畢業(yè)設(shè)計---無線壁掛爐溫控器設(shè)計

1、<p>　　無線壁掛爐溫控器設(shè)計</p><p><b>　?。òl(fā)射端）</b></p><p><b>　　1 前言</b></p><p>　　溫度是人們?nèi)粘Ｉ钪薪佑|比較多的一個物理量，人們的日常生活、動植物的生存繁衍和周圍環(huán)境的溫度息息相關(guān)，石油、化工、冶金、紡織、機械制造、航空航天、制藥、煙草、檔案保管

2、、糧食存儲等領(lǐng)域?qū)囟纫灿兄^高的要求。例如：煙葉和紙張是吸濕性極高的材料，卷煙生產(chǎn)的每一個階段對溫度都有非常特別的要求，以確保所使用材料的水分，保證生產(chǎn)的效率和產(chǎn)品質(zhì)量；印刷車間的溫度控制水平對印刷質(zhì)量有很大的影響；為防止庫存武器彈藥、金屬材料等物品霉?fàn)€、生銹，必須保持環(huán)境溫度不能過高；而水果、種子、肉類等的保存又需要保證一定的溫度。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，許多新興產(chǎn)業(yè)對環(huán)境提出了更高的要求：制造大規(guī)模集成電路需要極高的空氣潔凈度，生物化

3、學(xué)制藥需要精確的溫度控制。因此，對溫度的監(jiān)測和控制已成為生產(chǎn)過程中非常重要的技術(shù)要求。目前，溫度傳感器已廣泛應(yīng)用于氣象、農(nóng)林、冶金、化工、紡織、食品、家用電器、倉儲等許多領(lǐng)域。一些領(lǐng)域?qū)貪穸瓤刂频囊笕绫?所示。</p><p>　　表1 各種行業(yè)溫濕度要求范圍</p><p><b>　　2 選題背景</b></p><p><b&

4、gt;　　2.1 目的和意義</b></p><p>　　隨著人們工作和生活節(jié)奏的加快，一個舒適的家庭環(huán)境能夠在一定程度上改善人們因壓力過大而產(chǎn)生的疲憊感。無線壁掛爐溫控器的設(shè)計與研究，有利于有效地控制爐壁的溫度，為居民的生活帶來方便和便捷。同時，滿足了廣大用戶的要求，解決了無線遙控的需求。</p><p>　　國際國內(nèi)對壁掛爐溫控器的研究從沒有停止過。主要著力于功耗更小，通信

5、距離更長，溫度控制溫度更精準(zhǔn)，控制范圍更廣闊。同時，各個廠家追求控制界面的人性化，大屏幕顯示，房間溫度，設(shè)定溫度，當(dāng)前時鐘同時顯示，掉電永久記憶功能，可選華氏溫度和攝氏溫度單位，為了舒適和節(jié)能，可選休假和溫度保持模式。</p><p><b>　　2.2 課題背景</b></p><p>　　單片機自1976年由Intel公司推出MCS-48開始，迄今已有二十多年了。

6、由于單片機集成度高、功能強、可靠性高、體積小、功耗地、使用方便、價格低廉等一系列優(yōu)點，目前已經(jīng)滲入到人們工作和生活的方方面面，幾乎“無處不在，無所不為”。單片機的應(yīng)用領(lǐng)域已從面向工業(yè)控制、通訊、交通、智能儀表等迅速發(fā)展到家用消費產(chǎn)品、辦公自動化、汽車電子、PC機外圍以及網(wǎng)絡(luò)通訊等廣大領(lǐng)域。</p><p>　　按照內(nèi)部數(shù)據(jù)通道的寬度，單片機可分為4位、8位、16位及32位等。單片機的中央處理器（CPU）和通用微處

7、理器基本相同，只是增設(shè)了“面向控制”的處理功能。例如：位處理、查表、多種地址訪問方式、多種跳轉(zhuǎn)、乘除法運算、狀態(tài)監(jiān)測、中斷處理等，增強了實時性。</p><p>　　2.3短距離無線通信技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢</p><p>　?。?）紅外通信技術(shù)（IrDA）[26,28,30]</p><p>　　紅外通信技術(shù) IrDA(InfraRed Data Associat

8、ion)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線通信技術(shù)。它利用紅外線的通斷表示計算機中的0-1邏輯，通常有效作用半徑2米，傳統(tǒng)速度可達4 Mbit/s，1995 年 IrDA 將通信速率擴展到的高達 16Mbit/s，紅外技術(shù)采用點到點的連接方式，發(fā)射、接收具有方</p><p>　　向性，具有體積小、功耗低、連接方便、簡單易用、數(shù)據(jù)傳輸干擾少、速度快、保密性強、成本低廉的特點。因此廣泛應(yīng)用于各

9、種遙控器，筆記本電腦，PDA，移動電話等移動設(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20 度，兩臺相互通信的設(shè)備之間必須對準(zhǔn)，而且傳輸數(shù)據(jù)時兩臺設(shè)備之間不能有阻擋物，只能限于兩臺設(shè)備通信，無法靈活構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，且無法用于邊移動邊使用的設(shè)備，另外，IrDA 設(shè)備中的核心部件 LED 易磨損。</p><p>　　（2）藍牙技術(shù)（Bluetooth）[26,28,30]</p>

10、;<p>　　藍牙技術(shù)使用全球統(tǒng)一開放的2.4GHz的ISM頻段，采用跳頻擴頻FHSS技術(shù)實現(xiàn)設(shè)備之間的無線互連，有穿透能力，能夠全方位傳送，主要面對網(wǎng)絡(luò)中各種數(shù)據(jù)和語音設(shè)備，通過無線方式將它們連成一個微微網(wǎng)(Piconet)。多個微微網(wǎng)之間也可以形成分布式網(wǎng)絡(luò)(Scatternet)，從而方便，快速的實現(xiàn)各類設(shè)備之間的通信。藍牙技術(shù)作為一種新興的技術(shù)，主要具有以下特點:規(guī)范的開放性、產(chǎn)品的互操作性及兼容性、公用通信頻段以

11、及提供大容量的語音和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。藍牙技術(shù)目前只是一種行業(yè)聯(lián)盟制定的短距離無線通信規(guī)范。</p><p>　?。?） IEEE802.11b（Wi-Fi）[26,28,30]</p><p>　　IEEE802.11b 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是無線局域網(wǎng)的國際標(biāo)準(zhǔn)，使用2.4GHz的ISM頻段，采用直接序列擴頻 DSSS 技術(shù)進行調(diào)制解調(diào)增強了抗干擾能力，提高了傳輸速度。802.11b 無線網(wǎng)絡(luò)的最大優(yōu)點是

