电气工程及其自动化专业毕业论文--温度数据采集与无线传输系统设计

电气工程及其自动化专业毕业论文--温度数据采集与无线传输系统设计内容摘要：

要相对复杂的软件进行补偿由于 DS1820 与微处理器间采用串行数据传送因此在对 DS1820 进行读写编程时必须严格的保证读写时序否则将无法读取测温结果 2在 DS1820的有关资料中均未提及单总线上所挂 DS1820数量问题容易使人误认为可以挂任意多个 DS1820 在实际应用中并非如此当单总线上所挂 DS18B20超过 8 个时就需要解决微处理器的总线驱动问题这一点在进行多点测温系统设计时要注意 3 连接 DS1820 的总线电缆是有长度限制的试验中当采用普通信号电缆传输长度超过 50m 时读取的测温数据将发生错误当将总线电缆改为双绞线带屏蔽电缆时正常通讯距离可达 150m 当采用每米绞合次数更多的双绞线带屏蔽电缆时正常通讯距离进一步加长这种情况主要是由总线分布电容使信号波形产生畸变造成 的因此在用 DS1820 进行长距离测温系统设计时要充分考虑总线分布电容和阻抗匹配问题 4 在 DS1820 测温程序设计中向 DS1820 发出温度转换命令后程序总要等待DS1820 的返回信号一旦某个 DS1820 接触不好或断线当程序读该 DS1820 时将没有返回信号程序进入死循环这一点在进行 DS1820 硬件连接和软件设计时一定要重视 测温电缆线建议采用屏蔽 4芯双绞线其中一对接地线与信号线另一组接 VCC和地线屏蔽层在源端单点接地 25 数据显示 液晶显示模块具有体积小功耗低显示内容丰富超薄轻巧等优点在袖珍式仪表和低功耗应 用系统中得到广泛的应用目前字符型液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的信息显示器件本设计选用的是 LCDl602 液晶显示模块它可以显示两行每行 16个字符采用单 5V电源供电外围电路配置简单价格便宜具有很高的性价比 251 数据显示电路 LCD1602 的引脚 1 接地引脚 2 接 5V 电源引脚 3 接电位器来调节显示器的对比度引脚 414 接单片机引脚 15 接 10K 电阻来设置显示器的亮度如图 26 所示 252 液晶显示 LCD1602 1 显示特性 1 单 5V 电源电压低功耗长寿命高可靠性 2 内置 192 种字符 160 个 5 7 点阵字符和 32 个 5 10 点阵字符 3 具有 64 个字节的自定义字符 RAM 可自定义 8 个 5 8 点阵字符或四个 511 点阵字符 4 显示方式 STN 半透正显 5 驱动方式 116DUTY15BIAS 6 视角方向 6 点 7 背光方式底部 LED 8 通讯方式 4 为或 8 位并口可选 9 标准的接口特性适配 MC51 和 M6800 系列 MPU 的操作时序 2 接口定义 表 29 介绍了 LCD1602 的引脚配置 表 29 LCD1602 的引脚接口定义 引脚号 符号 定义 1 Vss 电源地 GND 2 Vdd 电 源 电 压 5V 3 V0 LCD 驱动电压可调 4 RS 寄 存器选择输入端输入 MPU 选择模块内部寄存器类型信号 RS 0 当 MPU 进行写模块操作只想指令寄存器 当 MPU 进行读模块操作指向地址计数器 RS 1 无论 MPU 读操作还是写操作均只想数据寄存器 5 RW 读写控制输入端输入 MPU 现则读写模块操作信号 RW 0 读操作 RW 1 写操作 6 E 时能信号输入端输入 MP 选择读写模块操作信号 读操作时高电平有效写操作时下降沿有效 7 DB0 数 据 输入 输出 口MPU 与模块之间的数据传送通道 4 位方式通讯时不使用 DB0 到 DB3 8 DB1 数据输入输出口 MPU 与模 块之间的数据传送通道 9 DB2 数据输入输出口 MPU 