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1、哈尔滨理工大学毕业设计题目：基于nRF905的无线温度测量系统的研究与设计院、系： 计算机科学与技术学院 网络工程系姓名： 指导教师： 系主任： 李 帅 2011年06月23日 哈尔滨理工大学毕业设计（论文）评语学生姓名： 学号：学 院：计算机科学与技术 专业：网络工程任务起止时间： 2011 年 3 月 7 日至 2011 年 6 月 23 日毕业设计（论文）题目：基于nRF905的无线温度测量系统的研究与设计指导教师对毕业设计（论文）的评语： 指导教师签名： 指导教师职称： 评阅教师对毕业设计（论文）的评语：评阅教师签名： 评阅教师职称： 答辩委员会对毕业设计（论文）的评语：答辩委员会评定
2、，该生毕业设计（论文）成绩为： 答辩委员会主席签名： 职称： 年 月 日哈尔滨理工大学毕业设计（论文）任务书学生姓名：杨强 学号：0704020117学 院：计算机科学与技术 专业：网络工程任务起止时间： 2011 年 3 月 7 日至 2011 年 6 月 23 日毕业设计（论文）题目：基于nRF905的无线温度测量系统的研究与设计毕业设计工作内容：1学习阅读文献资料补充专业知识，了解有关单片机在温度采集系统的应用和nRF905的收发原理；（3月7日3月31日）2建立整体框架，并画出整体的硬件连接图。（4月1日4月15日）3根据硬件电路原理图及系统的流程图，用Keil C编写软件部分。（4月
3、16日5月15日）4系统的整体实现和系统调试。（5月16日5月30日）5论文整理、撰写及答辩。（6月1日6月23日）资料：1胡汉才 单片机原理及其接口技术 清华大学出版社，20042赵亮 单片机C语言编程与实例 人民邮电出版社，2004：5668，2242373徐爱钧 KeilCx51 V7.0单片机高级语言编程与mVision2应用实践 电子工业出版，2006年6月指导教师意见：签名：年 月 日系主任意见：签名：年 月 日哈尔滨理工大学学士学位论文基于nRF905的无线温度测量系统的研究与设计摘 要在现代工业生产活动中，温度作为一种可以实际测量的重要参数，能起到对设备运行状态、生产环境等外界
4、因素进行实时监控的作用，以保证整个生产活动高效开展，因此准确且实用的温度数据采集系统具有举足轻重的作用。然而，生产环境的多变性、不确定性，导致许多工作场所不太方便布线，需要采用无线传输方式。该文主要介绍了由nRF905无线收发模块、80C52单片机、DS18B20温度传感器组成的无线温度测量系统。该设计以射频收发芯片nRF905为核心，以模块搭建设计为指导思想，搭建无线温度测量系统，系统主要由数据采集模块和无线传输模块组成。数据采集模块以数字式温度传感器DS18B20检测环境温度，并将检测的温度参数简单处理后经过nRF905无线模块发送到接受接口。无线数据传输模块通过nRF905芯片进行数据的
5、收发处理，最后将采集到的数据通过电平转换芯片MAX232传到PC机。关键词 无线传输；数据采集；nRF905； DS18B20The Research and Design of Wireless Temperature measurement system based on nRF905AbstractIn modern production and life, temperature is an important parameter in many occasions.In many places, it is necessary to monitor the temperature p
6、arameter and making relevant processing so that the system runs in the best state. Therefore, it is significant to develop a reliable and practical temperature monitoring system. With the rapid development of wireless transmission technology, short range wireless transmission technology has been wid
7、ely applied to many places where wiring is not available, offering great conveniences for people.This paper introduces the temperature measurement system based on nRF905 wireless transceiver module, 80C52 microcontroller,DS18B20 temperature sensor.This paper puts forward that the wireless temperatur