12、兼容性，只要在原有網(wǎng)絡(luò)上裝上AP(Access Point)，就可以提供無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，終端設(shè)備只要裝上無線網(wǎng)卡，就可以訪問所有網(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。802.11b 具有有線等價保密機制WEP(Wired EquivalentPrivacy)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，可用來組建大型無線網(wǎng)絡(luò)，運營成本低，投資回報快等特點，正逐漸受到電信制造商和運營商的青睞，目前此種設(shè)備還比較昂

13、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802.11b 相同的正交頻分多路復(fù)用（OFDM）調(diào)制技術(shù)，同樣工作在 2.4GHz頻段，速率達 54 Mbit/s，比目前通用的 802.11b 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)無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品制造商選擇作為產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　?。?）微功率短距離無線通信技術(shù)[3

14、0]</p><p>　　近年來，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，短距離無線通信系統(tǒng)的大部分功能都可以集成到一塊芯片內(nèi)部，一般使用單片數(shù)字信號射頻收發(fā)芯片，加上微控制器和少量外圍器件構(gòu)成專用或通用無線通信模塊，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。射頻芯片一般采用 FSK調(diào)制方式，工作于 ISM 頻段，通信模塊一般包含簡單透明的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議或使用簡單的加密協(xié)議，發(fā)

15、射功率、工作頻率等所有工作參數(shù)全部通過軟件設(shè)置完成，用戶不用對無線通信原理和工作機制有較深的了解，只要依據(jù)命令字進行操作即可實現(xiàn)基本的數(shù)據(jù)無線傳輸功能。新一代短距離無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)具有體積小、功耗低、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強等優(yōu)點，而且開發(fā)簡單快速，可以方便地嵌入到各種設(shè)備中，實現(xiàn)設(shè)備間的無線連接，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。</p><p><b>　　2.4 小結(jié)&l

16、t;/b></p><p>　　隨著人們工作和生活節(jié)奏的加快，一個舒適的家庭環(huán)境能夠在一定程度上改善人們因壓力過大而產(chǎn)生的疲憊感。無線壁掛爐溫控器的設(shè)計與研究，節(jié)省了室內(nèi)電線電纜的安裝，為居民的生活帶來便捷，能更加有效地控制室內(nèi)溫度。同時，個性化的設(shè)計界面滿足了廣大用戶的普遍要求。</p><p><b>　　3 方案論證</b></p><

17、p>　　3.1 系統(tǒng)方案設(shè)計</p><p>　　無線溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計方案圖如圖1所示：</p><p>　　圖1 無線溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計方案圖</p><p>　　3.1.1 傳感器方案</p><p>　　傳統(tǒng)的模擬式傳感器具有測量轉(zhuǎn)換速度快，溫度測量范圍寬的優(yōu)點。但是模擬傳感器的模擬信號需要先經(jīng)過取樣、放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路處理，再

18、將轉(zhuǎn)換得到的表示溫濕度值的數(shù)字信號交由微處理器或 DSP 處理。被測信號從敏感元件接收的非電物理量開始，到轉(zhuǎn)換為微處理器可處理的數(shù)字信號之間，設(shè)計者須考慮的線路環(huán)節(jié)較多，相應(yīng)測試裝置中元器件數(shù)量難以下降，隨之影響產(chǎn)品的可靠性及小型化。而且模擬信號在長距離傳輸過程中，容易受到電磁干擾而導(dǎo)致誤差產(chǎn)生。在多點溫濕度檢測的場合，各被測點到測試裝置之間引線距離往往不同，各敏感元件參數(shù)的不一致性，都將會導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生，并且難以完全清除。另外，模數(shù)轉(zhuǎn)

19、換系統(tǒng)的精度也不可能很高，存在一定非線性，互換性較差。</p><p>　　采用具有直接數(shù)字量輸出的傳感器能夠避免上述問題。數(shù)字式傳感器能把被測模擬量直接換成數(shù)字量輸出，可以直接與數(shù)字設(shè)備（計算機，計數(shù)器，數(shù)字顯示系統(tǒng)等）相聯(lián)，用微控制器、DSP 或計算機進行信號的處理、濾波、壓縮。它的信號原則上不受放大器和信號處理系統(tǒng)的溫度漂移的影響，具有極高的抗干擾能力。數(shù)字式傳感器具有高的測量精度和分辨率，穩(wěn)定性好，信號易

20、于處理、傳送和自動控制，便于動態(tài)及多路測量，讀數(shù)直觀，安裝方便，維護簡單，工作可靠性高。雖然存在反應(yīng)速度較慢，溫度測量的范圍不寬的缺點，數(shù)字式傳感器技術(shù)的發(fā)展仍受到人們越來越多的重視?？紤]系統(tǒng)的經(jīng)濟性和溫濕度傳感器的優(yōu)缺點及發(fā)展?fàn)顩r，確定溫度傳感器采用數(shù)字式。</p><p>　　3.1.2 短距離無線通信模塊方案</p><p>　　藍牙技術(shù)作為一種近距離無線連接的全球性開放規(guī)范，已經(jīng)得

21、到了全球眾多大企業(yè)的支持。藍牙技術(shù)同時支持語音和數(shù)據(jù)傳輸，使用跳頻擴頻技術(shù)，本身包括糾錯機制，可靠性高，藍牙規(guī)范的核心部分協(xié)議允許多個設(shè)備進行相互定位、連接和交換數(shù)據(jù)，并能實現(xiàn)互操作和交互式應(yīng)用。但是藍牙設(shè)備價格昂貴，通訊距離近，藍牙 RF 定以了三種功率等級（100mw、25mw 和 1 mw），當(dāng)藍牙設(shè)備功率為 1 mw 時，其發(fā)射范圍一般為10m。</p><p>　　紅外線傳輸是使用紅外線波段的電磁波來進

22、行較近距離的傳輸。IrDA具有技術(shù)成熟、體積小、功率低、傳輸速率高、連接方便、簡單易用、數(shù)據(jù)傳輸干擾少、保密性強、成本低廉等優(yōu)點。也存在著只能視距傳輸、移動時不能傳輸、LED 易磨損等缺點。</p><p>　　隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，世界上主要的芯片廠商都推出了無線收發(fā)芯片。短距離無線通信系統(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)成專用或通用無線通

