[信息与通信]基于CC22430无线温度采集系统设计.doc

盐城工学院本科生毕业设计说明书( 2010)毕业设计说明书基于CC22430无线温度采集系统设计专业自动化学生姓名钱浩班级B自动化072学号0710603215指导教师周云龙完成日期2011年5月30日基于CC2430无线温度采集系统设计摘 要：本文设计并实现了一种采用射频收发芯片CC2430、数字温度传感器DS18B30和上位机PC的无线温度采集系统，针对有线温度测量系统布线带来的诸多不便,将ZigBee低功耗无线传输技术应用到分布式温度测量,实现了多点分布式温度测量并有效收集测量数据。该文介绍了无线温度采集系统的基本工作原理、硬件的设计和软件的实现.。系统以温度处理模块、温度数据收发模块和温度数据采集模块及温度显示模块四大模块来组成一个整体的系统。该系统结构简单，成本低，功耗低，设置方便，不需传输介质即可采集多点数据，克服了有线网络的缺点。系统能够实现温度信息的采集、传送和LCD显示，利用C语言完成了软件设计。与传统温度采集系统相比，该系统利用单总线方式连接，采用无线传输方式实现远距离通信，易于系统的集成与扩展。本系统降低布线成本、易于维护、提高了可靠性。系统具有较好的实时性、方便性和安全性,可用于工农业各个领域的实时温度采集。关键词：无线;数据采集;传感器;DS18B20;CC2430Based on CC2430 wireless temperature gathering system designAbstract: This paper designs and realizes an adopt rf transceiver chip CC2430, digital temperature sensor DS18B30 and PC wireless temperature acquisition system for cable temperature measuring system, the inconvenience, bring wiring ZigBee wireless transmission of low power consumption will be applied to distributed temperature measurement, realized more distributed temperature measurement and effectively collect measurement data. This paper introduces wireless temperature gathering system of basic work principle, the hardware design and software realization. System taking the temperature processing module, temperature data transceiver module and temperature data acquisition module and temperature display module four modules to form a whole system. The system structure is simple, low cost, low power consumption, easy setting, do not need transmission medium collecting more data can be to overcome the shortcomings of cable network. System can realize temperature information collection, transmission and LCD display, using C language finished the design of software. Compared with the traditional temperature acquisition system, the system by using a single bus way, using wireless connection means to realize remote communication, easy system integration and expansion. This system reduces the cost and easy maintenance, wiring improved reliability. System has a good real-time, convenience and safety, and can be used in the fields of industry and agriculture real-time temperature gathering.Key Words: wireless; Data acquisition; sensor; DS18B20;CC2430目 录基于CC2430无线温度采集系统设计11.