溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、桂林航天工業(yè)學(xué)院桂林航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文畢業(yè)論文 題目：題目：無線溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)無線溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè)：機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)：機(jī)電一體化技術(shù)姓名：范志剛姓名：范志剛 學(xué)號(hào)：學(xué)號(hào)：201103320344指導(dǎo)教師：李歐迅指導(dǎo)教師：李歐迅20 14 年年 5 月月 16 日日第 II 頁 共 20 頁桂桂林林航航天天工工業(yè)業(yè)學(xué)學(xué)院院自自動(dòng)動(dòng)化化系系畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 任任 務(wù)務(wù) 書書專專業(yè)業(yè)： 年年級(jí)級(jí)：姓姓名名學(xué)學(xué)號(hào)號(hào)指指導(dǎo)導(dǎo)教教師師（簽簽名名）李李歐歐迅迅畢畢業(yè)業(yè)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)題題目目無線溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)無線溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)任任務(wù)務(wù)下下達(dá)達(dá)日日期期設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)提提交交期期限限設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)主主要要內(nèi)內(nèi)容

2、容以單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)并制作一個(gè)數(shù)控直流穩(wěn)壓電源 ，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)控制功能，可增可減。主主要要技技術(shù)術(shù)參參數(shù)數(shù)指指標(biāo)標(biāo)（1）最大輸出電壓 20 伏（2）電壓步進(jìn)：0.1 伏（3）顯示當(dāng)前電壓值。成成果果提提交交形形式式實(shí)物加論文設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)進(jìn)進(jìn)度度安安排排 教教研研室室意意見見 簽簽名名： 2 20 01 1 年年 月月 日日 系系主主任任意意見見簽簽名名： 2 20 01 1 年年 月月 日日目目 錄錄1 引言.11.1背景和意義 .11.2本課題研究的意義 .21.3本文的主要任務(wù)及結(jié)構(gòu) .32 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì).32.2LPC2103 簡介 .32.3溫度測量方案 .62.4數(shù)據(jù)無線傳輸方案 .83

3、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).103.1電源模塊 .103.2溫度采集模塊 .113.3無線收發(fā)模塊 .114 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).124.1無線收發(fā)模塊驅(qū)動(dòng)程序 .124.2發(fā)送端程序 .134.3接收端程序 .155 系統(tǒng)調(diào)試.165.1調(diào)試方法 .166 結(jié) 論 176.1系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)分析 .186.2全文總結(jié) .19致 謝.21參考文獻(xiàn).22附 錄.230 1 引言1.1 背景和意義近年來，在我國以信息化帶動(dòng)的工業(yè)化正在蓬勃發(fā)展，溫度采集已成為工業(yè)對(duì)象控制中一種重要的參數(shù)，特別是在冶金、化工、機(jī)械等各類工業(yè)中，廣泛使用各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐等。由于爐子的種類及原理不同，因此所采用的加熱方法及燃料也不同，

4、如煤氣、天然氣、油電等。對(duì)于不同生產(chǎn)情況和工藝要求下的溫度控制，所采用的加熱方式，選用的燃料，控制方案也有所不同。例如冶金、機(jī)械、食品、化工等各類工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐等；燃料有煤氣、天然氣、油、電等。隨著生產(chǎn)技術(shù)的提高, 環(huán)境溫度指標(biāo)越來越多的影響到生產(chǎn)效率、能源消耗和生活水平。不管是工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事及氣象領(lǐng)域, 還是日常生活環(huán)境, 都需要對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)測。因而,設(shè)計(jì)可靠且實(shí)用的溫度采集系統(tǒng)顯得非常重要。溫度采集系統(tǒng)作為車輛導(dǎo)航、油田遠(yuǎn)程監(jiān)控、船載導(dǎo)航系統(tǒng)以及農(nóng)田信息采集系統(tǒng)等控制系統(tǒng)的重要組成部分，它的主要作用是用傳感器檢測模擬環(huán)境中的溫度信號(hào)，溫度傳感器上電流將隨

