高壓帶電設(shè)備的在線溫度與預(yù)報(bào)警設(shè)計(jì)

1、設(shè)計(jì) 摘  要隨著社會(huì)的進(jìn)步和工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越重視溫度因素，高壓設(shè)備開關(guān)觸頭因接觸不良，發(fā)生燒毀，造成嚴(yán)重?fù)p失事件時(shí)有發(fā)生。對(duì)此現(xiàn)象，人們對(duì)開關(guān)觸頭溫度的關(guān)注也多種多樣，但大多是非接觸或者用間斷的方式獲得溫度值，不利于分析和及時(shí)的反應(yīng)異常情況，避免事故的發(fā)生。本課題以DS18B20為采集核心，采用進(jìn)口高速低功耗PIC16系列MCU進(jìn)行處理，配合射頻無(wú)線傳輸技術(shù)，遠(yuǎn)程通訊技術(shù)，能對(duì)多點(diǎn)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。組建起溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過遠(yuǎn)程通訊技術(shù)將溫度值傳輸?shù)胶笈_(tái)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。利用強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)后臺(tái)軟件，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)分析、存儲(chǔ)和預(yù)報(bào)警動(dòng)作。給相關(guān)的管理和維護(hù)人員提供維護(hù)，保養(yǎng)，和檢修

2、設(shè)備的必要參考數(shù)據(jù)，從而大大降低開關(guān)設(shè)備因過熱燒毀的事故發(fā)生率。本文結(jié)合實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)，介紹了本系統(tǒng)的組成、原理和實(shí)現(xiàn)方法。關(guān)鍵詞：溫度；無(wú)線射頻；高壓；遠(yuǎn)程傳輸；后臺(tái)分析軟件                       第一章  緒論1.1  課題背景在人類的生活環(huán)境中，溫度扮演著極其重要的角色。無(wú)論你生活在哪里，從事什么工作，無(wú)時(shí)無(wú)刻不在與溫度打著交道。自

3、18世紀(jì)工業(yè)革命以來(lái)，工業(yè)發(fā)展對(duì)是否能掌握溫度有著絕對(duì)的聯(lián)系。在冶金、鋼鐵、石化、水泥、玻璃、醫(yī)藥等等行業(yè)，可以說(shuō)幾乎80%的工業(yè)部門都不得不考慮著溫度的因素。當(dāng)然，如何測(cè)量開關(guān)柜觸頭溫度也經(jīng)過了很長(zhǎng)時(shí)間的摸索和探討的過程。測(cè)量開關(guān)柜觸頭溫度大體經(jīng)過了三個(gè)發(fā)展階段：停電檢測(cè)，使用常規(guī)測(cè)溫設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，該方法需要停電才能進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)生產(chǎn)，和檢測(cè)工作都帶來(lái)了很大不方便的因素；所以很快，人們發(fā)明了紅外線測(cè)溫儀，紅外線測(cè)溫儀不需要停電，采用非接觸式方法測(cè)溫。所以大大提高了檢測(cè)方法的水平。但是它還是有很多缺點(diǎn)：由于非接觸會(huì)受到環(huán)境和距離的影響，準(zhǔn)確度就會(huì)有所偏差。同時(shí)還是無(wú)法做到在線，自動(dòng)檢測(cè)的目的。為

4、了進(jìn)一步改善這種局面，提高生產(chǎn)力和加強(qiáng)安全性。本文就接觸式，無(wú)線傳感在線監(jiān)測(cè)的原理和實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了闡述第二章 硬件方案2.0 方案2.1.無(wú)線傳感器方案：2.1  溫度傳感器2.1.1 溫度傳感器選用細(xì)則 現(xiàn)代傳感器在原理與結(jié)構(gòu)上千差萬(wàn)別，如何根據(jù)具體的測(cè)量目的、測(cè)量對(duì)象以及測(cè)量環(huán)境合理地選用傳感器，是在進(jìn)行某個(gè)量的測(cè)量時(shí)首先要解決的題。當(dāng)傳感器確定之后，與之相配套的測(cè)量方法和測(cè)量設(shè)備也就可以確定了。測(cè)量結(jié)果的成敗，在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理。1） 根據(jù)測(cè)量對(duì)象與測(cè)量環(huán)境確定傳感器的類型要進(jìn)行個(gè)具體的測(cè)量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能

