至會被淹沒于干擾之中。為了獲得真實信號，采取如下措施:首先是提高信號幅值，從抑制傳輸干擾的角度看，提高信號幅值是一種簡單而有效的方法。提高信號幅值就提高了“信噪比”，因而增強了信號在傳輸過程中的抗干擾能力，為此數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件上人為地將信號進行前期放大。4.2.2空間禍合干擾