概 述11.1研究意义11.2课题来源11.3基本技术要求及内容11.4设计思路11.5预期成果22. 总体方案设计22.1拓扑结构22.2 系统总结构23. 系统硬件设计33.1 电源模块的设计33.2 CC2430控制模块设计53.3 调试下载程序接口93.4 低压报警电路113.5 LCD液晶显示模块123.6 RS232接口153.7 温度采集模块的设计174. 系统软件设计204.1KEIL的使用204.2 主节点流程图224.3从节点流程图235. 结束语25参考文献26致 谢27附 录28附录1：程序清单29附录2：设计图纸38附录3：元器件目录表42盐城工学院本科生毕业设计说明书( 2011)基于CC2430无线温度采集系统设计1.概 述1.1研究意义随着计算机技术的飞速发展和普及，无线温度采集系统在多个领域有着广泛的应用。数温度据采集是工、农业控制系统中至关重要的一环，在医药、化工、食品、等领域的生产过程中，往往需要随时检测各生产环节的温度参数。同时，还要对某一检测点任意参数能够进行随机查寻，将其在某一时间段内检测得到的数据经过转换提取出来，以便进行比较，做出决策，调整控制方案，提高产品的合格率，产生良好的经济效益。随着工、农业的发展，无线温度采集系统势必将得到越来越多的应用，为适应这一趋势，作这方面的研究就显得十分重要。在科学研究中，运用无线采集系统可获得大量的动态信息，也是获取科学数据和生成知识的重要手段之一。总之，不论在哪个应用领域中，无线数据采集与处理将直接影响工作效率和所取得的经济效益。1.2课题来源计算机的发展对通信起了巨大的推动作用.计算机和通信紧密结合构成了灵活多样的通信控制系统，也可以构成强有力的信息处理系统,这样对社会的发展产生了深远的影响。数据通信是计算机广泛应用的必然产物。数据采集系统，从严格的意义上来说，应该是用计算机控制的多路数据自动检测或巡回检测，并且能够对数据实行存储、处理、分析计算以及从检测的数据中提取可用的信息，供显示、记录、打印或描绘的系统。1.3基本技术要求及内容本课题设计一个用CC2430无线收发芯片组成的无线温度采集系统，结构为一对多，主控模块有RS232接口与上位机通讯，子模块为多个相同功能电路，子模块将采集到的环境温度传给主模块，环境温度测量范围：-1080，精度1（25），响应时间小于25S，分辨率0.1。子模块为电池供电（3.6V的18650锂电池），有电池电压低报警功能。1.4设计思路根据无线温度采集系统的需求，我们要有发射模块和接收模块，还有一个温度检测的模块，当然我们还得设计一个电源模块，还需一个显示温度的显示模块。1.5预期成果经过调试后，各模块工作正常，经过温度传感器采集温度后，由发射模块发出数据，经接收模块接收，再由显示模块显示当前的温度值，从而完成无线温度采集的任务。2. 总体方案设计2.1拓扑结构本文设计的温度采集系统结构下图2-1所示。系统采用ZigBee 星型网络拓扑结构,建立了一个主节点,多个从节点的无线传感网络,实现数据的无线传输。各个从节点连接数字温度传感器DS18B20定时采集环境温度,并通过无线传感网络将数据依次向主节点发送,主节点收到数据后通过串口传给上位PC 机.图2-1 系统拓扑图2.2 系统总结构系统按功能可以分为以下二个部分: 一是无线数据采集部分,包括温度数据采集模块、温度数据处理模块、和数据发送模块;二是无线主机部分,包括数据接受部分,数据处理模块、串口通讯模块和PC 机。两者通过无线数据通信联系。系统总结构框图如图2-2 所示:温度采集模块（DS18B20）温度处理模块（CC2430）无线数据发送模块（DS18B20）温度显示模块（LCD1602）上位机通讯（ PC ）温度处理模块（CC2430）无线数据接收模块（DS18B20）图2-2 系统总结构框图系统的具体工作工作过程:在无线采集部分,由温度传感器负责环境温度信号采集, 通过I/0 口直接送给数据处理部分;在数据处理部分接受到的数字信号将被转换成对应值, 然后按一定的通信协议格式进行数据打包, 打包后的数据写入无线通讯模块的发送缓冲区,由无线收发模块经PCB板天线完成数据的传输, 接受到的数据进行分析处理和显示。