基于無線收發芯片nRF905的溫度測量系統設計及實現畢業設計基于無線收發芯片nRF905的溫度測量系統設計及實現(上位機局部)摘要在工業生產過程中,需要嚴格要求現場環境的標準性和可行性,對電壓、電流、溫度、濕度、氣壓等各種環境參數需要實時的測量以及控制。溫度是一個非常重要的物理量,溫度控制失誤就可能引起生產平安、產品質量、產品產量等一系列問題,因此對溫度的檢測的意義很重要。但是在很多場合有線傳輸排線復雜,無線傳輸是一種將有效數據傳輸至遠方的一種有效方法,所以使用無線傳輸的測溫系統可以對生產環境的溫度進行無線采集并且能夠使操作員可以遠距離實時了解被測現場的溫度變化情況。本文主要介紹了基于溫度傳感器DS18B20和無線收發模塊nRF905的無線溫度采集設計和實現方法,本系統是通過單片機控制來實現對周圍環境的溫度進行測量和無線傳輸。它是以STC89C52RC單片機為控制單元,以溫度傳感器DS18B20為溫度采集器件,以無線收發模塊nRF905完成數據的無線傳輸,用數碼管進行顯示,實現溫度的測量、無線傳輸、顯示,就是一套通過無線方式實現溫度的遠程采集的完整系統。本文詳細論證了實現溫度數據采集與無線傳輸方案的設計的總體架構,闡述了系統的硬件電路結構和完成各項功能相關的軟件設計。關鍵詞:STC89C52RC,nRF905,溫度采集,無線傳輸DesignandRealizationofTemperatureMeasurementSystemBasedonWirelessTransmissionChipnRF905HostPartABSTRACTIntheindustrialproductionprocess,itneedsstrictrequirementsofstandardandfeasibilityforthevoltage,current,temperature,humidity,airpressure,etc.Variouskindsofenvironmentalparametersrequirereal-timemeasurementandcontrol.Temperatureisaveryimportantphysic,temperaturecontrolerrorcouldcauseaproductionsafety,productquality,productyieldandsoonaseriesofproblems,sothesignificanceoftemperaturetestingisveryimportant.Onmanyoccasionscabletransmissionlinesandwiretransmissionlinesarecomplextotransferavaliddatatothedistance,sousingwirelesstransmissionintemperaturemeasuringsystemcanlettemperaturebecollectedandsentbasedonwirelesschipandthedistantoperatorcanmeasurethereal-timetemperaturechanges.ThisarticlemainlyintroducethetemperaturemeasuringdesignandrealizationmethodbasedontemperaturesensorDS18B20andwirelesstransmissionchipNRF905,thesystemisdesignedthroughthetemperaturemeasuringandwirelesstransmissioncontrolledbythesingle-chipmicrocomputer.ItisawirelesstemperaturemeasuringsystemusingSTC89C52RCmicrocomputerasthecontrolunit,thetemperaturesensorDS18B20fortemperaturemeasuringdevices,wirelesstransmissionchipnRF905forthevaliddatawirelesstransmissionandadigitaltubeforthedisplay,realizetemperaturemeasurement,wirelesstransmissionanddisplay.Thispaperdemonstratestemperaturemeasuringandwirelesstransmissiondesign,expoundsthegeneralframeworkofthesystemhardwarecircuitstructureandsoftwaredesign.Keywords:nRF905,dataacquisition,wirelesstemperaturemeasurement目錄摘要 