基于nrf905的无线温度测量系统毕业设计

基于nrf905的无线温度测量系统毕业设计内容摘要：

而产生的，它是一个由可多到 65000 个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，十分类似现有的移动通信的 CDMA 网或 GSM 网，每一个 Zigbee 网络数传 模块类似移动网络的一个基站，在整个网络范围内，它们之间可以进行相互通信。 每个网络节点间的距离可以从标准的 75米，到扩展后的几百米，甚至几公里。 另外整个 Zigbee 网络还可以与现有的其它的各种网络连接。 Zigbee 技术的目标就是针对工业，家庭自动化，遥测遥控，汽车自动化、农业自动化和医疗护理等，例如灯光自动化控制，传感器的无线数据采集和监控，油田，电力，矿山和物流管理等应用领域。 另外它还可以对局部区域内移动目标例如城市中的车辆进行定位。 Zigbee 网络省电、可靠、成本低、容量大、安全，可广泛应用于各种自动控制 领域。 Zigbee 技术和 RFID 技术在 2020 年就被列为当今世界发展最快，市场前景最广阔的十大最新技术中的两个。 尽管国内不少人已经开始关注 Zigbee 这项新技术，然而，由于 Zigbee 本身是一种新的系统集成技术，应用软件的开发必须和网络传输，射频技术和底层软硬件控制技术结合在一起。 因而深入理解这个来自国外的新技术，再组织一个在这几个方面都有丰富经验的配套的队伍，是一件不容易的事情。 5. 无线单片技术 无线单片技术是将成熟的单片机技术与无线技术相结合的产物。 嵌入了高性能单片机内核的高速、体积小、功耗少、外 围元件少的低成本单片射频收发芯片，即将单片机和射频收发器集成在一体。 该芯片外设少、成本低、干扰少、功耗低，保证了产品的技术稳定性。 与蓝牙和 Zigbee 技术相比，无线单片技术没有复杂的通信防议，完全对用户透明，同种产品之间可以自由通信，成本低。 它可应用在 :无线数据通讯、报警和安全系统、自动测试系统、家庭自动化控制、遥控装置、监测、车辆安全系统、工业控制和无线通讯电信终端。 通过以上几种无线技术的介绍，从系统的经济性、传输速率，确定该系统部分电路设计使用无线收发芯片。 无线单片芯片的可靠性高、稳定性好、抗干扰能力 强，通讯防议简单透明，技术成熟。 使用该种方案无线通信接口与数据采集系统接口电路设计简单。 无线收发芯片的种类和数量比较多，在设计中选择合适芯片可以提高产品开发周期、节约成本。 陕西科技大学毕业论文（设计说明书） 8 器件的选择及介绍 DS18B20 是美国 Dallas 半导体公司推出的一种智能温度传感器。 与传统的热敏电阻相比，它能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现 9~12 位的数字值读数方式。 可以分别在 和 750ms 内完成 9 位和 12 位的数字量。 它具有独特的单总线接口方式，即允许在一条信号 线上挂接数十甚至上百个数字式传感器，从而使测温装置与各传感器的接口变得十分简单，克服了模拟式传感器与微机接口时需要的A/D 转换器及其它复杂外围电路的缺点，而且，可以通过总线供电，温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的 DS18B20 供电，而无需额外电源，由它组成的温度测控系统非常方便，而且成本低、体积小、可靠性高。 DS18B20 的测温范围55~+125℃ ，最高分辨率可达 ℃ ，由于每一个 DS18B20 出厂时都刻有唯一的一个序列号并存入其 ROM 中，因此 CPU可用简单的通信协议就可以识别， 从而节省了大量的引线和逻辑电路。 Dallas 公司的单总线技术具有较高的性能价格比，有以下特点 ： (1) 适用于低速测控场合，测控对象越多越显出其优越性。 (2) 性价比高，硬件施工、维修方便，抗干扰性能好。 (3) 具有 CRC 校验功能，可靠性高。 (4) 软件设计规范，系统简明直观，易于掌握。 由于 DS18B20 占用 MCU的 I/O 引脚资源少，和 MCU的通信协议比较简单，成本较低，传输距离远，和其他数字温度传感器相比，它更适合本系统，所以，选用 DS18B20做为温度测量的传感器。 的选择 无线收发芯片的种类和数量比较多，在设计中选择合适芯片可以提高产品开发周期、节约成本。 