糧倉無線遙測系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p>　學(xué)號(hào)：</p><p>　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　題 目：糧倉環(huán)境參量無線遙測系統(tǒng)</p><p>　設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</p><p>　作 者屆 別</p><p>　系 別機(jī)械與電子工程系專 業(yè)電子信息工程</p><p>　指導(dǎo)老師職

2、 稱講師</p><p>　完成時(shí)間2012.05.15</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中，溫度作為一種可以實(shí)際測量的重要參數(shù)，能起到對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、生產(chǎn)環(huán)境等外界因素進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的作用，以保證整個(gè)生產(chǎn)活動(dòng)高效開展，因此準(zhǔn)確且實(shí)用的溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有舉足輕重的作用。然而，生產(chǎn)環(huán)境的多變性、

3、不確定性，導(dǎo)致許多工作場所不太方便布線，需要采用無線傳輸方式。</p><p>　　介紹了基于溫度傳感器DS18B20和無線收發(fā)模塊nRF905的無線溫度采集系統(tǒng)下位機(jī)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法，，本系統(tǒng)是通過單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)對(duì)周圍環(huán)境的溫度進(jìn)行測量和無線傳輸。他是以MSP430F449單片機(jī)為控制單元，一溫度傳感器DS18B20為溫度采集器件，以無線收發(fā)模塊nRF905完成數(shù)據(jù)的無線傳輸，用數(shù)碼管進(jìn)行顯示，實(shí)現(xiàn)溫度的測量、無

4、線傳輸、顯示以及報(bào)警，就是一套通過無線方式實(shí)現(xiàn)溫度的遠(yuǎn)程采集的完整系統(tǒng)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：溫度；NRF905；無線遙測</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In modern production and life, temperature is an important parameter i

5、n many occasions. Inmany places, it is necessary to monitor the temperature parameter and making relevantprocessing so that the system runs in the best state. Therefore, it is significant to develop areliable and practic

6、al temperature monitoring system. With the rapid development of wirelesstransmission technology,short range wireless transmission technology has been widely appliedto many places where wiring is not available, </p>

7、<p>　　Based on DS18B20 temperaturesensor and wireless transceiver module nRF905wireless temperature acquisition system. The machine design and the realization method, the system, through the MCU to achieve the amb

8、ient temperature measuring and wireless transmission. He is MSP430F449 SCM as a control unit, a temperature sensor DS18B20temperature acquisition device, the wireless transceiver module nRF905to complete data wireless tr

9、ansmission, digital tube display, temperature measurement, wireless trans</p><p>　　Key words: Temperature ; nRF905 Radio Frequency chip; WirelessTransmission</p><p><b>　　目 錄</b>&l

10、t;/p><p>　　1 緒 論.............................................................................................................................1</p><p>　　1.1 引言.......................................

11、.............................................................................1</p><p>　　1.2 課題研究內(nèi)容及意義........................................................................................1</p><p

12、>　　1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀................................................................................................2</p><p>　　1.4 本文主要工作.........................................................................

13、...........................3</p><p>　　2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)...............................................................................................................4</p><p>　　2.1 系統(tǒng)概述..................

14、..........................................................................................4</p><p>　　2.1.1 溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng).................................................................................4</p>

15、<p>　　2.1.2 無線通信系統(tǒng).........................................................................................5</p><p>　　2.2 系統(tǒng)相關(guān)器件的選型.....................................................................

16、...................5</p><p>　　2.2.1 MCU 的選擇...........................................................................................5</p><p>　　2.2.2 溫度傳感器的選擇...................................

17、..............................................5</p><p>　　2.2.3 無線方式及射頻芯片的選擇.................................................................6</p><p>　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)...................................

18、............................................................................7</p><p>　　3.1 MCU 及功能模塊..............................................................................................7</p>

19、<p>　　3.2 數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 .............................................................................8</p><p>　　3.2.1 DS18B20 的性能特點(diǎn).....................................................................

20、.......8</p><p>　　3.2.2 DS18B20 的測溫原理............................................................................9</p><p>　　3.3 MSP430F449與DS18B20的連接.............................................

21、.....................10</p><p>　　3.4 鍵盤及報(bào)警模塊..............................................................................................11</p><p>　　3.5 單片射頻收發(fā)芯片 nRF905.........................

22、..................................................11</p><p>　　3.5.1 nRF905的介紹......................................................................................11</p><p>　　3.5.2 nRF905 的工作模式.

23、............................................................................12</p><p>　　3.5.3 nRF905 的接口電路.............................................................................13</p><p>　

24、　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).............................................................................................................14</p><p>　　4.1 采集功能軟件設(shè)計(jì)............... .................................................

25、.........................14</p><p>　　4.1.1 系統(tǒng)資源配置.......................................................................................14</p><p>　　4.1.2 系統(tǒng)軟件分析及模塊設(shè)計(jì).............................

26、......................................14</p><p>　　4.2 nRF905 的 SPI 接口......................................................................................15</p><p>　　4.3 nRF905 的配置及收發(fā)流程........

27、....................................................................16</p><p>　　4.4 通信協(xié)議..........................................................................................................18</p>

28、<p>　　5 結(jié)論.............................................................................................................................20</p><p>　　5.1 開發(fā)工具與環(huán)境...........................................

29、...................................................20</p><p>　　5.2 測試中注意問題..............................................................................................20</p><p>　　5.3 結(jié)論及展望.....

30、.................................................................................................21</p><p>　　參考文獻(xiàn)..............................................................................................

31、..................... .....22</p><p>　　致 謝.................................................................... ..........................................................23</p><p>　　附 錄..........