23、信模塊。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)定且不受外界干擾。射頻芯片一般采用 FSK 調(diào)制方式，工作于 ISM 頻段，通信模塊一般包含簡單透明的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議或使用簡單的加密協(xié)議，發(fā)射功率、工作頻率等所有工作參數(shù)全部通過軟件設(shè)置完成，用戶不用對無線通信原理和工作機制有較深的了解，只要依據(jù)命令字進行操作即可實現(xiàn)基本的數(shù)據(jù)無線傳輸功能。新一代短距離無線數(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

24、等優(yōu)點，而且開發(fā)簡單快速，可以方便地嵌入到各種設(shè)備中，實現(xiàn)設(shè)備間的無線連接，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。考慮系統(tǒng)的經(jīng)濟性、傳輸距離，確定該部分電路設(shè)計使用無線收發(fā)芯片。無線收發(fā)芯片的可靠性高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強，通訊協(xié)議簡單透明，技術(shù)成熟。使用該種方案無線通訊接口與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)接口電路設(shè)計簡單。</p><p>　　3.1.3系統(tǒng)控制及數(shù)據(jù)處理模塊方案</p>

25、<p>　　溫度數(shù)據(jù)在采集后通常要進行數(shù)據(jù)處理，以實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的記錄、顯示和對測控系統(tǒng)的控制。對于一般的工業(yè)測量與控制，多采用專用計算機系統(tǒng)進行測控。</p><p>　　專用計算機系統(tǒng)是把采集系統(tǒng)作為一個獨立完整的功能實體，用單片機或 DSP 來控制整個系統(tǒng)。最主要的特征是系統(tǒng)軟、硬件規(guī)模完全根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的要求配置，獨立性、可擴展性好，因此系統(tǒng)具有較高的性價比。根據(jù)微處理器的不同，專用計算機應(yīng)用系統(tǒng)可

26、分為 DSP 應(yīng)用系統(tǒng)和單片機應(yīng)用系統(tǒng)。</p><p>　　DSP 和單片機都是構(gòu)成專用計算機系統(tǒng)的核心芯片，DSP 主要用于復(fù)雜的數(shù)字信號處理，DSP 芯片中具有各種特殊功能的計算模塊，采用流水線結(jié)構(gòu)，提高了 DSP 的運行速度。由于 DSP 主要應(yīng)用于高速數(shù)據(jù)處理，因此外部 I/0 接口比較少，不便于系統(tǒng)擴展，因此多數(shù) DSP 系統(tǒng)還要通過單片機來進行外部接口擴展，這導(dǎo)致了 DSP 的成本較高，另外，DSP

27、 具有一定的專用性，開發(fā)過程比較復(fù)雜，不便于通用。</p><p>　　單片機是把微型機的主要部分集中在一個芯片上的單芯片微型計算機。由于它的結(jié)構(gòu)與指令都按照工業(yè)控制要求設(shè)計的，故又稱微控制器（Microcontroller Unit），也可稱微型計算機（Single Chip Microcomputer）。通常由微型計算機和外圍設(shè)備組成，包括微處理器（CPU）、存儲器（存放程序指令或數(shù)據(jù)指令的 ROM、RAM

28、等）、輸入/輸出接口（I/O）及其它功能部件如定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)等。單片機受集成度限制，片內(nèi)存儲容量較小，一般 ROM 只有 4~8K 字節(jié)，RAM 小于 256 字節(jié)，通過外部擴展， ROM、RAM 可擴展至 64K 字節(jié)。與通用計算機系統(tǒng)相比，具有系統(tǒng)簡單、功能易擴展、測控能力強、可靠性高。單片機應(yīng)用系統(tǒng)正在被各個領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。</p><p>　　采用單片機具有系統(tǒng)簡單、開發(fā)容易，功能易擴展、測控能力

29、強、可靠性高的特點。尤其適用于系統(tǒng)中沒有復(fù)雜的計算處理、對采集速度要求不高的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)。</p><p>　　對于不要求高速的一般的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，采用 DSP 是不經(jīng)濟的方案。在單片機能夠滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)處理速度要求的情況下，單片機無異是首選的信息處理單元。</p><p><b>　　3.2器件的選用</b></p><p>　　3

30、.2.1數(shù)字式溫度傳感器的選擇</p><p>　　隨著溫度傳感器智能化、集成化技術(shù)的進步，數(shù)字式溫度傳感器也得到了快速發(fā)展，世界上許多公司推出了新型的數(shù)字溫度傳感器系列。這些產(chǎn)品的出現(xiàn)極大的豐富了設(shè)計工程師的選擇對象。在如此眾多的產(chǎn)品中選擇出合適的器件，應(yīng)該把握以下幾點：外圍電路應(yīng)該盡量簡單；測溫的精度、分辨率要合適，以便減少不必要的電路和軟件開發(fā)成本；溫度傳感器采用的總線負載能力如何，能否滿足多點測溫的需要；

31、占用 MCU 的 I/O引腳數(shù)情況如何，因為 MCU 的系統(tǒng)資源非常寶貴，輸入通道有限，多點溫度測量時，如果測量的點數(shù)超過了輸入通道時，就要添加多路復(fù)用器，這將增加成本和開發(fā)時間，應(yīng)盡量節(jié)約；與 MCU 的通信協(xié)議應(yīng)盡量簡單，溫度測量的軟件開發(fā)難度、成本要盡量小。目前在數(shù)字溫度傳感器中采用的串行總線主要有Philips公司的I2C總線，Motorola 公司的 SPI 總線，National Semiconductor 公司的Micro

32、wireplus總線，Dallas Semiconductor 公司的 1-Wire 總線和 Siemens 公司的 Profibus總線等。常用的數(shù)字溫度傳感器主要有：</p><p>　　①AD7418 是是美國模擬器件公司（ADI）推出的單片溫度</p><p>　　測量與控制用集成電路。其內(nèi)部包含有帶隙溫度傳感器和 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器。測溫范圍為-55℃~+125℃，具有 1

33、0 位數(shù)字輸出溫度值，分辨率為 0.25℃，精度為±2℃，轉(zhuǎn)換時間為 15~30ms。具有體積小、編程簡單、使用容易、測量精度高，并且不易受環(huán)境千擾等優(yōu)點。AD7418 可以級聯(lián)至多 8 片在同一個 I2C 總線上。</p><p>　　② LM74 是美國國家半導(dǎo)體公司推出的集成了帶隙式溫度傳感器、△-∑型 A/D 數(shù)轉(zhuǎn)換器，并具有 SPI/Microwire 兼容總線接口的數(shù)字溫度傳感器。具有抗干擾

