nrf24l01无线温度传感_毕业论文(编辑修改稿)

nrf24l01无线温度传感_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

：中断标志位 ； VDD：电源输入端 ； VSS：电源地 ； 10 XC2， XC1：晶体振荡器引脚。 VDD_PA：为功率放大器供电，输出为 V； ANT1,ANT2：天线接口 ； IREF：参考电流输入。 工作模式 通过配置寄存器可将 nRF241L01 配置为发射、接收、空闲及掉电四种工作模式，如表所示。 表 ： 模式 PWR_UP PRIM_RX CE FIFO 寄存器状态 接收模式 1 1 1 发射模式 1 0 1 数据在 TX FIFO 寄存器中 发射模式 1 0 1→0 停留在发送模式，直至数据发送完 待机模式 2 1 0 1 TX FIFO 为空 待机模式 1 1 0 无数据传输 掉电 0 待机模式 1 主要用于降低电流损耗，在该模式下晶体振荡器仍然是工作的 ； 待机模式 2 则是在当 FIFO 寄存器为空且 CE=1 时进入此 模式 ； 待机模式下，所有配置字仍然保留。 在掉电模式下电流损耗最小，同时 nRF24L01 也不工作，但其所有配置寄存器的值仍然保留。 工作原理 发射数据时，首先将 nRF24L01 配置为发射模式：接着把接收节点地址 TX_ADDR和有效数据 TX_PLD 按照时序由 SPI口写入 nRF24L01 缓存区， TX_PLD 必须在 CSN为低时连续写入，而 TX_ADDR 在发射时写入一次即可，然后 CE置为高电平并保持至少 10μs ，延迟 130μs 后发射数据。 若自动应答开启，那么 nRF24L01 在发射数据后立即进入接收模式，接收应答信号（自动应答接收地址应该与接收节点地址 TX_ADDR 一致）。 如果收到应答，则认为此次通信成功， TX_DS置高，同时 TX_PLD 从 TX FIFO 中清除。 若未收到应答，则自动重新发射该数据 11 (自动重发已开启 )，若重发次数 (ARC)达到上限， MAX_RT 置高， TX FIFO 中数据保留以便在次重发。 MAX_RT 或 TX_DS 置 高时，使 IRQ变低，产生中断，通知 MCU。 最后发射成功时 ,若 CE 为低则 nRF24L01 进入空闲模式 1。 若发送堆栈中有数据且 CE为高，则进入下一次发射。 若发送堆栈中无数据且 CE为高，则进入空闲模式 2。 接收数据时 ,首先将 nRF24L01 配置为接收模式，接着延迟 130μs 进入接收状态等待数据的到来。 当接收方检测到有效的地址和 CRC 时，就将数据包存储在 RX FIFO 中，同时中断标志位 RX_DR 置高， IRQ 变低，产生中断，通知 MCU去取数据。 若此时自动应答开启，接收方则同时进入发射状态回传应答信号。 最后接收成 功时，若 CE 变低，则 nRF24L01 进入空闲模式 1。 在写寄存器之前一定要进入待机模式或掉电模式。 如下图，给出 SPI 操作及时序图： 图 SPI 读操作 图 SPI 写操作 12 配置字 SPI 口为同步串行通信接口，最大传输速率为 10 Mb/s，传输时先传送低位字节，再传送高位字节。 但针对单个字节而言，要先送高位再送低位。 与 SPI相关的指令共有 8 个，使用时这些控制指令由 nRF24L01 的 MOSI 输入。 相应的状态和数据信息是从 MISO 输出给 MCU。 nRF24L0l 所有的配置 字都由配置寄存器定义，这些配置寄存器可通过 SPI口访问。 nRF24L01 的配置寄存器共有 25个，常用的配置寄存器如表 2所示。 表 2： 常用配置寄存器 地址（ H） 寄存器名称 功能 00 CONFIG 设置 24L01 工作模式 01 EN_AA 设置接收通道及自动应答 02 EN_RXADDR 使能接收通道地址 03 SETUP_AW 设置地址宽度 04 SETUP_RETR 设置自动重发数据时间和次数 07 STATUS 状态寄存器，用来判定工作状态 0A~0F RX_ADDR_P0~P5 设置接收通道地址 10 TX_ADDR 设置接收接点地址 11~16 RX_PW_P0~P5 设置接收通道的有效数据宽度 13 应用原理框图 图 NRF24L01 接线图 图 与单片机相连接线图 14 数码管的基本结构 LED 数码管也称半导体数码管，是目前数字电路中最常用的显示器件。 