5、環(huán)境溫度值線性變化。再把電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，使用AD轉(zhuǎn)換器將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成處理器能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的數(shù)字電壓信號(hào)。工業(yè)應(yīng)用中，現(xiàn)階段基本上都是以有線的方式進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)各種控制功能。各種總線技術(shù)，局域網(wǎng)技術(shù)等有線網(wǎng)絡(luò)的使用的確給人們的生產(chǎn)和生活帶來了便利，改變了我們的生活，對(duì)社會(huì)的發(fā)展起到了極大的推動(dòng)作用。有線網(wǎng)絡(luò)速度快，數(shù)據(jù)流量大，可靠性強(qiáng)，對(duì)于基本固定的設(shè)備來說無疑是比較理想的選擇，的確在實(shí)際應(yīng)用中也達(dá)到了比較滿意的效果。單片微型計(jì)算機(jī)的功能不斷的增強(qiáng)，為先進(jìn)的控制算法提供的載體，許多高性能的新型機(jī)種應(yīng)運(yùn)而生。單片機(jī)以其功能強(qiáng)、體積小、可靠性高、造價(jià)低和開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，成為自動(dòng)化領(lǐng)

6、域和其他測控領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的器件，在工業(yè)生產(chǎn)中成為必不可少的器件。在溫度控制系統(tǒng)中，單片機(jī)更是起到了不可替代的核心作用。1 1.2本課題研究的意義隨著微電子技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。在工業(yè)生產(chǎn)和控制中，應(yīng)用數(shù)據(jù)系統(tǒng)可以采集工業(yè)現(xiàn)場的溫度、濕度、電壓、電流、壓力、流量等諸多工藝參數(shù)，在將這些模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字量并進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算處理后，所得的結(jié)果可以反饋給用戶或控制系統(tǒng)，為提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本提供信息和手段；在科學(xué)研究上，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以為我們提供大量的動(dòng)態(tài)信息，成為探索科學(xué)奧秘的重要手段。目前，數(shù)據(jù)采集幾乎無孔不入，它已滲透到了地質(zhì)、醫(yī)藥器械、雷達(dá)、通訊、遙感

7、遙測等各個(gè)領(lǐng)域，為我們更好的獲取信息提供了良好的基礎(chǔ)。無線數(shù)據(jù)采集特別適用于復(fù)雜地形條件、高腐蝕性、建筑群、爆炸等場合，或者被采集對(duì)象是運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)等情況。隨著數(shù)字電路和射頻電路制作工藝、低功耗電路、高能電池、微電子技術(shù)及集成電路技術(shù)的進(jìn)步，無線通信技術(shù)取得了飛速的發(fā)展，無線通信的實(shí)現(xiàn)越來越容易，傳輸速度越來越快，可靠性越來越高，并且逐漸達(dá)到可以和有線網(wǎng)絡(luò)相媲美的水平。無線傳輸越來越多的被應(yīng)用在工業(yè)及民用的數(shù)據(jù)采集上，解決了一些布線復(fù)雜、甚至無法布線的情況。無線方式具有如下幾個(gè)顯著的特點(diǎn)：傳輸介質(zhì)采用的是電磁波，節(jié)省了架設(shè)電纜的所需的占地和各種花費(fèi)及其給其他建筑的建設(shè)帶來的不便，應(yīng)用起來更加方便

8、；在應(yīng)用單片機(jī)編解碼接口技術(shù)的無線通信系統(tǒng)中，采用多字節(jié)地址編碼，收發(fā)器的數(shù)量不受限制；具有電路簡單、功耗小、體積小、成本低等優(yōu)點(diǎn)，非常便于使用；設(shè)計(jì)設(shè)施都很簡便適合更換場合反復(fù)利用。溫度作為一個(gè)重要的物理量，是工業(yè)生產(chǎn)過程中最普遍、最重要的工藝參數(shù)之一。隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)溫度測量的要求越來越高，而且測量的范圍也越來越廣，對(duì)溫度的檢測技術(shù)的要求也越來越高。因此，溫度測量的研究也是一個(gè)重要的研究課題。總之，本課題將數(shù)據(jù)采集與無線傳輸相結(jié)合，發(fā)揮無線傳輸?shù)膬?yōu)勢，并且解決硬件、軟件及通信協(xié)議優(yōu)化等問題。2 1.3 本文的主要任務(wù)及結(jié)構(gòu)本論文所完成的任務(wù)是對(duì)基于LPC2103和無線收發(fā)模塊的溫度采

