基于CY7C68013A的無(wú)線(xiàn)多路溫度采集系統設計與開(kāi)發(fā)

0 引言

溫度采集系統在現代工業(yè)和農業(yè)領(lǐng)域有著(zhù)極其廣泛的應用，在某些特殊環(huán)境下，采集的溫度必須通過(guò)無(wú)線(xiàn)電波才能傳輸出來(lái)。傳統的無(wú)線(xiàn)溫度采集系統一般只能在終端進(jìn)行顯示，沒(méi)有上位機數據采集存儲功能。本文設計與開(kāi)發(fā)了一套無(wú)線(xiàn)傳輸多路溫度采集系統，該系統由溫度采集端和溫度接收端兩部分組成。溫度采集端由DS18B20溫度傳感器，AT89C52單片機和NRF24L01無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊組成，八枚DS18B20溫度傳感器獲取數字溫度信號后，傳輸給主控AT89C52單片機，然后通過(guò)NRF24L01無(wú)線(xiàn)模塊將數據通過(guò)2.5GHz的載波發(fā)送出來(lái)。接收端由CY7C68013A單片機、LCD12864顯示模塊、NRF24L01無(wú)線(xiàn)接收模塊和上位機組成。NRF24L01無(wú)線(xiàn)接收模塊將溫度采集端發(fā)送過(guò)來(lái)的數據送至CY7C68013A單片機，然后通過(guò)USB2.0總線(xiàn)上傳給上位機進(jìn)行溫度數據采集和存儲，同時(shí)把溫度數據送至LCD12864進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。

1 系統硬件設計

系統總體框架如圖1所示。溫度采集端的8枚溫度傳感器采集將溫度數據送入主控芯片AT89C52，再通過(guò)NRF24L01無(wú)線(xiàn)模塊將數據發(fā)送出來(lái)。溫度接收端的NRF24L01無(wú)線(xiàn)模塊將收到的溫度數據送至CY7C68013A單片機，然后通過(guò)USB2.0總線(xiàn)提交給上位機。

(1)溫度采集端。溫度采集端由8枚DS18B20溫度傳感器，AT89C52單片機和NRF24L01無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊組成。8枚DS18B20溫度傳感器共用一個(gè)總線(xiàn)與AT89C52單片機的P2.2口連接。每個(gè)DS18B20都具有唯一的64位二進(jìn)制ROM代碼作為識別序列號，利用唯一的序列號可以分別讀出各個(gè)DS18B20的溫度，這在多路采集中應用非常方便，大大減少了I/O口的

占用。利用DS18B20的此特征，本系統也可以非常方便的擴展為16路或32路溫度采集。NRF24L01無(wú)線(xiàn)模塊與單片機的P3.2口～P3.7口連接，負責將8路溫度數據通過(guò)2.5GHz的載波發(fā)送出來(lái)。本文所采用的是基于挪威VLSI公司出品的無(wú)線(xiàn)數字傳輸芯片NRF24L01開(kāi)發(fā)的無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊，其豐富資料，硬件上無(wú)需附加其他元件，直接通過(guò)相應接口與單片I/O端口相連即可由單片機控制使用，非常方便。

(2)CY7C68013A系統模塊。溫度接收端的主控芯片為CY7C68013A，其為美國CYPRESS公司推出的功能強大的USB2.0接口芯片，內建增強型51單片機，是USB2.0設備常用的主控芯片。CY7C68013A的系統模塊電路圖如圖3所示，其中LT1763CS8—3.3為3.3V穩壓芯片，負責將USB接口的5V電壓轉換為CY7C68013A工作所需的3.3V電壓。AT24C08為I2C總線(xiàn)的E2PROM存儲芯片，其容量為8K，用來(lái)存儲CY7C68013A的固件程序。

(3)LCD顯示模塊與無(wú)線(xiàn)接收模塊。為了讓溫度接收端實(shí)時(shí)直觀(guān)顯示溫度數據，本系統設置了LCD12864液晶模塊，LCD12864工作在串行顯示模式，由CY7C68013A通過(guò)PD0～PD2端口控制顯示，PA0～PA7端口控制數據的傳輸。NRF24L01無(wú)線(xiàn)接收模塊與CY7C68013A的PB0～PB5端口連接，負責接收溫度采集端發(fā)來(lái)的無(wú)線(xiàn)溫度數據。圖4 LCD顯示模塊與無(wú)線(xiàn)接收模塊電路圖。

