毕业设计（论文）基于无线收发芯片nRF905的温度测量系统设计及实现（上位机部分）

1、基于无线收发芯片nrf905的温度测量系统设计及实现（上位机部分）摘 要在工业生产过程中，需要严格要求现场环境的标准性和可行性，对电压、电流、温度、湿度、气压等各种环境参数需要实时的测量以及控制。温度是一个非常重要的物理量，温度控制失误就可能引起生产安全、产品质量、产品产量等一系列问题，因此对温度的检测的意义很重要。但是在很多场合有线传输排线复杂，无线传输是一种将有效数据传输至远方的一种有效方法，所以使用无线传输的测温系统可以对生产环境的温度进行无线采集并且能够使操作员可以远距离实时了解被测现场的温度变化情况。本文主要介绍了基于温度传感器ds18b20和无线收发模块nrf905的无线温度采集设

2、计和实现方法，本系统是通过单片机控制来实现对周围环境的温度进行测量和无线传输。它是以stc89c52rc单片机为控制单元，以温度传感器ds18b20为温度采集器件，以无线收发模块nrf905完成数据的无线传输，用数码管进行显示，实现温度的测量、无线传输、显示，就是一套通过无线方式实现温度的远程采集的完整系统。本文详细论证了实现温度数据采集与无线传输方案的设计的总体架构，阐述了系统的硬件电路结构和完成各项功能相关的软件设计。关键词：stc89c52rc，nrf905，温度采集，无线传输design and realization of temperature measurement system

3、 based on wireless transmission chip nrf905 (host part)abstractin the industrial production process, it needs strict requirements of standard and feasibility for the voltage, current, temperature, humidity, air pressure, etc. various kinds of environmental parameters require real-time measurement an

4、d control.temperature is a very important physic, temperature control error could cause a production safety, product quality, product yield and so on a series of problems, so the significance of temperature testing is very important.on many occasions cable transmission lines and wire transmission li

5、nes are complex to transfer a valid data to the distance, so using wireless transmission in temperature measuring system can let temperature be collected and sent based on wireless chip and the distant operator can measure the real-time temperature changes.this article mainly introduce the temperatu

6、re measuring design and realization method based on temperature sensor ds18b20 and wireless transmission chip nrf905, the system is designed through the temperature measuring and wireless transmission controlled by t he single-chip microcomputer.it is a wireless temperature measuring system using st

7、c89c52rc microcomputer as the control unit, the temperature sensor ds18b20 for temperature measuring devices ,wireless transmission chip nrf905 for the valid data wireless transmission and a digital tube for the display, realize temperature measurement, wireless transmission and display.this paper d

8、emonstrates temperature measuring and wireless transmission design, expounds the general framework of the system hardware circuit structure and software design.key words: nrf905,data acquisition,wireless temperature measurement目 录摘要iabstractii1 引言11.1 课题的背景和意义11.2 无线测量的发展现状及发展趋势11.3 本文研究的研究内容以及实现方法3

9、1.3.1 研究内容31.3.2 实现方法31.4 本论文结构42 无线通信的开发介绍52.1 无线通信技术的选择52.2 无线通信技术的发展与现状52.3 器件的选择及介绍82.3.1 无线收发芯片的选择82.3.2 主要器件的介绍102.4 本章小结193 系统总体设计213.1 系统方案论证213.2 系统电源方案设计213.3 无线测温系统的功能描述233.3.1 单片机stc89c52rc主控单元233.3.2 无线传输接收端233.4 系统硬件设计233.4.1 单片机硬件电路设计233.4.2 无线收发模块243.4.3 电源转换模块243.4.4 掉电告警模块253.4.5 数

10、码管显示模块263.4.6 蜂鸣器报警模块263.4.7 系统总体电路图273.5 本章小结274 系统软件设计294.1 系统软件总体架构设计294.1.1 底层驱动层294.1.2 界面层294.1.3 应用层294.2 无线接收端系统程序设计304.3 led驱动子程序的设计314.3 单片机应用子程序的设计334.4 stc89c52rc单片机的主程序的设计334.5 本章小结345 总结与展望355.1 课题总结355.2 展望35致谢36参考文献37附录38附录39附录401 引言1.1 课题的背景和意义在工业生产过程中，需要严格要求现场环境的标准性和可行性，对电压、电流、温度、湿