34、能力強、分辨力高、線性度好、成本低等優(yōu)點。在傳感器通電工作后自動按一定速率對溫度進行檢測，并在片內(nèi)寄存器中存儲轉(zhuǎn)換的溫度值，主機可以在任意時刻讀出傳感器溫度值。LM74 具有休眠模式，在休眠時消耗的電流不超過 10μA,適用于對功率消耗有嚴格限制的系統(tǒng)。 LM74 的模數(shù)轉(zhuǎn)換器為 12 位外加符號位，因此在其有效工作范圍內(nèi)可達 0.0625℃的分辨率，轉(zhuǎn)換時間為 425ms。</p><p>　?、?MAX657

35、5L/H 是美國 MAXIM 公司的一種單總線式數(shù)字溫度傳感器，具有較好的線性、較低的功耗，而且編程簡單，調(diào)試容易，使用方便。測溫范圍為-40~+125℃，其誤差范圍：在 25℃時優(yōu)于±3℃, 在 85℃時優(yōu)于±4.5℃，在 125℃時優(yōu)于±5℃。但是 MAX6575L/H 在其測溫范圍內(nèi)非線性誤差較大，因此，當(dāng)它用于高精度溫度測量時，必須對其進行非線性補償。它最多允許在一根 MCU 的 I/O 總線上同時

36、掛接 8 個 MAX6575L/H 進行多點溫度測量。為了避免多個傳感器同時測溫時有重疊的現(xiàn)象，MAX6575 提供了“L”和“H”兩種型號的傳感器,它們的使用方法相同,而且每一種型號的傳感器又可以通過時間選擇引腳。但是，MAX6575L 的遠距離傳輸特性并不理想，傳輸范圍只能在 5m 以內(nèi)，超過此范圍將采集不到被測溫度數(shù)據(jù)，這也是這種器件的一個弊端。</p><p>　?、?DS18B20是美國Dallas半導(dǎo)

37、體公司的新一代數(shù)字式溫度傳感器，它具有獨特的單總線接口方式，即允許在一條信號線上掛接數(shù)十甚至上百個數(shù)字式傳感器，從而使測溫裝置與各傳感器的接口變得十分簡單，克服了模擬式傳感器與微機接口時需要的 A/D 轉(zhuǎn)換器及其它復(fù)雜外圍電路的缺點，而且，可以通過總線供電，由它組成的溫度測控系統(tǒng)非常方便，而且成本低、體積小、可靠性高。DS18B20 的測溫范圍-55~+125℃，最高分辨率可達 0.0625℃，由于每一個 DS18B20 出廠時都刻有唯

38、一的一個序列號并存入其 ROM 中，因此 CPU 可用簡單的通信協(xié)議就可以識別，從而節(jié)省了大量的引線和邏輯電路。</p><p>　　Dallas 公司的單總線技術(shù)具有較高的性能價格比，有以下特點：</p><p>　　①適用于低速測控場合，測控對象越多越顯出其優(yōu)越性；</p><p>　?、谛詢r比高，硬件施工、維修方便，抗干擾性能好；</p><

39、;p>　　③具有 CRC 校驗功能，可靠性高；</p><p>　　④軟件設(shè)計規(guī)范，系統(tǒng)簡明直觀，易于掌握。</p><p>　　由于 DS18B20 獨特的單總線接口方式在多點測溫時有明顯的優(yōu)勢，占用 MCU 的 I/O 引腳資源少，和 MCU 的通信協(xié)議比較簡單，成本較低，傳輸距離遠，所以，選用 DS18B20 做為溫度測量的傳感器。</p><p>　　

40、3.2.2無線收發(fā)芯片的選擇</p><p>　　無線收發(fā)芯片的種類和數(shù)量比較多，在設(shè)計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，應(yīng)主要參考以下幾點：</p><p>　?、?收發(fā)芯片的數(shù)據(jù)傳輸是否需要進行曼徹斯特編碼采用曼徹斯特編碼的芯片，在編程上會需要較高的技巧和經(jīng)驗，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?，一般僅能達到標(biāo)稱速率的 1/3，而采用

41、串口傳輸?shù)男酒?，?yīng)用及編程非常簡單，傳送的效率很高，標(biāo)稱速率就是實際速率，編程方便。</p><p>　?、?收發(fā)芯片所需的外圍元件數(shù)量</p><p>　　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。</p><p><b>　?、?功耗</b></p><p>　　大多數(shù)無線

42、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。</p><p><b>　?、?發(fā)射功率</b></p><p>　　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。</p><p>　　⑤ 收發(fā)芯片的封裝和管腳數(shù)</p><p>　　較少的管腳以及較小的封裝

43、，有利于減少 PCB 面積降低成本，適合便攜式產(chǎn)品的設(shè)計，也有利于開發(fā)和生產(chǎn)。</p><p>　　常用的無線收發(fā)芯片主要有：</p><p>　?、?CC1000是根據(jù)Chipcon公司的SmartRF技術(shù)，在0.35μm CMOS 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 很容易通過編程使其工作在 300~1000

44、MHz 范圍內(nèi)。它具有低電壓（2.3~3.6V），極低的功耗，可編程輸出功率（-20~10dBm），高靈敏度（一般-109dBm），小尺寸（TSSOP-28 封裝），集成了位同步器等特點。其 FSK 數(shù)傳速率可達 72.8Kbps，具有 250Hz 步長可編程頻率能力，適用于跳頻協(xié)議；主要工作參數(shù)能通過串行總線接口編程改變，使用非常靈活。</p><p>　?、趎RF24E1 是挪威 Nordic VLSI AS

45、A 公司最近開發(fā)的一種嵌入了高性能單片機內(nèi)核的高速單片無線收發(fā)芯片[15]。采用先進的 0.18μs CMOS工藝、6mm×6mm 的 36 引腳 QFN 封裝；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 1.9~3.6V）和 VDD 電壓監(jiān)視，通常開關(guān)時間小于 200μs，數(shù)據(jù)速

46、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、勿需申請通信許可證。</p><p>　?、?nRF903 單片射頻收發(fā)器芯片工作在 915MHz 國際通用的 ISM 頻段； GMSK/GFSK 調(diào)制和