32、.....................................................................................................................24</p><p><b>　　1 緒 論</b></p><p><b>　　1.1 引言</b></p

33、><p>　　人類的日常生活、生產(chǎn)活動(dòng)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)都離不開測試和信息采集。信息采集就是獲取信息，是對(duì)實(shí)際工作中物理、化學(xué)、工程技術(shù)等方面的參量和數(shù)值信息進(jìn)行提取的過程。由于信息本身不具備處理、傳輸?shù)墓δ埽荒芡ㄟ^一定的手段和方法將信息轉(zhuǎn)化為可知的信號(hào)，并進(jìn)行傳輸。</p><p>　　數(shù)據(jù)采集就是將外界或現(xiàn)場的被測對(duì)象中各種參量（可以是物理量，也可以是化學(xué)量、生物量等）通過各種傳感元件進(jìn)行適當(dāng)?shù)?/p>

34、轉(zhuǎn)換后，在經(jīng)過采樣、量化、編碼、傳輸?shù)炔襟E，最后送到控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或存儲(chǔ)記錄的過程。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，控制器一般由微處理器、計(jì)算機(jī)承擔(dān)，是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心，它對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制，完成對(duì)數(shù)據(jù)的采集，并對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。在數(shù)據(jù)采集和處理過程中，CPU 對(duì)采集的控制和數(shù)據(jù)的傳送都是通過總線或接口來實(shí)現(xiàn)的。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)涉及到傳感器技術(shù)、模擬信號(hào)處理技術(shù)、模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)抗干擾技術(shù)、誤差分析與處理、人機(jī)接

35、口技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與打印、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)等相關(guān)技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與普及，數(shù)據(jù)采集技術(shù)將具有廣闊的發(fā)展前景。</p><p>　　在日常生活、生產(chǎn)活動(dòng)中，環(huán)境中的溫度指標(biāo)在許多場合中都是重要的參數(shù)，需要對(duì)其進(jìn)行采集和控制。溫度參數(shù)很多時(shí)候用于對(duì)工業(yè)工場、倉庫管理、糧食蔬菜大棚、花卉溫室、醫(yī)療制藥等領(lǐng)域，需要對(duì)其監(jiān)控，以達(dá)到生產(chǎn)生活需要，并及時(shí)對(duì)測試結(jié)果做出相應(yīng)的處理。故研究溫

36、度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有很好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。隨著科技的不斷發(fā)展，傳感器技術(shù)已成為國內(nèi)外優(yōu)先發(fā)展的科技領(lǐng)域之一，應(yīng)用越來越廣。溫度數(shù)據(jù)采集的實(shí)現(xiàn)需要從對(duì)現(xiàn)場溫度數(shù)據(jù)的有效獲取開始，采用溫度傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)溫度數(shù)據(jù)的有效采集及簡單處理。隨著集成芯片及各種無線技術(shù)的發(fā)展，針對(duì)一些現(xiàn)場環(huán)境比較復(fù)雜的地方，有線傳輸方式的布線會(huì)比較繁瑣且不適宜在偏遠(yuǎn)、環(huán)境惡劣的情況下使用，而無線傳輸方式可以避免以上的問題，且在采集點(diǎn)較多和需更換采集位置的場合顯得更為方便

37、簡單。</p><p>　　1.2 課題研究內(nèi)容及意義</p><p>　　溫度在很多工業(yè)場合或生產(chǎn)生活壞境中具有重要的意義，這些環(huán)境中的溫度指標(biāo)或多或少的影響著生產(chǎn)的質(zhì)量和產(chǎn)量，故研究溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有很好的現(xiàn)實(shí)意義。在溫室中進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的采集、測量及監(jiān)控具有重要的意義。原始的溫度測控系統(tǒng)一般是將所測得的溫度數(shù)據(jù)通過有線的方式傳輸?shù)奖O(jiān)測房或上位 PC 機(jī)，這樣的有線傳輸方式雖然在傳輸速

38、度和運(yùn)行可靠溫度性方面有一定的優(yōu)勢，但其也存在不便的地方，如在環(huán)境比較惡劣或較偏遠(yuǎn)的地方，通過有線布線就顯得尤為困難，而在溫室、糧倉、及大棚等較擴(kuò)散和時(shí)常變更測試位置的地方，有線布線也會(huì)顯得比較麻煩。而無線傳輸?shù)姆绞骄涂梢院芎玫慕鉀Q這一問題。 </p><p>　　目前無線傳輸有很多種方式，根據(jù)通信距離可以分為無線廣域網(wǎng)（WAN）、無線局域網(wǎng)（WLAN）和無線個(gè)人網(wǎng)（WPAN）。GSM、CDMA

39、和第三代移動(dòng)通信技術(shù)（3G）能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的通信，屬于 WAN 領(lǐng)域；WLAN 和 WPAN 領(lǐng)域中，短距離無線通信技術(shù)有 UWB 無載波通信技術(shù)、ZigBee 技術(shù)、Wireless USB 技術(shù)、藍(lán)牙、Wi-Fi 技術(shù)等。本文采用由無線射頻收發(fā)芯片與 MCU 組成的無線通信模塊進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的無線收發(fā)。射頻收發(fā)芯片可工作在免費(fèi) 2.4GHz 的 ISM 頻段，無需向中國無線電申請(qǐng)頻段，具有低功耗的優(yōu)點(diǎn)從而能夠免除布線的麻煩，提高設(shè)備的可

40、移動(dòng)性，方便移動(dòng)測試位置和隨時(shí)增減點(diǎn)采集數(shù)目。此種構(gòu)成的無線的模塊，在傳輸速度和可靠性等通信實(shí)現(xiàn)能力上能夠基本達(dá)到有線通信的標(biāo)準(zhǔn)。本文單片射頻收發(fā)芯片采用挪威公司的 nRF905，其可滿足低功耗、開發(fā)周期短的要求且集成模塊小便于嵌入其他設(shè)備中使用。</p><p>　　1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　數(shù)據(jù)采集是現(xiàn)代檢測技術(shù)的基礎(chǔ)，同時(shí)也是自動(dòng)化測試中重要的組成部分，它為測試系統(tǒng)

41、提供可供分析的數(shù)據(jù)。</p><p>　　目前國外的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研制已經(jīng)相當(dāng)成熟，而且種類繁多，性能好，功能強(qiáng)大，并且以基于通用微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)居多，這種系統(tǒng)的核心是可插入計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)插槽的高速數(shù)據(jù)采集卡。目前這類高速數(shù)據(jù)采集卡種類多，技術(shù)先進(jìn)，市場主流的產(chǎn)品有：SPEC 公司的 SPl225、Signatec 公司的 PDAl2A 和 PDA500、Acquisition logic 公司的 AL51G 以及U

42、ltraview 公司的 AD-1250DMA。其中 SPl225 是帶有 lGS/s8b 精度數(shù)字化儀的超高速數(shù)據(jù)采集模塊(HSDAM)PCI 卡，最高可進(jìn)行 500 MHz 或 1GHz 的波形分析；PDAl2A 采樣率為 125MS/s，分辨率為 12b，信號(hào)帶寬由 DC～50MHz?？赏ㄟ^ SAB 總線(Signatec Auxiliary Bus)以 250MB/s 的速率向其它處理、回放或存儲(chǔ)器件傳輸數(shù)據(jù)；AL51G 基于