8、e data acquisition system is built with the RF transceiver chip (nRF905) as the core, and its guiding ideology is modularization, The system is consists of collection module and wireless transmission module. The data acquisition module detects temperature data with digital temperature sensor DS18B20
9、, then the simply processed data is sent out by the RF transceiver chip (nRF905).Wireless transmission module sents, receives and processes data by the nRF905 chip.Finally the data is sent to PC through the level converter chip MAX232.Keywords wireless transmission；data collection；nRF905；DS18B20- II
10、 -目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 选题的目的和意义11.2 国内外文献综述21.2.1 蓝牙21.2.2 IRDA31.2.3 GPRS31.3 论文研究内容4第2章 系统模块主要器件的选型与设计52.1 低功耗射频传输单元nRF905芯片52.1.1 nRF905 芯片概述52.1.2 nRF905 管脚图和引脚功能说明52.1.3 nRF905 工作详情62.2 单片机80C5292.2.1 80C52概述92.2.2 80C52 引脚图及各引脚的功能92.2.3 80C52工作详情112.3 单总线数字式传感器122.3.1 DS18B20概述122.3.2 DS
11、18B20的管脚配置和内部结构122.3.3 DS18B20的工作原理142.4 接口芯片MAX232172.4.1 MAX232概述172.4.2 MAX232引脚功能说明182.5 本章小结19第3章 系统硬件结构设计203.1 系统的整体设计方案203.2 系统电路设计213.2.1 下位机部分电路设计213.2.2 上位机部分电路设计233.3 本章小结26第4章 系统软件设计274.1 系统的整体软件框图274.2 系统所使用的通信协议274.3 软件设计主要模块介绍284.3.1 下位机部分程序设计284.3.2 上位机部分程序设计334.4 本章小结36第5章 结 论37致 谢3
12、8参考文献39附 录40第1章- IV -第1章 绪论1.1 选题的目的和意义随着社会的进步和生产的需要，利用无线通信进行温度数据采集的方式应用已经渗透到生活各个方面。在工业现场，由于生产环境恶劣，工作人员不能长时间停留在现场观察设备是否运行正常，就需要采集数据并传输数据到一个环境相对好的操控室内，这样就会产生数据传输问题。由于厂房大、需要传输数据多，使用传统的有线数据传输方式就需要铺设很多很长的通讯线，浪费资源，占用空间，可操作性差，出现错误换线困难。而且，当数据采集点处于运动状态、所处的环境不允许或无法铺设电缆时，数据甚至无法传输，此时便需要利用无线传输的方式进行数据采集。在农业生产上，不
13、论是温室大棚的温度监测，还是粮仓的管理，传统上都是采取分区取样的人工方法，工作量大，可靠性差。而且大棚和粮仓占地面积大，检测目标分散，测点较多，传统的方法已经不能满足当前农业发展的需要。当前的科技水平下，无线通信技术的发展使得温度采集测量精确，简便易行。在日常生活中，随着人们生活水平的提高，居住条件也逐渐变得智能化。如今很多家庭都会安装室内温度采集控制系统，其原理就是利用无线通信技术采集室内温度数据，并根据室内温度情况进行遥控通风等操作，自动调节室内温度湿度，可以更好地改善人们的居住环境【1】。以上只是简单列举几个现实的例子，在现实生活中，这种无线温度采集系统已经被成功应用于工农业、环境监测、
14、军事国防、机器人控制等许多重要领域，而且类似于这种温度采集系统的无线通信网络已经被广泛的应用到民用和军事领域。凡是布线繁杂或不允许布线的场合都希望能通过无线方案来解决。为此，需要设计相应的接口系统，控制这些射频芯片工作，完成可靠稳定的无线数据通信，这样的研究也变得更加有意义了。目前，在工业数据采集应用领域，都采用无线方式进行远距离数据传输。和传统的有线传输方式相比，无线传输网络具有巨大的优越性。基于此，本文介绍一种基于通用低功耗单片机和多信道单片收发芯片nRF905的无线温度数据采集模块。系统集成80C51单片机在低功耗应用方面的优势和nRF905特有的多频道支持及功耗低、易控制等优点，以及