47、解調(diào), 抗干擾能力強；采用 DDS+PLL 頻率合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性好；靈敏度高達-100dBm , 最大發(fā)射功率達+10dBm；數(shù)據(jù)速率可達 76.8 Kbit/s；170個頻道,適合需要多信道工作的特殊場合；可方便地嵌入各種測量和控制系統(tǒng)中進行無線數(shù)據(jù)雙向傳輸，在儀器儀表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、計算機遙測遙控系統(tǒng)等中應(yīng)用。</p><p>　　④ TH72011 是 Melexis 公司的單片射頻發(fā)射

48、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； FSK 頻偏和中心頻率可獨立調(diào)節(jié)；寬電壓范圍 1.9~5.5V，靜態(tài)電流小，工作電流可在 3.5mA~10.7 mA 調(diào)節(jié)；發(fā)射功率可在-12 dBm~+10dBm 調(diào)節(jié)，數(shù)據(jù)速率可達 40Kbit/s?？汕度敫鞣N測量和控制系統(tǒng)中進行無線數(shù)據(jù)傳輸，在保安系統(tǒng)、微功耗遙測遙控系統(tǒng)等中應(yīng)用。</p>

49、<p>　?、輓RF401 是挪威 Nordic VLSI 公司推出的單芯片 RF 收發(fā)機，專為在 433MHz ISM (工業(yè)、科研和醫(yī)療) 頻段工作而設(shè)計。該芯片集成了高頻發(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。nRF401 的外圍元件很少，僅 10 個左右。只包括一個 4MHz 基準(zhǔn)晶振(可與 MCU 共享)、一個 PLL環(huán)路濾波器和一個 VCO

50、電感，收發(fā)天線合一，沒有調(diào)試部件，這給研制及生產(chǎn)帶來了極大的方便。</p><p>　　基于nRF401成本低、可靠性高、外圍設(shè)計簡單的優(yōu)點，本系統(tǒng)將nRF401 做為無線收發(fā)芯片的首選。</p><p><b>　　4 過程設(shè)計論述</b></p><p>　　4.1 硬件設(shè)計部分</p><p>　　4.1.1 硬件

51、總體設(shè)計</p><p>　　根據(jù)上一章所選的系統(tǒng)方案構(gòu)想，下面進行系統(tǒng)硬件電路的具體設(shè)計，系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如下圖2所示。</p><p>　　圖2 硬件設(shè)計方框圖</p><p>　　4.1.2溫度采集部分電路設(shè)計</p><p>　　一．溫度數(shù)據(jù)采集硬件接口電路</p><p>　　針對 8051單片機 I/O

52、口線較少的特點,DS18B20 型單線數(shù)字式集成溫度傳感</p><p>　　器與單片機接口電路如圖3。</p><p>　　GND VCC</p><p>　　圖3 DS18B20與單片機接口電路</p><p>　　二．?dāng)?shù)字式溫度傳感器 DS18B20</p><p>　?。?）DS

53、18B20的特點</p><p>　　單總線是美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司近年推出的新技術(shù)，它只定義了一根信號線，總線上的每個器件都能夠在適當(dāng)?shù)臅r間驅(qū)動它，相當(dāng)于把單片機的地址nRF401線、數(shù)據(jù)線、控制線合為一根信號線對外進行數(shù)據(jù)交換。為了區(qū)分這些芯片，廠家在生產(chǎn)芯片時，為每個芯片編制了惟一的序列號，通過尋址就能把芯片識別出來。從而能使這些器件掛在一根信號線上進行串行分時數(shù)據(jù)交換，大大簡化了硬件電路。<

54、/p><p>　　DS18B20 是美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司推出的應(yīng)用單總線技術(shù)的數(shù)字溫度傳感器。它的主要技術(shù)特性如下：</p><p>　　①具有獨特的單線接口方式，即微處理器與其接口時僅需占用 1 位I/O 端口；</p><p>　?、谥С侄喙?jié)點，使分布式多點測溫系統(tǒng)的線路結(jié)構(gòu)設(shè)計和硬件開銷大為簡化；</p><p>　　③測溫時無需

55、任何外部元件：</p><p>　　④可以通過數(shù)據(jù)線供電，具有超低功耗工作方式：</p><p>　　⑤測溫范圍為-55~+125℃，測溫精度為±0.5℃：</p><p>　?、逌囟绒D(zhuǎn)換精度 9-12 位可編程，能夠直接將溫度轉(zhuǎn)換值以 16 位二進制數(shù)碼的方式串行輸出。12 位精度轉(zhuǎn)換的最大時間為 750ms。</p><p>　

56、　因為它是數(shù)字輸出，而且只占用一個 I/O 端口，所以它特別適合于微處理器控制的各種溫度測控系統(tǒng)，避免了模擬溫度傳感器與微處理器接口時需要的 A/D 轉(zhuǎn)換和較復(fù)雜的外圍電路。縮小了系統(tǒng)的體積，提高了系統(tǒng)的可靠性。</p><p>　?。?）DS18B20 的結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：</p><p>　　①64 位光刻 ROM 數(shù)據(jù)存儲器</p><p><b&g

57、t;　　②溫度傳感器</b></p><p>　?、鄯且资噪娍刹翆憸囟葓缶|發(fā)器 TH 和 TL</p><p>　?、芊且资噪娍刹翆懺O(shè)置寄存器</p><p>　　如圖4所示，器件只有 3 根外部引腳，其中 VDD和 GND 為電源引腳，另一根 DQ 線則用作 I/O 總線，因此稱為一線式數(shù)據(jù)總線。與單片機接口的每個 I/O 口可掛接多個 DS18

58、B20 器件。</p><p>　　每片 DS18B20含有一個唯一的 64 位 ROM 編碼。頭八位是產(chǎn)品系列編碼，表示產(chǎn)品的分類編號；接著的 48 位是一個惟一的產(chǎn)品序列號，序列號是一個 15 位的十進制編碼，每個芯片惟一的編碼可以通過尋址將其識別出來，最后 8 位是前 56 位的循環(huán)冗余(CRC)校驗碼，是數(shù)據(jù)通信中校驗數(shù)據(jù)傳輸是否正確的一種方法。所以多片 DS18B20 能夠連接在同一條數(shù)據(jù)線上而不會造成

59、混亂。這為溫度的多點測量帶來了極大的方便。</p><p>　　DS18B20 傳感器的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器由 9 個字節(jié)組成。第一、二個字節(jié)是溫度數(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)位數(shù)(9~12 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)的符號擴展位。第三、四字節(jié)是溫度上下限報警值( TH、TL) 。第五字節(jié)是系統(tǒng)配置寄存器，寄存器各位定義如下：第八位用來設(shè)置傳感器的工作狀態(tài)，“1”