9、集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行研究，從實(shí)際需要出發(fā)，并從性能、價(jià)格等因素考慮，對(duì)主要元器件進(jìn)行了選型，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出了一個(gè)新型無線溫度采集系統(tǒng)，并且進(jìn)行軟硬件的調(diào)試和制作，最終完成具有體積小、數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可靠、使用靈活等優(yōu)點(diǎn)的作品，可以很好地應(yīng)用在無線數(shù)據(jù)采集及其它短距離無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱龊?，本論文在總體結(jié)構(gòu)上共分為5章。第1章引言，本章介紹了無線通信和溫度采集的基礎(chǔ)知識(shí)及其發(fā)展。第2章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)，本章簡要介紹了無線溫度采集系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)及功能。第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，本章主要介紹了無線溫度采集系統(tǒng)的硬件部分總體設(shè)計(jì)以及硬件部分各個(gè)模塊的功能及設(shè)計(jì)。第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，本章主要介紹了無線溫度采集系統(tǒng)的主

10、要程序部分的代碼及思路。第5章系統(tǒng)調(diào)試，本章主要介紹了本系統(tǒng)的調(diào)試過程。第6章結(jié)論，本章主要介紹了系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)的功能、效果，系統(tǒng)特點(diǎn)，還需要完善的地方，該系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域等。2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.4LPC2103 簡介LPC2103 是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真的 32 位 ARM7 TDMI-S CPU 的微控制器，并帶有 32KB 的高速 Flash 存儲(chǔ)器。128 位寬度的存儲(chǔ)器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使32 位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運(yùn)行。對(duì)中斷服務(wù)程序和 DSP 算法中性能要求嚴(yán)格的應(yīng)用來說，這增加的性能比在 Thumb 模式1下的性能超出多達(dá) 30%。對(duì)代碼規(guī)模有嚴(yán)格控制的應(yīng)用，使用 16 位的

11、Thumb 模式將代碼規(guī)模降低超過 30%，而性能的損失卻很小。3 較小的 LQFP48 封裝和很低的功耗使 LPC2103 特別適用于訪問控制和 POS機(jī)等小型應(yīng)用中；由于內(nèi)置了寬范圍的串行通信接口（2 個(gè) UART、SPI、I2C 總線）和 8KB 的片內(nèi) SRAM，他們也非常適合于通信網(wǎng)關(guān)和協(xié)議轉(zhuǎn)換器。高級(jí)性能還使這些器件適合用作數(shù)學(xué)協(xié)處理器。多個(gè) 32 位和 16 位定時(shí)器、一個(gè)改良的10 位 ADC、所有定時(shí)器上輸出匹配的 PWM 特性、以及具有多達(dá) 13 個(gè)邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷管腳的 32 位高速 GPIO 線，使這些微控制器特別適用于工業(yè)控制和醫(yī)療系統(tǒng)中。2.5溫度測量方案溫

12、度是表征物體冷熱程度的物理量，它在工業(yè)自動(dòng)化、家用電器、環(huán)境保護(hù)、安全生產(chǎn)和汽車工業(yè)等行業(yè)中都是基本的檢測參數(shù)之一。溫度是溫度監(jiān)控系統(tǒng)中最基本、最為核心的衡量指標(biāo)，也是測溫系統(tǒng)中最為重要的測控參數(shù)，因此對(duì)溫度進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測一直是一個(gè)重要的研究課題。因此，測量溫度的儀器在測溫系統(tǒng)中占有至關(guān)重要的地位。隨著國內(nèi)外科技的發(fā)展，溫度測量技術(shù)不斷提高。目前各種溫度測量方法種類繁多，應(yīng)用范圍廣泛，主要包括以下幾種：(1) 傳統(tǒng)的利用物體熱脹冷縮原理的方法。水銀溫度計(jì)至今仍然廣泛應(yīng)用于各種溫度測量場合?？墒撬娜秉c(diǎn)是只能近距離觀測，易碎，而且有毒。代替它的有填充酒精、煤油等玻璃溫度計(jì)和利用金屬不同的膨脹系數(shù)