11、度、气压等各种环境参数需要实时的测量以及控制。温度是一个非常重要的物理量，因为它直接影响燃烧、化学反应、发酵、烘烤、煅烧、蒸馏、浓度、挤压成形、结晶以及空气流动等物理和化学过程，温度控制失误就可能引起生产安全、产品质量、产品产量等一系列问题，因此对温度的检测的意义很重要。同时在一些农业大棚中，大棚中的温度对植物的生长有些很大的影响，对大棚温度的采集和传输存在的一定的重要性。但是在很多场合使用都是有线传输方式，但是有线传输排线复杂而且在线路损坏时修复难。随着射频、集成电路技术的发展，无线通信功能的实现更容易，数据传输速率更快，抗干扰能力更强。无线数据传输与有线数据传输相比，有诸多优点：一是成本低

12、，省去大量布线；二是建网快捷，只需在每个终端连接无线数据传输模块和架设适当高度天线；三是适应性好，可应用于某些特殊环境；四是扩展性好，只需将设备与无线数据传输模块相连接，在进行后期设备添加时不需太多的线路布置和软件配置。无线传输是一种将有效数据传输至远方的一种有效方法，所以使用无线传输的测温系统可以对生产环境的温度进行无线采集并且能够使操作员可以远距离实时了解被测现场的温度变化情况。1.2 无线测量的发展现状及发展趋势数据采集技术是信息科学的重要组成部分，已广泛应用于工业等各个领域。在数据传输方式上，目前数据采集系统基本上是使用有线方式进行数据的采集及传输，有线方式的数据传输速度快，可靠性高且

13、运行稳定，能满足大多数情况的需要；由于有线方式其应用受现场环境和应用对象的限制，无线传输方式成为现今数据采集的主要研究方向。无线单片技术利用射频方式进行非接触双向通信自动识别对象并获取相关数据，具有精度高环境适应能力强传输范围广信息量大等优点。近年来，无线单片技术已被广泛应用于工业自动化商业自动化等众多领域。随着无线射频技术、微电子技术及集成电路技术的进步，无线通信的实现成本越来越低，传输速度越来越快，可靠性越来越高。短距离无线通信技术是近年来的研究热点，短距离无线技术可以解决某些无法或不便布线的环境下的数据采集问题，以及解决有线网络带来的布线麻烦、不易维护等缺点，短距离无线技术可轻松实现多路

14、数据采集。随着计算机技术的发展和集成电路技术在信号处理中的广泛应用，现代的测量系统在数字信号处理方面的能力也大大加强了，形成了数字化测量技术。数字化测量就是借助于各种类型的传感器检测外部世界的各种信号，并转换成电信号，然后进行信号调理和a/d转换，使之转换成为能够在数字系统中进一步处理的数字信号。具体来说，就是将温度、湿度、气体密度等物理信号转化为数字量。目前，传感器正不断朝着多功能性和智能性方向发展。无线测量技术就是将集成测量技术与无线射频技术结合，测量温度、湿度等环境参数并利用无线技术进行数据传输。目前，已经将传感器技术和新兴的无线通信技术相结合，力图通过数据传输的无线化来达到智能家居中布

15、线不便时对室内生活环境指标数据的采集。随着计算机技术、通信技术、网络技术、控制技术和信息技术的迅猛发展与提高，人们对所居住的环境提出了更高的要求，在这种形势下发展出了“智能家居”这一概念。目前，智能家居通常被定义为利用通信、网络和综合布线技术，通过家庭信息管理平台将与家居生活有关的各种子系统有机地结合的一个系统。智能家居首先要实现对所有家电设备和家居环境的监视，满足家居网络与外界进行通信的要求，实现家庭的远程监控和信息的交换。智能家居的最终目的就是满足人们对安全、舒适和方便的现代生活理念的追求。智能家居中，对当前环境状况的监测分析是首要的，无线数据采集系统即是针对智能家居中对室内生活环境指标如