IABSTRACT II1引言 11.1課題的背景和意義 11.2無線測量的開展現狀及開展趨勢 11.3本文研究的研究內容以及實現方法 31.3.1研究內容 31.3.2實現方法 31.4本論文結構 42無線通信的開發介紹 52.1無線通信技術的選擇 52.2無線通信技術的開展與現狀 52.3器件的選擇及介紹 82.3.1無線收發芯片的選擇 82.3.2主要器件的介紹 102.4本章小結 193系統總體設計 213.1系統方案論證 213.2系統電源方案設計 213.3無線測溫系統的功能描述 233.3.1單片機STC89C52RC主控單元 233.3.2無線傳輸接收端 233.4系統硬件設計 233.4.1單片機硬件電路設計 233.4.2無線收發模塊 243.4.3電源轉換模塊 243.4.4掉電告警模塊 253.4.5數碼管顯示模塊 263.4.6蜂鳴器報警模塊 263.4.7系統總體電路圖 273.5本章小結 274系統軟件設計 294.1系統軟件總體架構設計 294.1.1底層驅動層 294.1.2界面層 294.1.3應用層 294.2無線接收端系統程序設計 304.3LED驅動子程序的設計 314.3單片機應用子程序的設計 334.4STC89C52RC單片機的主程序的設計 334.5本章小結 345總結與展望 355.1課題總結 355.2展望 35致謝 36參考文獻 37附錄Ⅰ 38附錄Ⅱ 39附錄Ⅲ 401引言1.1課題的背景和意義在工業生產過程中,需要嚴格要求現場環境的標準性和可行性,對電壓、電流、溫度、濕度、氣壓等各種環境參數需要實時的測量以及控制。溫度是一個非常重要的物理量,因為它直接影響燃燒、化學反響、發酵、烘烤、煅燒、蒸餾、濃度、擠壓成形、結晶以及空氣流動等物理和化學過程,溫度控制失誤就可能引起生產平安、產品質量、產品產量等一系列問題,因此對溫度的檢測的意義很重要。同時在一些農業大棚中,大棚中的溫度對植物的生長有些很大的影響,對大棚溫度的采集和傳輸存在的一定的重要性。但是在很多場合使用都是有線傳輸方式,但是有線傳輸排線復雜而且在線路損壞時修復難。隨著射頻、集成電路技術的開展,無線通信功能的實現更容易,數據傳輸速率更快,抗干擾能力更強。無線數據傳輸與有線數據傳輸相比,有諸多優點:一是本錢低,省去大量布線;二是建網快捷,只需在每個終端連接無線數據傳輸模塊和架設適當高度天線;三是適應性好,可應用于某些特殊環境;四是擴展性好,只需將設備與無線數據傳輸模塊相連接,在進行后期設備添加時不需太多的線路布置和軟件配置。無線傳輸是一種將有效數據傳輸至遠方的一種有效方法,所以使用無線傳輸的測溫系統可以對生產環境的溫度進行無線采集并且能夠使操作員可以遠距離實時了解被測現場的溫度變化情況。1.2無線測量的開展現狀及開展趨勢數據采集技術是信息科學的重要組成局部,已廣泛應用于工業等各個領域。在數據傳輸方式上,目前數據采集系統根本上是使用有線方式進行數據的采集及傳輸,有線方式的數據傳輸速度快,可靠性高且運行穩定,能滿足大多數情況的需要;由于有線方式其應用受現場環境和應用對象的限制,無線傳輸方式成為現今數據采集的主要研究方向。無線單片技術利用射頻方式進行非接觸雙向通信自動識別對象并獲取相關數據,具有精度高?環境適應能力強?傳輸范圍廣?信息量大等優點。近年來,無線單片技術已被廣泛應用于工業自動化?商業自動化等眾多領域。隨著無線射頻技術、微電子技術及集成電路技術的進步,無線通信的實現本錢越來越低,傳輸速度越來越快,可靠性越來越高。短距離無線通信技術是近年來的研究熱點,短距離無線技術可以解決某些無法或不便布線的環境下的數據采集問題,以及解決有線網絡帶來的布線麻煩、不易維護等缺點,短距離無線技術可輕松實現多路數據采集。隨著計算機技術的開展和集成電路技術在信號處理中的廣泛應用,現代的測量系統在數字信號處理方面的能力也大大加強了,形成了數字化測量技術。數字化測量就是借助于各種類型的傳感器檢測外部世界的各種信號,并轉換成電信號,然后進行信號調理和A/D轉換,使之轉換成為能夠在數字系統中進一步處理的數字信號。