13、制成的金屬片溫度計(jì)，它們的缺點(diǎn)都是測量精度很低。(2) 利用熱電效應(yīng)的方法。此方法制成的溫度檢測元件主要是熱電偶。熱電偶發(fā)展較早，比較成熟，至今仍為應(yīng)用最廣泛的檢測元件。熱電偶具有結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、測量范圍寬、精度高、熱慣性小等特點(diǎn)。它的缺點(diǎn)是線性不好，冷端需要溫度補(bǔ)償。(3) 利用熱阻效應(yīng)的方法。利用該方法的測溫元件大致有電阻測溫元件、導(dǎo)體測溫元件和陶瓷熱敏元件。其中電阻測溫元件是利用感溫元件的電阻隨溫度變化的性質(zhì)，將電阻的變化值用顯示儀表反映出來，達(dá)到測溫的目的。這類元件如銅電阻、鎳電阻、鉑電阻等，它們的特點(diǎn)是穩(wěn)定性好、耐高溫，如鉑電阻有的可達(dá)六、七百度。但它們的缺點(diǎn)是當(dāng)傳輸線路長短不等

14、時(shí)，需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償。4 (4) 利用熱輻射原理。熱輻射高溫計(jì)通常分為單色輻射高溫計(jì)和全輻射高溫計(jì)。它的原理是物體受熱輻射后，視物體本身的性質(zhì)，能將其吸收、透過或反射。而受熱物體放出的輻射能的多少，與它的溫度有一定的關(guān)系。(5) 利用聲學(xué)原理的測量方法。近年發(fā)展起來的聲學(xué)溫度檢測技術(shù)，可以對(duì)爐內(nèi)的煙氣溫度測量值和火焰分布在線檢測，判斷爐的燃燒狀況，進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)和控制。其基本原理是通過測量聲波傳感器間的聲波傳播時(shí)間以最小二乘原理重建溫度的測量方法。(6) 晶體管測溫器件。半導(dǎo)體的電阻溫度系數(shù)比金屬大12個(gè)數(shù)量級(jí)，二極管和三極管的PN結(jié)電壓、電容對(duì)溫度靈敏度很高。由此制成的這類器件的優(yōu)點(diǎn)是在-50

15、+150范圍內(nèi)有良好的特性，體積小、響應(yīng)時(shí)間快、價(jià)格低。但它的缺點(diǎn)是一致性差、不易做到互換，而且PN結(jié)容易受外界輻射的影響，穩(wěn)定性難以保證。(7) 光纖溫度檢測技術(shù)。在常規(guī)辦法無法測量的場合，光纖測溫得到快速發(fā)展，已開發(fā)了開關(guān)式溫度檢測器、輻射式溫度檢測器等多種實(shí)用型的品種。檢測精度在1以內(nèi)，測溫范圍可以從絕對(duì)02000。(8) 激光溫度檢測技術(shù)。激光測溫特別適于遠(yuǎn)程測量和特殊環(huán)境下的溫度測量。用氦氖激光源的激光作反射計(jì)，可測很高的溫度，精度達(dá)0.01；用激光干涉和散射原理制作的溫度檢測器可測量更高的溫度，上限可達(dá)+3000，專門用于核聚變研究，但在工業(yè)上應(yīng)用還需進(jìn)一步開發(fā)和實(shí)驗(yàn)。(9) 微波

16、溫度檢測器是利用在不同溫度下，溫度與控制電壓成線性關(guān)系的原理制成的。這種檢測器的靈敏度為250kHz，精度為l左右，熱電偶發(fā)展較早，比較成熟，至今仍為應(yīng)用最廣泛的檢測元件。熱電偶具有結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、測量范圍寬、精度高、熱慣性小等特點(diǎn)。它的缺點(diǎn)是線性不好，冷端需要溫度補(bǔ)償。(10) 近年來，隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測試技術(shù)的發(fā)展，人們開發(fā)出將溫度傳感器和數(shù)字電路集成在一起的新型數(shù)字式集成溫度傳感器。數(shù)字式溫度傳感器內(nèi)部一般都包含溫度傳感器、AD轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器(或寄存器)和接口電路，有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器(CPU)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)和只讀存儲(chǔ)器(ROM)

