无线温度传感器课程设计Word格式文档下载.docx
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Abstract
WirelesstemperatureacquisitionsystembasedonRFtechnologyisakindofwirelesstemperaturedetectingdevice.Thesystemconsistsofthesensorandreceiver,anddisplaychip.Thesensorconsistsofdigitaltemperaturesensor18B20chip,chip89C52,lowpowerRFtransmissionunitNRF905andantennacomponents,sensorsusingwirelesspowersupply;
thereceiverreceivesfromthetemperaturedata,processed,preservedintheLCD1602display,thestoredtemperaturedatacanbethroughtheserialportconnectedtotheRFdeviceandthereceivingterminalexchange.
Thedigitalsinglebustemperaturesensoristhecurrentmeasuringdevice,itsetsthetemperaturemeasurement,A/Dconversioninone,withasinglebusstructure,digitaloutput,theadvantagesofdirectinterfacewithmicrocomputer.Notonlycanitconsistsofsinglechanneltemperaturemeasuringdevice,itisalsoavailabletoformamultichanneltemperaturemeasuringdevice,thispaperintroducessingletemperaturemeasurementdevicehasbeendevelopedintoproducts,productstestedin-10℃-70℃measuredbetweentheerroris℃,80℃≤T≤105℃erroris℃,T>
105℃errorinordertoincreasetoabout1℃.
Keywords:
temperatureacquisitionsystem;
wirelesstransmission;
temperaturesensor;
SCM89C52
一.设计要求
制作一个无线温度传感检测系统,系统由4个节点,他们别离是:
温度检测操纵器(数字温度传感器芯片18B20);
上位机组成节点(MSP430F1232和ds18B20和nRF905组成);
操纵器(lcd12864、NRF905和max232组成);
上位机(labview);
二.设计原理
.LabVIEW介绍
传统的温度测量仪器,其功能及规格是单一固定的,用户无法依照自己的需要改变。
NI公司提出的虚拟仪器概念,完全打破了传统仪器由厂家概念、用户无法改变的模式,使测控仪器发生了庞大变革。
LabVIEW是NI公司开发的一种虚拟仪器平台,而目前利用LabVIEW进行的开发通常都是成立在LabVIEW所支持的价钱昂贵的数据搜集板卡之上的。
为解决这一问题,本系统采纳低功耗单片机和低功耗温度传感器组成温度搜集节点,并通过无线通信模块实现单片机系统与上位机的远程通信,不仅取代了价钱昂贵的数据搜集卡,大大降低了系统本钱,而且实现了数据的无线传输。
同时,温度搜集节点的低功耗特性,便于进行组网实现多点测温。
.搜集系统的组成结构
数字温度传感器DS18B20
传感器部份由数字温度传感器芯片18B20,单片机89C51,低功耗射频传输单元NRF905和天线等组成,传感器采纳电源供电;
无线温度的搜集要紧基于单线数字温度传感器DS18B20芯片。
Dallas半导体公司的单线数字温度传感器DS18B20是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。
一线总线独特而且经济的特点,利用户可轻松地组建传感器网络,为测量系统的构建引入全新概念。
DS18B20支持“一线总线”接口,测量温度范围为-55°
C~+125°
C,在-10~+85°
C范围内,精度为±
0.5°
C。
现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输,大大提高了系统的抗干扰性,适合于恶劣环境的现场温度测量,支持3V~的电压范围,DS18B20能够程序设定9~12位的分辨率,精度为±
射频传输单元NRF905
温度数据的无线传输主若是基于低功耗射频传输单元NRF905芯片。
nRF905是挪威NordicVLSI公司推出的单片射频收发器,工作电压为~,32引脚QFN封装(5×
5mm),工作于433/868/915MHz三个ISM(工业、科学和医学)频道,频道之间的转换时刻小于650us。
nRF905由频率合成器、接收解调器、功率放大器、晶体振荡器和调制器组成,不需外加声表滤波器,ShockBurstTM工作模式,自动处置字头和CRC(循环冗余码校验),利用SPI接口与微操纵器通信,配置超级方便。