具體來說,就是將溫度、濕度、氣體密度等物理信號轉化為數字量。目前,傳感器正不斷朝著多功能性和智能性方向開展。無線測量技術就是將集成測量技術與無線射頻技術結合,測量溫度、濕度等環境參數并利用無線技術進行數據傳輸。目前,已經將傳感器技術和新興的無線通信技術相結合,力圖通過數據傳輸的無線化來到達智能家居中布線不便時對室內生活環境指標數據的采集。隨著計算機技術、通信技術、網絡技術、控制技術和信息技術的迅猛開展與提高,人們對所居住的環境提出了更高的要求,在這種形勢下開展出了“智能家居〞這一概念。目前,智能家居通常被定義為利用通信、網絡和綜合布線技術,通過家庭信息管理平臺將與家居生活有關的各種子系統有機地結合的一個系統。智能家居首先要實現對所有家電設備和家居環境的監視,滿足家居網絡與外界進行通信的要求,實現家庭的遠程監控和信息的交換。智能家居的最終目的就是滿足人們對平安、舒適和方便的現代生活理念的追求。智能家居中,對當前環境狀況的監測分析是首要的,無線數據采集系統即是針對智能家居中對室內生活環境指標如溫度和濕度等進行采集分析的解決方案。近年來,智能控制技術已取得了突飛猛進的開展,并日益顯示出其重要價值。智能控制已成為多種學科的綜合與集成,吸引了全球不同領域、不同學科的眾多專家學者,進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際應用。人們正在努力使用智能控制技術進入工程化和實用化的階段,智能控制已漸漸滲透到人們生產、生活的各個領域,成為人們生活的重要組成局部。隨著科學技術的開展和社會的進步,電子技術、計算機技術等的革新,無線測量技術必定會廣泛應用于各領域,智能控制必將迎來開展的新時期,智能控制的未來一定會更加美好。關于溫度智能控制,現在已經有了許多新的器件和方法,并且有些已經運用到實際生活和生產當中,比方美國達拉斯公司生產的DS18B20溫度巡檢器,采用單線總線結構,通過一根I/O線與主控CPU進行數據和命令的傳送。再如基于反射強度調制的光纖溫度巡檢系統,光纖傳輸距離可達1km以上,檢測精度也可顯著提高。而更為先進的是,某些糧倉已經在嘗試將有線控制變位無線控制,利用無線傳感器來實現糧情檢測和智能控制。這些新器件新方法的應用,給溫度智能控制帶來了新的氣息。1.3本文研究的研究內容以及實現方法1.3.1研究內容本課題主要是進行基于無線傳輸模塊的溫度數據接受系統的設計,本系統由無線傳輸模塊、單片機控制單元、數碼管顯示模塊、蜂鳴器報警模塊和上位機遠程監測五局部組成。本課題將新興的無線通信技術和遠程監控技術相結合,力圖通過數據傳輸的無線化來到達智能家居、工業控制等領域中布線不便時對室內生活環境、工業測控現場溫度等指標數據的采集。本課題提出了一種有效的數據采集分析方案,設計并實現了一種基于基于無線射頻收發模塊nRF905跟STC89C52RC單片機為核心,以低功耗和模塊化為設計原那么的溫度數據采集無線傳輸系統。設計出具有體積小,功耗低,數據傳輸穩定可靠及本錢低的無線測溫系統。1針對實際應用需求設計系統總體方案,完成了溫度數據無線數據傳輸的結構設計。2以低功耗和模塊化為選擇元器件的原那么,選取了適宜的單片機、無線收發模塊。3設計無線收發方案,并通過軟件控制nRF905無線傳輸模塊工作模式等方式實現系統的低功耗設計。4完成無線數據發收模塊調試及相關配置。主要包括無線射頻模塊的接口設計以及單片機與PC通信的接口設計。本課題旨在通過軟、硬件的有機結合,以硬件為根底,進行各功能模塊的編寫。對系統硬件的工作原理進行了分析描述,并進行系統硬件設計。具體實現數碼管動態顯示、STC89C52RC及nRF905等器件外接電路接口的軟、硬件調試。1.3.2實現方法本系統是通過單片機控制無線傳輸來實現對溫度數據的接受,利用可視化編程技術實現遠程監控,是STC89C52RC單片機為控制單元,以nRF905無線傳輸模塊為溫度數據接受單元,實現溫度的接受、顯示、控制,同時用串口連接到PC機上實現溫度的實時監控如可顯示實時溫度、歷史溫度,就是一套通過無線方式實現溫度的接受顯示系統。基于無線收發芯片nRF905的溫度測量系統主要由六個模塊構成,分別為無線收發模塊、單片機控制模塊、掉電告警模塊、蜂鳴器報警模塊、數碼管顯示模塊以及PC機監測模塊。1.4本論文結構本論文共有七章,分別對無線測溫系統進行詳細的介紹。第一章引言,介紹了本課題的背景與意義、本門研究的內容及實現方法和無線測量的開展。第二章無線通信開發介紹,介紹了無線通信技術的相關信息,介紹了無線測溫系統中的主要器件,詳細介紹了本系統的所使用的無線收發芯片nRF905。