16、温度和湿度等进行采集分析的解决方案。近年来，智能控制技术已取得了突飞猛进的发展，并日益显示出其重要价值。智能控制已成为多种学科的综合与集成，吸引了全球不同领域、不同学科的众多专家学者，进行着广泛的研究工作，并不断探索新的方法、新的理论和新的有效的实际应用。人们正在努力使用智能控制技术进入工程化和实用化的阶段，智能控制已渐渐渗透到人们生产、生活的各个领域，成为人们生活的重要组成部分。随着科学技术的发展和社会的进步，电子技术、计算机技术等的革新，无线测量技术必定会广泛应用于各领域，智能控制必将迎来发展的新时期，智能控制的未来一定会更加美好。关于温度智能控制，现在已经有了许多新的器件和方法，并且有些

17、已经运用到实际生活和生产当中，比如美国达拉斯公司生产的ds18b20温度巡检器，采用单线总线结构，通过一根i/o线与主控cpu进行数据和命令的传送。再如基于反射强度调制的光纤温度巡检系统，光纤传输距离可达1km以上，检测精度也可显著提高。而更为先进的是，某些粮仓已经在尝试将有线控制变位无线控制，利用无线传感器来实现粮情检测和智能控制。这些新器件新方法的应用，给温度智能控制带来了新的气息。1.3 本文研究的研究内容以及实现方法1.3.1 研究内容本课题主要是进行基于无线传输模块的温度数据接受系统的设计，本系统由无线传输模块、单片机控制单元、数码管显示模块、蜂鸣器报警模块和上位机远程监测五部分组成

18、。本课题将新兴的无线通信技术和远程监控技术相结合，力图通过数据传输的无线化来达到智能家居、工业控制等领域中布线不便时对室内生活环境、工业测控现场温度等指标数据的采集。本课题提出了一种有效的数据采集分析方案，设计并实现了一种基于基于无线射频收发模块nrf905跟stc89c52rc单片机为核心，以低功耗和模块化为设计原则的温度数据采集无线传输系统。设计出具有体积小，功耗低，数据传输稳定可靠及成本低的无线测温系统。(1)针对实际应用需求设计系统总体方案，完成了温度数据无线数据传输的结构设计。(2)以低功耗和模块化为选择元器件的原则，选取了合适的单片机、无线收发模块。(3)设计无线收发方案，并通过软

19、件控制nrf905无线传输模块工作模式等方式实现系统的低功耗设计。(4)完成无线数据发收模块调试及相关配置。主要包括无线射频模块的接口设计以及单片机与pc通信的接口设计。本课题旨在通过软、硬件的有机结合，以硬件为基础，进行各功能模块的编写。对系统硬件的工作原理进行了分析描述，并进行系统硬件设计。具体实现数码管动态显示、stc89c52rc及nrf905等器件外接电路接口的软、硬件调试。1.3.2 实现方法本系统是通过单片机控制无线传输来实现对温度数据的接受,利用可视化编程技术实现远程监控，是stc89c52rc单片机为控制单元，以nrf905无线传输模块为温度数据接受单元，实现温度的接受、显示

20、、控制，同时用串口连接到pc机上实现温度的实时监控如可显示实时温度、历史温度，就是一套通过无线方式实现温度的接受显示系统。基于无线收发芯片nrf905的温度测量系统主要由六个模块构成，分别为无线收发模块、单片机控制模块、掉电告警模块、蜂鸣器报警模块、数码管显示模块以及pc机监测模块。1.4 本论文结构本论文共有七章，分别对无线测温系统进行详细的介绍。第一章 引言，介绍了本课题的背景与意义、本门研究的内容及实现方法和无线测量的发展。第二章 无线通信开发介绍，介绍了无线通信技术的相关信息，介绍了无线测温系统中的主要器件，详细介绍了本系统的所使用的无线收发芯片nrf905。第三章 系统总体设计，介绍