15、DS18B20 的单总线数据传送模式，特别适合于低功耗、小数据量的无线数据传输系统。1.2 国内外文献综述无线数据传输技术是无线通信的重要组成部分，它使不同位置的计算机或者相关仪器间实现无电缆的实时通讯，根据要求传输各种类的大量数据。随着网络及通信技术的飞速发展，人们对无线技术的要求也趋于专业化，功能化。其中近距离无线技术正在成为大家关注的焦点。目前使用较广泛的近距无线数传技术有蓝牙（Bluetooth）、无线局域网802.11（Wi-Fi）、红外数据传输（IrDA）、RFID和ISM band等，同时还有一些极具发展潜力的近距无线技术标准，它们分别是：ZigBee，超宽频（UWB）、短距通信
16、（NFC）、WiMedia、GPS、DECT、无线1394和专用无线系统等等。下面给予简单介绍几种【2】：1.2.1 蓝牙蓝牙（Bluetooth）是由东芝、爱立信、IBM、Intel和诺基亚于1998年5月共同提出的近距离无线数据通讯技术标准。它能够在10米的半径范围内实现单点对多点的无线数据和声音传输，其数据传输带宽可达1Mbps。通讯介质为频率在2.402GHz到2.480GHz之间的电磁波。蓝牙通讯技术的特点：1蓝牙工作在全球开放的2.4GHz ISM（即工业、科学、医学）频段；2使用跳频频谱扩展技术，把频带分成若干个跳频信道（hop channel），在一次连接中，无线电收发器按一定
17、的码序列不断地从一个信道“跳”到另一个信道；3一台蓝牙设备可同时与其它七台蓝牙设备建立连接；4数据传输速率可达1Mbit/s；5低功耗、通讯安全性好；6在有效范围内可越过障碍物进行连接，没有特别的通讯视角和方向要求；7支持语音传输；8组网简单方便；蓝牙通讯技术的用途：蓝牙技术是一种新兴的技术，尚未投入广泛应用，目前许多蓝牙设备还处于实验室试验阶段。但可以肯定的是现在多数具有红外无线数据通讯功能的设备，在将来一样可以使用蓝牙技术来实现无线连接。同时蓝牙技术的网络特点和语音传输技术使它还可以实现红外技术无法实现的某些特定功能，如无线电话、多台设备组网等等。1.2.2 IRDAIRDA是红外数据协会
18、的简称，IRDA制订的一系列红外数据通讯标准形成了红外数据通讯技术的基础。红外通讯技术是一种点对点的数据传输协议，是传统的设备之间连接线缆的替代。它的通讯距离一般在0到1米之间，传输速率最快可达16Mbps，通讯介质为波长为900纳米左右的近红外线。红外通讯技术的特点：1它是目前在世界范围内被广泛使用的一种无线连接技术，被众多的硬件和软件平台所支持；2通过数据电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换实现无线的数据收发。3主要是用来取代点对点的线缆连接；4新的通讯标准兼容早期的通讯标准；5小角度（30度锥角以内），短距离，点对点直线数据传输，保密性强；6传输速率较高，目前4M速率的FIR技术已被广泛使用
19、，16M速率的VFIR技术已经发布。红外数据通讯技术的用途（常被应用在下列设备中）：笔记本电脑、台式电脑和手持电脑；打印机、键盘鼠标等计算机外围设备；电话机、移动电话、寻呼机；数码相机、计算器、游戏机、机顶盒、手表；工业设备和医疗设备；网络接入设备，如调制解调器。1.2.3 GPRSGPRS是General Packet Radio Service的简称，即通用无线分组业务。它是基于现在运行的GSM的基础上发展的数据业务，类似于固定交换技术里的数据分组业务，原来的GSM业务为电路交换业务，GPRS采用了GSM同样的无线调制技术，一样的频率，同样的TDMA帧结构。利用现有的基站子系统(BSS)从
20、一开始就可提供全面的GPRS覆盖。GPRS允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源。从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。它集合了现有的GSM的数据分组交换数据和短信息的服务。GPRS业务能提供不间断的信息服务，信息的适时性在未来的运用中是十分重要的，例如在远程信用卡的认证应用。使用GPRS，数据实现分组发送和接收，用户永远在线且按流量、时间计费，迅速降低了服务成本。1.3 论文研究内容本课题所研究的无线温度测量系统是短距离无线通信技术在温度测量方面的一个具体应用。该
21、系统属于无线通信系统，因此也需要对数据传输的可靠性进行研究。主要研究内容包括以下几个方面【3】：1对于温度传感器的选用，应重点考虑测量精度高，抗干扰能力强，稳定性好，信号易于处理、传送，便于多路测量，安装方便，维护简单的器件；2对于硬件设计，结构要尽量简单实用、易于实现，应尽量实用各种总线技术，以节约系统有限的I/0资源，并使系统电路尽量简单；3对于硬件电路和软件的设计，一定要增加抗干扰措施，提高系统的抗干扰能力，保证系统的稳定性。4软件设计要有完善的思路，要充分考虑要各传感器和无线收发器的时序，要做到简单，调试方便。根据多点无线测温系统的特点，我所提出的测温方案，具有以下几个方面的特征：1采