第三章系統總體設計,介紹無線溫度測量系統的總體方案的詳細設計,給出總體結構框圖。對無線測溫系統功能進行描述,包括單片機STC89C52RC、無線傳輸接收模塊、基于可視化編程軟件平臺的上位機的具體功能等描述。同時給出了系統的各模塊硬件設計電路。第四章系統軟件設計,介紹了本系統的軟件實現設計,介紹了無線測溫系統的整體軟件框圖,介紹了底層驅動層、界面層、應用層的具體功能,詳細介紹了數據采集和無線收發流程及程序。第五章結論與展望。2無線通信的開發介紹2.1無線通信技術的選擇無線通信包括長距離無線通信和短距離無線通信。長距離無線通信一般要借助基站到達長距離通信的目的,被稱為長距離移動通信,比方通信。這種長距離移動通信一般本錢都比擬高。短距離無線通信技術是指可在最遠百米范圍傳輸數據的解決方案。由于無線頻率資源的日漸珍貴,為短距離無線通信技術的普及提供了廣闊的市場背景。隨著電子技術的不斷進步,短距離無線通信技術在近幾年蓬勃開展起來,世界上主要的芯片廠商都推出了無線收發芯片。短距離無線通信系統的大局部功能都集成到一塊芯片內部,一般使用單片數字信號射頻收發芯片,加上微控制器和少量外圍器件構成專用或通用無線通信模塊。所有高頻元件包括電感、振蕩器等己經全部集成在芯片內部,一致性良好,性能穩定且不受外界干擾。射頻芯片一般采用FSF調制方式,工作于IsM頻段,通信模塊一般包含簡單透明的數據傳輸協議或使用簡單的加密防議,發射功率、工作頻率等所有工作參數全部通過軟件設置完成,用戶不用對無線通信原理和工作機制有較深的了解,只要依據命令字進行操作即可實現根本的數據傳輸。新一代短距離無線數據通信系統具有體積小、功耗低、穩定性好、抗干擾能力強等優點,而且開發簡單快速,可以方便地嵌入到各種設備中,實現設備間的無線連接,因此,較適合搭建小型網絡,在工業、民用領域得到較為廣泛的應用。對于一個系統來說,無線通信技術的選擇主要考慮以下幾點:1可以完整全面的完成系統的功能要求2對于一個無線測溫系統來說,并要求系統的可靠性高、穩定性好、抗干擾能力強,低功耗也是一項重要的指標。3開發簡單收發芯片所需的外圍元件數量芯片外圍元器件的數量直接關系到系統的復雜程度和本錢,因此應該選擇外圍元件少,數據傳輸控制信號管腳設置合理的收發芯片。通信協議的復雜程度也完全影響了整個系統的開發的復雜性。4本錢低。下面介紹了比擬常用的幾種短距離無線通信技術,并得出本系統所使用的短距離解決方案。2.2無線通信技術的開展與現狀隨著移動通信需求和遠程數據采集量的增加,加之有線傳輸的費用日益增長,人們正逐漸認識到在許多檢測領域采用無線傳輸的必要性及簡易實用型。在過去的幾年中,無線通訊領域取得了很大的進展,這其中包括數字電路和射頻電路制作工藝的進步、低功耗電路、高能電池以及微電子技術的采用。短距離無線通信方案目前有藍牙技術Bluetooth、紅外通信技術IrDAInfraredDataAssociation、IEEE802.llbWi-Fi、Zigbee、NFC技術和無線單片技術。藍牙技術作為一種近距離無線連接的全球性開放標準,己經得到了全球眾多大企業的支持。藍牙技術同時支持語音和數據傳輸,使用跳頻擴頻技術,本身包括糾錯機制,可靠性高,藍牙標準的核心局部協議允許多個設備進行相互定位、連接和交換數據,并能實現互操作和交互式應用。但是藍牙設備價格昂貴,通信協議復雜,通訊距離近,藍牙RF定義了三種功率等級100mw、25mw和lmw,當藍牙設備功率為lmw時,其發射范圍一般為10m。在藍牙技術的使用過程中,人們發現藍牙技術盡管有許多優點,但仍存在許多缺陷。對工業,家庭自動化控制和遙測遙控領域而言,藍牙技術顯得太復雜,功耗大,距離近,組網規模太小等,而工業自動化對無線通信的需求越來越強烈。正因此,經過人們長期努力,Zigbee協議在2003年中通過后,于2004正式問世了。紅外通信技術IrDAInfraredDataAssociation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。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,傳統速度可達4Mbit/s。1995年lrDA將通信速率擴展到的高達16Mbit/s,紅外技術采用點到點的連接方式,發射、接收具有方向性,具有體積小、功耗低、連接方便、簡單易用、數據傳輸干擾少、速度快、保密性強、本錢低廉的特點。因此廣泛應用于各種遙控器,筆記本電腦,PDA,移動等移動設備。