21、无线温度测量系统的总体方案的详细设计，给出总体结构框图。对无线测温系统功能进行描述，包括单片机stc89c52rc、无线传输接收模块、基于可视化编程软件平台的上位机的具体功能等描述。同时给出了系统的各模块硬件设计电路。第四章 系统软件设计，介绍了本系统的软件实现设计，介绍了无线测温系统的整体软件框图，介绍了底层驱动层、界面层、应用层的具体功能，详细介绍了数据采集和无线收发流程及程序。第五章 结论与展望。2 无线通信的开发介绍2.1 无线通信技术的选择无线通信包括长距离无线通信和短距离无线通信。长距离无线通信一般要借助基站达到长距离通信的目的，被称为长距离移动通信，比如手机通信。这种长距离移动通

22、信一般成本都比较高。短距离无线通信技术是指可在最远百米范围传输数据的解决方案。由于无线频率资源的日渐珍贵，为短距离无线通信技术的普及提供了广阔的市场背景。随着电子技术的不断进步，短距离无线通信技术在近几年蓬勃发展起来，世界上主要的芯片厂商都推出了无线收发芯片。短距离无线通信系统的大部分功能都集成到一块芯片内部，一般使用单片数字信号射频收发芯片，加上微控制器和少量外围器件构成专用或通用无线通信模块。所有高频元件包括电感、振荡器等己经全部集成在芯片内部，一致性良好，性能稳定且不受外界干扰。射频芯片一般采用fsf调制方式，工作于ism频段，通信模块一般包含简单透明的数据传输协议或使用简单的加密防议，

23、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，用户不用对无线通信原理和工作机制有较深的了解，只要依据命令字进行操作即可实现基本的数据传输。新一代短距离无线数据通信系统具有体积小、功耗低、稳定性好、抗干扰能力强等优点，而且开发简单快速，可以方便地嵌入到各种设备中，实现设备间的无线连接，因此，较适合搭建小型网络，在工业、民用领域得到较为广泛的应用。对于一个系统来说，无线通信技术的选择主要考虑以下几点： (1)可以完整全面的完成系统的功能要求(2)对于一个无线测温系统来说，并要求系统的可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强，低功耗也是一项重要的指标。(3)开发简单收发芯片所需的外围元件数量芯片外围

24、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，数据传输控制信号管脚设置合理的收发芯片。通信协议的复杂程度也完全影响了整个系统的开发的复杂性。(4)成本低。下面介绍了比较常用的几种短距离无线通信技术，并得出本系统所使用的短距离解决方案。2.2 无线通信技术的发展与现状随着移动通信需求和远程数据采集量的增加，加之有线传输的费用日益增长，人们正逐渐认识到在许多检测领域采用无线传输的必要性及简易实用型。在过去的几年中，无线通讯领域取得了很大的进展，这其中包括数字电路和射频电路制作工艺的进步、低功耗电路、高能电池以及微电子技术的采用。短距离无线通信方案目前有蓝牙技术(bluetoo

25、th)、红外通信技术irda(infrared data association)、ieee802.llb (wi-fi)、zigbee、nfc技术和无线单片技术。1.蓝牙技术(bluetooth)蓝牙技术作为一种近距离无线连接的全球性开放规范，己经得到了全球众多大企业的支持。蓝牙技术同时支持语音和数据传输，使用跳频扩频技术，本身包括纠错机制，可靠性高，蓝牙规范的核心部分协议允许多个设备进行相互定位、连接和交换数据，并能实现互操作和交互式应用。但是蓝牙设备价格昂贵，通信协议复杂，通讯距离近，蓝牙rf定义了三种功率等级(100mw、25mw和lmw)，当蓝牙设备功率为lmw时，其发射范围一般为1

