报告:基于温度采集无线监测系统论文(2)

2019-01-27 15:53

单片机给DS18B20一个初始化命令,然后发送0xcc命令跳过读序列号,发送0x44命令以启动温度转换。再发送一个初始化命令,同样发送0xcc命令跳过读序列号,发送0xbe命令准备读取温度,单片机连续读取2字节的温度数据。

2.1.2温度计算

DS18B20采用2字节来存储温度,其中15~11位表示温度符号,10~4位表示温度的整数位,3~0位表示温度的小数位,如图2.2所示:

图2.2

正温度计算: 由于15~11位全为0,DS18B20采用正码形式存储温度,所以只需把10~0位右移4位就能算出温度,也就是除以16。比如采集到的温度0550H,除以16,的十进制的85,那么温度就为85摄氏度。采集到的温度为0191H则温度为25.0625摄氏度。 负温度计算: 对于负温度,DS18B20采用补码形式存储温度,15~11位全为1,10~0位为补码,所以要转换为正码,然后再用正温度的计算方式。比如采集到的温度为FC90H,二进制为1100 1001 0000,转换为正码为0011 0111 0000,十六进制为370H,除以16为十进制55摄氏度,再加上符号位则计算出来的温度为-55摄氏度。

2.2显示模块电路

显示模块使用比较通用的LCD1602液晶屏,,它是以若干个5 X 10点阵块组成,具有清晰、快速、可靠等特点。其电路如图2.3:

图2.3

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本系统采用单片机P0口作为LCD1602的数据端口,E使能端使用单片机的P2.3口,RW使用单片机的P2.2口,RS使用单片机的P2.1口,VO背光接地,电源采用+5v。排阻RR1为单片机P0口的上拉电阻。

2.3无线发射接收模块

无线发射接收模块使用NRF905芯片,它与控制器采用SPI协议进行通信,其内部原理如下图:

NRF905单片无线收发模块工作在433/868/915MHZ的ISM频段,本系统采用433MHZ频段。由一个完全集成的频率调节器,一个带解调器的接收器,一个功率放大器,一个晶体振荡器和一个调节器组成。ShockBurst工作模式的特点是自动产生前导码和CRC。可以很容易通过SPI接口进行编程配置。电流消耗很低,在发射功率为-10dBm时,发射电流为11mA,接收电流为12.5mA,进入POWERDOWN模式可以很容易实现节电。

由于AT89S51没有SPI端口,所以我们用AT89S51模拟SPI,从而与NRF905通信。与单片机的连接如图2.4:

图2.4

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NRF905管脚的具体含义请参考下图:

2.3.1 SPI接口设计

SPI接口由状态寄存器、射频配置寄存器、发送地址寄存器、发送数据寄存器和接收寄存器5个寄存器组成。

1. 状态寄存器:包含数据就绪DR和地址匹配AM状态

2. 射频配置寄存器:包含收发器的频率,输出功率等配置信息 3. 发送地址寄存器:包含目标器件地址字节长度由配置寄存器设置

4. 发送数据寄存器:包含发送的有效数据包数据字节长度由配置寄存器设置

5. 接收寄存器:包含接收到的有效数据包数据字节长度由配置寄存器设置在寄存器中的有效数据由数据

准备就绪DR指示

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2.3.2 工作模式

NRF905有4种工作模式,本系统采用其中的3种模式:SPI编程模式、发送模式、接收模式。其工作模式由TRX-CE、TX-EN、PWR-UP的设置来设定的。如表2.1

表2.1

Standby模式(SPI编程模式): Standby模式在保持电流消耗最小的同时保证最短的到shockBurst Rx,ShouckBurst Tx的启动时间。当进入这种模式时,一部分晶体振荡器是活动的。电流消耗取决于晶体振荡器的频率。在此模式中,配置字的内容保持不变。 ShockBurst Rx模式(接收模式):

当有相应的温度数据要传送时,则通过SPI接口,按时序把接收机的地址和要发送的数据送传给NRF905,SPI接口的速率在通信协议和器件配置时确定;TRX-CE和TX-EN置高电平,使NRF905的发送模式启动;NRF905进行数据的发送。NRF905不断重发,直到TRX-CE被置低电平时,NRF905发送过程完成,自动进入空闲模式。

ShockBurst Tx模式(发射模式):

当TRX-CE为高电平,TX-EN为低电平时,NRF905进入接收模式;650S后,NRF905不断监测,等待接收数据;当NRF905检测到同一频段的载波时,载波检测引脚被置高电平;当接收到一个相匹配的地址,AM引脚被置高电平;当数据包正确接收完毕,NRF905自动移去字头、地址和CRC校验位,然后把DR引脚置为高电平;TRX-CE置为低电平,NRF905进入空闲模式;在一次通过SPI口,以一定的速率把数据移到微控制器内,当所有数据接收完毕,NRF905把DR引脚和AM引脚置为低电平。这时NRF905可以进入接收模式、发送模式或关机模式。

2.3.3 工作电源

NRF905使用的是3.3v电源,所以必须给它单独配置一个电源,3.3v电源电路如图2.5:

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图2.5

VDD输入为9V直流电压,稳压块采用的是德州仪器公司的TLV2217-33电源模块,具有精度高等特点。 TLV2217-33输入5~12V,输出3.3V。无论NRF905工作在什么模式,它的电流都不大,所以,使用德州仪器公司的TLV2217-33电源模块给NRF905供电是比较合适的。 我们在监测端(接收端)使用了2个NRF905信号指示灯,信号指示灯电路如图2.6:

图2.6 其中CD为NRF905的载波检测脚,AM为NRF905的地址匹配脚,sn74ahc1g86dbc为德州仪器公司的单通道异或门,对CD和AM进行异或。操作人员通过观察发光二极管DS2从而判断NRF905是否在接收数据,通过观察发光二极管DS1从而判断NRF905是否接收到了正确的数据。

2.3.4 NRF905无线收发工作参数

写入配置寄存器的参数为:0x01, 0x0c, 0x44, 0x02,0x02,0xcc, 0xcc, 0xcc,0xcc, 0x58 其含义为:不自动重发数据,正常模式,输出功率为10dBm,器件工作在433MHZ,发射接收地址宽度为4字节,发射接收2字节数据,接收地址为0xcc,内部16MHZ晶振,不使用外部晶振,8位CRC自检。 还能配置为:自动重发,节能模式,输出功率有-10dBm、-2 dBm、+6 dBm,可选的工作频率有433MHZ、868MHZ,收发字节最多32字节数据。可以使用外部晶振,可以不使用CRC检测。

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