基于CC2430和DS18B20的无线测温的系统，系统具有以下几个特点： a）整个控制系统的各个模块具有高集成度、高可靠性和低功耗、低成本、体积小等优点，维护保养十分方便，只需更换相应节点即可，避免了传统控制线路本身带来许多麻烦，从而大大减少了设备购置成本，建设安装成本和系统维护成本。 b）卓越的物理性能，整个网络所使用的无线频率是国际通用的免费频段(2.42.48 GHz ISM)， 传输的方式是抗干扰能力强的直序扩频方式（DSSS），特别适合在干扰较大的环境中使用。 c）网络的自组织、自愈能力强，ZigBee的自组织功能：无需人工干预，网络节点能够感知其他节点的存在，并确定连接关系，组成结构化的网络；ZigBee自愈功能：增加或者删除一个节点，节点位置发生变动，节点发生故障等，网络都能够自我修复，并对网络拓扑结构进行相应地调整，无需人工干预，保证整个系统仍然能正常工作。3. 系统硬件设计3.1 电源模块的设计 本设计的电源是3.6V的18650锂电池。但我们设计的电路中需要的是3V和5V的电压，因此我们需要设计稳压模块后，得到设计所需的电压值，以供电路供电。设计的电路图如3-1图所示。图3-1 电源设计模块先用升压芯片CS5171把3.6V升到5V，给LCD1602供电，然后再用SP6223稳压芯片把5V稳到3V，这样得到的3V电压更加稳定，给单片机CC2430供电。3.3.1 升压芯片CS5171管脚描述CS5171升压芯片有8个引脚，引脚功能如下表：表3-1 CS5171管脚功能管脚符号功能1Vc环路补偿端2FB正调节反馈端3Test该引脚连接内部测试逻辑，或者接地。连接2V6V的电压关闭内部振荡器和使电源开关运行。4SS同步和关断引脚5Vcc电源输入引脚6AGND模拟地7PGND电源地8Vsw大电流开关引脚3.1.2 SP6223特点a)极低的电压差：200mV的典型值（满负载时）b) 高输出定位点精度：2%c) 极低的输入电压，可以低到1.6Vd)节电关断模式：150nA（典型值）e)极其紧密的线性调节：0.2%/Vf)负载调节0.125mV/mAg)热关断保护h)低噪声输出，100VRMS，带10nF旁路i)有可调输出或固定输出两种版本j)符合RoHS标准的无铅封装：SC70和SOT23 3.1.3 SP6223管脚说明SP6223芯片有5个管脚组成，其引脚图如图3-2所示：图3-2 SP6223引脚图各引脚描述如下表：表3-2 SP6223管脚功能引脚序号引脚名称功能1Vin输出电源2GND地3EN关断控制输入，高电平使能，低电平关断4ADJ（可调）电压反馈输入4BYP（固定）参考旁路输入，连接10nF电容器从这个脚接地降低输出噪声5Vout输出电压管脚3.2 CC2430控制模块设计3.2.1 CC2430单片机的介绍CC2430单片机是TI公司（德州仪器）生产的一款专用于IEEE 802.15.4和Zigbee协议通信的片上系统解决方案。其RF内核是基于工业领先的射频通信芯片CC2420。在单个芯片上集成了CPU、存储器、常用片内外设和RF射频单元。它具有1个8 位CPU（8051），主频达32MHZ，具有最大128 KB可编程FLASH和8KB的SRAM，片内外设非常丰富，主要包括1个5通道8位至14位可编程ADC转换器、4个定时器（其中包括一个MAC定时器）、2个USART，1个DMA控制器、1个AES128 协同处理器、1个看门狗定时器、1个内部稳压器、21个可编程I/O 引脚，可配置为通用I/O，也可配置为外设专用引脚。CC2430 芯片采用0.18m CMOS工艺生产，在接收和发射模式下，电流损耗分别低于27mA和25mA。具有3种休眠模式,从休眠模式转换到正常模式仅需54us，特别适合要求电池长期供电的应用场合。3.2.2 CC2430的主要特点其主要特点如下：a)高性能和低功耗的8051微控制器核。b)集成符合IEEE802.15.4标准的2.4GHZ的RF无线电收发机。c)优良的无线接收灵敏度和强大的抗干扰性。d)32，64，128KB在线系统可编程FLASH。e)多通道DMA控制器。f)非常少的外部组件。g)低电流功耗（运行在32MHZ时，RX:27MA，TX:25MA）。h)在休眠模式时仅0.9 A 的电流功耗，外部的中断或RTC 能唤醒系统。i)在待机模式时少于0.6A 的流耗，外部的中断能唤醒系统。j)从低功耗到正常工作模式需要的时间极少。k)硬件支持CSMA/CA 功能。l)较宽的电压范围（2.03.6 V）。m)支持数字RSSI/LQI指示。