26、0m。在蓝牙技术的使用过程中，人们发现蓝牙技术尽管有许多优点，但仍存在许多缺陷。对工业，家庭自动化控制和遥测遥控领域而言，蓝牙技术显得太复杂，功耗大，距离近，组网规模太小等，而工业自动化对无线通信的需求越来越强烈。正因此，经过人们长期努力，zigbee协议在2003年中通过后，于2004正式问世了。2.红外通信技术(irda)红外通信技术irda(infrared data association)采用人眼看不到的红外线传输信息，是使用最广泛的短距离无线通信技术。它利用红外线的通断表示计算机中的0-1逻辑，通常有效作用半径2米，传统速度可达4mbit/s。1995年lrda将通信速率扩展到的高

27、达16mbit/s，红外技术采用点到点的连接方式，发射、接收具有方向性，具有体积小、功耗低、连接方便、简单易用、数据传输干扰少、速度快、保密性强、成本低廉的特点。因此广泛应用于各种遥控器，笔记本电脑，pda，移动电话等移动设备。但红外技术只是一种视距传输技术，有效距离近，发射角度较小，一般不超过20度，两台相互通信的设备之间必须对准，而且传输数据时两台设备之间不能有阻挡物，只能限于两台设备通信，无法灵活构成网络，且无法用于边移动边使用的设备，另外，lrda设备中的核心部件led易磨损。3. ieee802.11b (wi-fi)ieee802.llb技术标准是无线局域网的国际标准，使用2.4g

28、hz的ism频段，采用直接序列扩频dsss技术进行调制解调增强了抗干扰能力，提高了传输速度。ieee802.llb无线网络的最大优点是兼容性，只要在原有网络上装上ap (accesspoint)，就可以提供无线网络服务，终端设备只要装上无线网卡，就可以访问所有网络资源，象使用有线局域网一样方便，却免除了布线的麻烦。802.llb具有有线等价保密机制wep(wired equivalent privacy)力确保数据安全。以其具有穿透能力，全方位传送，建网速度快，可用来组建大型无线网络，运营成本低，投资回报快等特点，正逐渐受到电信制造商和运营商的青睐，目前此种设备还比较昂贵，妨碍了其推广和应用。

29、更多新的wi-fi标准正在制定之中。速度更快的802.11g使用与802.llb相同的正交频分多路复用(ofdm)调制技术，同样工作在24ghz频段，速率达54mbit/s，比目前通用的802.llb快了5倍，并且完全向后兼容802.11b，802.11g将有可能被大多数无线网络产品制造商选择作为产品标准，而下一代的wi-fi标准802.lln可望达到100mbit/s。4. zigbee技术zigbee技术是随着工业自动化对于无线通信和数据传输的需求而产生的，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

30、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2004年就被列为当今世界发展最快，市场前景

31、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. nfc技术nfc(near field communication，近距离无线传输)是由philips、nokia和sony主推的一种类似于rfid(非接触式 射频识别)的短距离无线通信技术标准。和rfid不同，nfc采用了双向的识别和连接。在20cm距离内工作于13.56mhz频率范围。n

32、fc最初仅仅是遥控识别和网络技术的合并，但现在已发展成无线连接技术。它能快速自动地建立无线网络，为蜂窝设备、蓝牙设备、wi-fi设备提供一个“ 虚拟连接”，使电子设备可以在短距离范围进行通讯。nfc的短距离交互大大简化了整个认证识别过程，使电子设备间互相访问更直接、更安全和更清楚，不用再 听到各种电子杂音。nfc通过在单一设备上组合所有的身份识别应用和服务，帮助解决记忆多个密码的麻烦，同时也保证了数据的安全保护。有了nfc，多个设备如数码相机、pda、机顶盒、电脑、手机等之间的无线互连，彼此交换数据或服务都将有可能实现。此外nfc还可以将其它类型无线通讯(如wi-fi和蓝牙)“加速”，实现更快

33、和更远距离的数据传输。每个电子设备都有自己的专用应用菜单，而nfc可以 创建快速安全的连接，而无需在众多接口的菜单中进行选择。与知名的蓝牙等短距离无线通讯标准不同的是，nfc的作用距离进一步缩短且不像蓝牙那样需要有对 应的加密设备。6.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