在选择时，应主要参考以下几点： (1) 收发芯片的数据传输是否需要进行曼彻斯特编码：采用曼彻斯特编码的芯片，在编程上会需要较高的技巧和经验，需要更多的内存和程序容量，并且曼彻斯特编码大大降低数据传输的效率，一般仅能达到标称速率的 1/3，而采用串口传输的芯片，应用及编程非常简单，传送的效率很高，标称速率就是实际速率，编程方便。 (2) 收发芯片所需的外围元件数量：芯片外围元器件的数量直接关系到系统的复杂程度和成本，因此 应该选择外围元件少的收发芯片。 (3) 功耗：大多数无线收发芯片是应用在便携式产品上的，因此功耗也非常重要，应该根据需要选择综合功耗较小的产品。 基于 nRF905 的无线温度测量系统设计 9 (4) 发射功率：在同等条件下，为了保证有效和可靠的通信，应该选用发射功率较高的产品。 (5) 收发芯片的封装和管脚数：较少的管脚以及较小的封装，有利于减少 PCB 面积降低成本，适合便携式产品的设计，也有利于开发和生产。 常用的无线收发芯片主要有： (1) CC1000 是根据 ChiPcon 公司的 SmartRF 技术，在 工艺下制造的一种理 想的超高频单片收发通信芯片。 它的工作频带在 31 868 及 915MHZ，但CC1000 很容易通过编程使其工作在 300~1000MHz 范围内。 它具有低电压 (~)，极低的功耗，可编程输出功率 (20~10dBm)，灵敏度 (一般 109dBm)，小尺寸 (TSSOP28封装 )，集成了位同步器等特点。 其 FSK 数传速率可达 ，具有 250HZ 步长可编程频率能力，适用于跳频协议 :主要工作参数能通过串行总线接口编程改变，使用非常灵活。 (2) nRF401 是挪威 Nordic VLSI 公司推出的单 芯片即收发机，专为在 433MHz IsM(工业、科研和医疗 )频段工作而设计。 该芯片集成了高频发射、高频接收、 PLL 合成、 FSK 调制、 FSK 解调、双频道切换等功能，具有性能优异、功耗低、使用方便等特点。 nRF401 的外围元件很少，仅 10 个左右。 只包括一个 4MHZ 基准晶振 (可与 MCU共享 )、一个 PLL 环路滤波器和一个 VCO 电感，收发天线合一，没有调试部件，这给研制及生产带来了极大的方便。 (3) A7105 芯片 是 AMICCOM(笙科 )公司于 2020 年推出的一款 2． 4 GHz 无线收发芯片，该芯片低价位的突出特点 为其在无线短距离消费市场赢得了巨大的优势。 A7105 芯片 内含高灵敏度的接收器 (1 Mbps@93 dBm)，在 10 m以内的产品应用中可大幅度减低 RF 的输出功率 (0～ 10 dBm)，以避免射频产品对人体造成可能的损害，同时又能适应 50 m一般环境的应用。 A7105 的所有参数可以通过 SPI 口配置内部寄存器来进行设置，最高的速率可达 500 kb/s，适应 4 线或 3 线的 SPI 控制。 另外射频数据的处理有 2 种模式可供选择： FIFO(利用 RF 内部的 memory 先储存要发射 /接收的数据 )和Direct(直接发射 /接收 )。 A7105 内建 RSSI，温度传感器，可以用来侦测环境对 RF IC 的影响，而且也内建 1 路 ADC，作为侦测电压使用。 (4) TH72020 是 Melexis 公司的单片射频发射芯片，频率范围 380MHz~ 450MHz，采用 VCO+PLL 频率合成技术，频率稳定性好； FSK 调制方式，抗干扰能力强； FSK 频偏和中心频率可独立调节；宽电压范围 ~ ，静态电流小，工作电流可在~ 调节。 发射功率可在 12dBm~ +10dBm 调节，数据速率可达 40Kbit/s。 可嵌入各种测量和控制系统中 进行无线数据传输，在保安系统、微功耗遥测遥控系统等中应用。 (5) nRF24EI 是挪威 Nordic VLSI ASA 公司最近开发的一种嵌入了高性能单片机内核的高速单片无线收发芯片。 采用先进的 CMOS 工艺，以 nRF2401 芯片结构为陕西科技大学毕业论文（设计说明书） 10 基础，将射频、 8051MCU、 9 输入 12 位 ADC、 125 频道、 UART、 SPI、 PWM、 RTC、WDT 全部集成到单芯片中 ； 内部有电压调节器 (工作电压 ~ )和 VDD 电压监视，通常开关时间小于 200us，数据速率 1Mbps，输出功率 0dBm； 不需要外接 SAW 滤波器，极少的外围电路，发射功率、工作频率等所有工作参数全部通过软件设置完成，所有高频元件包括电感、振荡器等已经全部集成在芯片内部，一致性良好，性能稳定且不受外界影响。 