n)具有电池监测和温度传感器。o)通道14 位模数转换的ADC。p)集成 AES 安全协处理器。q)带有 2 个强大的支持多组串行协议的USARTr)1个符合IEEE 802.15.4 规范的MAC定时器，1个16 位定时器和2个8 位定时器。s)21个通用I/O引脚，其中有个具有20mA灌电流和拉电流能力。t)灵活功能强大的的开发环境 3.2.3 CC2430 芯片的引脚功能CC2430 芯片采用7 mm7mm QLP封装，共有48个引脚。其引脚图如图3-3所示：图3-3 CC2430引脚图全部引脚可分为I/O 端口线引脚、电源线引脚和控制线引脚三类。a)I/O端口线引脚功能CC2430有21个可编程的I/O口引脚，P0、P1端口是全的8 位的，P2 端口只有5 个引脚。通过软件配置相关SFR特殊功能寄存器，可使引脚作为通用输入输出引脚、片内外设使用引脚或外部中断使用引脚。I/O口关键特性如下：a.可设置为通用I/O 口，也可设置为片内外设使用的I/O口。b.在输入时，可设置为上拉、下拉或三态状态。c.全部21个I/O引脚都具有响应外部的中断能力，中断可以用来唤醒休眠。16 脚（P1_2P1_7）：具有4mA输出驱动能力。8，9 脚（P1_0，P1_1）：具有20mA的驱动能力。1118脚（P0_0 P0_7）：具有4mA输出驱动能力。43，44，45，46，48 脚（P2_4，P2_3，P2_2，P2_1，P2_0）：具有4mA输出驱动能力。b) 电源线引脚功能7 脚（DVDD）:为 I/O提供2.03.6V工作电压。20 脚（AVDD_SOC）:为模拟电路连接2.03.6V的电压。23 脚（AVDD_RREG）:为模拟电路连接2.03.6V的电压。24 脚（RREG_OUT）：为25，2731,3540引脚端口提供1.8V的稳定电压。25 脚 (AVDD_IF1 ):为接收器波段滤波器、模拟测试模块和VGA 的第一部分电路提供1.8 V电压。27 脚（AVDD_CHP）:为环状滤波器的第一部分电路和充电泵提供1.8V电压。28 脚（VCO_GUARD）:VCO屏蔽电路的报警连接端口。29 脚（AVDD_VCO）:为VCO和PLL环滤波器最后部分电路提供1.8V电压。30 脚（AVDD_PRE）:为预定标器、Div-2 和LO缓冲器提供1.8V的电压。31 脚（AVDD_RF1）:为LNA、前置偏置电路和PA 提供1.8V的电压。33 脚（TXRX_SWITCH）:为PA提供调整电压。35 脚（AVDD_SW） :为LNA/PA交换电路提供1.8V电压。36 脚（AVDD_RF2）:为接收和发射混频器提供1.8V电压。37 脚（AVDD_IF2）:为低通滤波器和VGA 的最后部分电路提供1.8V电压。38 脚（AVDD_ADC）:为ADC和DAC的模拟电路部分提供1.8V电压。39 脚（DVDD_ADC）:为ADC的数字电路部分提供1.8 V电压。40 脚（AVDD_DGUARD）:为隔离数字噪声电路连接电压。41 脚（AVDD_DREG）:向电压调节器核心提供2.03.6V电压。42 脚（DCOUPL）: 提供1.8 V 的去耦电压，此电压不为外电路所使用。47 脚（DVDD）: 为I/O 端口提供2.03.6V的电压。c)控制线引脚功能10 脚（RESET_N）:复位引脚，低电平有效。19 脚（XOSC_Q2）:32 MHz的晶振引脚2。21 脚（XOSC_Q1）:32 MHz的晶振引脚1，或外部时钟输入引脚。22 脚（RBIAS1）:为参考电流提供精确的偏置电阻。26 脚（RBIAS2）:提供精确电阻，43 k，1%。32 脚（RF_P）:在RX 期间向LNA 输入正向射频信号,在TX 期间接收来自PA 的输入正向射频信号。34 脚（RF_N）:在RX 期间向LNA 输入负向射频信号；在TX 期间接收来自PA 的输入负向射频信号。43 脚 (P2_4/XOSC_Q2): 32.768 kHz XOSC的2.3端口。44 脚 (P2_4/XOSC_Q1): 32.768 kHz XOSC的2.4端口。3.2.4 CC2430外围电路CC2430芯片的外围电路，如图3-4所示。图中R101和R102 为偏置电阻，电阻R101主要用来为32 MHz的晶振提供一个合适的工作电流。用1个32 MHz 的石英谐振器（XTAL1）和2个电容（C108和C109）构成一个32 MHz 的晶振电路。用1个32.768 kHz 的石英谐振器（XTAL2）和2个电容（C110 和C111）构成一个32.768 kHz的晶振电路。电压调节器为所有要求1.8 V 电压的引脚和内部电源供电，C105和C104电容是去耦合电容,用来电源滤波,以提高芯片工作的稳定性。