5、確定。因?yàn)?，即使是測(cè)量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據(jù)被測(cè)量的特點(diǎn)和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題：量程的大?。槐粶y(cè)位置對(duì)傳感器體積的要求；測(cè)量方式為接觸式還是非接觸式；信號(hào)的引出方法，有線或是非接觸測(cè)量；傳感器的來(lái)源，國(guó)產(chǎn)還是進(jìn)口，價(jià)格能否承受，還是自行研制。2）靈敏度的選擇通常，在傳感器的線性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好。因?yàn)橹挥徐`敏度高時(shí)，與被測(cè)量變化對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)的值才比較大，有利于信號(hào)處理。但要注意的是，傳感器的靈敏度高，與被測(cè)量無(wú)關(guān)的外界噪聲也容易混入，也會(huì)被放大系統(tǒng)放大，影響測(cè)量精度。因此，要求傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪

6、比，盡員減少?gòu)耐饨缫氲拇當(dāng)_信號(hào)3）頻率響應(yīng)特性 傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測(cè)量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真的測(cè)量條件，實(shí)際上傳感器的響應(yīng)總有定延遲，希望延遲時(shí)間越短越好。傳感器的頻率響應(yīng)高，可測(cè)的信號(hào)頻率范圍就寬，而由于受到結(jié)構(gòu)特性的影響，機(jī)械系統(tǒng)的慣性較大，因有頻率低的傳感器可測(cè)信號(hào)的頻率較低。4）線性范圍 傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。以理論上講，在此范圍內(nèi)，靈敏度保持定值。傳感器的線性范圍越寬，則其量程越大，并且能保證一定的測(cè)量精度。在選擇傳感器時(shí)，當(dāng)傳感器的種類確定以后首先要看其量程是否滿足要求。但實(shí)際上，任何傳感器都不能保證絕對(duì)的線性，其線性度也是相對(duì)

7、的。當(dāng)所要求測(cè)量精度比較低時(shí)，在一定的范圍內(nèi)，可將非線性誤差較小的傳感器近似看作線性的，這會(huì)給測(cè)量帶來(lái)極大的方便。5） 穩(wěn)定性傳感器使用一段時(shí)間后，其性能保持不變化的能力稱為穩(wěn)定性。影響傳感器長(zhǎng)期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身結(jié)構(gòu)外，主要是傳感器的使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，傳感器必須要有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。在選擇傳感器之前，應(yīng)對(duì)其使用環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，并根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇合適的傳感器，或采取適當(dāng)?shù)拇胧?，減小環(huán)境的影響。6） 精度精度是傳感器的一個(gè)重要的性能指標(biāo)，它是關(guān)系到整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量精度的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高，其價(jià)格越昂貴，因此，傳感器的精度只要滿足整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的精度

8、要求就可以，不必選得過高。這樣就可以在滿足同一測(cè)量目的的諸多傳感器中選擇比較便宜和簡(jiǎn)單的傳感器。如果測(cè)量目的是定性分析的，選用重復(fù)精度高的傳感器即可，不宜選用絕對(duì)量值精度高的；如果是為了定量分析，必須獲得精確的測(cè)量值，就需選用精度等級(jí)能滿足要求的傳感器。對(duì)某些特殊使用場(chǎng)合，無(wú)法選到合適的傳感器，則需自行設(shè)計(jì)制造傳感器。自制傳感器的性能應(yīng)滿足使用要求。2.1.2  溫度傳感器DS18B20DS18B20型單線智能溫度傳感器，屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器。全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，它能夠直接讀出被測(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過

9、簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)912位的數(shù)字值讀數(shù)方式。其可以分別9375ms和750ms內(nèi)完成9位和12位的數(shù)字量，最大分辨率為00625 ， 而且從DS18B20讀出或?qū)懭隓S18B20的信息僅需要一根口線(單線接口)讀寫。1 DS18B20的性能特點(diǎn)單線數(shù)字化智能集成溫度的傳感器，其特點(diǎn)是： DSI8B20可將被測(cè)溫度直接轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)輸出，溫度值不需要經(jīng)電橋電路先獲取電壓模擬量，再經(jīng)信號(hào)放大和AD轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，解決了傳統(tǒng)溫度傳感器存在的因參數(shù)不一致性，在更換傳感器時(shí)會(huì)因放大器零漂而必須對(duì)電路進(jìn)行重新調(diào)試的問題，使用方便 DS18B20能提供9到12位溫度讀數(shù)，精度高，且其信息傳輸只需1