但紅外技術只是一種視距傳輸技術,有效距離近,發射角度較小,一般不超過20度,兩臺相互通信的設備之間必須對準,而且傳輸數據時兩臺設備之間不能有阻擋物,只能限于兩臺設備通信,無法靈活構成網絡,且無法用于邊移動邊使用的設備,另外,lrDA設備中的核心部件LED易磨損。3.IEEE802.11bWi-FiIEEE802.llb技術標準是無線局域網的國際標準,使用2.4GHZ的ISM頻段,采用直接序列擴頻DSSS技術進行調制解調增強了抗干擾能力,提高了傳輸速度。IEEE802.llb無線網絡的最大優點是兼容性,只要在原有網絡上裝上APAccessPoint,就可以提供無線網絡效勞,終端設備只要裝上無線網卡,就可以訪問所有網絡資源,象使用有線局域網一樣方便,卻免除了布線的麻煩。802.llb具有有線等價保密機制WEPWiredEquivalentPrivacy力確保數據平安。以其具有穿透能力,全方位傳送,建網速度快,可用來組建大型無線網絡,運營本錢低,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,目前此種設備還比擬昂貴,阻礙了其推廣和應用。更多新的Wi-Fi標準正在制定之中。速度更快的802.11g使用與802.llb相同的正交頻分多路復用OFDM調制技術,同樣工作在24GHZ頻段,速率達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將有可能被大多數無線網絡產品制造商選擇作為產品標準,而下一代的Wi-Fi標準802.lln可望到達100Mbit/s。4.Zigbee技術Zigbee技術是隨著工業自動化對于無線通信和數據傳輸的需求而產生的,它是一個由可多到65000個無線數傳模塊組成的一個無線數傳網絡平臺,十分類似現有的移動通信的CDMA網或GSM網,每一個Zigbee網絡數傳模塊類似移動網絡的一個基站,在整個網絡范圍內,它們之間可以進行相互通信;每個網絡節點間的距離可以從標準的75米,到擴展后的幾百米,甚至幾公里;另外整個Zigbee網絡還可以與現有的其它的各種網絡連接。Zigbee技術的目標就是針對工業,家庭自動化,遙測遙控,汽車自動化、農業自動化和醫療護理等,例如燈光自動化控制,傳感器的無線數據采集和監控,油田,電力,礦山和物流管理等應用領域。另外它還可以對局部區域內移動目標例如城市中的車輛進行定位。Zigbee網絡省電、可靠、本錢低、容量大、平安,可廣泛應用于各種自動控制領域。Zigbee技術和RFID技術在2004年就被列為當今世界開展最快,市場前景最廣闊的十大最新技術中的兩個。盡管國內不少人已經開始關注Zigbee這項新技術,然而,由于Zigbee本身是一種新的系統集成技術,應用軟件的開發必須和網絡傳輸,射頻技術和底層軟硬件控制技術結合在一起。因而深入理解這個來自國外的新技術,再組織一個在這幾個方面都有豐富經驗的配套的隊伍,是一件不容易的事情。5.NFC技術NFCNearFieldCommunication,近距離無線傳輸是由Philips、NOKIA和Sony主推的一種類似于RFID非接觸式射頻識別的短距離無線通信技術標準。和RFID不同,NFC采用了雙向的識別和連接。在20cm距離內工作于13.56MHz頻率范圍。NFC最初僅僅是遙控識別和網絡技術的合并,但現在已開展成無線連接技術。它能快速自動地建立無線網絡,為蜂窩設備、藍牙設備、Wi-Fi設備提供一個“虛擬連接〞,使電子設備可以在短距離范圍進行通訊。NFC的短距離交互大大簡化了整個認證識別過程,使電子設備間互相訪問更直接、更平安和更清楚,不用再聽到各種電子雜音。NFC通過在單一設備上組合所有的身份識別應用和效勞,幫助解決記憶多個密碼的麻煩,同時也保證了數據的平安保護。有了NFC,多個設備如數碼相機、PDA、機頂盒、電腦、等之間的無線互連,彼此交換數據或效勞都將有可能實現。?此外NFC還可以將其它類型無線通訊如Wi-Fi和藍牙“加速〞,實現更快和更遠距離的數據傳輸。每個電子設備都有自己的專用應用菜單,而NFC可以創立快速平安的連接,而無需在眾多接口的菜單中進行選擇。與知名的藍牙等短距離無線通訊標準不同的是,NFC的作用距離進一步縮短且不像藍牙那樣需要有對應的加密設備。無線單片技術是將成熟的單片機技術與無線技術相結合的產物。嵌入了高性能單片機內核的高速、體積小、功耗少、外圍元件少的低本錢單片射頻收發芯片,即將單片機和射頻收發器集成在一體。該芯片外設少、本錢低、干擾少、功耗低,保證了產品的技術穩定性。與藍牙和Zigbee技術相比,無線單片技術沒有復雜的通信防議,完全對用戶透明,同種產品之間可以自由通信,本錢低。