图3-4 CC2430外围电路其中的天线电路使用一个非平衡天线,连接非平衡变压器可使天线性能更好。电路中的非平衡变压器由电容C21和电感L1、L2、L3以及一个PCB微波传输线组成，整个结构满足RF输入/输出匹配电阻(50)的要求。内部T/R交换电路完成LNA和PA之间的交换。天线根据实际需要可选用单鞭天线,陶瓷天线或PCB印制天线，其电路图图下：图3-5 天线电路3.2.5 CC2430模块的主要性能表3-3 CC2430模块的主要性能参数项目 规格 备注频率范围24002483.5MHz 信道数量16个每个信道带宽为5MHZ电流消耗RX：27mA TX：25mA主频32MHZ，工作电压3V下 工作电压2.0-3.6VDC 输出功率 0dBm可编程配置接收灵敏度-92dBm 传输速率250kbps包含帧头 通信距离70m空旷下测得 工作温度-40853.3 调试下载程序接口我采用USB2.0接口ZigBee CC2530/CC2430系列仿真器。实物如下图3-6所示。图3-6 USB2.0接口ZigBee CC2530/CC2430系列仿真器该产品是目前市面上针对TI CC系列MCU支持最全面的仿真器，支持器件型号多（CC2530/CC2531/CC2430/CC2431/CC2510/CC2511/CC1110/CC1111/CC2520/CC2533）,功能强大（仿真器/程序烧录器/测试工具/协议分析仪）。3.3.1 产品简介本产品CC Debugger是一款TI CC Debugger增强型的仿真器/下载器。功能完全兼容TI CC Debugger，提供更完善的硬件保护，更人性化的操作界面。本产品CC Debugge可用TI SmartRF Flash Programmer下载程序；可用TI SmartRF Studio测试和调试CCxxxx系列器件；可与IAR for MCS-51集成开发环境无缝连接。通过USB接口直接连接到你的电脑，再连到含CC xxxx系列SOC的无线终端设备。具有代码高速下载，在线调试，断点、单步、变量观察，寄存器观察等功能，实现对CC系列无线SoC实时在线仿真、调试。调试方便，操作简单，是学习开发Zigbee、RF4CE等无线产品的最好最实用的开发工具。3.3.2 主要特点全面支持CC2530、CC2531、CC2430、CC2431、CC2510、CC2511、CC1110、CC1111等系列SoC。使用SmartrRF Studio工具时,支持CC2520。a)本产品CC Debugger在原有TI CC Debugger基础上进行改进，增加电源防护电路，允许目标板电源25伏范围内工作不会损坏仿真器和目标板。b)设置供电模式跳线，可以选择目标板的供电方式，支持仿真器向目标板供电和目标板独立供电两种方式。c)即插即用设计，目标芯片自动识别。d)复位键和LED指示灯考虑使用习惯，操作简便，状态指示清晰。e)本仿真器与IAR for MCS-51集成开发环境无缝连接。f)支持TI的SmartRF Flash Programmer程序下载工具。g)支持TI的SmartRF Studio芯片调试工具。3.3.3 连接示意图a）引脚说明表3-4 管脚说明引脚名称方向功能描述1GND公共地端2VDDINPUT目标板电源(目标板向仿真器供电)3DCI/O调试总线时钟信号4DDI/O调试总线数据信号5CSNI/OSPI片选使能信号6SCLKI/OSPI时钟信号7RESENTnOUTPUT复位信号8MOSII/OSPI数据输出93.3VOUTPUT+3.3V电压输出(仿真器向目标板供电)10MISOI/OSPI数据输入b）与CC2430连接示意图 仿真器与CC2430连接示意图如图3-7 所示：图3-7 与CC2430连接示意图3.3.4 程序下载在未连接 CC DEBUGGER 的情况下，启动SmartRF Flash Programmer 软件，选中EB application(USB)选项,界面如下：连接 CC DEBUGGER 到CC2430板，开启CC2430电源，按下CC DEBUGGER 的复位键，此时CC DEBUGGER 的指示灯应为绿色，此时表明 CC DEBUGGER 已检测到CC430，可以开始下载程序了，选中System-on-Chip 选项，在Flash栏内内浏览选中想要写入的HEX文件，在“Action”栏里选择“Erase,Program and Verify”,然后点击“Program Actions”，记得开始下载程序到CC2430里了。3.4 低压报警电路当电源电压低于2.9V的时候，会发出报警声提示。