60、 為測試狀態(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)需要進行修改，其余位無效。第六、七、八字節(jié)保留未用。第 9 個字節(jié)是CRC 校驗碼，是前面 8 個字節(jié)的循環(huán)校驗碼，用在通信中驗數(shù)據(jù)傳送的正確性。</p><p>　　圖4 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框

61、圖（注明：本圖引于百度文庫）</p><p>　　溫度傳感器的轉(zhuǎn)換結(jié)果以 16 位二進制補碼的形式存放在便箋式存儲器中，其中第一個字節(jié)（Byte0）存放測溫結(jié)果的低位（LS Byts），第二個字節(jié)（Byte1）存放測溫結(jié)果的高位（MS Byts），S為符號位，其它位為數(shù)據(jù)位，溫度為負時 S=1；溫度為正時，S=0。格式如下：</p><p>　　Bit0

62、 Bit7</p><p>　　Bit8 Bit15 </p><p>　　如果測量的溫度值高于溫度

63、報警觸發(fā)器 TH 或低于 TL 中的值，則DS18B20 內(nèi)部的報警標(biāo)志位就被置位，表示溫度測量值超出范圍。DS18B20 的溫度轉(zhuǎn)換位數(shù)可以選擇 9~12 位，分別對應(yīng)的測溫分辨率為0.5℃, 0.25℃，0.125℃，0.0625℃。不過溫度轉(zhuǎn)換位數(shù)越大，轉(zhuǎn)換時間也越長。12 位精度的最大轉(zhuǎn)換時間為 750ms。DS18B20 的測溫范圍為-55~+125℃，溫度轉(zhuǎn)換結(jié)果以 16 位二進制方式單線輸出, 轉(zhuǎn)換的位數(shù)可通過寫配置寄存器

64、（字節(jié) 4）設(shè)定, 其格式如下：</p><p>　　Bit7 Bit0</p><p>　　R1、R0 的設(shè)定值與位數(shù)、分辯率和最大轉(zhuǎn)換時間的關(guān)系如表2所示，可見位數(shù)每減少一位，分辯率同比減少而轉(zhuǎn)換時間則加快一倍, 器件上電時默認分辯率為 12 位。</p>&l

65、t;p>　　表2 配置寄存器設(shè)置</p><p>　　溫度報警觸發(fā)器和設(shè)置寄存器都由非易失性電可擦寫存儲器(EEPROM )組成，設(shè)置值通過相應(yīng)命令寫入，一旦寫入后不會因為掉電而丟失。</p><p>　?。?）DS18B20 的測溫原理</p><p>　　DS18B20 的溫度傳感器是通過溫度對振蕩器的頻率影響來測量溫度，如圖 5所示。DS18B20 內(nèi)

66、部有兩個不同溫度系數(shù)的振蕩器。低溫系數(shù)振蕩器輸出的時鐘脈沖信號通過由高溫系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的門開通周期而被計數(shù)，通過該計數(shù)值來測量溫度。計數(shù)器被預(yù)置為與- 55℃對應(yīng)的一個基數(shù)值，如果計數(shù)器在高溫系數(shù)振蕩器輸出的門周期結(jié)束前計數(shù)到零，表示測量的溫度高于- 55℃，被預(yù)置在- 55℃的溫度寄存器的值就增加一個增量，同時為了補償和修正溫度振蕩器的非線性，計數(shù)器被斜率累加器所決定的值進行預(yù)置，時鐘再次使計數(shù)器計數(shù)直至零，如果開門通時間仍未結(jié)束，那

67、么重復(fù)此過程，直到高溫度系數(shù)振蕩器的門周期結(jié)束為止。這時溫度寄存器中的值就是被測的溫度值。這個值以 16 位二進制補碼的形式存放在便箋式存儲器中。溫度值由主機通過發(fā)讀存儲器命令讀出，經(jīng)過取補和十進制轉(zhuǎn)換，得到實測的溫度值。</p><p>　　圖5 DS18B20測溫原理方框圖 （注明：本圖引于百度文庫）</p><p>　?。?）DS18B20 的封裝和供電方式</p>

68、<p>　　DS18B20 是 DS1820 的升級產(chǎn)品，一般封裝為 TO-92，比 DS1820 的PR-35 封裝更小。DS18B20 只有三根外引線：單線數(shù)據(jù)傳輸端口 DQ、共用地線 GND、外供電源線 VDD。</p><p>　　DS18B20 有兩種供電方式：一種為數(shù)據(jù)線供電方式，此時 VDD 接地，它是通過內(nèi)部電容在空閑時從數(shù)據(jù)線獲取能量，來完成溫度轉(zhuǎn)換，完成溫度轉(zhuǎn)換的時間較長。為了保證在

69、有效的時鐘周期內(nèi)，提供足夠的電流，這種情況下，用一個 MOSFET 管和單片機的一個 I/O 口來完成對 DS18B20總線的上拉。另一種是外部供電方式(VDD 接+5V)，完成溫度測量的時間較短。當(dāng)使用數(shù)據(jù)總線寄生供電時，供電端必須接地，同時總線口在空閑的時候必須保持高電平，以便對傳感器充電。但當(dāng)所測溫度超過 100℃時，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，此時只能選

70、用外部供電方式。比較而言，寄生電源方式少用一根導(dǎo)線，但它完成溫度測量所需的時間較長，而外部電源方式測量速度則要快些。</p><p>　　4.1.3 無線收發(fā)電路的設(shè)計</p><p>　?。?）nRF401芯片的介紹</p><p>　　射頻收發(fā)芯片nRF401工作在433MHz國際通用的ISM頻段；FSK調(diào)制和解調(diào)，抗干擾能力強；采用PLL頻率合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定

71、性好；靈敏度高達-105dBm，最大發(fā)射功率達到+10dBm；數(shù)據(jù)速率可達20Kbit/S；可方便地嵌入各種測量和控制系統(tǒng)中；在儀器儀表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無線抄表系統(tǒng)、無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、計算機遙測遙控系統(tǒng)等中應(yīng)用。</p><p>　　nRF401具有兩個信號通道，適合需要多信道工作的特殊場合；可直接與微控制器接口；低工作電壓（2.7V—3.6V），功耗低，發(fā)射時電源電流8mA，接收時電源電流250μA，接收待機狀態(tài)