它可應用在:無線數據通訊、報警和平安系統、自動測試系統、家庭自動化控制、遙控裝置、監測、車輛平安系統、工業控制和無線通訊電信終端。通過以上幾種無線技術的介紹,從系統的經濟性、傳輸速率,確定該系統局部電路設計使用無線收發芯片。無線單片芯片的可靠性高、穩定性好、抗干擾能力強,通訊防議簡單透明,技術成熟。使用該種方案無線通信接口與數據采集系統接口電路設計簡單。無線收發芯片的種類和數量比擬多,在設計中選擇適宜芯片可以提高產品開發周期、節約本錢。2.3器件的選擇及介紹2.3.1無線收發芯片的選擇無線收發芯片的種類和數量比擬多,在設計中選擇適宜芯片可以提高產品開發周期、節約本錢。在選擇時,應主要參考以下幾點:1收發芯片的數據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驗,需要更多的內存和程序容量,并且曼徹斯特編碼大大降低數據傳輸的效率,一般僅能到達標稱速率的1/3,而采用串口傳輸的芯片,應用及編程非常簡單,傳送的效率很高,標稱速率就是實際速率,編程方便。2收發芯片所需的外圍元件數量:芯片外圍元器件的數量直接關系到系統的復雜程度和本錢,因此應該選擇外圍元件少的收發芯片。3功耗:大多數無線收發芯片是應用在便攜式產品上的,因此功耗也非常重要,應該根據需要選擇綜合功耗較小的產品。4發射功率:在同等條件下,為了保證有效和可靠的通信,應該選用發射功率較高的產品。5收發芯片的封裝和管腳數:較少的管腳以及較小的封裝,有利于減少PCB面積降低本錢,適合便攜式產品的設計,也有利于開發和生產。常用的無線收發芯片主要有:1CC1000是根據ChiPcon公司的SmartRF技術,在0.350umCMOS工藝下制造的一種理想的超高頻單片收發通信芯片。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300~1000MHz范圍內。它具有低電壓2.3~3.6V,極低的功耗,可編程輸出功率-20~10dBm,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,適用于跳頻協議:主要工作參數能通過串行總線接口編程改變,使用非常靈活。2nRF401是挪威NordicVLSI公司推出的單芯片即收發機,專為在433MHzIsM工業、科研和醫療頻段工作而設計。該芯片集成了高頻發射、高頻接收、PLL合成、FSK調制、FSK解調、雙頻道切換等功能,具有性能優異、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基準晶振可與MCU共享、一個PLL環路濾波器和一個VCO電感,收發天線合一,沒有調試部件,這給研制及生產帶來了極大的方便。3nRF903單片射頻收發器芯片工作在915MHZ國際通用的ISM頻段;GMSK/GFSK調制和解調,抗干擾能力強;采用DDS+PLL頻率合成技術,頻率穩定性好;靈敏度高達-100dBm,最大發射功率達+10dBm;數據速率可達76.8Kbits;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中進行無線數據雙向傳輸,在儀器儀表數據采集系統、無線數據通信系統、計算機遙測遙控系統等中應用。4TH72021是Melexis公司的單片射頻發射芯片,頻率范圍380MHz~450MHz,采用VCO+PLL頻率合成技術,頻率穩定性好;FSK調制方式,抗干擾能力強;FSK頻偏和中心頻率可獨立調節;寬電壓范圍1.9~5.5V,靜態電流小,工作電流可在3.5mA~10.7mA調節;發射功率可在-12dBm~+10dBm調節,數據速率可達40Kbit/s。可嵌入各種測量和控制系統中進行無線數據傳輸,在保安系統、微功耗遙測遙控系統等中應用。5nRF24EI是挪威NordicVLSIASA公司最近開發的一種嵌入了高性能單片機內核的高速單片無線收發芯片。采用先進的0.18usCMOS工藝,以nRF2401芯片結構為根底,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;內部有電壓調節器工作電壓1.9~3.6V和VDD電壓監視,通常開關時間小于200us,數據速率1Mbps,輸出功率0dBm;不需要外接SAW濾波器,極少的外圍電路,發射功率、工作頻率等所有工作參數全部通過軟件設置完成,所有高頻元件包括電感、振蕩器等已經全部集成在芯片內部,一致性良好,性能穩定且不受外界影響;工作在全球開放的2.4GHz頻段、勿需申請通信許可證。