10、根信號(hào)線，與計(jì)算機(jī)接口十分簡(jiǎn)便，讀寫及溫度變換的功率來(lái)自于數(shù)據(jù)線而不需額外的電源 每一個(gè)DS18B20都有一個(gè)惟一的序列號(hào)，這就允許多個(gè)DS18B20連接到同一總線上尤其適合于多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng) 負(fù)壓特性：當(dāng)電源極性接反時(shí)，DS18B20雖然不能正常工作，但不會(huì)因發(fā)熱而燒毀 正是由于具有以上特點(diǎn)，DS18B20在解決各種誤差、可靠性和實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化等方面與傳統(tǒng)各種溫度傳感器相比，有無(wú)可比擬的優(yōu)越性，因而廣泛應(yīng)用于過程控制、環(huán)境控制、建筑物、機(jī)器設(shè)備中的溫度檢測(cè)。其外形和管腳如下圖： 圖3.1 DS18B20外部形狀及管腳圖DS18B20與單片機(jī)的典型接口設(shè)計(jì)DS18B20測(cè)溫系統(tǒng)具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、

11、測(cè)溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)。Dsl8B20與單片機(jī)的硬件連接有兩種方法：一是Vcc接外部電源，GND接地，I/0與單片機(jī)的I/0線相連；二是用寄生電源供電，此時(shí),UDD和GND接地，I/0接單片機(jī)I/0。無(wú)論是哪種供電方式，I/0口線都要接47k Q左右的上拉電阻。圖4給出了DSl8B20與微處理器的典型連接。 DS18B20寄生電源供電方式：如下面圖3.2(a)所示，在寄生電源供電方式下，DS18B20從單線信號(hào)線上汲取能量：在信號(hào)線DQ處于高電平期間把能量?jī)?chǔ)存在內(nèi)部電容里，在信號(hào)線處于低電平期間消耗電容上的電能工作，直到高電平到來(lái)再給寄生電源（電容）充電。  

12、;   獨(dú)特的寄生電源方式有三個(gè)好處：1） 進(jìn)行遠(yuǎn)距離測(cè)溫時(shí)，無(wú)需本地電源2） 可以在沒有常規(guī)電源的條件下讀取ROM3） 電路更加簡(jiǎn)潔，僅用一根I/O口實(shí)現(xiàn)測(cè)溫 要想使DS18B20進(jìn)行精確的溫度轉(zhuǎn)換，I/O線必須保證在溫度轉(zhuǎn)換期間提供足夠的能量，由于每個(gè)DS18B20在溫度轉(zhuǎn)換期間工作電流達(dá)到1mA，當(dāng)幾個(gè)溫度傳感器掛在同一根I/O線上進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫時(shí)，只靠4.7K上拉電阻就無(wú)法提供足夠的能量，會(huì)造成無(wú)法轉(zhuǎn)換溫度或溫度誤差極大。因此，該電路只適應(yīng)于單一溫度傳感器測(cè)溫情況下使用，不適宜采用電池供電系統(tǒng)中。并且工作電源VCC必須保證在5V，當(dāng)電源電壓下降時(shí)，寄生電源能夠汲取的能

13、量也降低，會(huì)使溫度誤差變大。 DS18B20寄生電源強(qiáng)上拉供電方式：     改進(jìn)的寄生電源供電方式如下面圖3.2(b)所示，為了使DS18B20在動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換周期中獲得足夠的電流供應(yīng)，當(dāng)進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換或拷貝到E2存儲(chǔ)器操作時(shí)，用MOSFET把I/O線直接拉到VCC就可提供足夠的電流，在發(fā)出任何涉及到拷貝到E2存儲(chǔ)器或啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換的指令后，必須在最多10S內(nèi)把I/O線轉(zhuǎn)換到強(qiáng)上拉狀態(tài)。在強(qiáng)上拉方式下可以解決電流供應(yīng)不走的問題，因此也適合于多點(diǎn)測(cè)溫應(yīng)用，缺點(diǎn)就是要多占用一根I/O口線進(jìn)行強(qiáng)上拉切換。 DS18B20的外部電源供電方式：  &#