34、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。2.3 器件的选择及介绍2.3.1 无线收发芯片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

35、：(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。(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

36、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0.350umcmos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315、868及915mhz，但cc1000很容易通过编程使其工作在3001000mhz范围内。它具有低电压(2.33.6v)，极低的功耗，可编程输出功率(-2010dbm)，灵敏度(一般-109dbm)，小尺寸(tssop-28封装)，集成了位同步器等特点。其fsk数传速率可达72.8k

37、bps，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)nrf903单片射频收发器芯片工作在

38、915mhz国际通用的ism频段;gmsk/gfsk调制和解调，抗干扰能力强;采用dds+pll频率合成技术，频率稳定性好;灵敏度高达-100dbm，最大发射功率达+10dbm;数据速率可达76.8kbits;170个频道，适合需要多信道工作的特殊场合;可方便地嵌入各种测量和控制系统中进行无线数据双向传输，在仪器仪表数据采集系统、无线数据通信系统、计算机遥测遥控系统等中应用。(4)th72011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 1.9

39、 5.5v，静态电流小，工作电流可在3.5ma10.7ma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0.18us cmos工艺，以nrf2401芯片结构为基础，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1.9 3.6v)和vdd电压监视，通常开关时

40、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2.4ghz频段、勿需申请通信许可证。(6)a7105芯片是amiccom(笙科)公司于2008年推出的一款24 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(010 dbm)，以避免

41、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。(7)nrf905单片无线收发器是挪威nordic公司推出的单片射频发射器芯片，工作电压为1.9-3.6v，32引脚qfn封装（5mm5mm），工作于433/868/

42、915mhz3个ism频道。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1.93.6v的工作电压，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。2.3.2 主要器件的介绍(1) 单片机stc89c52rcstc89c52rc是一个低

43、电压，高性能cmos 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的flash只读程序存储器和512 bytes的随机存取数据存储器（ram），兼容标准mcs-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和flash存储单元及2k字节eeprom存储空间。主要功能特性：1)兼容mcs51指令系统；2)8k可反复擦写flash rom；3)32个双向i/o口；4)512x8bit内部ram；5)3个16位可编程定时/计数器中断；6)时钟频率0-24mhz；7)2个串行中断，可编程uart串行通道；8)2个外部中断源，共8个中断源；9)2个读写中断口线，3级加密位；10) 低功耗空闲和掉电模式，软件设

44、置睡眠和唤醒功能；主要管脚有：xtal1（19脚）和xtal2（18脚）为振荡器输入输出端口，外接12mhz 晶振。rst/vpd（9脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。vcc（40脚）和vss（20脚）为供电端口，分别接+5v电源的正负端。p0p3为可编程通用i/o脚，其功能用途由软件定义。图2-1 stc89c52功能管脚图(2)电源转换模块7805电源转换模块7805为3端正稳压元件，to-220封装，能提供多种固定的输出电压，应用范围广，内含过流、过热和过载保护电路。带散热片时，输出电流可达1a。最大的输出电压可达36v，输出电压在3.0-4.0v以上。电路中1端口为780

45、5输入电源，3端为转换模块7805输出电压。在本系统中，单片机工作电压为5.0v，7805输出电压设定为5v输出。图2-2 7805功能管脚图(3)电源转换模块lm1117lm1117是一个低压差电压调节器系列。其压差在1.2v输出，负载电流为800ma时为1.2v。它与国家半导体的工业标准器件lm317有相同的管脚排列。lm1117有可调电压的版本，通过2个外部电阻可实现1.2513.8v输出电压范围。另外还有5个固定电压输出（1.8v、2.5v、2.85v、3.3v和5v）的型号。lm1117提供电流限制和热保护。电路包含1个齐纳调节的带隙参考电压以确保输出电压的精度在1%以内。lm111