43、PCI 總線，采樣率為 1GS/s8b，其存儲(chǔ)深度為 64M、256M、1000M 可選；AD-1250DMA 也是基于 PCI 總線，采樣率為 1．25GS/s8b，存儲(chǔ)深度為 8GB</p><p>　　在國內(nèi)，很多大學(xué)、科研機(jī)關(guān)、公司也從事著數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研制。隨著數(shù)據(jù)采集技術(shù)不斷發(fā)展，市場上出現(xiàn)了很多新型的數(shù)據(jù)采集器。如北京中泰研創(chuàng)科技有限公司的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) PCI-8344B，它具有 16 位 A/D，

44、8 通道并行同時(shí)轉(zhuǎn)換，每個(gè)通道的轉(zhuǎn)換速率都可以達(dá)到 100KHz。四川拓普數(shù)字設(shè)備有限公司的 PCI-10016 具有 4 通道模擬量輸入，具有16 位的 A/D，最高采樣率 100Ksps。北京康泰電子有限公司的 DAQ-1602/PCI 16 位 PCI 總線數(shù)據(jù)采集板，具有 16 位、250KHz 和 500KHz 的 A/D 輸入、四種可編程增益選擇、2048字節(jié)的數(shù)據(jù)緩存。對(duì)比國內(nèi)外現(xiàn)有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能、價(jià)格和功能，可以看出

45、：國外的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)精度高、采樣速度快、功能全，但是價(jià)格昂貴，并且體積較大，操作復(fù)雜。國內(nèi)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)雖然價(jià)格較為便宜，但與國外的相比無論精度和速度都存在一定的距離。</p><p>　　1.4 本文主要工作</p><p>　　本文主要工作分為硬件設(shè)計(jì)和軟件編程兩部分。硬件部分主要包括溫度數(shù)據(jù)采集部分和無線通信部分，溫度數(shù)據(jù)采集部分主要介紹溫度傳感器的比較和選擇，MCU 的選擇，溫度傳

46、感器與 MCU 的硬件連接及采集原理；無線通信部分主要介紹單片射頻收發(fā)芯片的選取，射頻收發(fā)芯片與 MCU 的硬件連接，上下行的通信協(xié)議，接收部分與上位機(jī)通信的硬件連接等。軟件部分主要是給出相應(yīng)的溫度數(shù)據(jù)采集中的控制流程及無線通信模塊收發(fā)的流程。最后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行整個(gè)調(diào)試及分析，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)基本功能的仿真。</p><p>　　論文主要從以下方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行闡述：</p><p>　　第一章：緒論。本

47、章主要介紹研究本系統(tǒng)的一些背景知識(shí)，內(nèi)容及意義，國內(nèi)外現(xiàn)狀。</p><p>　　第二章：系統(tǒng)概述。本章主要介紹系統(tǒng)的主要構(gòu)成，并給出系統(tǒng)中參與芯片及模塊的比較和選用。</p><p>　　第三章：溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本章主要介紹數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20 的相關(guān)信息，MCU 及各功能模塊的硬件設(shè)計(jì)及軟件實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　第四章：無線通信系統(tǒng)的設(shè)

48、計(jì)。本章主要介紹 nRF905 的性能特點(diǎn)，接口配置等信息，給出與 MCU 及 PC 連接電路和收發(fā)流程；給出無線通信的通信協(xié)議和無線傳輸可靠性技術(shù)。</p><p>　　第五章：系統(tǒng)調(diào)試及分析。本章主要介紹系統(tǒng)的調(diào)試方法和系統(tǒng)分析，并對(duì)全文進(jìn)行總結(jié)和展望，提出不足及需改進(jìn)的部分。</p><p><b>　　2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)</b></p><p

49、><b>　　2.1 系統(tǒng)概述</b></p><p>　　本系統(tǒng)主要由溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和無線傳輸系統(tǒng)組成。為使設(shè)計(jì)思路清晰，特地采用模塊化設(shè)計(jì)思想，可將系統(tǒng)分為四大模塊：電源模塊、溫度數(shù)據(jù)采集模塊、無線通信模塊和上位機(jī)顯示模塊。系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖如圖 2.1 所示。</p><p>　　圖2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　

50、系統(tǒng)可以有多個(gè)溫度數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，每個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)包括一個(gè)小的溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和一個(gè)無線模塊。當(dāng)有多個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)時(shí)，采集點(diǎn)與上位機(jī)的通信通過無線模塊，采用輪詢的方式對(duì)各個(gè)采集點(diǎn)進(jìn)行通信。</p><p>　　2.1.1 溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)</p><p>　　溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心器件是 MCU 和前端擔(dān)任溫度信號(hào)采集的溫度傳感器。MCU在系統(tǒng)中具有非常重要的作用，它讀取溫度傳感器所采集到的信號(hào)，

51、在經(jīng)過簡單處理后在顯示部分中將其顯示，并將其通過無線模塊發(fā)送到上位機(jī)中；而且通過 MCU 控制報(bào)警模塊對(duì)超過上下限溫度時(shí)進(jìn)行報(bào)警。溫度傳感器也是此系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，傳感器的精度和性能同樣影響著系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。只有通過溫度傳感器將溫度信號(hào)準(zhǔn)確有效的采集，后續(xù)操作才有保障。</p><p>　　溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本框圖如圖 2.2 所示。</p><p>　　圖2.2 溫度數(shù)據(jù)接收及發(fā)

52、送的框圖</p><p>　　主要包括 MCU、溫度傳感器、電源、鍵盤、顯示部分、報(bào)警電路和無線模塊。溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要的功能是檢測采集點(diǎn)的溫度，并能夠?qū)囟葦?shù)值在現(xiàn)場和通過傳輸后在上位機(jī)中顯示出來，且在溫度超過預(yù)設(shè)的警戒值時(shí)進(jìn)行報(bào)警。</p><p>　　2.1.2 無線通信系統(tǒng)</p><p>　　無線通信系統(tǒng)是聯(lián)系溫度數(shù)據(jù)采集端和上位機(jī)的紐帶。系統(tǒng)框圖如圖