我设计了一个精密欠压报警电路，其电路图如图3-8所示：图3-8 低压报警电路报警电压 U1.2*(W1+R5)/W1现在报警电压U=2.9V，所以 W1=12K3.5 LCD液晶显示模块3.5.1 液晶显示器各种图形的显示原理线段的显示：点阵图形式液晶由MN个显示单元组成，假设LCD显示屏有64行，每行有128列，每8列对应1字节的8位，即每行由16字节，共168=128个点组成，屏上6416个显示单元与显示RAM区1024字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。例如屏的第一行的亮暗由RAM区的000H00FH的16字节的内容决定，当（000H）=FFH时，则屏幕的左上角显示一条短亮线，长度为8个点；当（3FFH）=FFH时，则屏幕的右下角显示一条短亮线；当（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H，（00EH）=00H，（00FH）=00H时，则在屏幕的顶部显示一条由8段亮线和8条暗线组成的虚线。这就是LCD显示的基本原理。字符的显示:用LCD显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由68或88点阵组成，既要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示RAM区的8字节，还要使每字节的不同位为“1”，其它的为“0”，为“1”的点亮，为“0”的不亮。这样一来就组成某个字符。但由于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数找出显示RAM对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。汉字的显示:汉字的显示一般采用图形的方式，事先从微机中提取要显示的汉字的点阵码（一般用字模提取软件），每个汉字占32B，分左右两半，各占16B，左边为1、3、5右边为2、4、6根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数可找出显示RAM对应的地址，设立光标，送上要显示的汉字的第一字节，光标位置加1，送第二个字节，换行按列对齐，送第三个字节直到32B显示完就可以LCD上得到一个完整汉字3.5.2 1602字符型LCD简介字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模块。下面以长沙太阳人电子有限公司的1602字符型液晶显示器为例，介绍其用法.3.5.3 1602LCD的基本参数及引脚功能1602LCD分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别，两者尺寸差别如下图3-9所示：图3-9 1602LCD尺寸图LCD1602的引脚图如下所示：图3-9 1602LCD尺寸图LCD1602的引脚图如下所示：图3-10 LCD1602引脚图1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如下表：表3-4 LCD引脚接口说明表编号符号 引脚说明 编号 符号 引脚说明 1 VSS 电源地 9 D2 数据 2 VDD 电源正极 10 D3 数据 3 VL 液晶显示偏压 11 D4 数据 4 RS 数据/命令选择 12 D5 数据 5 R/W 读/写选择 13 D6 数据 续表3-46 E 使能信号 14 D7 数据 7 D0 数据 15 BLA 背光源正极 8 D1 数据 16 BLK 背光源负极 第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。3.5.4 LCD接口电路 LCD1602显示模块与CC2430连接如图3-11所示:图3-11 LCD接口连接示意图3.5.5 74LVC4245芯片的描述74LVC4245是一个八路三态双电源转换收发器，通过DIR管脚控制传输方向。其管脚描述如下表：表3-5 74LVC4245管脚管脚符号描述1VCCA直流供电电压2DIR方向控制3,4,5,6,7,8,9和10A0A7数据输入/输出11,12,和13GND地14,15,16,17,18,19,20和21B7B0数据输入/输出22/OE输入输出使能（低电平有效）23和24VCCB直流供电电压/OE端和DIR端可控制74LVC4245芯片的工作状态，其功能表如下：表3-6 74LVC4245功能表/OEDIRAnBnLLA=BInputsLHInputsB=AHXZZ注意：H代表高电平；L代表低电平；X代表不定；Z代表高阻抗该设计74LVC4245芯片的B端做输入，A端做输出，因此/OE端接低电平，DIR端接低电平。