6A7105芯片是AMICCOM笙科公司于2021年推出的一款2.4GHz無線收發芯片,該芯片低價位的突出特點為其在無線短距離消費市場贏得了巨大的優勢。A7105芯片內含高靈敏度的接收器1Mbps@-93dBm,在10m以內的產品應用中可大幅度減低RF的輸出功率0~10dBm,以防止射頻產品對人體造成可能的損害,同時又能適應50m一般環境的應用。A7105的所有參數可以通過SPI口配置內部存放器來進行設置,最高的速率可達500kb/s,適應4線或3線的SPI控制。另外射頻數據的處理有2種模式可供選擇:FIFO利用RF內部的memory先儲存要發射/接收的數據和Direct直接發射/接收。A7105內建RSSI,溫度傳感器,可以用來偵測環境對RFIC的影響,而且也內建1路ADC,作為偵測電壓使用。7nRF905單片無線收發器是挪威Nordic公司推出的單片射頻發射器芯片,工作電壓為1.9-3.6V,32引腳QFN封裝(5mm×5mm),工作于433/868/915MHz3個ISM頻道。可以工作于ShockBurst自動處理前綴、地址和CRC方式。內置電壓調整模塊,最大限度地抑制噪音,為系統提供1.9~3.6V的工作電壓,載波檢測。由于nRF905功耗低,工作可靠nRF905沒有復雜的通信協議,完全對用戶透明,同種產品之間可以自由通信,因此很適用于無線數據傳輸系統的設計。它可應用在:無線數據通訊、報警和平安系統、自動測試系統、家庭自動化控制、遙控裝置、監測、車輛平安系統、工業控制、遠程遙控及其它短距離無線高速應用,故本系統將nRF905做為無線收發芯片的首選。2.3.2主要器件的介紹單片機STC89C52RCSTC89C52RC是一個低電壓,高性能CMOS8位單片機,片內含8kbytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和512bytes的隨機存取數據存儲器(RAM),兼容標準MCS-51指令系統,片內置通用8位中央處理器和Flash存儲單元及2K字節EEPROM存儲空間。主要功能特性:1兼容MCS51指令系統;28k可反復擦寫FlashROM;332個雙向I/O口;4512x8bit內部RAM;53個16位可編程定時/計數器中斷;6時鐘頻率0-24MHz;72個串行中斷,可編程UART串行通道;82個外部中斷源,共8個中斷源;92個讀寫中斷口線,3級加密位;低功耗空閑和掉電模式,軟件設置睡眠和喚醒功能;主要管腳有:XTAL1(19腳)和XTAL2(18腳)為振蕩器輸入輸出端口,外接12MHz晶振。RST/Vpd(9腳)為復位輸入端口,外接電阻電容組成的復位電路。VCC(40腳)和VSS(20腳)為供電端口,分別接+5V電源的正負端。P0~P3為可編程通用I/O腳,其功能用途由軟件定義。圖2-1STC89C52功能管腳圖2電源轉換模塊7805電源轉換模塊7805為3端正穩壓元件,TO-220封裝,能提供多種固定的輸出電壓,應用范圍廣,內含過流、過熱和過載保護電路。帶散熱片時,輸出電流可達1A。最大的輸出電壓可達36V,輸出電壓在3.0-4.0V以上。電路中1端口為7805輸入電源,3端為轉換模塊7805輸出電壓。在本系統中,單片機工作電壓為5.0V,7805輸出電壓設定為5V輸出。圖2-27805功能管腳圖3電源轉換模塊LM1117LM1117是一個低壓差電壓調節器系列。其壓差在1.2V輸出,負載電流為800mA時為1.2V。它與國家半導體的工業標準器件LM317有相同的管腳排列。LM1117有可調電壓的版本,通過2個外部電阻可實現1.25~13.8V輸出電壓范圍。另外還有5個固定電壓輸出(1.8V、2.5V、2.85V、3.3V和5V)的型號。LM1117提供電流限制和熱保護。電路包含1個齊納調節的帶隙參考電壓以確保輸出電壓的精度在±1%以內。LM1117系列具有LLP、TO-263、SOT-223、TO-220和TO-252D-PAK封裝。輸出端需要一個至少10uF的鉭電容來改善瞬態響應和穩定性。在LM1117的功能管腳圖中,1腳為電源轉換元件LM1117的電壓輸入端,3腳為LM1117的電壓輸出端。由于無線發射模塊的正常工作電壓為3.0V左右,LM1117元件的輸出電壓為3.0V。圖2-3LM1117功能管腳圖4掉電告警元件706706是一CMOS監控電路,能夠監控電源電壓、電池故障和微處理器MPU或mP或微控制器MCU或mC的工作狀態。