14、160;  如下面圖3.2(c)所示，在外部電源供電方式下，DS18B20工作電源由VDD引腳接入，其VDD端用355V電源供電，此時(shí)I/O線不需要強(qiáng)上拉，不存在電源電流不足的問題，可以保證轉(zhuǎn)換精度，同時(shí)在總線上理論可以掛接任意多個(gè)DS18B20傳感器，組成多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)。注意：在外部供電的方式下，DS18B20的GND引腳不能懸空，否則不能轉(zhuǎn)換溫度，讀取的溫度總是85。 （c）DS18B20外部電源供電方式 （a）DS18B20寄生電源供電方式 (b) DS18B20溫度轉(zhuǎn)換期間的強(qiáng)上拉供電（寄生電源方式）圖3.2 DS18B20與微處理器的典型連接圖（3）DS18B20

15、的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：圖3.3 為DS18B20 的內(nèi)部框圖，它主要包括寄生電源、溫度傳感器、64 位激光ROM 單線接口、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器(內(nèi)含便箋式RAM)，用于存儲(chǔ)用戶設(shè)定的溫度上下限值的TH 和TL 觸發(fā)器存儲(chǔ)與控制邏輯、8 位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼(CRC)發(fā)生器等七部分。64位光刻ROM 的排列是：開始8位是產(chǎn)品類型標(biāo)號(hào)，接著的48位是該DS18B20自身的序列號(hào)，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼。光刻R0M 的作用是使每一個(gè)DS18B20都各不相同，這可實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18B20的目的。暫存存儲(chǔ)器包含了8個(gè)連續(xù)字節(jié)，前2個(gè)字節(jié)是測(cè)得的溫度信息，第1個(gè)字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低8位，

16、第2個(gè)字節(jié)是溫度的高8位。第3個(gè)和第4個(gè)字節(jié)是TH、TL的易失性拷貝，第5個(gè)字節(jié)是結(jié)構(gòu)寄存器的易失性拷貝，這3個(gè)字節(jié)的內(nèi)容在每一次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第6、7、8個(gè)字節(jié)用于內(nèi)部計(jì)算。第9個(gè)字節(jié)是冗余檢驗(yàn)字節(jié) 圖3.3 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（4）DS18B20 的測(cè)溫原理：DS1820測(cè)溫原理如下圖所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)數(shù)器1。 圖 3.4 DS18B20測(cè)溫原理高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在-55所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)

17、行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1，計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器1重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，DS1 8B20測(cè)量溫度原理停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。 在正常測(cè)溫情況下，DS18B20 的測(cè)溫分辨力為0.5，可采用下述方法獲得高分辨率的溫度測(cè)量結(jié)果：首先用DS18B20 提供的讀暫存器指令(BEH)讀出以0.5為分辨率的溫度測(cè)量結(jié)果，然后切去測(cè)量結(jié)果中的最低有效位(LSB)，得到所測(cè)實(shí)際溫度的整數(shù)部分TZ，然后再用BEH 指令取計(jì)數(shù)器1 的計(jì)數(shù)剩余值CS 和每度計(jì)數(shù)值CD?？紤]到

18、DS18B20測(cè)量溫度的整數(shù)部分以0.25、0.75為進(jìn)位界限的關(guān)系，實(shí)際溫度TS 可用下式計(jì)算：TS=(TZ0.25) (CDCS)/CD（5）告警信號(hào)：DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測(cè)得的溫度值與TH、TL 作比較。若T>TH 或T<TL，則將該器件內(nèi)的告警標(biāo)志置位，并對(duì)主機(jī)發(fā)出的告警搜索命令作出響應(yīng)。因此，可用多只DS18B20 同時(shí)測(cè)量溫度并進(jìn)行告警搜索。一旦某測(cè)溫點(diǎn)越限，主機(jī)利用告警搜索命令即可識(shí)別正在告警的器件，并讀出其序號(hào)，而不必考慮非告警器件。（6）CRC 的產(chǎn)生：在64 位ROM 的最高有效字節(jié)中存有循環(huán)冗余校驗(yàn)碼(CRC)。主機(jī)根據(jù)ROM 的前56 位來(lái)計(jì)