17、。與模擬傳感器相比，數(shù)字式傳感器在精度、分辨率、可靠性、抗干擾能力以及器件微小化方面都有明顯的優(yōu)點(diǎn)，而且，輸出的溫度數(shù)據(jù)和相關(guān)的溫度控制量可以適配各種微控制器。但是受半導(dǎo)體器件本身限5 制，數(shù)字式傳感器還存在一些不足。比如測溫范圍不寬，一般為+50+150。由于簡化了硬件外圍電路使得軟件設(shè)計(jì)變得更為復(fù)雜。是一種得到廣泛使用的溫度傳感器。由于它采用內(nèi)部補(bǔ)償，所以輸出可以從0開始。在常溫下，不需要額外的校準(zhǔn)處理即可達(dá)到 0.5的準(zhǔn)確率。其電源供應(yīng)模式有單電源與正負(fù)雙電源兩種，單電源模式在 20下靜止電流約 50A，工作電壓較寬，可在 420V 的供電電壓范圍內(nèi)正常工作非常省電；另外，工作電壓在 4

18、36V 時(shí)，芯片從電源吸收的電流幾乎是不變的（約 25A） ，所以芯片自身幾乎沒有散熱的問題。這么小的電流也使得該芯片在某些應(yīng)用中特別適合，比如在電池供電的場合中，輸出可以由第三個(gè)引腳取出，根本無需校準(zhǔn)?；诒驹O(shè)計(jì)需要精度高、可靠性強(qiáng)、器件體積小的器件，同時(shí)又考慮到價(jià)格上的因素，最終選擇 LM35 溫度傳感器來采集溫度數(shù)據(jù)。2.6數(shù)據(jù)無線傳輸方案隨著網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的迅速發(fā)展，無處不在的網(wǎng)絡(luò)終端、以人為本、個(gè)性化、智能化的移動(dòng)計(jì)算以及方便快捷的無線接入、無線互聯(lián)等新概念和新的產(chǎn)品，已經(jīng)逐漸融入人們的日常生活和工作領(lǐng)域。隨著而來的便攜式終端以及無線通信技術(shù)得到了極大的發(fā)展并在我們的日常生活中得到了

19、廣泛的應(yīng)用，目前應(yīng)用廣泛的無線通信技術(shù)主要有GSMCDMAGPRS、IEEE802.11WLAN、藍(lán)牙、IrDA、Home.RF、ZigBee、UWB、微功率短距離無線通信技術(shù)等。以上列出了五種常用的無線通信方式，這些通信方式各有優(yōu)點(diǎn)，各有不同的適用范圍，下面針對(duì)它們的使用范圍和各自特點(diǎn)進(jìn)行比較。IrDA是一種視距傳輸技術(shù)，通信設(shè)備中間不能有任何阻擋物，通信設(shè)備的位置也需要相對(duì)固定，不適宜用于移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸；其次，IrDA只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的無線通信，不能完成點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的無線通信；最后，IrDA設(shè)備的核心器件紅外LED容易損壞，因而設(shè)備壽命有限。IEEE 8021lx無線局域網(wǎng)技術(shù)基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)

20、展而來，是專門針對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊而設(shè)計(jì)的無線通訊技術(shù)，其有效傳輸距離為50米，傳輸速率為11M54M不等，經(jīng)常應(yīng)用于企業(yè)學(xué)校等場所。IEEE 802.11x的通訊協(xié)議復(fù)雜，6 協(xié)議實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件要求較高，因此基于IEEE 802.11x無線局域網(wǎng)技術(shù)所開發(fā)的無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備的成本較高，安裝調(diào)試復(fù)雜、維護(hù)困難。藍(lán)牙(Blue Tooth)技術(shù)專門為近距離無線數(shù)據(jù)傳輸而設(shè)計(jì)，其有效傳輸距離為10米，傳輸速率為10M。從藍(lán)牙(Blue Tooth)技術(shù)正式公布到現(xiàn)在，藍(lán)牙(Blue Tooth)技術(shù)一直沒有得到預(yù)期的大范圍的應(yīng)用，是因?yàn)槠湫酒约伴_發(fā)設(shè)備價(jià)格相對(duì)高。基于GSMCDMAGPRS無線通訊網(wǎng)絡(luò)