53、2.3 所示。</p><p>　　圖2.3 接收系統(tǒng)的基本框圖</p><p>　　無線通信系統(tǒng)的核心在于無線模塊的建立，要適合于可移動(dòng)的應(yīng)用條件，無線模塊采用的無線通信技術(shù)是關(guān)鍵。在圖中可看出溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將采集到的溫度信號(hào)打包傳送到無線模塊，由無線模塊進(jìn)行信號(hào)調(diào)制和功率放大等操作后，將數(shù)據(jù)無線發(fā)送到接收端的無線模塊進(jìn)行解調(diào)等操作后，通過 MCU 連接的 MAX3232 進(jìn)行電平轉(zhuǎn)

54、換，進(jìn)而達(dá)到與上位機(jī)通信的目的，從而實(shí)現(xiàn)了無線傳輸功能。</p><p>　　2.2 系統(tǒng)相關(guān)器件的選型</p><p>　　根據(jù)以上系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求來選擇符合要求的器件類型。</p><p>　　2.2.1 MCU 的選擇</p><p>　　MCU 作為一個(gè)系統(tǒng)的核心器件，它的選擇影響著這個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)劣和功能的實(shí)現(xiàn)。目前工控領(lǐng)域中常使用的微

55、控制器有：應(yīng)用最廣泛的 51 系列 8 位單片機(jī)、針對(duì)大量計(jì)算的數(shù)字信號(hào)處理器 DSP、一些增強(qiáng)型的 16 位單片機(jī)和 32 位的 ARM 芯片。從八十年代初 51 系列單片機(jī)就開始流行了，在技術(shù)開發(fā)方面已經(jīng)很成熟了，只是功能實(shí)現(xiàn)方面相對(duì)簡單；DSP功能側(cè)重于有大量信號(hào)需要處理的場合，但價(jià)格偏高，開發(fā)難度較大；ARM 芯片和 DSP 有某些相似之處，在小型系統(tǒng)中增強(qiáng)型的 16 為單片機(jī)已經(jīng)能夠滿足需求。</p><p

56、>　　針對(duì)各種不同應(yīng)用場合，各大公司都推出了增強(qiáng)型單片機(jī)，如 AVR 系列、Philips 的PCF80C51 系列等，這些增強(qiáng)型單片機(jī)大多處理速度都比較快、嵌入了多種實(shí)用的功能模塊及接口、內(nèi)部包含有大容量的存儲(chǔ)存。TI 公司 MSP430 系列單片機(jī)就屬于這樣一種 16位的增強(qiáng)型單片機(jī)，其在性價(jià)比方面就具有一定的優(yōu)勢，具有 RISC 指令集，功能豐富，主要用于低功耗應(yīng)用。針對(duì)上述系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，MSP430 系列單片機(jī)能夠滿足系統(tǒng)

57、設(shè)計(jì)。本文選用 MSP430F449。</p><p>　　2.2.2 溫度傳感器的選擇</p><p>　　溫度是一種常見的基礎(chǔ)物理量，我們的生產(chǎn)生活無不與之有密切的關(guān)系。溫度傳感器是開發(fā)較早、應(yīng)用較廣的一類傳感器。在半導(dǎo)體技術(shù)的支撐下，溫度傳感器主要有熱電偶、熱電阻、熱敏電阻和集成溫度傳感器四種類型。</p><p>　　溫度傳感器的多樣性，能夠滿足不同系統(tǒng)及場

58、合的需求。本文主要研究針對(duì)溫室、蔬菜大棚的溫度數(shù)據(jù)采集，需要的測量范圍為-10～50℃，精度在 0.1～1℃即可。根據(jù)以上考慮結(jié)合設(shè)計(jì)簡單，成本低等綜合考慮，選取數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20 進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的采集，能夠滿足系統(tǒng)的要求。</p><p>　　2.2.3 無線方式及射頻芯片的選擇</p><p>　　無線通信技術(shù)的范圍很廣，在一般意義上說，只要通信收發(fā)雙方通過無線電波傳輸信息

59、，都可成為無線通信。一般使用數(shù)字信號(hào)單片射頻收發(fā)芯片加上微控制器和少量外圍器件構(gòu)成專用或通用的無線通信模塊。通信模塊一般包含簡單的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議或使用簡單的加密協(xié)議，只需根據(jù)命令字進(jìn)行操作即可實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸功能。射頻收發(fā)芯片的選擇可以參考一下幾個(gè)方面：（1）射頻收發(fā)芯片的功耗；（2）射頻收發(fā)芯片的外圍元器件；（3）射頻收發(fā)芯片的發(fā)射功率；（4）射頻收發(fā)芯片的工作電壓和封裝；（5）芯片抗干擾能力等。下面對(duì)幾種常見的射頻收發(fā)芯片列表，將其芯

60、片的性能特點(diǎn)羅列作一些比較，從而選出較適合本系統(tǒng)的射頻收發(fā)芯片。詳見表 2.1。 </p><p>　　表2.1 幾種常見射頻收發(fā)芯片比較</p><p>　　由表所列性能特點(diǎn)相比較可以看出，在工作發(fā)送接收電流方面，Nordic 公司的 nRF401和 nRF905 所產(chǎn)生的電流要遠(yuǎn)小于其它兩個(gè)芯片；在所需外圍元器件 Nordic 公司的芯片集成度明顯比其它兩個(gè)高，

61、所需元件少。綜合其它本系統(tǒng)所需要求，本文選用挪威公司的單片射頻收發(fā)芯片 nRF905，該芯片工作在 433/868/915MHz 的 ISM 頻段上，可滿足低功耗、開發(fā)周期短的要求且集成模塊小便于嵌入其他設(shè)備中使用。</p><p><b>　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要有溫度傳感器、MCU、電源、顯示部分、報(bào)警電路和無線模塊組

62、成的。溫度數(shù)據(jù)采集的實(shí)現(xiàn)主要是由溫度傳感器及 MCU 完成的，傳感器是獲得溫度信息的有效途徑，是對(duì)原始信號(hào)測量，控制的關(guān)鍵器件，只有通過傳感器獲得有效準(zhǔn)確的原始信號(hào)，才能保證后續(xù)工作的可靠性和穩(wěn)定性。本文所采用的溫度傳感器是數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20，能夠?qū)y量到得溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸出，精確度高；不需要經(jīng)過 AD 轉(zhuǎn)換、采樣、量化、編碼等過程，使得設(shè)計(jì)簡便。MCU 采用低功耗單片機(jī) MSP430F449，通過 MCU對(duì)信號(hào)進(jìn)行