46、7系列具有llp、to-263、sot-223、to-220和to-252 d-pak封装。输出端需要一个至少10uf的钽电容来改善瞬态响应和稳定性。在lm1117的功能管脚图中，1脚为电源转换元件lm1117的电压输入端，3脚为lm1117的电压输出端。由于无线发射模块的正常工作电压为3.0v左右，lm1117元件的输出电压为3.0v。图2-3 lm1117功能管脚图(4)掉电告警元件max706max706是一cmos监控电路，能够监控电源电压、电池故障和微处理器(mpu或mp)或微控制器(mcu或mc)的工作状态。将常用的多项功能集成到一片8脚封装的小芯片内，与采用分立元件或单一功能芯片

47、组合的电路相比，大大减小了系统电路的复杂性和元器件的数量，显著提高了系统可靠性和精确度。max706的引脚功能图如下：图2-4 max706功能管脚图max706元件中，1脚reset为复位信号输出，2脚wdo为看门狗输出信号，3脚mr为人工复位，4脚为电源vcc，5脚为电源地，6脚为电源掉落电源监测输入，7脚为电源掉落信号输出，8脚为看门狗输入。复位信号reset用于启动或者重新启动mpu/mcu，令其进入或者返回到预知的循环程序并顺序执行。max706片内带有一个辅助比较器，它具有独立的同相输入端(pfi)和输出端(pfo)，其反相输入端内部连接一个1.25v的参考电压源。为了建立一个电源

48、故障预警电路，可以在pfi脚上连接一个电阻分压支路，该支路连接的监视点通常在稳压电源集成电路之前。通过调节电阻值，合理地选择分压比，进行电源电压监测。(5)无线收发模块nrf905nrf905是挪威nordic公司推出的单射频发射器芯片，工作电压为1.9v-3.6v，32引脚封装（55），工作于433/868/915mhz3个频道。nrf905可以自动完成处理字头和crc（循环冗余校验）的工作，可由内部硬件自动完成曼彻斯特编/解，使用spi接口与微控制器通信，配置非常方便，其功耗非常低，以-10dbm的输出功率发射时电流只有11ma，在接收模式时电流为12.5ma。nrf905单无线收发器工作

49、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，一个晶体震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和crc，可以很容易通过spi接口进行编程配置。传输前听的载波检测协议，当正确的数据包被接收或发送时有数据准备就绪信号输出，侦测接收的数据包当地址正确输出地址匹配信号。(6)nrf905工作模式nrf905采用nordic公司的vlsi shockburst技术。shockburst技术使nrf905能够提供高速的数据传输，而不需要昂贵的高速mcu来进行数据处理/时钟覆盖。通过将与rf协议有关的高速信号处理放到芯内，nrf905提供给应用的微控制器一

50、个spi接口，速率由微控制器己设定的接口速度决定。nrf905通过shockburst工作模式在rf以最大速率进行连接时降低数字应用部分的速度来降低在应用中的平均电流消耗。在shockburst rx模式中，地址匹配am和数据准备就绪dr信号通知mcu一个有效的地址和数据包已经各接收完成。在shockburst tx模式中，nrf905动产生前导和crc校验，数据准备就绪dr信号通知mcu数据传输已经完成。总之，这意味着降低mcu的存储器需求也就是说降低mcu成本，又同时缩短软件开发时间。表2-1 nrf905的管脚说明表nrf905有两种工作模式（rx/tx）和两种节电模式,活动模式为sho

51、ckburst rx和 shockburst tx，节电模式为掉电和spi编程及standby和spi编程。表2-2 nrf905的工作模式设置表1)典型shockburst tx模式：a)当应用mcu有遥控数据节点时，接收节点的地址tx-address和有效数据tx-payload通过spi接口传送给nrf905应用协议或mcu设置接口速度；b) mcu设置trx_ce、tx_en为高来活nrf905 shockburst传输；c) nrf905 shockburst：无线系统动上电、数据包完成（加前导和crc校验）、数据包发送（100kbps，gfsk，曼切斯特编）d)如果auto_ret