22、用新型的数字温度传感器，简化测温电路；2采用射频芯片进行数字信号的传输，实现温度数据的实时传送；3对传输到计算机内实际得到的温度场数据，可以通过软件进一步实现温度 信息的智能化管理。第2章 系统模块主要器件的选型与设计2.1 低功耗射频传输单元nRF905芯片2.1.1 nRF905 芯片概述nRF905可以自动完成处理字头和CRC（循环冗余码校验）的工作，可由片内硬件自动完成解码，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单片无线收发器工作由一个完全集成的频率调制器，一个带解调器的接
23、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码和CRC，可以很容易通过SPI接口进行编程配置【4】。2.1.2 nRF905 管脚图和引脚功能说明 nRF905的管脚图见图2-1。图2-1 nRF905管脚图各管脚的详细功能介绍如下：管脚名称管脚功能说明1VCC电源电源+3.33.6V DC2TX_EN数字输入工作模式选择3TRX_CE数字输入使能芯片发射或接收4PWR_UP数字输入芯片上电5uCLK时钟输出(未使用)6CD数字输出载波检测7AM数字输出地址匹配8DR数字输出接收或发射数据完成9MISOSPI 接口SPI 输出10MOS
24、ISPI 接口SPI 输入11SCKSPI 时钟SPI 时钟12CSNSPI 使能SPI 使能13、14GND地接地2.1.3 nRF905 工作详情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片内，nRF905提供给应用的微控制器一个SPI接口，速率由微控制器自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ShockB
25、urst 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自接收完成。在ShockBurst TX模式中，nRF905自动产生前导码和CRC校验码，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。nRF905有两种工作模式和两种节能模式。两种工作模式分别是ShockBurstTM接收模式和ShockBurstTM发送模式，两种节能模式分别是关机模式和空闲模式。nRF905的工作模式由TRX_CE、TX_EN和PWR_UP三个引脚决定。与射频数据包有关的高速信号处理都在nRF9
26、05片内进行，数据速率由微控制器配置的SPI接口决定，数据在微控制器中低速处理，但在nRF905中高速发送，因此中间有很长时间的空闲，这很有利于节能。由于nRF905工作在ShockBurstTM模式，因此使用低速的微控制器也能得到很高的射频数据发射速率。在ShockBurstTM接收模式下，当一个包含正确地址和数据包被接收到后，地址匹配(AM)和数据准备好(DR)两引脚通知微控制器。在ShockBurstTM发送模式，nRF905自动产生字头和CRC校验码，当发送过程完成后，数据准备好引脚通知微处理器数据发射完毕。由以上分析可知，nRF905的ShockBurstTM收发模式有利于节约存储器
27、和微控制器资源，同时也减小了编写程序的时间。下面具体详细分析nRF905的发送流程和接收流程。典型的nRF905发送流程分以下几步：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nRF905，SPI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nRF905的ShockBurstTM发送模式；3nRF905的ShockBurstTM发送：射频寄存器自动开启、数据打包(加字头和CRC校验码)、发送数据包、当数据发送完成，数据准备好引脚被置高；4AUTO_RETRAN被置高，nRF905不断重发，直到TRX_CE被置低；5当T
28、RX_CE被置低，nRF905发送过程完成，自动进入空闲模式。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，nRF905才能接受下一个发送数据包。nRF905接收数据流程：1当TRX_CE为高、TX_EN为低时，nRF905进入ShockBurstTM接收模式；2650us后，nRF905不断监测，等待接收数据；3当nRF905检测到同一频段的载波时，载波检测引脚被置高；4当接收到一个相匹配的地址，地址匹配引脚被置高；5当一个正确的数据包接收完毕，nRF905自动移去字头、地址和CRC
29、校验位，然后把数据准备好引脚置高；6微控制器把TRX_CE置低，nRF905进入空闲模式；7微控制器通过SPI口，以一定的速率把数据移到微控制器内；8当所有的数据接收完毕，nRF905把数据准备好引脚和地址匹配引脚置低；9nRF905此时可以进入ShockBurstTM接收模式、ShockBurstTM发送模式或关机模式。当正在接收一个数据包时，TRX_CE或TX_EN引脚的状态发生改变，nRF905立即把其工作模式改变，数据包则丢失。当微处理器接到地址匹配引脚的信号之后，其就知道nRF905正在接收数据包，其可以决定是让nRF905继续接收该数据包还是进入另一个工作模式。节能模式：nRF90