63、處理、存儲(chǔ)和控制，然后經(jīng)由無線通信模塊進(jìn)行收發(fā)與上位機(jī)進(jìn)行通信。下面將對(duì)溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的論述。</p><p>　　3.1 MSP430F449單片機(jī)</p><p>　　TI公司的MSP430系列單片機(jī)是超低功耗類的16位單片機(jī)。它采用RISC內(nèi)核結(jié)構(gòu)，特別適合于應(yīng)用電池的場合或手持設(shè)備。同時(shí)，該系列單片機(jī)將大量的外圍模塊（如液晶驅(qū)動(dòng)器、看門狗、A/D轉(zhuǎn)換器、硬件乘法器、模擬比

64、較器等）集成到片內(nèi)，特別適合于設(shè)計(jì)片上系統(tǒng)。</p><p>　　MSP430F449 采用16位RISC結(jié)構(gòu)，具有豐富的片內(nèi)外設(shè)和大容量的片內(nèi)工作寄存器和存儲(chǔ)器，性能價(jià)格比很高。它的特點(diǎn)包括： · 超低的功耗：能夠在1.8V~ 3.6V的電壓下工作；具有工作模式(AM)和5種低功耗模式(LPM)。在低功耗模式下，CPU可以被中斷喚醒，響應(yīng)時(shí)間小于6ps。 · 較強(qiáng)的運(yùn)算能力：

65、16位的RISC結(jié)構(gòu)，豐富的尋址方式；具有16個(gè)中斷源，可以任意嵌套；在8MHz時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)下指令周期可達(dá)125ns； 內(nèi)部包含硬件乘法器和大量寄存器，以及多達(dá)64KB的Flash程序空間和2KB的RAM，為存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和運(yùn)算提供了保證。 · 豐富的片上外設(shè)：包括看門狗定時(shí)器，基本定時(shí)器，比較器，16位定時(shí)器(TA、TB)，串口0、1，液晶顯示驅(qū)動(dòng)器，6個(gè)8位的I／O端口，12位ADC (最高采樣率200kHz)等。豐富的片上

66、外設(shè)可以很方便地構(gòu)建一個(gè)較為完整的系統(tǒng)。另外，充分利用計(jì)數(shù)器的多路任意波形產(chǎn)生功能和中斷控制功能，保證了一些復(fù)雜的時(shí)序控制任務(wù)的完成。 ·方便高效的開發(fā)環(huán)境：MSP430F449是Flash型器件，片內(nèi)有調(diào)試接口和電可擦寫的Flas</p><p>　　3.2 數(shù)字溫度傳感器 DS18B20</p><p>　　3.2.1 DS18B20 的性能特點(diǎn)</p>

67、<p>　　DS18B20 是由 DALLAS 半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的單線型智能數(shù)字溫度傳感器，是新一代適配微處理器的智能溫度傳感器，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域，具有體積小、接口方便和傳輸距離遠(yuǎn)的特點(diǎn)，在一根通信線上可以掛很多個(gè) DS18B20，很方便。具有以下特點(diǎn)：</p><p>　　（1）具有獨(dú)特的 1-Wire 接口，只需要一個(gè)端口引腳就可以進(jìn)行通信；</p><p>　?。?/p>

68、2）具備多節(jié)點(diǎn)能力，能夠簡化分布式溫度檢測應(yīng)用中的設(shè)計(jì)；</p><p>　　（3）不需要外部元件；</p><p>　?。?）可以直接從數(shù)據(jù)線供電，電源電壓范圍在 3～5.5V；</p><p>　?。?）在待機(jī)狀態(tài)下可以不消耗電源電量；</p><p>　?。?）測量溫度范圍在-55～+125℃；</p><p>

69、　　（7）在-10～+85℃時(shí)測量精度在±0.5℃；</p><p>　?。?）可以用程序設(shè)定 9～12 位分辨率；</p><p>　?。?）用戶可根據(jù)需要定義溫度的上下限報(bào)警設(shè)置。</p><p>　　DS18B203 腳封裝的管腳排列圖如圖 3.1 所示。</p><p>　　圖3.1 DS18B20管腳排列圖</p&

70、gt;<p>　　DS18B20 只有三個(gè)引腳。其中，引腳 1 和 3 分別是 GND 和 VDD，引腳 2 是 DQ 端，是用于數(shù)據(jù)信息的輸入和輸出。當(dāng)給 DS18B20 加電后，單片機(jī)可以通過 DQ 端寫入命令，并可以讀出含有溫度信息的數(shù)字量。在使用寄生電源情況下，可以向 DS18B20 提供電源。</p><p>　　DS18B20的內(nèi)部框圖如圖3.2所示。</p><p&

71、gt;　　圖3.2 DS18B20的內(nèi)部框圖</p><p>　　上電后，DS18B20進(jìn)入空閑狀態(tài)；當(dāng)MCU向DS18B20發(fā)出Convert T [44h]的命令后，DS18B20 向MCU傳送轉(zhuǎn)換狀態(tài)，開始溫度測量和A/D轉(zhuǎn)換。溫度數(shù)據(jù)以帶符號(hào)位的補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在溫度寄存器中，溫度寄存器格式如圖3.3所示。</p><p>　　圖3.3 DS18B20溫度寄存器格式</p&g

72、t;<p>　　溫度的正負(fù)值是由符號(hào)為來說明的，正為0，負(fù)為1。表3.1給出一部分?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)與溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。</p><p>　　表3.1 DS18B20溫度與數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)系</p><p>　　3.2.2 DS18B20 的測溫原理</p><p>　　DS18B20的溫度測量原理框圖如圖3.5所示。主要由斜坡累加器低溫、高溫系數(shù)振蕩器、計(jì)數(shù)器和溫度

73、寄存器組成的。斜坡累加器主要是用來補(bǔ)償測量溫度過程中產(chǎn)生的非線性的，從而可達(dá)到較高的分辨率，并決定計(jì)數(shù)器1的重置。低溫系數(shù)振蕩器主要是用于產(chǎn)生脈沖信號(hào)，它受溫度影響不大。高溫系數(shù)振蕩器主要是作為計(jì)數(shù)器2的輸入，用于決定門周期，受溫度影響較大。</p><p>　　DS18B20的測溫過程如下：</p><p>　　（1） 預(yù)置計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器。預(yù)置值為-55℃所對(duì)應(yīng)的某一基數(shù)。<