52、ran被设置为高nrf905将连续地发送数据包直到trx_ce被设置为低；e)当trx_ce被设置为低时，nrf905结束数据传输并动进入standby模式。2)典型shockburst rx模式a)通过设置trx_ce高，tx_en低来选择shockburst模式；b) 650us以后，nrf905测空中的信息；c)当nrf905发现和接收频率相同的载波时，载波检测cd被置高；d)当nrf905接收到有效的地址时，地址匹配am被置高；e)当nrf905接收到有效的数据包（crc校验正确）时，nrf905去掉前导、地址和crc位，数据准备就绪（dr）被置高；f)mcu设置trx_ce低，进入s

53、tandby模式低电流模式；g)mcu可以以合适的速率通过spi接口读出有效数据；h)当所有的有效数据被读出后，nrf905将am和dr置低；i) nrf905将准备进入shockburst rx、shockburst tx或powerdown模式。3)掉电模式在掉电模式中，nrf905被止，电流消耗最小，典型值低于2.5ua。当进入这种模式时，nrf905是不活动的状态。这时候平均电流消耗最小，电池使用寿命最长。在掉电模式中，配置字的内容保持不变。4)standby模式standby模式在保持电流消耗最小的同时保证最短的shockburstrx、shockbursttx的启动时间。当进入这种

54、模式时，一部分晶体振荡器是活动的。电流消耗取决于晶体振荡器频率，如：当频率为4mhz时，idd=12ua；当频率为20mhz 时，idd=46ua。如果upclk（pin3）被使能，电流消耗将增加。并且取决于负载电容和频率。在此模式中，配置字的内容保持不变。5)器件配置nrf905的所有配置都通过spi接口进行。spi接口由5个寄存器组成，一条spi指令用来决定进行什么操作。spi接口只有在掉电模式和standby模式是激活的。a)状态寄存器（status-register）：寄存器包含数据就绪dr和地址匹配am状态。b)rf配置寄存器（rf-configuration register）：寄

55、存器包含收发器的频率、输出功率等配置信息。c)发送地址（tx-address）：寄存器包含目标器件地址，字节长度由配置寄存器设置。d)发送有效数据（tx-payload）：寄存器包含发送的有效shockburst数据包数据，字节长度由配置寄存器设置。e)接收有效数据（tx-payload）：寄存器包含接收到的有效shockburst数据包数据，字节长度由配置寄存器设置。在寄存器中的有效数据由数据准备就绪dr指示。6)spi指令设置用于spi接口的有用命令指令见下表，当csn为低时，spi接口开始等待一条指令，任何一条新指令均由csn的又高到低的转换开始。表2-3 spi串行接口命令指令设置表图

56、2-5 spi读操作图2-6 spi写操作表2-4 rf配置寄存器参数位宽说明ch_no9同hfreq_pll一起设置中心频率（默认值=180d）frf=（422.4+ch-nod/10）*(1+hfreq-plld)mhzhfreq_pll1“0”_器件工作在433mhz频段“1”_器件工作在868/915mhz频段pa_pwr2输出功率（默认=00）“00” -10dbm“01” -2dbm“10” +6dbm“11” +10dbmrx_red_pwr1“0” _正常模式“1” _低功耗模式auto_retran1重发数据“0” _不重发数据“1” _重发数据包rx_awf3rx地址宽度(

57、默认值=100)001_1字节rx地址宽度100_4字节rx地址宽度tx_awf3tx地址宽度(默认值=100)001_1字节tx地址宽度100_4字节tx地址宽度rx_pw6rx接收有效数据宽度（默认值=100000）“000001”-1字节rx有效数据宽度“000010”-2字节rx有效数据宽度“100000”-32字节rx有效数据宽度tx_pw6tx接收有效数据宽度（默认值=100000）“000001”-1字节tx有效数据宽度“000010”-2字节tx有效数据宽度“100000”-32字节tx有效数据宽度rx_address32rx地址up_clk_freq2“00” -4mhz“01” -2mhz“10” -1mhz“11” 500khzxof3晶体振荡频率“000” _4mhz“001” _8mhz“010” _12mhz“011” _16mhz “100” _20mhzcrc_en1“0” _不允许“1”