无线智能温控系统设计(编辑修改稿)

无线智能温控系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

28 温度显示电路 The diagram of temperature display circuit 电源以及看门狗电路 电源电路 因为单片机工作电源为 +5V，且底层电路功耗很小。 采用 7805 三端稳压片即可满足要求。 具体电路图如下 ： 图 29 电源电路 The diagram of power circuit 看门狗电路 考虑到底层电路板的工作环境相对恶劣，单片机会受到周围环 境的干扰，而出现程序跑飞，死机等一些不可预知的不正常工作现象。 工作人员也不可能到现场对单片机重起，本设计为单片机电路添加一个外部看门狗电路。 定时查询单片机的工作状态，一旦发现异常即对单片机延时重起。 保证系统安全可靠的运行。 NE56604能为多种微处理器和逻辑系统提供复位信号，其门限电平为。 在电源突然掉电或电源电压下降到低于门限电平时， NE56604将产生精确的复位信号。 NE56604内置一个看门狗定时器，用于监控微处理器，以确保微处理器的正常运行。 看门狗能产生一个系统复位信号用来终止任何由于微处 理器故障而引发的不正常的系统操作。 NE56604的看门狗的监控周期为 100mS（典型值）。 具体电路图如下： 图 210 看门狗电路 The diagram of watch dog circuit 输出通道设计 本系统的输出通道针对粮食仓库现场而设计，输出控制部分主要负责对粮库的储粮设备进行自动控制，储粮设备主要有鼓风机和环流熏蒸机，这两个设备的控制相对来说要简单一些，只有开和停这两种操作。 具体实现方法是利用 AT89C51 的 I/O 口控制继电器实现对储粮设备的控制。 继电器方式的 开关量输出，是目前最常用的一种输出方式，一般在驱动大型设备时，往往利用继电器作为测控系统输出到输出驱动之间的第一级执行机构，通过第一级继电器输出，可完成从低压直流到高压交流的过渡。 如图 211 在经光耦后，直流部分给继电器供电，而输出部分则可以直接与 220V 市电相接。 系统的输出由单片机的 I/O 控制，控制储粮设备运行实现对现场温度的调节。 图 211 继电器输出电路 The diagram of relay output circuit 由于继电器采用电磁吸合方式，在开关瞬间，触点容易产生 火花，从而引起干扰；由于继电器的驱动线圈有一定的电感，在关断瞬间可能产生较大的电压，因此在对继电器的驱动电路上常常反接一个保护二极管用于反向放电。 不同的继电器，允许驱动电流也不一样，在电路设计时可适当加一限流电阻，如图 211中的电阻 R3。 在图 211 中 VT1 可取 9013 晶体管， OP1 光耦合器可取达林顿输出的 TIL113。 图中 R C1 为灭弧电路。 硬件抗干扰设计 设置去耦电容 去耦电容接在电源线和地线之间，可以有效地削弱芯片电源线和地线之间的电压尖峰与毛刺干扰信号，减少通过电源线和地线耦合引 起的干扰，系统取为 F。 地线与电源线的处理 信号通过地线和电源线阻抗的耦合将会产生干扰，因此尽量加大地线和电源线的截面，并尽可能宽一些，减少交叉布线。 元器件布局 模拟元器件和数字元器件分别相对集中布置。 数字元器件的接地脚共同引出接地 —— 数字地；模拟器件的接地端共同接地 —— 模拟地。 然后将数字地同模拟地分别引出，最后连接至总接地端形成电路板上的地线。 信号线 测温系统中单片机与测温点之间的信号传输线采用双绞线 [5]。 它可以降低临近信道的电磁耦合和外部信号的电磁干扰。 3 PTR2020 无线通信模块 本系统设计的是无线通信传输，数据通过远程无线传输进行交换，无线通信在系统中有着重要的地位。 在无线数据通信中必须保证信号的可靠传输，本系统采用了 PTR2020无线收发数传 MODEM模块，其特性可以满足设计的要求， PTR2020是一种新型的单片无线收发数传 MODEM 模块，该模块在内部集成了高频接收、 PLL合成、 FSK 调制 /解调、参量放大、功率放大、频道切换等功能，是目前集成度较高的无线数传产品 [6]。 同时该器件为超小型模块器件，具有超低功耗、高速率（ ）无线收发 数传功能，且性能优异，使用方便，所需外围元件少。 下文是该无线通信模块的详细介绍。 PTR2020 无线通信模块的概述 模块特性： 1）接收发射合一 2）工作频率为国际通用的数传频段 433MHz 3） FSK 调制，抗干扰能力强，特别适合工业控制场合 4）采用 DDS+PLL 频率合成技术，频率稳定性极好 5）灵敏度高，达到 105dBm 6）最大发射功率 +10dBm 7）低工作电压（ ），功耗小，待机状态仅为 8μ A 8）具有两个频道，特别满足需要多信道工作的特殊场合 9）工作速率最高可达 20Kbit/s（也可在较低速率下工作如 9600bps） 10）超小体积约 40mm 27mm 5mm 11）可直接接 CPU 串口使用如 8031，也可以接计算机 RS232 接口，软件编程方便 12）由于采用了低发射功率、高接收灵敏度的设计，使用无须申请许可证 13）标准 DIP引脚间距，更适合嵌入式设备 应用领域： 遥控，遥测，无线抄表，门禁系统，小区传呼，工业数据采集系统，无线标签，身份识别，非接触 RF 智能卡，小型无线数据终端，安全防火系统，无线遥控系统，生物信号系统，水文气象监控，机器人控制，信息家电，无 线 232，无线 422/485 数据通信等。 