72、僅為8μA；僅需外接一個晶體和幾個阻容、電感元件，即可構(gòu)成一個完整的射頻收發(fā)器，電路模塊尺寸為30*22*6mm3。</p><p>　　nRF401采用20腳SSOIC封裝，內(nèi)部電路可分為發(fā)射電路、接收電路、模式和低功耗控制邏輯電路幾部分。發(fā)射電路包含有：射頻功率放大器，鎖相環(huán)（PLL），壓控振蕩器（VCO），頻率合成器等電路?；鶞?zhǔn)振蕩器采用外接晶體振蕩器產(chǎn)生電路所需的無源回路濾波器和壓控振蕩器組成。壓控振蕩器

73、由片內(nèi)的振蕩電路和外接的電感組成。要發(fā)射的數(shù)據(jù)通過DIN端（第9腳）輸入。</p><p>　　9腳DIN輸入數(shù)字信號和10腳DOUT輸出數(shù)字信號均為標(biāo)準(zhǔn)的邏輯電平信號，需要發(fā)射的數(shù)字信號通過DIN輸入，解調(diào)出來的信號經(jīng)過DOUT輸出；12腳通道選擇：CS=“0”為通道#（1433.9,MHz），CS=“1”為通道#2（434.33MHz）；18腳電源開關(guān)；PWR—UP=“0”為待機模式；19腳發(fā)射允許：TXEN

74、=“1”為發(fā)射模式；TXEN=“0”為接收模式。nRF401內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖4，引腳圖5。</p><p>　?。?）典型應(yīng)用電路說明</p><p>　　我們使用的是nRF401快速開發(fā)開發(fā)套件，典型應(yīng)用電路如圖8所示。</p><p>　　圖6 nRF401內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖7 nRF401引腳圖</p><

75、;p>　　圖8 nRF401典型應(yīng)用電路(注明：本圖引于中國電子設(shè)計論壇)</p><p>　　如圖7所示，1腳和20腳之間連接的是震蕩電路，采用4MHz的晶震；9腳是數(shù)據(jù)的輸入引腳，10腳是數(shù)據(jù)的輸出引腳，11腳可以通過選擇不同的R3值調(diào)整發(fā)射功率，當(dāng)R3＝22kΩ時，有最大發(fā)射功率＋10dBm；15腳和16腳是環(huán)形天線的連接引腳；18腳可控制工作和待機模式；19腳可以控制發(fā)射和接收模式。</p&

76、gt;<p>　　在無線溫度控制系統(tǒng)中，nRF401主要完成對溫度數(shù)據(jù)和命令參數(shù)的無線傳輸。圖7是單片機和收發(fā)芯片的接口電路。</p><p>　　圖9 單片機和收發(fā)芯片的接口電路</p><p>　　在圖9中可以看出，微控制器的I/O口P2.7控制nRF401的片選端，P2.5口控制nRF401的TXEN端，即發(fā)送/接收控制端，實現(xiàn)半雙工通信功能；P2.6口控制nRF401

77、的POWER_UP端，實現(xiàn)待機和上電的控制，達到節(jié)能目的。</p><p>　　4.1.4 液晶顯示電路</p><p>　　圖10 LCD與單片機接口電路</p><p>　　4.1.5 控制電路</p><p><b>　?。?）控制原理</b></p><p>　　采用簡單的比較控制方式

78、。具體來說，就是比較環(huán)境溫度和給定溫度的大小來確定加熱器的開關(guān)。但給定值大于測定值時，開加熱器，即開繼電器，是測定值增加，反之亦然。</p><p><b>　?。?）具體仿真</b></p><p>　　圖11 繼電器與單片機接口電路</p><p>　　4.2 軟件設(shè)計部分</p><p>　　4.2.1 溫度測量

79、子程序</p><p>　?。?）首先由下位機發(fā)出DS18B20 地址，地址符合， DS18B20 回送本機地址，并改變 SM2， DS18B20 在與下位機建立聯(lián)系后，跟著以查詢方式接收下位機接著發(fā)送的 DS18B20 的 ROM 命令。然后單片機發(fā)送讀寄存器命令，把DS18B20 寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)先放入單片機 RAM 的指定地址中。</p><p>　?。?）子程序流程圖如下：</

80、p><p>　　圖12 溫度測量程序流程圖</p><p>　　4.2.2 nRF401 的通信子程序</p><p>　　對于無線通訊，出現(xiàn)最大的問題就是通訊可靠性，因為無線通訊的通訊介質(zhì)是無線電波，大氣穩(wěn)定性、同頻干擾、拍頻差頻干擾等，都會使通訊中斷，或者出現(xiàn)誤碼阻礙，所以必須解決。解決這些問題的最好方法就是編寫通信協(xié)議。</p><p>

81、　　nRF401是一款FSK調(diào)制無線通訊芯片，有最大20KBPS速率通訊帶寬，實際上最大值在19KBPS左右，最低通訊頻率在500BPS左右，如果再低，芯片在后期運放低通比較譯碼時會出現(xiàn)數(shù)據(jù)逆轉(zhuǎn)，出現(xiàn)誤碼，正因為這樣，發(fā)送的數(shù)據(jù)不允許長的脈沖，也就是速率不能太低。</p><p>　　當(dāng)從 RX 到 TX 模式時，數(shù)據(jù)輸入腳（DIN）必須保持為高至少1ms 才能發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)從 TX 到 RX 模式時，數(shù)據(jù)輸出腳（

82、DOUT）要至少 3ms 以后有數(shù)據(jù)輸出。</p><p>　　從待機模式到接收模式，當(dāng) PWR＿UP 輸入設(shè)成 1 時，經(jīng)過 3ms時間后，DOUT 腳輸出數(shù)據(jù)才有效所示。從待機模式到發(fā)射模式，所需穩(wěn)定的最大時間是 2ms。</p><p>　　從加電到發(fā)射模式過程中，為了避免開機時產(chǎn)生干擾和輻射，在上電過程中 TXEN 的輸入腳必須保持為低，以便于頻率合器進入穩(wěn)定工作狀態(tài)。當(dāng)由上電進入

83、發(fā)射模式時，TXEN 必須保持 1ms 以后才可以往 DIN 發(fā)送數(shù)據(jù)。從上電到接收模式過程中，芯片將不會接收數(shù)據(jù)，DOUT 也不會有有效數(shù)據(jù)輸出，直到電壓穩(wěn)定達到 2.7V 以上，并且至少保持 5ms。如果采用外部振蕩器，這個時間可以縮短到 3ms。</p><p>　　下圖給出了發(fā)送端程序流程圖，以便更好的說明無線通信的協(xié)議。</p><p>　　圖13 發(fā)送端程序流程圖</p