3.6 RS232接口异步串行通信TTL电平与RS232电平相互转换的电路，SP3223E为两路电平转换集成芯片，从而实现CC2430与上位机通信。3.6.1 SP3223E的描述SP3223E 是RS-232 收发器，用于笔记本电脑和掌上电脑等便携式或手持式应用中。SP3223E采用一个内部高效的电荷泵，在3.3V 的电源电压下只需要0.1uF 的电容就可进行操作。这种电荷泵和Sipex 的驱动器结构允许SP3223E/3243E 系列在+3.3V+5.5V 范围内的某个电压下发送兼容RS-232特性的信号。SP3223E 是一个2 驱动器/2 接收器器件，理想地用在笔记本电脑和PDA 中。SP3243E 包含一个辅助接收器，当器件处于关断模式时，接收器仍能通过外部器件的铃响指示器向监控器报警。当器件连接了RS-232 电缆且电缆连接的外设通电时，AUTO ON-LINE特性可使器件从关断状态自动“唤醒”。如果不含该特性，器件将自动关闭，消耗的电流小于1uA。器件电源RS-232驱动器RS-232接收器外部元件AUTO ON-LINE电路TTL3态管脚数目SP3223E+3.0+5.5V2个2个4个电容有有203.6.2 SP3223E的特点a) 满足EIA/TIA-232-F 标准，电源电压为+3.0V+5.5Vb)可与EIA/TIA-232 器件共同工作，遵循EIA/TIA-562，电源电压可降至+2.7Vc)AUTO ON-LINE电路可从1uA的关断模式下自动唤醒d)带负载时的最小数据传输速率为120kbpse)通过可调电荷泵来获得稳定的RS-232 输出，与Vcc 无关f)增强型ESD 规范：15kV 人体放电模式（Human Body Model）15kV IEC1000-4-2 气隙放电（Air Discharge）8kV IEC1000-4-2 接触放电（Contact Discharge）3.6.3 SP3223E的管脚描述SP3223E芯片的引脚图如图3-12所示。图3-12 SP3223E引脚图管脚描述如下表：表3-7 SP3223E引脚描述名称功能管脚号EN接收器使能。正常工作模式下为逻辑低电平。当该管脚为逻辑高电平时接收器输出禁能（高阻态）。1C1+倍压电荷泵电容的正极。2V+电荷泵产生的+5.5V 电压。3C1-倍压电荷泵电容的负极。4C2+反相电荷泵电容的正极。5C2-反相电荷泵电容的负极。6v-电荷泵产生的-5.5V 电压。7R1inRS-232 接收器输入。16R2inRS-232 接收器输入。9R1outTTL/CMOS 接收器输出。15R2outTTL/CMOS 接收器输出。10STATUSTTL/CMOS 输出，用来指示在线状态还是关掉状态。11续表3-7T1inTTL/CMOS 驱动器输入13T2inTTL/CMOS 驱动器输入12ONLINE该管脚为高电平时，AUTO ON-LINE电路无效，驱动器有效（SHUTDOWN 也必须为高电平）。14T1outRS-232 驱动器输出17T2outRS-232 驱动器输出8GND地18VCC+3.0V+5.5V 电源电压19Shoutdown该管脚为低电平时，驱动器和电荷泵关闭，该管脚有效时AUTO-LINE电路和ONLINE 被忽略203.6.4 RS232接口电路如图3-13所示，为异步串行通信TTL电平与RS232电平相互转换的电路，SP3223E为两路电平转换集成芯片，电路中只使用了其中一路，注意其与标准九针串口连接和与CC2430引脚连接关系。图3-13 RS232与TTL电平转换电路3.7 温度采集模块的设计温度采集模块，必然会用到温度传感器，根据设计的要求，环境温度测量范围：-1080，精度1（25），响应时间小于25S，分辨率0.1。根据这个要求，我选择了数字温度传感器DS18B20.3.7.1 DS18B20主要特性DS1820 是美国DALLAS 半导体公司生产的单总线数字温度传感器。无需外加A/D 即可输出数字量, 把温度信号直接转换成串行数字信号供微机处理。与其它温度传感器相比DS1820 具有以下特点:a)独特的单线接口方式。DS1820 在与微处理器连时仅需要一条接口线即可实现微处理器与DS1820 的双向通讯。b)DS1820 在使用中无需任何外围元件。c)可用数据线供电, 电压范围从3.0V 到5.5V。d)可测量的温度范围从- 55到+125e)支持多点组网功能, 多个DS1820 可以并接在同一条总线上,实现多点测温。