电气特性： 表 31 电气特性 of electrical specification 参数 数值 工作频率（两组频率） 调制方式 FSK 稳频方式 PLL 最大发射功率 ＜ +10dBm 接收灵敏度 105 dBm 最高通信数率 20Kbit/s 工作电压 ～ 电流 发射： 2030mA 接收： 10mA 待机电流（ PWR=0） 8uA 引脚说明 （ 顶视图）及功能 图 31 PTR2020 芯片引脚图 diagram of PTR2020’s chip pin Pin1： VCC, T 电源，接 Pin2： CS，频道选择， CS=0 选择工作频道 1 即 ， CS=1 选择工作频道 2即 434. 33MHz Pin3： DO 数据输出 Pin4： DI 数据输入 Pin5： GND，电源地 Pin6： PWR，节能控制， PWR=1 正常工作状态， PWR=0 待机微功耗状态 Pin7：发射接收控制， TXEN=1 时模块为发射状态， TXEN=0 时模块 为接收状态 模块工作模式控制及工作频道选择表 表 32 模块工作模式控制及工作频道选择表 Table of module working pattern control and work frequency channel choice 模块接脚输入电平 模块状态 TXEN CS PWR 工作频道号 芯片状态 0 0 1 1 接收 0 1 1 2 接收 1 0 1 1 发射 1 1 1 2 发射 X X 0 待机 说明： 1） PTR2020 可与所有单片机如 80C31， 2051， 6811CO8， PIC， Z8 等配合使用，直接接单片机的串口或 I/O 口。 2） PTR2020 也可与计算机串口通信，此时需要在中间简单地接一个 232 电平转换芯片，如 MAX232。 PTR2020 模块连接的软硬件要求 硬件连接： 1） PTR2020 无线 MODEM 的 DI 接单片机串口的发送。 2） PTR2020 无线 MODEM 的 DO 接单片机串口的接收。 3）用单片机的 I/O 控制模块的发射控制，频道转换和低功耗模式。 4）如果直接接计算机串口，可以用 RTS 来控制 PTR2020 无线 MODEM 的收一发状态转换 (RTS 需经电平转换 )。 软件编程： 1）发送 ① 通信速率最高为 20Kbit/s，也可工作在其他速率如 4800bps, 9600bps下，无需设置 PTR2020 的工作速率。 ② 发送数据之前需将模块置于发射模式， TXEN=1。 ③ 至少 5ms 后 (接收到发射的转换时间需要 )，可以发送任意长度数据。 ④ 发送结束后将模块置于接收状态， TXEN=0。 ⑤ 发射到接收的转换时间为 5ms。 2）接收 ① PTR2020 置于接收状态， TXEN=0。 ② 接收到的数据可直接送到单片机串口或经电平转换后送计算机。 3）待机 模式 PWR=0 时， PTR2020 进入节电待机模式，功耗大约 8μ A，在待机模式下不能接收数据，发射数据。 PTR2020 无线通信协议原理及设计 无线通信协议的简介 1981 年国际标准化组织（ ISO）正式提出了“开放系统互连（ OSI）基本参考模型”的国际标准，成为新一代计算机网络的体系结构 [7]。 分层的概念在计算机体系结构、操作系统、数据库等计算机科学中都得到了广泛的应用，在计算机互连构成网络时人们也是这样做的。 OSI 分为七层，在通信过程中为了使这些对层间的虚通信得以正确进行 ，它们必须遵循共同的约定，就是对等协议。 最下面是物理层（ PHPhysical Layer）。 物理层负责在物理媒体上传输二进制位流，又称比特流，它规定了物理连接的机械、电气、功能和过程特性。 机械特性规定了插头座的大小、形状和针的数目等。 电气特性规定了电压值、逻辑电平及其它电气参数。 功能特性规定了每根连线的功能及含义。 过程特性则规定了各种事件应按什么次序出现。 数据链路层 (DLData Link Layer)建立在物理层之上，其功能是通过差错检测与恢复等措施将直接相连的两个系统间的可能出错 的物理连接改造成为无差错的数据链路。 建立在数据链路层之上的网络层（ NNetwork Layer）则完成了数据在通信子网中的传输，其中包括路由的选择。 网络层之上是传输层（ TTransport Layer）。 它是第一个端对端的层次。 就是说在通信子网的中继设备上可能有下面的 PH, DC 或 N 层，而只有在互连的端开放系统上才有运输层以上的层次。 它要提供端对端的差错控制、流量控制等功能，向上一层的实体提供透明的维持一定质量的数据传输服务，并使其不必操心达到端对端数据传输服务的细节。 实际应用中要进行信息 交换的常常不是两个端开放系统本身，而是一个端开放系统中的某一进程与另一端开放系统中的某一进程。 会话层（ SSession Layer）的功能就是在两个通信的高层进程之间建立和管理不同形式的对话。 表示层（ PPresentation Layer）的功能是提供数据和信息的语法表示变换，包括编码的转换，加密与解密，数据压缩与恢复等。 七层中的最上层一层是应用层（ AApplication Layer） ,它提供了 OSI环境下对各种应用或用户服务的接口随着应用要求的不同，它提供了不同的服务。 PTR2020 无线通信协议原理及设计 通信信道 通信信道是数据从发射到接收的一个通道，它包括产生数据 流，编码，发射，接收，解码。 理解如图 32所示： 图 32 通信信道 数据源 数据编码 数据发射 数据接收 数据译码 数据解释 传播媒介 diagram。