21、的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的一種新型的無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，該技術(shù)依托于GSMCDMAGPRS無線通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸，因此其沒有傳輸距離的限制，只要GSMCDMAGPRS無線通訊網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地區(qū)均可以進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸?；贕SMCDMAGPRS無線通訊網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的傳輸速率為10KB60KB，由于其利用GSMCDMAGPRS無線通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸，因此其運(yùn)營成本較高?；谇度胧降纳漕l無線收發(fā)的無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的一種無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，其核心技術(shù)是 2.4G 無線收發(fā)技術(shù)。嵌入式射頻無線收發(fā)一體型芯片是國外各大公司近年來推出的一種新型無線傳輸芯片，該芯片將信號(hào)調(diào)制、

22、發(fā)射、接收、數(shù)字電路接口等功能集成在一枚芯片中，具有價(jià)格低廉、外圍電路簡單、體積小巧、通訊可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、傳輸速率快、低耗節(jié)能等諸多優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，嵌入式無線射頻收發(fā)一體型芯片普遍采用了標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字通訊接口，如 SPI，UART 等，可以很方便的與 DSP 或單片機(jī)等微處理器芯片結(jié)合使用?；谇度胧綗o線射頻收發(fā)一體型芯片的上述優(yōu)點(diǎn)，采用嵌入式無線射頻收發(fā)一體型芯片技術(shù)解決低速率無線數(shù)據(jù)傳輸問題是比較理想的解決方案。通過無線射頻收發(fā)一體型芯片與單片機(jī)或 DSP 的結(jié)合使用，再在數(shù)據(jù)傳輸過程中配合先進(jìn)的通訊協(xié)議數(shù)據(jù)處理算法實(shí)現(xiàn)糾錯(cuò)、校驗(yàn)以及加密等功能，可滿足無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆? 2.1電源模塊

23、+C510u+C610uR90RDP1V8D2LEDR101KDP1V8C40.1uGND1VOUT2VIN34U2SPX1117M3-1.83.3V1.8VDP3V3C30.1u+C110u+C210uR80RR70RDP3V3GND1VOUT2VIN34U1SPX1117M3-3.33.3V+5VD14007Vin1_111_22NC3NC42_152_26BT1BUTTONPOWERDP3V3圖 3-1 電源模塊由于 LPC2103 需要 3.3V 和 1.8V 雙電源供電，所以在本系統(tǒng)的電源模塊主要由兩部分組成，一部分首先將輸入電壓變?yōu)?3.3V，另一部分再將 3.3V 電壓進(jìn)一步變?yōu)?/p>

24、 1.8V；為增強(qiáng)該系統(tǒng)的可移動(dòng)性，POWER 接口選擇了三節(jié)干電池組成的4.5V 直流電源輸入，D1 為 4007 二極管，防止正負(fù)極反接燒壞電路，然后接入SPX1117M3-3.3，將電壓轉(zhuǎn)換為 3.3V，C1、C2、C3、C4、C5、C6 為濾波電容，由于電源模塊部分為直流電源，所以選擇 10-0.1 的電容作為濾波電容；同理，將 3.3V 電壓接入 SPX1117M3-1.8，將電壓轉(zhuǎn)換為 1.8V，D2 為電源指示燈，點(diǎn)亮?xí)r電路接通。8 2.2溫度采集模塊123J2LM35R13 1KC10104DP3V3P0_24R14 1KC12104圖 3-2 溫度采集模塊該模塊的作用是采集環(huán)

25、境溫度 100C，并將其傳送給 LPC2103 核心板；管腳1 作為輸入端接 3.3V 電源，管腳 2 作為輸出端與 LPC2103 核心板的 p0.24 口相連接，管腳 3 接地，為防止電流過大燒壞 LPC2103，在管腳 1 和管腳 2 各接入一個(gè)1K 的電阻，C10 與 C12 為濾波電容，該模塊也為直流電路，所以選擇 104 作為濾波電容。2.3無線收發(fā)模塊12345678JP4nrf24l01C13104P0_4P0_6P0_5P0_14P0_17P0_16DP3V3圖 3-3 無線收發(fā)模塊該部分為 nrf24L01 無線收發(fā)模塊，在發(fā)射端中的作用是將 LM35 傳感器采集到的溫度發(fā)