它是以发光二极管作笔段并按共阴极方式或共阳极方式连接后封装而成的。 图39 所示是两种 LED 数码管的外形与内部结构，＋、－分别 表示公共阳极和公共阴极， a～ g 是 7 个笔段电极， DP 为小数点。 LED 数码管型号较多，规格尺寸也各异，显示颜色有红、绿、橙等。 LED 数码管根据 LED 的接法不同分为共阴和共阳两类，了解 LED 的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。 右图是共阴和共阳极数码管的内部电路，它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。 将多只 LED 的阴极连在一起即为共阴式，而将多只 LED 的阳极连在一起即为共阳式。 以共阴式为例，如把阴极接地，在相应段的阳极接上正电源，该段即会发光。 当然， LED的电流通常较小，一般均需在回路中接上限流电阻。 图 两种 LED 数码管的外形与内部结构 15 数码管动态显示 的工作原理 各个数码管的段码都是 单片机的数据口 输出 ,即各个数码管输入的段码都是一样的 , 为了使其分别显示不同的数字 , 可采用动态显示的方式 ,即先只让最低位显示 0(含点 )，经过一段延时，再只让次低位显示 1，如此类推。 由视觉暂留 ,只要我们的延时时间足够短，就能够使得数码的显示看起来非常的稳定清楚。 过程如下 表 ： 表 ： 段码 位码 显示器状态 08H 01H □□□□ □□□ 0 abH 02H □□□□□□ 1□ 12H 04H □□□□□ 2□□ 22H 08H □□□□ 3□□□ a1H 10H □□□ 4□□□□ 24H 20H □□ 5□□□□□ 04H 40H □ 6□□□□□□ aaH 80H 7□□□□□□□ 本论文中使用了 3 个数码管，其中前两位使用动态扫描显示实测温度， 在设置加热温度的时候，两个数码管是闪烁，以提示目前处在温度设置状态。 第三位数码管静态显示符号“℃”。 16 运行指示灯说明 本温度控制系统中共使用到 3 个 LED 指示灯和 3 个数码管。 右上角的红色 LED 是电源指示灯； 单片机下面一排指示灯只用到了最后 2个（ LED7,LED6），当按下温度设置按键时 LED7 和 LED6 各闪一下。 当温度超过报警最高温度， LED6 就会亮，蜂鸣器发出报警声音，若温度低于报警最低温度时， LED7 亮，蜂鸣器发出报警声音。 度采集电 路 DS18B20 概述 DALLAS 最新单线数字温度传感器 DS18B20 简介新的 一线器件 体积更小、适用电压更宽、更经济 Dallas 半导体公司的数字化温度传感器 DS1820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，使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。 DS18B DS1822 一线总线 数字化温度传感器 同 DS1820 一样， DS18B20也 支持 一线总线 接口，测量温度范围为 55176。 C~+125176。 C ，在 10~+85176。 C范围内 ,精度为 177。 176。 C。 DS1822 的精度较差为 177。 2176。 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。 17 DS18B20 的 管脚配置 和内部结构 图 DS18B20 芯片封装 引脚定 义： (1)DQ 为 单数据总线 ，是 数字信号输入 /输出端； (2)GND 为电源地； (3)VDD 为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。 内部结构 ： 18 图 DS18B20 内部结构图 （ 1）光刻 ROM 中的 64 位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该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）。 光刻 ROM 的作用是使每一个 DS18B20 都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个 DS18B20 的目的。 （ 2） 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 ℃ /LSB 形式表达，其中 S为符号位。 图 DS18B20 温度值格式表 这是 12 位转化后得到的 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，如果测得的温度大于 0，这 5 位为 0，只要将测到的数值乘于 即可得到实际温度；如果温度小于 0，这 5 位为 1，测到的数值需要 取反加 1 再乘于 即可得到实际温度。 例如 +125℃ 的数字输出为 07D0H， +℃ 的数字输出为 0191H，℃ 的数字输出为 FF6FH， 55℃ 的数字输出为 FC90H。 19 单 总线 介绍 1－ WIRE BUS 单总线是 Maxim 全资子公司 Dallas 的一项专有技术。 与目前多数标准串行数据通信方式 ,如 SPI/ IIC/ MICROWIRE 不同 ,它采用单根信号线 ,既传输时钟 ,又传输数据 ,而且数据传输是双向的。 它具有节省 I/ O 口线资源、结构简单、成本低廉、便于总线扩展 和维护等诸多优点 . 的工作原理 DS18B20 的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，从而抗干扰力更强。 其一个工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理。 在讲解其工作流程之前我们有必要了解 18B20 的内部存储器资源。 18B20 共有三种形态的存储器资源，它们分别是： （ 1） ROM 只读存储器，用于存放 DS18B20ID 编码，其前 8 位是单线系列编码（ DS18B20 的编码是 19H），后面 48 位是芯片唯一的序列号，最后8 位是以上 56的位的 CRC 码（冗余校验）。 数据在出产时设置不由用户更改。 DS18B20 共 64 位 ROM。 （ 2） RAM 数据暂存器，用于内部计算和数据存取，数据在掉电后丢失，DS18B20 共 9 个字节 RAM，每个字节为 8 位。 第 2 个字节是温度转换后的数据值信息，第 4 个字节是用户 EEPROM（常用于温度报警值储存）的镜像。 在上电复位时其值将被刷新。 第 5 个字节则是用户第 3个 EEPROM 的镜像。 第 8 个字节为计数寄存器，是为了让用户得到更高的温度分辨率而设计的，同样也是内部温度转换、计算的暂存单元。 第 9 个字节为前 8 个字节的 CRC 码。 EEPROM 非易失性记忆体，用于存放长期需要 保存的数据，上下限温度报警值和校验数据，DS18B20 共 3 位 EEPROM，并在 RAM 都存在镜像，以方便用户操作。 控制器对 18B20操作流程： （ 1） 复位：首先我们必须对 DS18B20 芯片进行复位，复位就是由控制器（单片机）给 DS18B20 单总线至少 480uS 的低电平信号。 当 18B20 接到此复位信号后则会在 15~60uS 后回发一个芯片的存在脉冲。 （ 2） 存在脉冲：在复位电平结束之后，控制器应该将数据单总线拉高， 20 以便于在 15~60uS 后接收存在脉冲，存在脉冲为一个 60~240uS 的低电平信号。 至此，通信双方已经达成 了基本的协议，接下来将会是控制器与 18B20 间的数据通信。 如果复位低电平的时间不足或是单总线的电路断路都不会接到存在脉冲，在设计时要注意意外情况的处理。 （ 3） 控制器发送 ROM 指令：双方打完了招呼之后最要将进行交流了， ROM指令共有 5 条，每一个工作周期只能发一条， ROM 指令分别是读 ROM数据、指定匹配芯片、跳跃 ROM、芯片搜索、报警芯片搜索。 ROM 指令为 8 位长度，功能是对片内的 64 位光刻 ROM进行操作。 其主要目的是为了分辨一条总线上挂接的多个器件并作处理。 诚然，单总线上可以同时挂接多个器件，并通过每个器件上所独 有的 ID 号来区别，一般只挂接单个 18B20 芯片时可以跳过 ROM 指令（注意：此处指的跳过 ROM指令并非不发送 ROM 指令，而是用特有的一条 “ 跳过指令 ” ）。 （ 4） 控制器发送存储器操作指令：在 ROM 指令发送给 18B20 之后，紧接着（不间断）就是发送存储器操作指令了。 操作指令同样为。