84、><p><b>　　5結(jié)果分析</b></p><p>　　5.1 DS18B20和LCD液晶顯示運行結(jié)果分析</p><p>　　在理論上分析，當(dāng)硬件設(shè)計和軟件設(shè)計正確時，液晶顯示器的溫度會隨著DS18B20測量溫度的變化而實時變化，通過proteus仿真可以分析設(shè)計的正確與否。</p><p><b>　　實

85、際仿真結(jié)果如下：</b></p><p>　?。?）測量值為-43 C時的仿真圖1</p><p><b>　　圖14 仿真圖1</b></p><p>　　（2）測量值為65 C時的仿真圖2</p><p><b>　　圖15 仿真圖2</b></p><p>

86、;　?。?）測量值為128 C時的仿真圖3</p><p>　　圖16 仿真圖3</p><p>　　由圖可知，液晶顯示器的溫度會隨著DS18B20測量溫度實時變化，DS18B2O和LCD液晶顯示運行結(jié)果正確。</p><p>　　5.2鍵盤設(shè)計運行結(jié)果分析</p><p>　　硬件設(shè)計中，鍵盤設(shè)定溫度的大小，一個鍵增大設(shè)定溫度，一個鍵減

87、小設(shè)定溫度，設(shè)定溫度在LCD液晶實時顯示。單片機在0.2s內(nèi)采集一次鍵盤的溫度輸入，因此鍵盤的靈敏度會比較高。通過仿真可以驗證鍵盤的正確性。</p><p>　　鍵盤設(shè)定溫度為55C仿真圖4</p><p><b>　　圖17 仿真圖4</b></p><p><b>　　5.3控制結(jié)果分析</b></p>

88、<p>　　采用簡單的比較控制方式。具體來說，就是比較環(huán)境溫度和給定溫度的大小來確定加熱器的開關(guān)。但給定值大于測定值時，開加熱器，即開繼電器，是測定值增加，反之亦然。</p><p>　　仿真圖2和3給定值為100 C,測量值分別為65 C和128 C，繼電器處于開和關(guān)</p><p>　　兩個狀態(tài)。即給定值大于測定值時，開繼電器，給定值小于測定值時，關(guān)繼電器。仿真結(jié)果正確，控制

89、結(jié)果正確。</p><p><b>　　6 結(jié)束語</b></p><p><b>　　6.1 結(jié)論</b></p><p>　　本文所研究的無線溫度控制系統(tǒng)是短距離無線通信技術(shù)在溫度測量與控制方面的一個具體應(yīng)用。系統(tǒng)8051 單片機為核心，采用數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20 及nRF401無線收發(fā)芯片，應(yīng)用傳感技術(shù)、無

90、線收發(fā)技術(shù)，實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的采集、控制和短距離無線傳輸。</p><p>　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計，主要由兩大部分構(gòu)成：第一部分為系統(tǒng)的下位機，以一片8051單片機為核心，與一片單總線溫度傳感器 DS18B20組成溫度采集網(wǎng)絡(luò)，完成溫度數(shù)據(jù)的采集、控制和無線發(fā)送；第二部分為系統(tǒng)的上位機，由一片 8051單片機作為主控機，通過顯示、鍵盤等接口模塊，完成溫度、數(shù)據(jù)的無線接收、顯示、控制功能。</p>&

91、lt;p>　　該溫度控制系統(tǒng)電路簡單，性能穩(wěn)定，抗干擾能力強，可靠性高，搭建方便，易于擴展，室內(nèi)實際發(fā)射距離約 25 米（通過改進天線的設(shè)計可適度增加），經(jīng)過軟件進行非線性及溫度補償后，測溫精度可進一步提高，因此本系統(tǒng)適用于在短距離環(huán)境溫度的監(jiān)測、控制，有廣闊的應(yīng)用前景。</p><p>　　但是，對該系統(tǒng)的研究還存在一些問題需要解決。比如溫度傳感器的測溫范圍不夠?qū)挘l(fā)射距離比較近，溫度控制精度不夠高等。&

92、lt;/p><p><b>　　6.2 展望</b></p><p>　　任何方案都有一個不斷改進和完善的過程，針對上述存在的問題，結(jié)合一些新技術(shù)和新器件的發(fā)展情況，可以從兩方面考慮進行改進:</p><p>　　①改變單片機。本設(shè)計中采用了8051單片機，也可以采用功耗比較低的89C51單片機。</p><p>　　②改變

93、無線收發(fā)芯片或天線，以提高發(fā)射距離和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 萬福君，潘松峰.單片微機原理系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用（第二版）[M]. 合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2001.</p><p>　　[2] 胡漢才.單片機原理及其接口技術(shù)[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2004.</p&g

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104、><b>　　致謝</b></p><p>　　本文是在xx老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。他嚴肅的科學(xué)態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到項目的最終完成，xx老師都始終給予我細心的指導(dǎo)和不懈的支持。在畢業(yè)設(shè)計、論文寫作階段，xx老師給予了我很多的指導(dǎo)與幫助。xx老師平易近人，誨人不倦，對畢業(yè)設(shè)計中出現(xiàn)的問題都能夠給予熱心、耐心的指導(dǎo)和幫助，

105、不僅使我拓寬了知識面，而且使我發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力都有了很大的提高。同時，從xx老師身上我還學(xué)到了許多為人處世的道理，這些都將使我終身受益。值此論文完成之際，在此謹向xx老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。</p><p>　　在論文撰寫過程中，遇到了許多困難，但由于許多老師對我的指導(dǎo)和同學(xué)們的熱心幫助，使我順利的完成了畢業(yè)設(shè)計，在此不勝感激。特別要感謝我的指導(dǎo)老師xx和我同組的同學(xué)們對我的關(guān)心和幫助，

106、在我遇到疑難時他們都很熱情的幫助我解決問題，使我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本文的順利完成。</p><p>　　大學(xué)生活即將結(jié)束，我愿在未來的學(xué)習(xí)和工作過程中，以更加豐厚的成果來答謝曾經(jīng)關(guān)心、幫助和支持過我的所有領(lǐng)導(dǎo)、老師、同學(xué)和朋友們，以實際行動回報學(xué)校和社會對我的栽培！</p><p>　　最后，感謝評閱、評議畢業(yè)論文和出席畢業(yè)論文答辯會的各位老師，感謝他們在百忙的工作中能給予