另外,其功耗超级低,以-10dBm的输出功率发射时电流只有11mA,工作于接收模式时的电流为,内建空闲模式与关机模式,易于实现节能。
nRF905片内集成了电源治理、晶体振荡器、低噪声放大器、频率合成器功率放大器等模块。
.1602液晶显示芯片
通过无线传输后,温度数据信息将在1602液晶显示芯片上进行显示,1602液晶显示芯片采纳标准的14脚接口,其中VSS为地电源,VDD接5V正电源,V0为液晶显示器对照度调整端,接正电源时对照度最弱,接地电源时对照度最高,对照度太高时会产生“鬼影”,利历时能够通过一个10K的电位器调整对照度。
RS为寄放器选择,高电平常选择数据寄放器、低电平常选择指令寄放器。
RW为读写信号线,高电平常进行读操作,低电平常进行写操作。
当RS和RW一起为低电平常能够写入指令或显示地址,当RS为低电平RW为高电平常能够读忙信号,当RS为高电平RW为低电平常能够写入数据。
E端为使能端,当E端由高电平跳变成低电平常,液晶模块执行命令。
D0~D7为8位双向数据线。
本系统的温度搜集与显示,无线的传输与对照均由单片机89C51来操纵完成。
相较较而言ATMEL公司的89S51更有效,因他不但和8051指令、管脚完全兼容,而且其片内的4K程序存储器是FLASH工艺的,这种工艺的存储器用户能够用电的方式刹时擦除、改写,一样专为ATMELAT89xx做的编程器均带有这些功能。
显而易见,这种单片机对开发设备的要求很低,开发时刻也大大缩短。
写入单片机内的程序还能够进行加密,这又专门好地爱惜了咱们的劳动功效。
三、系统工作原理及详细流程
.DS18B02要紧特性
一、适应电压范围更宽,电压范围:
~,在寄生电源方式下可由数据线供电;
二、独特的单线接口方式,DS18B20在与微处置器连接时仅需要一条口线即可实现微处置器与DS18B20的双向通信;
3、DS18B20支持多点组网功能,多个DS18B20能够并联在唯一的三线上,实现组网多点测温;
4、DS18B20在利用中不需要任何外围元件,全数传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内;
五、温范围-55℃~+125℃,在-10~+85℃时精度为±
℃;
六、可编程的分辨率为9~12位,对应的可分辨温度别离为℃、℃、℃和℃,可实现高精度测温;
7、在9位分辨率时最多在内把温度转换为数字,12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字,速度更快。
八、测量结果直接输出数字温度信号,以"
一线总线"
串行传送给CPU,同时可传送CRC校验码,具有极强的抗干扰纠错能力;
九、负压特性:
电源极性接反时,芯片可不能因发烧而烧毁,但不能正常工作。
打开电源后,本系统由单片机89S52向单线数字温度传感器DS18B20芯片发出指令进行测温,DS18B20内部结构要紧由四部份组成:
64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄放器。
封装图和接线图如图1。
图1.DS18B20封装、接线图
DQ为数字信号输入/输出端;
GND为电源地;
VDD为外接供电电源输入端(在寄生电源接线方式时接地)。
DS18B20高速暂存器共9个存储单元,如表1所示:
表1.DS18B20存储单元
序号
寄存器名称
作
用
用
温度低字节
以16位补码形式存放
4、5
保留字节1、2
1
温度高字节
6
计数器余值
2
TH/用户字节1
存放温度上限
7
计数器/℃
3
HL/用户字节2
存放温度下限
8
CRC
光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的,它能够看做是该DS18B20的地址序列码。
64位光刻ROM的排列是:
开始8位(28H)是产品类型标号,接着的48位是该DS18B20自身的序列号,最后8位是前面56位的循环冗余校验码(CRC=X8+X5+X4+1)。
DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量,以12位转化为例:
用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供,以0.0625℃/LSB形式表达,其中S为符号位。
12位转化后取得的12位数据,存储在18B20的两个8比特的RAM中,二进制中的前面5位是符号位,若是测得的温度大于0,这5位为0,只要将测到的数值乘于即可取得实际温度;
若是温度小于0,这5位为1,测到的数值需要取反加1再乘于即可取得实际温度。
表2.DS18B20温度传感器的存储器寄放器
高8位
S
26
25
24
低8位
23
22
21
20
2-1
2-2
2-3
2-4
DS18B20温度传感器的存储器:
DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的E2RAM,后者寄存高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄放器。
暂存存储器包括了8个持续字节,前两个字节是测得的温度信息,第一个字节的内容是温度的低八位,第二个字节是温度的高八位。
