基于DSl8820和AT89S52以及RF芯片的測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　本文針對(duì)由于農(nóng)作物的不同時(shí)期傳感器的空間位置不固定，布線(xiàn)不方便，可靠性差的問(wèn)題，采用無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。利用微功率RF芯片(nRF24E1)設(shè)計(jì)了一個(gè)體積小、成本低、性能穩(wěn)定、功耗低、數(shù)據(jù)傳輸可靠的點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)射頻數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多個(gè)采樣點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)無(wú)線(xiàn)采集。經(jīng)過(guò)實(shí)際使用，DSl8820和單片機(jī)AT89S52以及RF芯片組成的測(cè)溫系統(tǒng)，完全符合用戶(hù)的需要。

　　1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的是溫度、濕度和壓力的采集、傳輸、顯示和后期處理等功能。系統(tǒng)的總體構(gòu)想為數(shù)據(jù)采集模塊，短距離無(wú)線(xiàn)通訊模塊，串口通信模塊，顯示處理模塊幾大部分。系統(tǒng)方案的確定主要集中在無(wú)線(xiàn)通訊模塊的選擇和顯示模塊上。

　　硬件系統(tǒng)組成如圖1所示，首先用傳感器將現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC采樣、量化、編碼后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，送到單片機(jī)進(jìn)行初步處理，然后利用nRF2401無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸芯片通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式將有效數(shù)據(jù)發(fā)送給接收端，接收端在接收到有效數(shù)據(jù)后通過(guò)串行口將數(shù)據(jù)送入手機(jī)，手機(jī)通過(guò)C#語(yǔ)言編寫(xiě)的控制程序完成數(shù)據(jù)的顯示以及對(duì)有效數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理的任務(wù)。

　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　2.1 系統(tǒng)硬件組成

　　圖2所示是系統(tǒng)的硬件組成，DSl8820是DALLAS公司生產(chǎn)的一線(xiàn)式數(shù)字溫度傳感器，可把溫度信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信號(hào)供微機(jī)處理。具有3引腳TO-92小體積封裝形式;溫度測(cè)量范圍為-55～+125℃，可編程為9～12 b A/D轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫分辨率可達(dá)O.0625℃，被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16b數(shù)字量方式串行輸出;其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生;多個(gè)DSl8820可以并聯(lián)到3根或2根線(xiàn)上，CPU只需1根端口線(xiàn)就能與諸多DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線(xiàn)和邏輯電路。從DSl820讀出的信息或?qū)懭隓Sl820的信息，僅需要1根口線(xiàn)(單線(xiàn)接口)。讀寫(xiě)及溫度變換功率來(lái)源于數(shù)據(jù)總線(xiàn)，總線(xiàn)本身也可以向所掛接的DS1820供電，而無(wú)需額外電源。以上特點(diǎn)使DSl8B20非常適用于遠(yuǎn)距離多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)。DSl820提供九位溫度讀數(shù)，構(gòu)成多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)而無(wú)需任何外圍硬件，DSl820與nRF24E1的連接方式如圖3所示。

　　在本系統(tǒng)中，傳感器采集數(shù)據(jù)后，送到下位機(jī)，下位機(jī)和上位機(jī)通過(guò)無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)通道聯(lián)系。無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)部分主要由nRF24E1芯片、E2PR-OM、晶振、傳感器信號(hào)輸入和天線(xiàn)組成。

　　2.2 芯片nRF24E1內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　nRF24E1芯片是無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)部分的核心，通過(guò)內(nèi)嵌的51單片機(jī)內(nèi)核，控制芯片內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換模塊，無(wú)線(xiàn)收，發(fā)模塊。將射頻發(fā)射、接收、GMSK調(diào)制、解調(diào)、增強(qiáng)型8051內(nèi)核、9輸入12b ADC、125頻道、UART、SPI、PWM、RTC、WDT全部集成到單芯片中，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，傳輸，處理等功能。硬件模塊如圖4所示，芯片主要由以下部分組成：

　　(1)CPU(微處理器)。帶有增強(qiáng)型805l內(nèi)核，ADC、SPI、RF發(fā)射器1個(gè)、RF接收器2個(gè)、喚醒定時(shí)器5個(gè)中斷源，1個(gè)UART以及3個(gè)定時(shí)器。

　　(2)PWM輸出?？删幊檀_定PWM的輸出工作于6位、7位或8位，PWM信號(hào)的頻率可由軟件控制。

　　(3)SPI接口和SPI總線(xiàn)。

　　(4)RTC喚醒定時(shí)器、WTD和RC振蕩器。

　　(5)A/D轉(zhuǎn)換器。A/D轉(zhuǎn)換器有9個(gè)輸入通道可通過(guò)軟件進(jìn)行選擇。

　　(6)無(wú)線(xiàn)收發(fā)器，通過(guò)內(nèi)部并行口或內(nèi)部SPI口與其他模塊進(jìn)行通信，工作于全球開(kāi)放的2.4～2.5 GHz頻段。

　　3 無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　本系統(tǒng)在編程時(shí)采用模塊化設(shè)計(jì)思想，各主要功能模塊均編成獨(dú)立的函數(shù)在主程序中加

以調(diào)用，程序主要由以下功能模塊組成：上電初始化程序、無(wú)線(xiàn)收發(fā)程序、數(shù)據(jù)包打包拆包程序、數(shù)據(jù)處理程序。采集端和接收端在上電后首先調(diào)用初始化程序，完成無(wú)線(xiàn)收發(fā)頻率、工作模式、發(fā)射速率、A/D轉(zhuǎn)換器精度及其他內(nèi)部寄存器的初始化配置。