19、算CRC 值，并和存入DS18B20 中的CRC 值作比較，以判斷主機(jī)收到的ROM 數(shù)據(jù)是否正確。CRC 的函數(shù)表達(dá)式為：CRC=XXX1。此外，DS18B20 尚需依上式為暫存器中的數(shù)據(jù)來(lái)產(chǎn)生一個(gè)8位CRC 送給主機(jī)，以確保暫存器數(shù)據(jù)傳送無(wú)誤。在本課題中采用四個(gè)數(shù)字式溫度傳感器DS18B20與單片機(jī)89C51連接如下圖 圖3.5 DS18B20多點(diǎn)溫度測(cè)量連接電路圖(7) DS1820使用中注意事項(xiàng)DS18B20雖然具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題：較小的硬件開銷需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于DS18B20與微處理器間采用串行

20、數(shù)據(jù)傳送，因此，在對(duì)DS18B20進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫時(shí)序，否則將無(wú)法讀取測(cè)溫結(jié)果。在DS18B20的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛DS18B20數(shù)量問題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè)DS18B20，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。當(dāng)單總線上所掛DS18B20超過8個(gè)時(shí)，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意。連接DS18B20的總線電纜是有長(zhǎng)度限制的。試驗(yàn)中，當(dāng)采用普通信號(hào)電纜傳輸長(zhǎng)度超過50m時(shí)，讀取的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)將發(fā)生錯(cuò)誤。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離可達(dá)150m，當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離進(jìn)一步加長(zhǎng)。

21、這種情況主要是由總線分布電容使信號(hào)波形產(chǎn)生畸變?cè)斐傻?。因此，在用DS18B20進(jìn)行長(zhǎng)距離測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。 在DS18B20測(cè)溫程序設(shè)計(jì)中，向DS18B20發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS18B20的返回信號(hào)，一旦某個(gè)DS18B20接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該DS18B20時(shí)，將沒有返回信號(hào)，程序進(jìn)入死循環(huán)。這一點(diǎn)在進(jìn)行DS18B20硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予一定的重視。2.2 控制芯片的選擇PIC系列單片機(jī)是有美國(guó)Microchip公司生產(chǎn)的單片機(jī)產(chǎn)品。目前在世界8位單片機(jī)中銷量第一。PIC16F690單片機(jī)在多個(gè)方面較之其它系列單片

22、機(jī)更有優(yōu)越性，它的最大優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在引腳少、功能強(qiáng)、可直接帶LED負(fù)載；具有低耗能工作方式，較簡(jiǎn)便地實(shí)現(xiàn)掉電保護(hù)；外圍接口電路簡(jiǎn)單，提高了整機(jī)的可靠性；具有較強(qiáng)的抗干擾性，大大提高抵御外界的電磁干擾和本機(jī)控制電路的電磁干擾的能力，從而提高了工業(yè)電腦自動(dòng)控制器的適應(yīng)能力。PIC16F690單片機(jī)的指令字節(jié)位14位，屬于中級(jí)產(chǎn)品，是PIC中級(jí)單片機(jī)中很有特色的一個(gè)子系列。PIC16F690單片機(jī)電壓運(yùn)行范圍為2.0V至5.5V，具有高性能的RISC CPU，僅僅有35條單字指令，執(zhí)行速度快，指令易學(xué)易用；帶有256字節(jié)的電可擦寫的EEPROM存儲(chǔ)器，每次報(bào)警和斷電界限的設(shè)定值可以從EEPROM中讀出以

23、前寫入的設(shè)定值，或重新按鍵設(shè)定并寫入EEPROM以備下次使用；8K*14個(gè)FLASH程序存儲(chǔ)器，368*8個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）字節(jié)，充足的資源可供以后開發(fā)改進(jìn)；內(nèi)含10位多通道模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換精度高；看門狗可以對(duì)軟件運(yùn)行出錯(cuò)提供保護(hù)功能4。1.重實(shí)際PIC最大的特點(diǎn)是從實(shí)際出發(fā)，重視產(chǎn)品的性價(jià)比，靠發(fā)展多種型號(hào)來(lái)滿足不同層次的應(yīng)用要求。2.效率 PIC系列8位單片機(jī)具有獨(dú)特的RISC結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)總線和指令總線分離的（Harvard）結(jié)構(gòu)，使指令具有單字長(zhǎng)的特性，且允許指令碼的位數(shù)可多于8位的數(shù)據(jù)位數(shù)，這與傳統(tǒng)的采用 CISC結(jié)構(gòu)的8位單片機(jī)相比，可以達(dá)到2：1的代碼壓縮，速度提高了4倍。3.