第三个和第四个字节是TH、TL的易失性拷贝,第五个字节是结构寄放器的易失性拷贝,这三个字节的内容在每一次上电复位时被刷新。
第六、七、八个字节用于内部计算。
第九个字节是冗余查验字节。
低五位一直都是1,TM是测试模式位,用于设置DS18B20在工作模式仍是在测试模式。
在DS18B20出厂时该位被设置为0。
R1和R0用来设置分辨率,如下表所示:
(DS18B20出厂时被设置为12位)
分辨率设置表如表3:
表3.分辨率设置
R1
R0
分辨率
温度最大转换时间
9位
10位
11位
375ms
12位
750ms
依照DS18B20的通信协议,主机操纵DS18B20完成温度转换必需通过三个步骤:
每一次读写之前都要对DS18B20进行复位,复位成功后发送一条ROM指令,最后发送RAM指令,如此才能对DS18B20进行预定的操作。
复位要求主CPU将数据线下拉500微秒,然后释放,DS18B20收到信号后等待16~60微秒左右,后发出60~240微秒的存在低脉冲,主CPU收到此信号表示复位成功。
在硬件上,DS18B20与单片机的连接有两种方式,一种是Vcc接外部电源,GND接地,I/O与单片机的I/O线相连;
另一种是用寄生电源供电,现在UDD、GND接地,I/O接单片机I/O。
不管是内部寄生电源仍是外部供电,I/O口线要接5KΩ左右的上拉电阻。
DS18B20有六条操纵命令,如表4所示:
表4.DS18B20操纵指令表
指
令
约定代码
操
作
说
明
温度转换
44H
启动DS18B20进行温度转换
读暂存器
BEH
读暂存器9个字节内容
写暂存器
4EH
将数据写入暂存器的TH、TL字节
复制暂存器
48H
把暂存器的TH、TL字节写到E2RAM中
重新调E2RAM
B8H
把E2RAM中的TH、TL字节写到暂存器TH、TL字节
读电源供电方式
B4H
启动DS18B20发送电源供电方式的信号给主CPU
单片机对DS18B20的访问流程是:
先对DS18B20初始化,再进行ROM操作命令,最后才能对存储器操作,数据操作。
DS18B20每一步操作都要遵循严格的工作时序和通信协议。
如主机操纵DS18B20完成温度转换这一进程,依照DS18B20的通信协议,须经三个步骤:
然后数据被传输至单片机89S52,八位数据分两次传输,再由单片机编程为能够由数码管显示的四位数据,头一名为正负温度数据,后三位为带小数点的当前温度。
数据也被送至低功耗射频传输单元NRF905进行无线传输。
应注意一点,51单片机有一个全双工的串行通信口,因此单片机和NRF905之间进行串口通信。
进行串行通信时要知足必然的条件,比如电脑的串口是RS232电平的,而单片机的串口是TTL电平的,二者之间必需有一个电平转换电路,咱们采纳了专用芯片MAX232进行转换,尽管也能够用几个三极管进行模拟转换,可是仍是用专用芯片更简单靠得住。
咱们采纳了三线制连接串口,也确实是说和NRF905的9针串口只连接其中的3根线:
第5脚的GND、第2脚的RXD、第3脚的TXD。
这是最简单的连接方式,可是对咱们来讲已经足够利用了,电路如以下图所示,MAX232的第10脚和单片机的11脚连接,第9脚和单片机的10脚连接,第15脚和单片机的20脚连接。
.AT89S52单片机介绍
AT89系列单片机是以Intel公司的MCS-51单片机为核心的部件结构,它与8051其他型号的单片机是兼容的。
单片机是把微型运算机的要紧部份集成在一个芯片上的单芯片微型运算机。
它的结构和指令都是依照工业要求设计的,也称为微操纵器。
AT89系列单片机的精简结构如以下图2:
图2.AT89单片机内部结构图
AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微操纵器,具有8K在系统可编程Flash存储器。
利用Atmel公司高密度非易失性存储技术制造。
片上Flash许诺程序存储器在系统可编程,也适合于常规编程。
在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得AT89S52为众多嵌入式操纵应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
AT89S52具有以下标准功能:
8K字节Flash,256字节RAM,32位I/O口线,看门狗按时器,2个数据指针,三个16位按时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口,片内晶振及时钟电路。
另外,AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下,CPU停止工作,许诺RAM、按时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电爱惜方式下,RAM内容被保留,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。
AT89S52型号单片机几乎涵盖了所有结构功能,它的要紧功能特点是:
(1)8位字长CPU,指令、引脚、与MCS—51全兼容;
(2)8KB系统内可编程Flash存储器;
(3)1000次擦写周期;
(4)4个I/O口共32;
(5)~的工作电源电压;
(6)振荡器和时钟电路,全静态操作,0~33MHz;
(7)3级程序存储器锁存;
(8)256×