f)用户可设定温度报警门限值。DS18B20可组网数字温度传感器芯片封装而成，具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。3.7.2 DS18B20说明及管脚DS18B20 数字温度计提供9-12 位摄氏温度测量而且有一个由高低电平触发的可编程的不因电源消失而改变的报警功能。DS18B20通过一个单线接口发送或接受信息，因此在中央处理器和DS18B20 之间仅需一条连接线（加上地线）。它的测温范围为-55125。除此之外，DS18B20能直接从单线通讯线上汲取能量，除去了对外部电源的需求。每个 DS18B20 都有一个独特的64 位序列号，从而允许多只DS18B20 同时连在一根单线总线上；因此，很简单就可以用一个微控制器去控制很多覆盖在一大片区域的DS18B20。这一特性在HVAC 环境控制、探测建筑物、仪器或机器的温度以及过程监测和控制等方面非常有用。DS18B20的TO-9封装引脚图如下图3-14所示：图3-14 DS18B20 引脚图详细的引脚说明：表3-8 引脚说明DS18B20符号说明1GND接地2DQ数据输入/输出引脚。当工作在寄生电源模式是用来提供电源3VDD可选的VDD引脚。工作于寄生电源模式时VDD必须接地3.7.3 DS18B20方框图下图 3-15 是表示DS18B20 的方框图，表3-3已经给出了引脚说明。64 位只读存储器储存器件的唯一片序列号。高速暂存器含有两个字节的温度寄存器，这两个寄存器用来存储温度传感器输出的数据。除此之外，高速暂存器提供一个直接的温度报警值寄存器（TH和TL），和一个字节的的配置寄存器。配置寄存器允许用户将温度的精度设定为9，10，11 或12 位。TH,TL 和配置寄存器是非易失性的可擦除程序寄存器（EEPROM），所以存储的数据在器件掉电时不会消失。图3-15 DS18B20方框图3.7.4 DS18B20供电DS18B20可以通过从VDD引脚接入一个外部电源供电，或者可以工作于寄生电源模式，该模式允许DS18B20工作于无外部电源需求状态。寄生电源在进行远距离测温时是非常有用的。寄生电源的控制回路见图3-15，当总线为高电平时，寄生电源由单总线通过VDD引脚。这个电路会在总线处于高电平时偷能量，部分汲取的能量存储在寄生电源储能电容（Cpp）内，在总线处于低电平时释放能量以提供给器件能量。当DS18B20处于寄生电源模式时，VDD引脚必须接地。寄生电源模式下，单总线和Cpp在大部分操作中能提供充分的满足规定时序和电压的电流给DS18B20。然而，当DS18B20正在执行温度转换或从高速暂存器向EPPROM传送数据时，工作电流可能高达1.5mA。这个电流可能会引起连接单总线的弱上拉电阻的不可接受的压降，这需要更大的电流，而此时Cpp无法提供。为了保证DS18B20由充足的供电，当进行温度转换或拷贝数据到EEPROM操作时，必须给单总线提供一个强上拉。用漏极开路把I/O直接拉到电源上就可以实现。在发出温度转换指令或拷贝暂存器指令之后，必须在至多10us之内把单总线转换到强上拉，并且在温度转换时序(tconv)或拷贝数据时序(ter=10 ms)必须一直保持为强上拉状态。当强上拉状态保持时，不允许有其它的动作。对DS18B20供电的另一种传统办法是从VDD引脚接入一个外部电源，见图3-16。这样做的好处是单总线上不需要强上拉。而且总线不用在温度转换期间总保持高电平。温度高于100时，不推荐使用寄生电源，因为DS18B20在这种温度下表现出的漏电流比较大，通讯可能无法进行。在类似这种温度的情况下，强烈推荐使用DS18B20的VDD引脚。本设计，我采用的是VDD引脚接一个外部电源，如图3-16所示：图3-16 外部电源给DS18B20 供电4. 系统软件设计4.1KEIL的使用Keil C51 软件是众多单片机应用开发的优秀软件之一，它集编辑，编译，仿真于一体，支持汇编,PLM 语言和 C 语言的程序设计，界面友好，易学易用。下面介绍Keil C51软件的使用方法。进入 Keil C51 后，几秒钟后出现编辑界,编辑界面如下图所示：a)建立一个新工程单击“工程”菜单，在弹出的下拉菜单中选中“新建工程”选项。b)然后选择你要保存的路径,输入工程文件的名字,保存到“KEIL工程”目录里,工程文件的名字为CC2430. 如下图所示,然后点击保存。c)这时会弹出一个对话框,要求你选择单片机的型号,你可以根据你使用的单片机来选择,keil c51几乎支持所有的51核的单片机,我这里选择Chipcon里面的CC2430-F64,如下图所示,选择CC2430-F64之