24、發(fā)環(huán)境優(yōu)越PIC在推出一款新型號(hào)的同時(shí)推出了相應(yīng)的仿真芯片，所有的開發(fā)系統(tǒng)有專用的仿真芯片支持，實(shí)時(shí)性非常好。4.強(qiáng)的抗干擾能力PIC單片機(jī)通過限流電阻可以接至220V交流電源，可直接與繼電器控制電路相連，無(wú)需光電耦合隔離，給應(yīng)用帶來(lái)極大方便。5.徹底的保密性PIC以保密熔絲來(lái)保護(hù)代碼，用戶在寫入代碼后熔短熔絲，別人無(wú)法讀出，除非恢復(fù)熔絲。目前，PIC采用熔絲深埋工藝，恢復(fù)熔絲的可能性極小。6.帶看門狗定時(shí)器自帶的看門狗定時(shí)器可以提高程序運(yùn)行的可靠性。7.眠何低功耗模式睡眠和低功耗模式使PIC單片機(jī)對(duì)電源具有非常低的功耗。PIC16F190屬于內(nèi)嵌功能較多的單片機(jī)，除了CPU、ROM、RAM、

25、I/O等基本構(gòu)造外，還包括以下各種功能，簡(jiǎn)介如下：A/D converter：模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，最多可以讀取8組模擬輸入訊號(hào)。CCP：Capture、Compare、PWM，用于控制直流馬達(dá)。 Timer：內(nèi)部定時(shí)器，有Timer0、Timer1、Timer2等。USART：Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitte同步/異步串行傳輸，如RS232、RS485等。MSSP；Master Synchronous Serial Port，兩線式(I2C)與三線式(SPI)標(biāo)準(zhǔn)同步串行傳輸協(xié)定，常用于EEPROM內(nèi)存資料的燒錄

26、與讀取，或是與其它集成電路溝通與聯(lián)系，形成多芯片網(wǎng)絡(luò)。PIC16F877常用的語(yǔ)言有匯編語(yǔ)言與C語(yǔ)言兩種，匯編語(yǔ)言是將每一個(gè)機(jī)器碼使用一個(gè)文字代號(hào)代表，比較接近處理器真正動(dòng)作模式，而C語(yǔ)言是比較符合人們的使用習(xí)慣，事先將匯編語(yǔ)言組合成C語(yǔ)言形式，使用較為方便，但是C語(yǔ)言所組譯的機(jī)器碼程序通常比較大，概述 2.2 無(wú)線收發(fā)單元。nRF9051是單片射頻收發(fā)芯片，工作于433MHz的ISM頻段，芯片內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置。芯片能耗非常低，以10dBm 的功率發(fā)射時(shí)，工作電流僅有 30mA，接收時(shí)工作電流只有 12.5

27、mA，多種低功率工作模式，待機(jī)模式下電流僅為12.5µA，節(jié)能設(shè)計(jì)更方便。其 ShockBurst技術(shù)可在通訊時(shí)自動(dòng)生成前導(dǎo)碼和CRC校驗(yàn)位。nRF905適用于多種無(wú)線通信的場(chǎng)合，如無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、報(bào)警及安全系統(tǒng)、家庭自動(dòng)化、遙感監(jiān)測(cè)、無(wú)線門禁系統(tǒng)等。 應(yīng)用領(lǐng)域 超低功耗無(wú)線收發(fā)器 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò) 家庭和樓宇自動(dòng)化 無(wú)線報(bào)警安全系統(tǒng) 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng) 報(bào)警及安全系統(tǒng) 家庭自動(dòng)化 遙感監(jiān)測(cè) 無(wú)線門禁系統(tǒng) 無(wú)線鼠標(biāo) 遙控開鎖 遙控玩具 性能參數(shù)422.4473.5MHz工作頻段2 512個(gè)通訊頻道，滿足多點(diǎn)通訊、分組、跳頻等應(yīng)用需求，通道切換時(shí)間6us 發(fā)射功率可設(shè)置為：10dBm、6d