工作在全球开放的 频段、勿需申请通信许可证。 (6) nRF905 芯片可以工作于 ShockBurst(自动处理前缀、地址和 CRC 方式 )。 内置电压调整模块，最大限度地抑制噪音，为系统提供 ~，载波检测。 由于 nRF905 功耗低，工作可靠 nRF905 没有复杂的通信协议，完全对用户透明，同种产品之间可以自由通信， 因此很适用于无线数据传输系统的设计。 它可应用在 :无线数据通讯、报警和安全系统、自动测试系统、家庭自动化控制、遥控装置、监测、车辆安全系统、工业控制、远程遥控及其它短距离无线高速应用，故本系统将 nRF905 做为无线收发芯片的首选。 (1) 温度传感器 DS18B20 图 21 DS18B20的器件图 DS18B20 是 DALLAS 公司最新推出的中单线数字温度传感器， 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。 DS18B20 “一线总线 ”数字化温度传感器，测量温度范围为 55176。 C~+125176。 C，在 10~+85176。 C 范围内 ,精度为 177。 176。 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，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消 费电子产品等。 支持 DS18B20 1 2 3 GND VCC I/O 基于 nRF905 的无线温度测量系统设计 11 3V~ 的电压范围，使系统设计更灵活、方便。 而且新一代产品更便宜，体积更小。 DS18B20 可以程序设定 9~12 位的分辨率，精度为 177。 176。 C。 可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围。 分辨率设定，用户设定的报警温度存储在 EEPROM 中，掉电后依然保存。 其主要性能特性有： (a) 具有独特的单总线接口方式， DS18B20 在与微处理器连接时仅需一个 I/O 实现微处理器与 DS18B20 的双向通信。 (b) 支持多点组网功能，一条总线上可以同时挂接多个 DS18B20，很方便地实现多点温度的检测。 (c) 数字信号输出，不需要信号放大和 AD 转换等外围电路。 (d) 测温范围 55~+125℃ ，在 10~+85℃ 时测温准确度为 177。 ℃。 (e) 能提供 9~12 位二进制温度值输出，可通过编程决定输出位数。 (f) 其工作电源既可采用寄生电源方式产生，也可在远端引入，电源电压范围为 + 到 +。 用户可自行设定非易失温度报警上下限值 TH 和 TL， DS18B20 在完成温度转换后，所测得的温度值将自动与贮存在 TH 和 TL 内的触发值相比较，如果测温结果高于 TH或低于 TL， DS18B20 内部的警告标志 就会被置位，表示温度值超出了测量范围，同时还有报警搜索命令可以识别出温度超限的 DS1SB20。 因为它是数字输出，而且只占用一个 I/O 端口，所以它特别适合于微处理器控制的各种温度测控系统，避免了模拟温度传感器与微处理器接口时需要的 AD 转换和较复杂的外围电路。 缩小了系统的体积，提高了系统的可靠性。 (2) DS18B20 的内部结构 DS18B20 主要由四部分组成 :64 位光刻 ROM 数据存储器、温度传感器、非易失性电可擦写温度报警触发器 TH、 TL 以及非易失性电可擦写设置寄存器。 每片 DS18B20 含有一个唯一的 64 位 ROM 编码。 头八位是产品系编码，表示产品的分类编号 ，接着的 48 位是一个惟一的产品序列号，列号是一个十进制编码，每个芯片惟一的编码可以通过寻址将识别出来，最后 8 位是前 56 位的循环冗余 (CRC)校验码，是数据通信校验数据传输是否正确的一种方法。 所以多片 DS1SB20 能够连接在同条数据线上而不会造成混乱。 DS18B20 传感器的内部数据存储器由 9 个字节组成。 第一、二个字节温度数据 (MSB LSB)，可以在系统配置寄存器中自行设置数据位 (9~12 位 )，数据位越多温度分辨率越高，多余的高位是温度数据的符号扩展位。 第三、四字节是温度上下限报警值 (TH， TL)。 第五字节是系统配置寄存器，寄存器各位定义如下 :第八位用来设置传感器的工作状态， “1”为测试状态， “0”为操作状态，出厂设置为操作功能状态，用户不能修改。 第七、六两位是温度。