74、/p><p>　　（2） 當(dāng)?shù)蜏叵禂?shù)振蕩器產(chǎn)生一個(gè)脈沖時(shí)，計(jì)數(shù)器1就減1。</p><p>　?。?） 當(dāng)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存器加1，同時(shí)將計(jì)數(shù)器1重置。</p><p>　?。?） 在計(jì)數(shù)器2減到0（即門周期結(jié)束）之前，重復(fù)對(duì)低溫系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)器2減至0（即門周期結(jié)束）時(shí)，溫度寄存器停止累加。此時(shí)溫度寄存器中的值就是所測溫度。<

75、;/p><p>　　圖3.4 DS18B20溫度測量原理框圖</p><p>　　3.3 MSP430F449 與 DS18B20 的連接</p><p>　　DS18B20只有一個(gè)數(shù)據(jù)輸入輸出端，根據(jù)DS18B20的單總線特性，可以將多個(gè)DS18B20掛在同一條總線，理論上可以是多個(gè)，但在實(shí)際應(yīng)用上，要考慮到總線的驅(qū)動(dòng)能力，在設(shè)計(jì)時(shí)一條總線上DS18B20的數(shù)目不已

76、超過8個(gè)。</p><p>　　MSP430F449與DS18B20的連接如圖3.5所示。</p><p>　　圖3.5 MSP430F449與DS18B20的連接圖</p><p>　　3.4 鍵盤及報(bào)警模塊</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)需要，本文只需設(shè)置四個(gè)按鍵即可。選用獨(dú)立按鍵式鍵盤 MSP430F449 的 I/O口資源豐富，按鍵可

77、以直接與單片機(jī) MSP430F449 的 P1 口相連，再通過上拉電阻與電源相連接，不需要其他硬件。工作時(shí)只有當(dāng)有鍵按下時(shí)，I/O 的中斷標(biāo)志位才置高，向 CPU 發(fā)出中斷請(qǐng)求，對(duì)按鍵進(jìn)行相應(yīng)處理。</p><p>　　報(bào)警電路采用蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，可直接通過與 MSP430F449 的 P1 口連接，通過控制 P口的輸出電平的高低，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警音，能夠?qū)崿F(xiàn)報(bào)警功能。</p><p>

78、　　3.5 單片射頻收發(fā)芯片 nRF905</p><p>　　3.5.1 nRF905的介紹</p><p>　　nRF905是挪威公司生產(chǎn)的一款無線射頻收發(fā)芯片，工作于433/868/915MHz的ISM頻段，多通道工作且通道切換時(shí)間小于650μs?？捎善瑑?nèi)硬件自動(dòng)完成曼徹斯特編解碼，使用SPI接口與MCU進(jìn)行信息交流，需要外圍設(shè)備少，使電路構(gòu)造簡單、方便。實(shí)際帶來的功率消耗比較小，當(dāng)

79、以-10dbm的輸出功率發(fā)射時(shí)電流只有11mA，處于接受模式的工作狀態(tài)時(shí)，電流也只有12.5mA。進(jìn)入Powerdown模式很容易實(shí)現(xiàn)節(jié)電。在無線數(shù)據(jù)通訊、報(bào)警及安全系統(tǒng)、遙控勘測等方面有廣泛的應(yīng)用。nRF905各性能參數(shù)數(shù)據(jù)如表3.2所示。</p><p>　　表3.2 NRF905個(gè)參數(shù)數(shù)據(jù)</p><p>　　nRF905 內(nèi)部由完全集成的頻率調(diào)制器，帶解調(diào)器的接收器，功率放大器，

80、晶體振蕩器和調(diào)節(jié)器組成，不需要單獨(dú)的外部 SAW 濾波器。nRF905 可自動(dòng)產(chǎn)生前導(dǎo)碼和循環(huán)冗余碼CRC，采用 GFSK（高斯頻移鍵控）調(diào)制方式進(jìn)行調(diào)制，與 FSK（移頻鍵控）相比較能夠在更寬的帶寬上傳輸，調(diào)制速度可達(dá)到 100kbps，抗干擾能力強(qiáng)。nRF905 采用內(nèi)部曼徹斯特編解碼，不需要 MCU 再制定編解碼規(guī)則。內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 3.6所示。</p><p>　　圖3.6 NRF905內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖&

81、lt;/p><p>　　3.5.2 nRF905 的工作模式</p><p>　　nRF905 分別有兩種活動(dòng)模式（ShockBurst RX/TX）和兩種節(jié)電模式（掉電模式和Standby 模式）。工作模式的選擇是通過 MSP430F449 控制 TRX_CE、TX_EN 和 PWR_UP 的高低電平來決定的。</p><p>　　即當(dāng)將 PWR_UP 置低時(shí)，不管

82、TRX_CE、TX_EN 是什么狀態(tài)，nRF905 都工作在掉電模式，即 nRF905 不工作，此時(shí)電流消耗最??；</p><p>　　當(dāng) PER_UP 置高，TRX_CE 為低時(shí)，不管 TX_EN 為什么狀態(tài)，nRF905 工作在 Standby 模式。此時(shí)一部分的晶體振蕩器是活動(dòng)的，從而保證能夠在最短時(shí)間內(nèi)從 Standby 模式轉(zhuǎn)換到活動(dòng)模式。</p><p>　　當(dāng) PER_UP

83、置高，TRX_CE 為高時(shí)，nRF905 工作在活動(dòng)模式。TX_EN 為高則 nRF905 工作在 ShockBurst 發(fā)送模式，為低時(shí)工作在接收模式。</p><p>　　在兩種節(jié)電模式下 MCU 可以對(duì) SPI 口進(jìn)行編程。</p><p>　　3.5.3 nRF905 的接口電路</p><p>　　nRF905是利用SPI口實(shí)現(xiàn)與MSP430F449的雙向

84、通信的，有四個(gè)SPI接口引腳：MISO（主SPI輸入、從SPI輸出）、MOSI（主SPI輸出、從SPI輸入）、CSN（SPI使能）、SCK（SPI串行時(shí)鐘）與MSP430F449的SPI接口連接。nRF905的輸入輸出信號(hào)與MSP430F449的其他幾個(gè)I/O相連接。nRF905與單片機(jī)MSP430F449連接如圖3.7所示。</p><p>　　圖3.7 NRF905與單片機(jī)MSP430F449連接圖<