与模块之间的数据传送通道 10 DB3 数据输入输出口 MPU 与模块之间的数据传送通道 11 DB4 数据输入输出口 MPU与模块之间的数据传送通道 12 DB5 数据输入输出口 MPU 与模块之间的数据传送通道 13 DB6 数据输入输出口 MPU 与模块之间的数据传送通道 14 DB7 数据输入输出口 MPU 与模块之间的数据传送通道 15 A 背光的正端 5V 16 K 背光的负端 0V 结构块图 LCD模块组件内部主要由 LCD显示屏 控制器列驱动和偏压产生电路构成如图26 所示 LCD 显示屏为 mon 和 segment 交叉形成的点阵 列驱动器与控制器配套使用它接收来自控制器的振荡帧同步输出串行输出的数据和移位及锁存脉冲产生列 segment 交流扫描驱动信号 控制器接收来自 MPU 的指令和数据控制着整个模块的工作由 CGTOMCGRAM 和DDRAM 等字符存储区域以及与 MPU 和列驱动器的 IO 接口指令寄存和译码机构地址计数器等部分组成在控制器的控制下模块通过数据总线 DB0DB7 和 ERWRS 三个输入控制端与 MPU 接口这三根控制线按照规定的时序相互协调作 用使控制器通过数据总线 DB 接收 MPU 发送来的指令和数据从 CGROM 中找到欲显示字符的字符码送入 DDRAM在 LCD显示屏上与 DDRAM存储单元对应的规定位置显示出该字符控制器还可以根据 MPU 的指令实现字符的显示闪烁和移位等显示效果 26 无线收发 本系统采用基于 nRF905 的无线射频电路作为数据传输电路 261 数据收发电路 图 28 为基于 nRF905 无线收发模块的接口电路 VCC 接 33V 电压μ CLK 为输出时钟本系统中无需使用悬空 CD 为输出单片机不对其进行控制悬空 GND 接地其它引脚和单片机相连由单片机控制发送 数据或发送数据给单片机 262 无线收发 nRF905 以 nRF905芯片为核心的无线收发电路工作在 433／ 868／ 915MHz的 ISM频段由一个完全集成的频率调制器一个带解调器的接收器一个功率放大器一个晶体振荡器和一个调节器组成 Shockburst 工作模式的特点是自动产生前导码和 CRC可以很容易通过 SPI接口进行编程配置电流消耗很低在发射功率为 10dBm时发射电流为 30mA 接收电流为 12． 5mA 进入 POWERDOWN 模式可以很容易实现节电 15图 29 为基于 nRF905 的无线收发模块电路图 1 特征 1433Mhz 开放 ISM 频段免许可证使用 2 最高工作速率 50kbps 高效 GFSK 调制抗干扰能力强适合工业控制场合 3125 频道满足多点通信和跳频通信需要 4 内置硬件 CRC 检错和点对多点通信地址控制 5 低功耗 1936V 工作待机模式下状态仅为 25uA 6 收发模式切换时间 650us 7 电路可软件设地址只有收到本机地址时才会输出数据提供中断指示 可直接接各种单片机使用软件编程非常方便 8TX Mode 在 10dBm 情况下电流为 30mARXMode122mA 9 标准 DIP 间距接口便于嵌入式应用 2 接口电路引脚说明 表 210 为基于 nRF905 的无线收发电路的引脚定义 1VCC 脚接电压范围为 33V36V 之间超过 36V 将会烧毁模块推荐电压 33V 2 除电源 VCC 和接地端其余脚都可以直接和 5V 单片机 IO 口直接相连 3硬件上面没有 SPI的单片机也可以控制本模块用普通单片机 IO 口模拟 SPI不需要单片机 SPI 模块介入只需添加代码模拟 SPI 时序即可 413 脚 14 脚为接地脚需要和母板的逻辑地连接起来 5 与 51 系列单片机 P0 口连接时候需要加 10K 的上拉电阻与其余口连接不需要 表 210 无线收发电路的引脚定义 管脚 名称 管脚功能 说明 1 VCC 