將常用的多項功能集成到一片8腳封裝的小芯片內,與采用分立元件或單一功能芯片組合的電路相比,大大減小了系統電路的復雜性和元器件的數量,顯著提高了系統可靠性和精確度。706的引腳功能圖如下:圖2-4706功能管腳圖706元件中,1腳RESET為復位信號輸出,2腳WDO為看門狗輸出信號,3腳MR為人工復位,4腳為電源VCC,5腳為電源地,6腳為電源掉落電源監測輸入,7腳為電源掉落信號輸出,8腳為看門狗輸入。復位信號RESET用于啟動或者重新啟動MPU/MCU,令其進入或者返回到預知的循環程序并順序執行。706片內帶有一個輔助比擬器,它具有獨立的同相輸入端PFI和輸出端PFO,其反相輸入端內部連接一個1.25V的參考電壓源。為了建立一個電源故障預警電路,可以在PFI腳上連接一個電阻分壓支路,該支路連接的監視點通常在穩壓電源集成電路之前。通過調節電阻值,合理地選擇分壓比,進行電源電壓監測。5無線收發模塊nRF905nRF905是挪威Nordic公司推出的單射頻發射器芯片,工作電壓為1.9V-3.6V,32引腳封裝(5×5),工作于433/868/915MHz3個頻道。nRF905可以自動完成處理字頭和CRC(循環冗余校驗)的工作,可由內部硬件自動完成曼徹斯特編/解,使用SPI接口與微控制器通信,配置非常方便,其功耗非常低,以-10dBm的輸出功率發射時電流只有11mA,在接收模式時電流為12.5mA。nRF905單無線收發器工作由一個完全集成的頻率調制器,一個帶解調器的接收器,一個功率放大器,一個晶體震蕩器和一個調節器組成。ShockBurst工作模式的特點是自動產生前導和CRC,可以很容易通過SPI接口進行編程配置。傳輸前聽的載波檢測協議,當正確的數據包被接收或發送時有數據準備就緒信號輸出,偵測接收的數據包當地址正確輸出地址匹配信號。6nRF905工作模式nRF905采用Nordic公司的VLSIShockBurst技術。ShockBurst技術使nRF905能夠提供高速的數據傳輸,而不需要昂貴的高速MCU來進行數據處理/時鐘覆蓋。通過將與RF協議有關的高速信號處理放到芯內,nRF905提供應應用的微控制器一個SPI接口,速率由微控制器己設定的接口速度決定。nRF905通過ShockBurst工作模式在RF以最大速率進行連接時降低數字應用局部的速度來降低在應用中的平均電流消耗。在ShockBurstRX模式中,地址匹配AM和數據準備就緒DR信號通知MCU一個有效的地址和數據包已經各接收完成。在ShockBurstTX模式中,nRF905動產生前導和CRC校驗,數據準備就緒DR信號通知MCU數據傳輸已經完成。總之,這意味著降低MCU的存儲器需求也就是說降低MCU本錢,又同時縮短軟件開發時間。表2-1nRF905的管腳說明表nRF905 有兩種工作模式(RX/TX)和兩種節電模式,活動模式為ShockBurstRX和ShockBurstTX,節電模式為掉電和SPI編程及Standby和SPI編程。表2-2nRF905的工作模式設置表1典型ShockBurstTX模式:a當應用MCU有遙控數據節點時,接收節點的地址TX-address和有效數據TX-payload通過SPI接口傳送給nRF905應用協議或MCU設置接口速度;bMCU設置TRX_CE、TX_EN為高來活nRF905ShockBurst傳輸;cnRF905ShockBurst:無線系統動上電、數據包完成(加前導和CRC校驗)、數據包發送(100kbps,GFSK,曼切斯特編)d如果AUTO_RETRAN被設置為高nRF905將連續地發送數據包直到TRX_CE被設置為低;e當TRX_CE被設置為低時,nRF905結束數據傳輸并動進入standby模式。2典型ShockBurstRX模式a通過設置TRX_CE高,TX_EN低來選擇ShockBurst模式;b650us以后,nRF905測空中的信息;c當nRF905發現和接收頻率相同的載波時,載波檢測CD被置高;d當nRF905接收到有效的地址時,地址匹配AM被置高;e當nRF905接收到有效的數據包(CRC校驗正確)時,nRF905去掉前導、地址和CRC位,數據準備就緒(DR)被置高;fMCU設置TRX_CE低,進入standby模式低電流模式;gMCU可以以適宜的速率通過SPI接口讀出有效數據;h當所有的有效數據被讀出后,nRF905將AM和DR置低;inRF905將準備進入ShockBurstRX、ShockBurstTX或Powerdown模式。3掉電模式在掉電模式中,nRF905被止,電流消耗最小,典型值