8B片内RAM;
(9)3个可编程按时器:
T0、T1和T2;
(10)8个中断源;
(11)全双工串行口通道;
(12)低功耗休闲和降压模式;
(13)ISP端口,即在线编程;
(14)按时监视器,又称看门狗;
(15)双数据指针;
(16)电源下降标志。
AT89S52单片机是MSC-51系列产品的升级版,由世界闻名半导体公司ATMEL在购买MSC-51设计结构后,利用自身优势技术对旧技术进行改良和扩展,同时利用新的半导体生产工艺,最终取得成型产品。
图是该单片机引脚排列封装图,利用双列直插DIP-40的封装。
图3.AT89S52单片机引脚图
在单片机的40条引脚中有2条专用于主电源的引脚,2条外接晶振的引脚,4条操纵或与其他电源复用的引脚,32条I/O引脚。
部份引脚功能是:
(1)主电源引脚VSS和VCC
Vss或GND:
接地脚;
VCC:
电源供电,正常为+5V电压;
(2)外接晶振引脚XTAL1和XTAL2
当外接晶体振荡器时,XTAL1和XTAL2别离接在外接晶体振荡器的两头。
片内振荡器由一个单级反相器组成,XTAL1为反相器的输入,XTAL2为输出。
当采纳外部振荡器提供的时钟信号时,XTAL1端作为输入,而XTAL2脚悬浮。
(3)操纵引脚RST、ALE/
、
/Vpp
RST:
当振荡器正常工作时,在此引脚上显现两个机械周期以上的高电平是单片机复位。
而在按时监视器按时输出后,引脚置成高电平并持续96个振荡周期。
在VCC掉电期间,此引脚还外接外加的备用电源,以维持内部的RAM的数据。
当VCC下降到低于规定的水平,该引脚在规定的电压范围内,向内部RAM提供备用电源。
ALE:
地址锁存使能端;
:
程序存储器读选通信号,低电平有效。
在外接扩展程序存储器和数据存储器时,它们的地址是能够重合的,AT89系列单片机确实是通过相应的操纵信号来区别P2口和P0口送出的究竟是程序存储器的地址仍是数据存储器的地址。
在访问外部存储器读取指令或常数时,每一个机械周期产生两个有效信号,即输出两个PSEN有效信号,现在地址总线上送出的确实是程序存储器的地址。
而若是访问外部数据存储器时,不产生两个PSEN信号。
同时,在单片机执行访问内部程序存储器时也不产生两个如此的信号;
/Vpp:
是访问内部或外部程序存储器的选择信号。
当
维持高电平常,访问内部程序存储器。
而这时若是还有外部扩展程序存储器时,CPU在执行完成内部存储的程序后自动跳转到执行外部存储的程序。
而当
维持低电平常,不管内部有无存储器都只从起始地址开始访问外部程序存储器。
VPP为Flash编程电压,确实是编程者在对片内的Flash编程时,此引脚施加Flash编程许诺的电压,此电压一样为12V;
(4)输入输出引脚
~:
P0口是一个8位漏极并行准双向I/O口。
在访问外部扩展存储器时,它被概念的是低8位的地址/数据线,地址和数据总线分时复用,现在需要外接上拉电阻,置“1”激活上拉电阻成高阻抗输入口。
在编程者对片内Flash编程时,P0接收指令字节,在验证程序时那么输出指令字节,而验证期间也要外接上拉电阻。
P1口自己内部已有上拉电阻,也是8位准双向I/O口。
在进行Flash编程和验证时,它接收低8位地址。
P2口内部也有上拉电阻,是一个8位准双向I/O口。
在访问外部程序存储器和数据存储器时送出高8位地址。
用MOVX@DPTR类指令访问外部数据存储器时,P2口为高8位地址;
但用MOV@R0和MOV@R1类指令访问外部数据存储器时,P2口上的内容是SFRP2的内容。
NRF905工作原理
nRF905工作模式
nRF905有两种工作模式和两种节能模式。
两种工作模式别离是ShockBurstTM接收模式和ShockBurstTM发送模式,两种节能模式别离是关机模式和空闲模式。
nRF905的工作模式由TRX_CE、TX_EWR_P三个引脚决定。
在关机模式,nRF905的工作电流最小,一样为。
进入关机模式后,nRF905维持配置字中的内容,但可不能接收或发送任何数据。
空闲模式有利于减小工作电流,其从空闲模式到发送模式或接收模式的启动时刻也比较短。
在空闲模式下,nRF905内部的部份晶体振荡器处于工作状态。
nRF905在空闲模式下的工作电流跟外部晶体振荡器的频率有关。
与射频数据包有关的高速信号处置都在nRF905片内进行,数据速度由微操纵器配置的SPI接口决定,数据在微操纵器中低速处置,但在nRF905中高速发送,因其中间有很长时刻的空闲,这很有利于节能。
由于nRF905工作于ShockBurstTM模式,因此利用低速的微操纵器也能取得很高的射频数据发射速度。
在ShockBurstTM接收模式下,当一个包括正确地址和数据的数据包被接收到后,地址匹配(AM)和数据预备好(DR)两引脚通知微操纵器。
在ShockBurstTM发送模式,nRF905自动产生字头和CRC校验码,当发送进程完成后,数据预备好引脚通知微处置器数据发射完毕。
由以上分析可知,nRF905的ShockBurstTM收发模式有利于节约存储器和微操纵器资源,同时也减小了编写程序的时刻。
nRF905工作流程
nRF905的发送流程
A.当微操纵器有数据要发送时,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nRF9
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