电源 电源 3336V DC 2 TX_EN 数字输入 TX_EN 1 TX 模式 TX_EN 0 RX 模式 3 TRX_CE 数字输入 使能芯片发射或接收 4 PWR_UP 数字输入 芯片上电 5 uCLK 时钟输出 本模块该脚废弃不用向后兼容 6 CD 数字输出 载波检测 7 AM 数字输出 地址匹配 8 DR 数字输出 接收或发射数据完成 9 MISO SPI 接口 SPI 输出 10 MOSI SPI 接口 SPI 输入 11 SCK SPI 时钟 SPI 时 钟 12 CSN SPI 使能 SPI 使能 13 GND 地 接地 14 GND 地 接地 模块引脚和电气参数 表 211 为基于 nRF905 的无线收发电路的性能参考数据 表 211 nRF905 电路性能参考数据 参数 数值 单位 最低工作电压 30 V 最大发射功率 10 dBm 最大数据传输率曼切斯特编码 50 kbps 输出功率为 10 dBm时工作电流 9 mA 接收模式时工作电流 125 mA 温度范围 40 to 85 典型灵敏度 100 dBm POWERDOWN 模式时工作电流 25 uA 4 工作方式 NewMsgRF905一共有四种工作模式其中有两种活动 RXTX模式和两种节电模式 活动模式 ShockBurst RXShockBurst TX 节电模式掉电和 SPI 编程 STANDBY 和 SPI 编程 nRF905 工作模式由 TRX_CETX_ENPWR_UP 的设置来设定具体如表 212 表 212 无线收发模块的设定 PWR_UP TRX_CE TX_EN 工作模式 0 X X 掉电和 SPI 编程 1 0 X Standby 和 SPI 编程 1 1 0 ShockBurst RX 1 1 1 ShockBurst TX 1ShockBurst 模式 ShockBurstTM 收发模式下使用片内的先入先出堆栈区数据低速从微控制器送入高速发射这样可以尽量节能因此也能得到很高的射频数据发射速率与射频协议相关的所有高速信号处理都在片内进行这样做的好处尽量节能低系统费用 低速微处理器也能进行高速射频发射 数据在空中停留时间短抗干扰性高ShockBurstTM 技术同时也减小了整个系统的平均工作电流 在 ShockBurstTM 收发模式下 RF905 自动处理字头和 CRC 校验码在接收数据时 自动把字头和 CRC校验码移去在发送数据时自动加上字头和 CRC校验码当发送过程完成后 DR 引脚通知微处理器数据发射完毕 ShockBurst TX 发送流程 ①当微控制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 RF905SPI 接口的速率在通信协议和器件配置时确定 ②微控制器置高 TRX_CE 和 TX_EN 激发 RF905 的 ShockBurstTM 发送模式 ③ RF905 的 ShockBurstTM 发送 a 射频寄存器自动开启 b 数据打包 加字头和 CRC 校验码 c 发送数据包 d 当数据发送完成数据准 备好引脚被置高 ④ AUTO_RETRAN 被置高 RF905 不断重发直到 TRX_CE 被置低 ⑤当 TRX_CE 被置低 RF905 发送过程完成自动进入空闲模式注意ShockBurstTM工作模式保证一旦发送数据的过程开始无论 TRX_EN和 TX_EN引脚是高或低发送过程都会被处理完只有在前一个数据包被发送完毕 RF905 才能接受下一个发送数据包 ShockBurst RX 接收流程 ①当 TRX_CE 为高 TX_EN 为低时 RF905 进入 ShockBurstTM 接收模式 ② 650us 后 RF905 不断监测等待接收数据 ③当 RF905 检测到同一频段的载波时载波检测引脚被置高 ④当接收到一个。