85、/p><p>　　nRF905與PC機(jī)串口通信連接如圖3.8所示。</p><p>　　圖3.8 NRF905與PC機(jī)串口連接圖</p><p><b>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　無線通信模塊是溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與上位機(jī)聯(lián)系的紐帶，本文無線通信模塊主要是由挪威公司生產(chǎn)的單片射頻收發(fā)芯片 nRF905

86、及一些外圍元件構(gòu)成的。下面將對(duì)單片射頻收發(fā)芯片 nRF905 作詳細(xì)的介紹。</p><p>　　4.1 采集功能軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1.1 系統(tǒng)資源配置</p><p>　　MSP430F449 內(nèi)部有豐富的存儲(chǔ)資源和 I/O 接口。有 60KB FLASH ROM、2048 個(gè) SRAM和 80 個(gè) I/O，無需對(duì) RAM 分配，I/O 口使用情況

87、如下：P1 口主要用于與 DS18B20 的 DQ 口連接。P5 口和 P2 口是與 S 端口復(fù)用接口，用來作為溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中顯示模塊段式液晶驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　4.1.2 系統(tǒng)軟件分析及模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主流程圖如圖 4.1所示。</p><p>　　4.1 溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主流程圖</p><p>

88、　　首先對(duì)系統(tǒng)各部分進(jìn)行初始化操作，初始化堆棧、DS18B20、看門狗，無線模塊等；而后檢測鍵盤是否有鍵入；當(dāng)采集處理完后調(diào)用顯示子程序，在 LCD 上顯示出當(dāng)前的溫度；接著調(diào)用無線模塊子程序?qū)囟葦?shù)據(jù)通過無線方式傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，同時(shí)通過無線子程序接收上位機(jī)發(fā)出的信息；當(dāng)所測溫度值超出所設(shè)定的上下限溫度報(bào)警值時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警。</p><p>　　系統(tǒng)程序主要包括主程序、溫度數(shù)據(jù)處理子程序、顯示子程序、鍵盤子程序、報(bào)警

89、子程序和無線子程序。在溫度處理子程序中 CPU 對(duì) DS18B20 的訪問流程為：先對(duì) DS18B20 進(jìn)行初始化操作，在進(jìn)行 ROM 命令，最后才能對(duì)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)操作。DS18B20 每一步都要嚴(yán)格遵守工作時(shí)序和通信協(xié)議。</p><p>　　4.2 nRF905 的 SPI 接口</p><p>　　SPI 是一種串行同步通信協(xié)議。對(duì)無線芯片的操作都是針對(duì)芯片的寄存器操作來進(jìn)行的，而對(duì)寄

90、存器的操作都是通過 SPI 口來完成的。nRF905 的所有配置都是通過 SPI 接口進(jìn)行的，SPI 接口只有在兩種節(jié)電模式下才是激活的，才能對(duì)其進(jìn)行編程。SPI 接口是由狀態(tài)寄存器（Status-Register）、RF 配置寄存器（RF-Configuration Register）、發(fā)送地址（TX-Address）、發(fā)送有效數(shù)據(jù)（TX-Payload）和接收有效數(shù)據(jù)（RX-Payload）五個(gè)寄存器組成。</p>&

91、lt;p>　　圖4.2 SPI接口與內(nèi)部寄存器</p><p>　　nRF905 是利用 SPI 口實(shí)現(xiàn)與 MSP430F449 的雙向通信的，有四個(gè) SPI 接口引腳[3]：MISO（主 SPI 輸入、從 SPI 輸出）、MOSI（主 SPI 輸出、從 SPI 輸入）、CSN（SPI 使能）、SCK（SPI 串行時(shí)鐘）。SPI 口能進(jìn)行的操作有：通過 SPI 口對(duì)射頻配置，收、發(fā)地址和數(shù)據(jù)的讀寫等。SP

92、I 時(shí)序圖如圖 4.3（a）、（b）所示。</p><p>　　圖4.3（a） SPI讀時(shí)圖</p><p>　　圖4.3（b） SPI寫時(shí)圖</p><p>　　在 MSP430F449 與 nRF905 進(jìn)行通信時(shí)，要先將 nRF905 的工作模式設(shè)置在節(jié)電模式，這樣才能保證 MSP430F449 與 nRF905 的正常通信。</p><

93、;p>　　4.3 nRF905 的配置及收發(fā)流程</p><p>　　nRF905 的所有配置都通過SPI接口進(jìn)行，只有在掉電模式和Standby模式是激活的。基站中心模塊與各現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)模塊的通信是采用輪詢的方式。當(dāng)上位機(jī)需對(duì)某一通道截止頻率和放大增益進(jìn)行調(diào)整時(shí)，通過各現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)模塊不同的地址信息進(jìn)行區(qū)分。</p><p>　　無線傳輸模塊的基本發(fā)送流程如下：</p>&l

94、t;p>　?。?）MCU將PWR_UP置高，使nRF905進(jìn)入Standby模式。</p><p>　?。?）當(dāng)MCU有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，將TRX_CE和TX_EN置高來激活ShockBurst TX模式。</p><p>　　（3）通過SPI口，將發(fā)送地址和要發(fā)送的數(shù)據(jù)分別寫入發(fā)送地址寄存器TX_Address和發(fā)送有效數(shù)據(jù)寄存器TX-Payload。</p><p

95、>　?。?）nRF905根據(jù)寄存器設(shè)置自動(dòng)在數(shù)據(jù)包中加入前導(dǎo)碼和CRC循環(huán)冗余校驗(yàn)碼，采用曼徹斯特編碼，以GFSK方式發(fā)送出去。發(fā)送完成后，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒（DR）信號(hào)置高通知MCU數(shù)據(jù)傳輸完成。</p><p>　?。?）AUTO_RETRAN被設(shè)置為高，nRF905將連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)包，直到TRX_CE被置低。</p><p>　?。?）當(dāng)TRX_CE被置低時(shí)，nRF905結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸并

96、自動(dòng)進(jìn)入Standby模式。</p><p>　　發(fā)送流程圖如圖4.4所示。</p><p>　　圖4.4 NRF905發(fā)送數(shù)據(jù)流程圖</p><p><b>　　接收流程如下：</b></p><p>　?。?）通過設(shè)置TRX_CE為高，TX_EN為低使nRF905進(jìn)入ShockBrust RX模式。</p&g