26、送給接收端的 nrf24L01，然后 LPC2103 在接收端再通過串口發(fā)送給上9 位機(jī)，在接收板中的作用是接受發(fā)送板發(fā)送的數(shù)據(jù)；其中管腳 1 接地，管腳 2 接電源，C12 為濾波電容，管腳 3 作為 CE 端與 p0.16 口直接相連，管腳 4 作為CSN 端與 p0.17 直接相連，管腳 5，6，7 分別為 SPI 功能的 SCK，MOSI，MISO接口，應(yīng)該與 LPC2103 上的 SPI 接口一一對(duì)應(yīng)，根據(jù)圖 2-2 的管腳功能圖，分別與 p0.4，p0.5，p0.6 接口直接相連，管腳 8 為 IRQ 端，由于本設(shè)計(jì)中不需要用到該功能，隨便接個(gè)接口或者不接都可以。4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.

27、1無線收發(fā)模塊驅(qū)動(dòng)程序由于 ARM 的引腳均是多功能復(fù)用，因此，需要先按照?qǐng)D 3-3 的硬件連接，設(shè)置 P0.4，P0.5，P0.6 的功能，設(shè)置方法如下：void ioset()PINSEL0 = (PINSEL0 & 0 xFFFF00FF) | 0 x00001500;/ 設(shè)置 SPI 引腳連接 PINSEL1 &= (316);PINSEL1 |= 316;IO0DIR|=CSN;/ 將 CSN 方向設(shè)置為輸出IO0DIR|=CE;/ 將 CE 方向設(shè)置為輸出LPC2103 工作在 SPI 的主機(jī)模式，nrf24L01 工作在 SPI 的從機(jī)模式，傳輸時(shí)高位在前，并且禁

28、止 SPI 中斷，實(shí)現(xiàn)這些功能的代碼如下：void MSPIInit(void)SPI_SPCCR = 0 x52;/ 設(shè)置 SPI 時(shí)鐘分頻 SPI_SPCR = 0 3 |/ CPHA = 0 第一個(gè)時(shí)鐘采樣 0 4 |/ CPOL = 1，SCK 低有效 10 1 5 |/ MSTR = 1，設(shè)置為主模式 0 6 |/ LSBF = 0，SPI 傳輸 MSB 在先 0 8; /將 32 位的溫度信息分成四個(gè)八位，只取低十六位方便發(fā)送 TxBuf2 = temp; if (tf=1) nRF24L01_TxPacket(TxBuf);/發(fā)送溫度數(shù)據(jù)tf=0;Delay(100); retu

29、rn 0;12 4.3接收端程序UART串口初始化SPI初始化接收溫度數(shù)據(jù)提取有效值將溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)IO口初始化開始圖 4-2 接收端流程圖該部分的主要作用是將接收到的溫度數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)，方便觀察結(jié)果；首先定義一個(gè)八位數(shù)組 RxBuf 用來存放接收到的數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行 IO 口初始化、SPI初始化、UART 串口通訊初始化；當(dāng) nrf24L01 接收到數(shù)據(jù)的時(shí)候，會(huì)將數(shù)據(jù)發(fā)送給 LPC2103 存儲(chǔ)在 RxBuf 中，首先我們通過數(shù)組的第一位來判斷這個(gè)溫度數(shù)據(jù)是哪一個(gè)發(fā)送端采集到的數(shù)據(jù)；然后將后面兩個(gè) 8 位的溫度數(shù)據(jù)組合為一個(gè) 16位的溫度數(shù)據(jù)，由于此時(shí)這個(gè)溫度數(shù)據(jù)還是一個(gè)電壓值，我們將其根據(jù) LM35 的溫度公式轉(zhuǎn)換為溫度值，然后將其通過 UART 傳送給上位機(jī)觀察結(jié)果；實(shí)現(xiàn)這部分功能的部分代碼如下：int main(void)uint8 RxBuf20;13 ioset();/IO 口初始化UARTInit();/串口通訊初始化MSPIInit();/SPI 初始化 Delay(1000);nRF24L01_RxPacket(RxBuf);/接收 nrf24L01 收到的數(shù)據(jù)ad=( (uint32)RxBuf110USinerDel