30、5的节能模式包括关机模式和节能模式。在关机模式，nRF905的工作电流最小，一般为2.5uA。进入关机模式后，nRF905保持配置字中的内容，但不会接收或发送任何数据。空闲模式有利于减小工作电流，其从空闲模式到发送模式或接收模式的启动时间也比较短。在空闲模式下，nRF905内部的部分晶体振荡器处于工作状态。nRF905在空闲模式下的工作电流跟外部晶体振荡器的频率有关。器件配置：所有配置字都是通过SPI接口送给nRF905。SPI接口的工作方式可通过SPI指令进行设置。当nRF905处于空闲模式或关机模式时，SPI接口可以保持在工作状态。SPI接口配置：SPI接口由状态寄存器、射频配置寄存器、发
31、送地址寄存器、发送数据寄存器和接收数据寄存器5个寄存器组成。状态寄存器包含数据准备好引脚状态信息和地址匹配引脚状态信息；射频配置寄存器包含收发器配置信息，如频率和输出功能等；发送地址寄存器包含接收机的地址和数据的字节数；发送数据寄存器包含待发送的数据包的信息，如字节数等；接收数据寄存器包含要接收的数据的字节数等信息。射频配置：射频寄存器的各位的长度是固定的。然而，在ShockBurstTM收发过程中，TX_PAYLOAD、RX_PAYLOAD、TX_ADDRESS和RX_ADDRESS 4个寄存器使用字节数由配置字决定。nRF905进入关机模式或空闲模式时，寄存器中的内容保持不变。nRF905
32、通过SPI接口和微控制器进行数据传送，通过ShockBurstTM收发模式进行无线数据发送，收发可靠，使用方便。数据经过无线传输及接收后再被传输至接受端的80C52单片机中，然后再由MAX232将数据传输至PC。2.2 单片机80C522.2.1 80C52概述本系统的温度采集与处理，无线的传输与对比均是由单片机80C52来控制完成。相比较而言ATMEL公司的80C52更实用，因他不但和80C51指令、管脚完全兼容，而且其片内的4K程序存储器是FLASH工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写，一般专为ATMEL AT89xx做的编程器均带有这些功能。显而易见，这种单片机对开发
33、设备的要求很低，开发时间也大大缩短。写入单片机内的程序还可以进行加密，这又很好地保护了我们的劳动成果【5】。2.2.2 80C52 引脚图及各引脚的功能VCC：供电电压。 GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉
34、为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收
35、高八位地址信号和控制信号。单片机80C52的引脚图见图2-2。图2-2 80C52引脚图P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口作为AT89C51的一些特殊功能口，管脚 备选功能。P3.0 RXD（串行输入口）。P3.1 TXD（串行输出口）。P3.2 /INT0（外部中断0）。P3.3 /INT1（外部中断1）。P3.4 T0（记时器0外部输入）。P3.5 T1（记时器1外部输入）。P3.6 /WR（外部数据存
36、储器写选通）。P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执
37、行状态ALE禁止，置位无效。PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。2.2.3 80C52工作详情数据被传输至单片机80
38、C52，八位数据分两次传输，然后数据又被送至低功耗射频传输单元nRF905进行无线传输【6】。应注意一点，80C52单片机有一个全双工的串行通讯口，所以单片机和nRF905之间进行串口通讯。进行串行通讯时要满足一定的条件，比如电脑的串口是RS232电平的，而单片机的串口是TTL电平的，两者之间必须有一个电平转换电路，我们采用了专用芯片MAX232进行转换，虽然也可以用几个三极管进行模拟转换，但是还是用专用芯片更简单可靠。我们采用了三线制连接串口，也就是说和nRF905的9针串口只连接其中的3根线：第5脚的GND、第2脚的RXD、第3脚的TXD。这是最简单的连接方法，但是对我们来说已经足够使用了
39、，MAX232的第10脚和单片机的11脚连接，第9脚和单片机的10脚连接，第15脚和单片机的20脚连接。2.3 单总线数字式传感器2.3.1 DS18B20概述DALLAS最新单线数字温度传感器DS18B20简介新的“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。DS18B20DS18B20也支持一线总线接口，测量温度范围为-55C+125C，在-10+85C范围内，精度为0.5C。DS1822的精度较差为2C。现