2.系統軟件設計

系統軟件的開(kāi)發(fā)包含了溫度采集端AT89C52和溫度接收端CY7C68013A的固件程序開(kāi)發(fā)、CY7C68013A的windows驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)以及USB上位機應用程序的開(kāi)發(fā)。對于溫度接收端的CY7C68013A的固件、驅動(dòng)和上位機的程序的開(kāi)發(fā)，我們可以利用CYPRESS公司提供的開(kāi)發(fā)包，縮短開(kāi)發(fā)周期，提高開(kāi)發(fā)效率。

溫度采集端的AT89C52的固件程序主要完成對8枚DS18B20溫度采集的控制和對NRF24L01無(wú)線(xiàn)模塊數據發(fā)送的控制。為此我們采用TC51語(yǔ)言編寫(xiě)，開(kāi)發(fā)環(huán)境為Keil uVision 4.0。其固件程序的主要思路為：先初始化NRF24L01，然后進(jìn)入大循環(huán)，從DS18B20讀取溫度數值(采用默認12位精度)，將得到的溫度數據(2字節16位)進(jìn)行標記，將此數據表示的溫度路數標記在高4位(1～8路的數據分別對應為0000～0111)，然后將數據寫(xiě)入發(fā)射數組，再將溫度發(fā)射出去，經(jīng)過(guò)延時(shí)溫度發(fā)送完畢。然后循環(huán)切換到下一路DS18B20的ROM地址，繼續下一路溫度的讀取與發(fā)射。

CY7C68013A的固件程序主要完成對NRF24L01無(wú)線(xiàn)模塊的通信控制，將其接收的無(wú)線(xiàn)數據傳送給LCD12864進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和上傳給USB上位機。對于CYTC68013A的固件程序的開(kāi)發(fā)，我們采用了C51語(yǔ)言編寫(xiě)，開(kāi)發(fā)環(huán)境為Keil uVision4.0，并利用了CYPRESS公司提供的固件程序框架，免去了編寫(xiě)一些通用性比較強、模式化的程序，提高了開(kāi)發(fā)效率。在驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)方面，我們直接利用了CYPRESS公司的SDK中為CY7C68013A提供的通用設備驅動(dòng)程序CYUSB.SYS，其不僅完全符合Windows Driver Foundation規范，而且還具有兼容USB1.1和USB2.0設備、支持即插即用和支持高帶寬數據傳輸等優(yōu)點(diǎn)。我們只對CYUSB.SYS通用驅動(dòng)程序相匹配的CYUSB.INF文件進(jìn)行相應的簡(jiǎn)單修改，使其符合我們USB硬件的VID和PID數值。在上位機的應用程序的開(kāi)發(fā)方面，我們同樣利用CYPRESS公司SDK中為CY7C68013A提供的功能強大的C++編程接口：CyAPLLib庫函數。我們選用了Microsoft Visual C++6.0作為開(kāi)發(fā)工具，通過(guò)CyAPLLib函數與CYUSB.SYS設備驅動(dòng)程序傳遞溫度數據，并將8路溫度數據存入了相應的服務(wù)器上的SQL2005數據庫，從而實(shí)現了溫度數據的實(shí)時(shí)采集和儲存。

3.總結

本文針對目前無(wú)線(xiàn)測溫系統的不足，利用CY7C68013A芯片、NRF24L01無(wú)線(xiàn)模塊、DS18B20數字溫度傳感器等元件設計與開(kāi)發(fā)了一套無(wú)線(xiàn)傳輸多路溫度采集系統。該系統具有以下優(yōu)點(diǎn)：溫度米集端利用8個(gè)DS18B20數字溫度傳感器進(jìn)行并聯(lián)，共用一根I/O總線(xiàn)，不僅大幅度節約了端口資源，而且非常容易擴展為16路和32路溫度采集;溫度接收端采用CY7C68013A芯片為主控CPU，不僅能實(shí)現8路溫度數據的LCD實(shí)時(shí)顯示，而且可以與上位機直接進(jìn)行USB通信，通過(guò)上位機的應用程序可以非常方便的對溫度數據進(jìn)行圖形顯示、計算分析和上傳數據服務(wù)器進(jìn)行儲存。經(jīng)實(shí)物測試，該系統測溫精度可達0.1攝氏度，無(wú)線(xiàn)傳輸距離可達50米，能同時(shí)采集8路溫度數據。