单片机毕业设计(4)

基于无线射频模块的汽车防盗报警设计

图4.6 液晶接口

4.4温度传感器DS18B20电路设计

4.4.1 DS18B20简介

温度芯片DS18B20是Dallas公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO－92小体积封装形式。测温分辨率可达0.0625℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出。测量温度范围为 -55℃～+125℃，在-10℃～+85℃范围内，精度为±0.5℃。其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生。CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。由于每一个DS18B20都有唯一系列号，因此多个DS18B20可以存在同一条单总线上。这允许许多不同地方放置温度灵敏器件。此特性的应用范围包括HAVC环境控制，建筑物、设备或机械内的温度检测，以及过程监控和控制中的温度检测等。DS18B20的内部结构如图4.7所示。

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图4.7 DS18B20方框图

DS18B20有4个主要的数据部件：

A：64位激光ROM。64位激光ROM从高位到低位依次为8位CRC、48位序列号和8位家族代码(28H)组成。

B：温度灵敏元件。

C：非易失性温度报警触发器TH和TL。可通过软件写入用户报警上下限值。

D：配置寄存器。配置寄存器为高速暂存存储器中的第五个字节。其中R0、R1：温度计分辨率设置位，其对应四种分辨率如下表所列，出厂时R0、R1置为缺省值：R0=1，R1=1（即12位分辨率），用户可根据需要改写配置寄存器以获得合适的分辨率。

表 4.3 分辨率关系表

R0 0 0 1 1 R1 0 1 0 1 分辨率/bit 9 10 11 12 最大转换时间/us 93.75 187.5 375 750 高速暂存存储器由9个字节组成，其分配如表4.3所示。当温度转换命令发布后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在高速暂存存储器的第0和第1个字节。单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后，数据格式如表4.4所示。对应的温度计算：当符号位S=0时，直接将二进制位转换为十进制；当S=1时，先将补码变为原码，再计算十进制值。

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表4.4 DS18B20存储器

温LSB 度温MSB 度TH TL 保留 保留 计数寄存器 计数寄存器 8CRC 位4.4.2 电路设计

本系统为温度测试。DS18B20采用外部供电方式，理论上可以在一根数据总线上挂256个DS18B20，但时间应用中发现，如果挂接25个以上的DS18B20仍旧有可能产生功耗问题。另外单总线长度也不宜超过80M，否则也会影响到数据的传输。本设计使用一个温度采集节点。 对DS18B20的设计，需要注意以下问题:

A：对硬件结构简单的单线数字温度传感器DS18B20 进行操作，需要用较为复杂的程序完成。编制程序时必须严格按芯片数据手册提供的有关操作顺序进行，读、写时间片程序要严格按要求编写。尤其在使用DS18B20 的高测温分辨力时，对时序及电气特性参数要求更高。

B：有多个测温点时，应考虑系统能实现传感器出错自动指示，进行自动DS18B20 序列号和自动排序，以减少调试和维护工作量。

C：测温电缆线建议采用屏蔽4 芯双绞线，其中一对线接地线与信号线，另一组接VCC和地线，屏蔽层在源端单点接地。DS18B20 在三线制应用时，应将其三线焊接牢固；在两线应用时，应将VCC与GND接在一起，焊接牢固。若VCC脱开未接，传感器只送85℃的温度值。

D：实际应用时，要注意单线的驱动能力，不能挂接过多的DS18B20，同时还应注意最远接线距离。另外还应根据实际情况选择其接线拓扑结构。

4.5无线收发模块

4.5.1 简介

该模块由挪威(Nordic)公司生产的nRF24L01及其外围电路组成的。nRF24L01作为单片射频收发芯片，其工作于2.4～2.5GHz世界通用ISM频段，工作电压为1.9~3.6V。可通过SPI写入数据，最高可达10Mbit／s，数据传输速率最快可达2Mbit／s，并且具有自动应答和自动再发射功能。芯片融进了增强式ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。该芯片功耗低，6dBm功率发射时，

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工作电流9mA，接收时工作电流只有12.3mA，可选择的掉电模式和空闲模式使其应用设计更为方便。模块中nRF24L01和STC89C52通过MOSI、MISO和SCK组成SPI接口，单片机接12M的低频晶振工作，nRF24L01外接晶振为16MHz，由低速的单片机控制高速收发的射频芯片。 4.5.2 nRF24L01概述

nRF24L01是一款新型单片射频收发器件,工作于2.4 GHz～2.5 GHz ISM频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块,并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。nRF24L01功耗低,在以-6dBm的功率发射时，工作电流也只有9mA;接收时，工作电流只有12.3mA，多种低功率工作模式(掉电模式和空闲模式)使节能设计更方便。nRF24L01主要特性如下：

1、GFSK调制，硬件集成OSI链路层； 2、具有自动应答和自动再发射功能； 3、片内自动生成报头和CRC校验码； 4、数据传输率为l Mb/s或2Mb/s； 5、SPI速率为0 Mb/s～10 Mb/s；

6、125个频道与其他nRF24系列射频器件相兼容； 7、QFN20引脚4 mm×4 mm封装； 8、供电电压为1.9 V～3.6 V； 4.5.3 引脚功能及描述

nRF24L01的封装及引脚排列如图所示。无线发射、接收芯片 nRF24L01 的电路原理如图4.5所示。

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图4.8无线发射、接收原理图

CE：使能发射或接收；

CSN，SCK，MOSI，MISO：SPI引脚端，微处理器可通过此引脚配置nRF24L01： IRQ：中断标志位； VDD：电源输入端； VSS：电源地；

XC2，XC1：晶体振荡器引脚；

VDD_PA：为功率放大器供电，输出为1.8 V； ANT1,ANT2：天线接口； IREF：参考电流输入； 4.5.4 工作模式

通过配置寄存器可将nRF24L01配置为发射、接收、空闲及掉电四种工作模式，如表3.1所示。

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