40、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。2.3.2 DS18B20的管脚配置和内部结构DS18B20的管脚图及芯片的内部封装见图2-3。图2-3 DS18B20芯片封装引脚定义：1DQ为单数据总线，是数字信号输入/输出端；2GND为电源地；3VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。DS18B20的内部结构见图2-4：光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM的排列是：开始8位（28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X
41、8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。高速缓存存储器存储器和控制器8位CRC生成器温度灵敏原件高温触发器TH低温触发器TL配置寄存器64位ROM和单线接口电源检测图2-4 DS18B20内部结构图DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例：用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625/LSB形式表达，其中S为符号位。DS18B20的温度格式表见图2-5。232221202-12-22-32-4SSSSS262524Bit14Bit14Bit13Bit12Bit11Bit1
42、0000010Bit9Bit8Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0LS ByteMS Byte图2-5 DS18B20温度值格式表这是12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特的RAM中，二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际温度。例如+125的数字输出为07D0H，+25.0625的数字输出为0191H，-25.0625的数字输出为FF6FH，-55的数字输出为FC90H。2.3.3 DS18B2
43、0的工作原理DS18B20的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，从而抗干扰力更强。其一个工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理。在讲解其工作流程之前我们有必要了解18B20的内部存储器资源。18B20共有三种形态的存储器资源，它们分别是【7】：1ROM只读存储器，用于存放DS18B20ID编码，其前8位是单线系列编码（DS18B20的编码是19H），后面48位是芯片唯一的序列号，最后8位是以上56的位的CRC码（冗余校验）。数据在出产时设置不由用户更改。DS18B20共64位ROM。2RAM数据暂存器，用于内部计算和数据存取，数据在掉电后丢失，DS18B20共9个字节RAM，每个
44、字节为8位。第1、2个字节是温度转换后的数据值信息，第3、4个字节是用户EEPROM（常用于温度报警值储存）的镜像。在上电复位时其值将被刷新。第5个字节则是用户第3个EEPROM的镜像。第6、7、8个字节为计数寄存器，是为了让用户得到更高的温度分辨率而设计的，同样也是内部温度转换、计算的暂存单元。第9个字节为前8个字节的CRC码。EEPROM非易失性记忆体，用于存放长期需要保存的数据，上下限温度报警值和校验数据，DS18B20共3位EEPROM，并在RAM都存在镜像，以方便用户操作。控制器对18B20操作流程：1复位：首先我们必须对DS18B20芯片进行复位，复位就是由控制器（单片机）给DS1
45、8B20单总线至少480us的低电平信号。当DS18B20接到此复位信号后则会在1560us后回发一个芯片的存在脉冲。2存在脉冲：在复位电平结束之后，控制器应该将数据单总线拉高，以便于在1560us后接收存在脉冲，存在脉冲为一个60240us的低电平信号。至此，通信双方已经达成了基本的协议，接下来将会是控制器与DS18B20间的数据通信。如果复位低电平的时间不足或是单总线的电路断路都不会接到存在脉冲，在设计时要注意意外情况的处理。3控制器发送ROM指令：双方打完了招呼之后最要将进行交流了，ROM指令共有5条，每一个工作周期只能发一条，ROM指令分别是读ROM数据、指定匹配芯片、跳跃ROM、芯片
46、搜索、报警芯片搜索。ROM指令为8位长度，功能是对片内的64位光刻ROM进行操作。其主要目的是为了分辨一条总线上挂接的多个器件并作处理。诚然，单总线上可以同时挂接多个器件，并通过每个器件上所独有的ID号来区别，一般只挂接单个DS18B20芯片时可以跳过ROM指令（注意：此处指的跳过ROM指令并非不发送ROM指令，而是用特有的一条“跳过指令”）。4控制器发送存储器操作指令：在ROM指令发送给DS18B20之后，紧接着（不间断）就是发送存储器操作指令了。操作指令同样为8位，共6条，存储器操作指令分别是写RAM数据、读RAM数据、将RAM数据复制到EEPROM、温度转换、将EEPROM中的报警值复制到RAM、工作方式切换。存储器操作指令的功能是命令18B20作什么样的工作，是芯片控制的关键。5执行或数据读写