28、Bm、-2dBm和-10dBm 通過SPI接口與MCU連接 支持50kbps傳輸速率 ShockBurst傳輸模式，自動(dòng)生成前導(dǎo)碼和CRC校驗(yàn)碼 工作電壓范圍：1.9V3.6V，待機(jī)模式下電流僅為12.5µA 工作溫度范圍：-40+85 工作模式：nRF905采用Nordic公司的VLSI ShockBurst技術(shù)。ShockBurst技術(shù)使nRF905能夠提供高速的數(shù)據(jù)傳輸，而不需要昂貴的高速M(fèi)CU來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理/時(shí)鐘覆蓋。通過將與RF協(xié)議有關(guān)的高速信號(hào)處理放到芯片內(nèi)，nRF905提供給應(yīng)用的微控制器一個(gè)SPI接口，速率由微控制器自己設(shè)定的接口速度決定。nRF905通過ShockB

29、urst工作模式在RF以最大速率進(jìn)行連接時(shí)降低數(shù)字應(yīng)用部分的速度來(lái)降低在應(yīng)用中的平均電流消耗。在ShockBurst RX模式中，地址匹配AM和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒DR信號(hào)通知MCU一個(gè)有效的地址和數(shù)據(jù)包已經(jīng)各自接收完成。在ShockBurst TX模式中，nRF905自動(dòng)產(chǎn)生前導(dǎo)碼和CRC校驗(yàn)碼，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒DR信號(hào)通知MCU數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)完成?？傊@意味著降低MCU的存儲(chǔ)器需求也就是說(shuō)降低MCU成本，又同時(shí)縮短軟件開發(fā)時(shí)間。 1）、典型ShockBurst TX模式： 、當(dāng)應(yīng)用MCU有遙控?cái)?shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)時(shí)，接收節(jié)點(diǎn)的地址TX-address和有效數(shù)據(jù)TX-payload通過SPI接口傳送給nRF905應(yīng)

30、用協(xié)議或MCU設(shè)置接口速度； 、MCU設(shè)置TRX_CE、TX_EN為高來(lái)激活nRF905 ShockBurst傳輸； 、nRF905 ShockBurst： 無(wú)線系統(tǒng)自動(dòng)上電l 數(shù)據(jù)包完成（加前導(dǎo)碼和CRC校驗(yàn)碼）l 數(shù)據(jù)包發(fā)送（100kbps，GFSK，曼l切斯特編碼） 、如果AUTO_RETRAN被設(shè)置為高nRF905將連續(xù)地發(fā)送數(shù)據(jù)包直到TRX_CE被設(shè)置為低； 、當(dāng)TRX_CE被設(shè)置為低時(shí)，nRF905結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸并自動(dòng)進(jìn)入standby模式。 2）、典型ShockBurst RX模式 、通過設(shè)置TRX_CE高，TX_EN低來(lái)選擇ShockBurst模式； 、650us以后，nRF90

31、5監(jiān)測(cè)空中的信息； 、當(dāng)nRF905發(fā)現(xiàn)和接收頻率相同的載波時(shí)，載波檢測(cè)CD被置高； 、當(dāng)nRF905接收到有效的地址時(shí)，地址匹配AM被置高； 、當(dāng)nRF905接收到有效的數(shù)據(jù)包（CRC校驗(yàn)正確）時(shí)，nRF905去掉前導(dǎo)碼、地址和CRC位，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒（DR）被置高； 、MCU設(shè)置TRX_CE低，進(jìn)入standby模式低電流模式； 、MCU可以以合適的速率通過SPI接口讀出有效數(shù)據(jù)； 、當(dāng)所有的有效數(shù)據(jù)被讀出后，nRF905將AM和DR置低； 、nRF905將準(zhǔn)備進(jìn)入ShockBurst RX、ShockBurst TX或Powerdown模式。 3）、掉電模式 在掉電模式中，nRF905被禁