97、t;<p>　　（2）650μs后，nRF905進(jìn)行監(jiān)測頻道使用情況：</p><p>　?。?）當(dāng)監(jiān)測到有和接受頻率相同的載波時(shí)，載波檢測（CD）被置高。此特性對(duì)避免工作在相同頻率的數(shù)據(jù)碰撞十分有效，可在準(zhǔn)備發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí)先進(jìn)入接收模式判斷CD信號(hào)，從而有效避免數(shù)據(jù)沖突。</p><p>　?。?）當(dāng)接收到與自己地址相匹配的有效地址時(shí)，地址匹配（AM）被置高。即該數(shù)據(jù)是發(fā)給自己

98、的。</p><p>　?。?）當(dāng)接收到有效的數(shù)據(jù)包后，對(duì)CRC進(jìn)行校驗(yàn)，如果正確則去掉前導(dǎo)碼、地址和CRC段，將數(shù)據(jù)保存在接收有效數(shù)據(jù)寄存器RX-Payload中。DR被置高，MCU可以以合適速率通過SPI口讀取數(shù)據(jù)。</p><p>　?。?）MCU將TRX_CE置低，nRF905進(jìn)入Standby模式。當(dāng)所有有效數(shù)據(jù)被讀出后，nRF905</p><p>　　

99、將AM和DR置低，為下次接收做準(zhǔn)備。</p><p>　　接收流程圖如圖4.5所示。</p><p>　　圖4.5 NRF905接受數(shù)據(jù)流程圖</p><p><b>　　4.4 通信協(xié)議</b></p><p>　　本系統(tǒng)無線通信部分主要連接現(xiàn)場溫度數(shù)據(jù)采集端與上位機(jī)相互間收發(fā)數(shù)據(jù)，通過異步串口來完成。故本文采用一個(gè)

100、簡化的點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信協(xié)議。</p><p>　　當(dāng)無線數(shù)據(jù)傳輸模塊收到PC機(jī)的串行口數(shù)據(jù)后，首先判斷收到的是控制命令，接收數(shù)據(jù)還是發(fā)送數(shù)據(jù)。若是控制命令則執(zhí)行相應(yīng)操作；若是發(fā)送數(shù)據(jù)則先將要發(fā)送的數(shù)據(jù)送到緩沖區(qū)中，同時(shí)將模塊的狀態(tài)轉(zhuǎn)換成發(fā)射狀態(tài)；若是接收數(shù)據(jù)，則將無線傳輸模塊的狀態(tài)轉(zhuǎn)換成接收狀態(tài)。</p><p>　　數(shù)據(jù)包要遵從事先定義好的傳輸協(xié)議，從而能夠識(shí)別噪聲和有效數(shù)據(jù)，避免其他信號(hào)

101、干擾。其中數(shù)據(jù)包包括數(shù)據(jù)傳送的目的地址、數(shù)據(jù)源地址、數(shù)據(jù)長度和要發(fā)送的數(shù)據(jù)。nRF905自動(dòng)為數(shù)據(jù)包加上字頭和CRC校驗(yàn)。接收時(shí)進(jìn)行CRC校驗(yàn)比較，若正確則發(fā)送接收確認(rèn)。若不同即傳送中出現(xiàn)錯(cuò)誤，要求重新發(fā)送數(shù)據(jù)。</p><p>　　主站點(diǎn)向多點(diǎn)或單點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳送；上行則是接收下行命令的目標(biāo)為響應(yīng)下行命令而做出的應(yīng)答，同步命令不需應(yīng)答。</p><p>　　下行命令的數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一如表 4.1

102、 所示：</p><p>　　表4.1 數(shù)據(jù)包下行傳輸協(xié)議格式</p><p>　　開始的 SYNC SYNC SYX 3 個(gè)字符是信息的同步頭，意味著信息幀的開始；地址 1，地址 2，地址 3 都為 2 字節(jié)，低字節(jié)在前高字節(jié)在后，范圍為 0000～FFFF，其中 0000～FFEF為廣播型地址。FFF0～FFFF 為主機(jī)專用地址；長度為 2 字節(jié)，低字節(jié)在前高字節(jié)在后，指明后面跟隨的

103、信息長度（字節(jié)數(shù)）；信息為本次傳送幀的信息部分，字節(jié)數(shù)為前面長度部分定義；結(jié)束即 ETX 為本幀的結(jié)束字符；校驗(yàn)為 2 字節(jié)，CRC 作為幀校驗(yàn)字，低字節(jié)在前高字節(jié)在后，CRC 具體計(jì)算方法為：從 STX（不含 STX）到 ETX（包括 ETX）所有字節(jié)的無符號(hào)算術(shù)和，字溢出部分舍棄。</p><p>　　信息包總長度=信息長度（LEN）+14bytes。</p><p>　　上行命令的數(shù)

104、據(jù)格式統(tǒng)一為如表 4.2所示：</p><p>　　表4.2 數(shù)據(jù)包上行傳輸協(xié)議格式</p><p>　　在此上下行傳輸協(xié)議中地址 1，地址 2，地址 3 三個(gè)地址是為適應(yīng)無線傳輸方式時(shí)，當(dāng)主站與某一個(gè)下行模塊之間由于距離等因素不能直接通信，而采用中間模塊作為一級(jí)轉(zhuǎn)發(fā)的方式傳輸?shù)?。每個(gè)模塊兼具有數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)發(fā)的功能，本協(xié)議適應(yīng)的條件是主站與任何模塊之間至少存在直接通路或者通過至少一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)

105、通路，中間只允許一級(jí)。在系統(tǒng)通信過程中，需要用到轉(zhuǎn)發(fā)地址時(shí)，應(yīng)遵循的轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制為：當(dāng)出現(xiàn)地址序列：地址 1（ADR1）、 地址 2（ADR2）、地址 3（ ADR3）。其中下行時(shí) ADR1 為目標(biāo)地址，ADR2為轉(zhuǎn)發(fā)地址或主站地址，ADR3 為主站地址；上行時(shí) ADR1 為目標(biāo)地址，ADR2 為發(fā)送站地址。目的地址也可稱為接收站地址，主站地址稱為發(fā)送站地址。</p><p>　　目的地址符合模塊地址時(shí)，根據(jù)上行還是