32、止，電流消耗最小，典型值低于2.5uA。當(dāng)進(jìn)入這種模式時(shí)，nRF905是不活動(dòng)的狀態(tài)。這時(shí)候平均電流消耗最小，電池使用壽命最長(zhǎng)。在掉電模式中，配置字的內(nèi)容保持不變。 4）、STANDBY模式 Standby模式在保持電流消耗最小的同時(shí)保證最短的ShockBurstRX、ShockBurstTX的啟動(dòng)時(shí)間。當(dāng)進(jìn)入這種模式時(shí)，一部分晶體振蕩器是活動(dòng)的。電流消耗取決于晶體振蕩器頻率，如：當(dāng)頻率為4MHZ時(shí)，IDD=12uA；當(dāng)頻率為20MHZ 時(shí)，IDD=46uA。如果uPCLK（Pin3）被使能，電流消耗將增加。并且取決于負(fù)載電容和頻率。在此模式中，配置字的內(nèi)容保持不變。 5）、器件配置：nRF9

33、05的所有配置都通過SPI接口進(jìn)行。SPI接口由5個(gè)寄存器組成，一條SPI指令用來(lái)決定進(jìn)行什么操作。SPI接口只有在掉電模式和Standby模式是激活的。 1）、狀態(tài)寄存器（Status-Register） 寄存器包含數(shù)據(jù)就緒DR和地址匹配AM狀態(tài)。 2）、RF配置寄存器（RF-Configuration Register） 寄存器包含收發(fā)器的頻率、輸出功率等配置信息。 3）、發(fā)送地址（TX-Address） 寄存器包含目標(biāo)器件地址，字節(jié)長(zhǎng)度由配置寄存器設(shè)置。 4）、發(fā)送有效數(shù)據(jù)（TX-Payload） 寄存器包含發(fā)送的有效ShockBurst數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)，字節(jié)長(zhǎng)度由配置寄存器設(shè)置。 6）、接收

34、有效數(shù)據(jù)（RX-Payload） 寄存器包含接收到的有效ShockBurst數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)，字節(jié)長(zhǎng)度由配置寄存器設(shè)置。在寄存器中的有效數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒DR指示。 接口：1）、模式控制接口： 該接口由 PWR 、TRX_CE、TX_EN組成控制由nRF905組成的高頻頭的四種工作模式：掉電和 SPI 編程模式；待機(jī)和SPI編程模式 ；發(fā)射模式；接收模式。 2）、SPI接口： SPI 接口由 CSN、SCK、MOSI以及MISO組成。在配置模式下單片機(jī)通過SPI接口配置高頻頭的工作參數(shù)；在發(fā)射/接收模式下單片機(jī)SPI接口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。 3）、狀態(tài)輸出接口： 提供載波檢測(cè)輸出CD，地址匹配輸出AM，

35、數(shù)據(jù)就緒輸出DR。 外圍的RF信息1）、晶體規(guī)格 為了實(shí)現(xiàn)晶體振蕩器低功耗和快速啟動(dòng)時(shí)間的解決方案,推薦使用低值晶體負(fù)載電容。指定CL=12pF是可以接受的。但是，也可能增大到16pF。指定一個(gè)晶體并行相等電容,Co=1.5pF也是很好的，但這樣一來(lái)會(huì)增加晶體自身成本。典型的設(shè)定晶體電容Co=1.5pF，指定Co_max=7.0pF。 2）、外部參考時(shí)鐘 一個(gè)外部參考時(shí)鐘如MCU時(shí)鐘，可以用來(lái)代替晶體震蕩器。這個(gè)時(shí)鐘信號(hào)應(yīng)該直接連接到XC1引腳，XC2引腳為高阻態(tài)。當(dāng)使用外部時(shí)鐘代替晶體時(shí)鐘工作時(shí)，始終必須工作在Standby模式以降低電流消耗。如果器件被設(shè)置成Standby模式而沒有使用外部時(shí)鐘或晶體時(shí)鐘，則電流消耗最大可達(dá)1mA。 3）、微處理器輸出時(shí)鐘 在默認(rèn)情況下，微處理器提供輸出時(shí)鐘。在Standby模式下提供輸出時(shí)鐘將增加電流消耗。在Standby模式電流消耗取決于頻率和外部晶體負(fù)載、輸出時(shí)鐘的頻率和提供輸出時(shí)鐘的電容負(fù)載。 4）、天線輸出 ANT1和ANT2輸出腳給天線提供穩(wěn)定的RF輸出。這兩個(gè)腳必須有連接到VDD_PA的直流通路，通過RF扼流圈，或者通過