无线智能温控系统设计-大学论文.doc

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1、无线智能温控系统的硬件设计摘 要 自70年代以来，由于工业过程控制的需要，特别是微电子技术和计算机技术的迅猛发展以及自动控制理论和设计方法发展的推动下，国外温度测控系统发展迅速，尤其是控制方面，在智能化、自适应、参数自整定等方面取得显著成果。在这方面，以日本、美国、德国、瑞典等国技术领先，都生产出了一批商品化的、性能优异的温度控制器及温度测试仪器仪表，并在各行业广泛应用。关键词（Key words）： 温度传感器； 数据传输； 发射电路； PTR2000无线通信模块 目 录前言11 绪论21.1 系统的设计背景21.2 国内外研究现状21.3 系统概述32 温度采集系统硬件的设计42.1 温度

2、传感器42.2 温度测试电路52.2.1 智能温度传感器DS18B20102.2.2 键盘以及显示电路132.2.3 电源以及看门狗电路142.3 输出通道设计152.4 硬件抗干扰设计163 PTR2000无线通信模块 163.1 PTR2000无线通信模块的概述203.2 PTR2000无线通信协议原理及设计203.2.1 无线通信协议的简介203.2.2 PTR无线通信协议原理及设计254无线远程通信的实现及设计254.1 通信概述274.2计算机与AT89C51单片机的多机通信274.3远程数据交换的实现304.4无线通信的硬件设计314.4.1无线发射电路的设计314.4.2无线接受

3、电路的设计32结论34参考文献34前 言单片机以其高可靠性、高性价比，在工业控制系统、数据采集系统、智能化仪器仪表、办公自动化等诸多领域得到广泛的应用。本系统以 51单片机为核心，采用分层主从式结构，一台 51单片机负责温度监控任务，分机与主控机之间采用无线通信方式，实现远程监控。系统温度采集主要以Atmel公司的AT89C51单片机为控制处理核心，由它完成对数据的采集处理以及控制数据的无线传输。AT89C51单片机是一种低功耗/低电压/高性能的8位单片机，它采用了CMOS工艺和高密度非易失性存储器技术，片内带有一个4KB Flash ROM，其输出引脚和指令系统都与MCS-51兼容。第二章详

4、细介绍了采用智能温度传感器DS18B20构成的温度采集系统的硬件设计，在本文中，主要说明单片机和无线数据收发模块PTR2000的组合，形成单片机的无线数据传输系统，与微机进行无线数据传输。无线收发一体的数传MODEM模块PTR2000芯片性能优异，在业界居领先水平，它的显著特点是所需外围元件少，因而设计非常方便。该模板块在内部需成了高频接收、PLL合成、FSK调制/解调、参量放大、功率放大、频道切换等功能，因而是目前集成度较高的无线数据传输产品。第三章介绍了PTR2000无线通信模块，第四章介绍了无线远程通信的实现及设计，设计了外围电路和单片机的接口电路。1 绪论1.1 系统的设计背景随着计算

5、机与信息技术的发展，计算机测量控制系统在越来越多的场合得到了广泛应用。温度是许多监控系统中的一个重要参数，尤其是对于粮仓、写字楼、无人职守的机站等地点，温度的测量更是必不可少。比如在粮食存储过程中，为了保证粮食的存储品质，必须实施监测储存粮食的温度1。过去粮食温度的监测是靠人工手测进行，不但测试速度慢、测试精度低，而且人员劳动强度非常大。由于粮库大部分是由数个容积较大的平仓、筒仓等组成，这些粮仓都高约二十米、直径达十米以上，对它的温度检测除了要求解决被测参数技术问题外（如精度、可靠性等），从系统结构而言，就是解决多点和分布的问题。多点和分布也同样是其它测控系统所面临的问题。像无人职守的机站会分

6、布在很大的范围内，各机站与监控中心的距离很远，数据必须通过远程传输进行交换。而且有些情况下布线很不方便，必须通过无线方式进行数据传输。1.2 国内外研究现状自70年代以来，由于工业过程控制的需要，特别是微电子技术和计算机技术的迅猛发展以及自动控制理论和设计方法发展的推动下，国外温度测控系统发展迅速，尤其是控制方面，在智能化、自适应、参数自整定等方面取得显著成果。在这方面，以日本、美国、德国、瑞典等国技术领先，都生产出了一批商品化的、性能优异的温度控制器及温度测试仪器仪表，并在各行业广泛应用。它们主要具有如下的特点：1) 适应于大惯性、大滞后等复杂温度测试及控制系统的应用。2) 能够适应于受控系

7、统数学模型难以建立的温度测试及控制系统的应用。3) 能够适应于受控系统过程复杂、参数时变的温度测试及控制系统的应用。4) 这些温度测试系统普遍采用智能化、高度集成的理论及计算机技术，运用先进的算法，适应的范围广泛。5) 温控器具有参数自整定功能。借助计算机软件技术，温控器具有对控制对象、控制参数及特性进行自动整定的功能。有的还具有自学习功能，能根据历史经验及控制对象的变化情况，自动调整相关控制参数，以保证控制效果的最优化。6) 温度控制系统具有控制精度高、抗干扰力强等特点。目前，国外温度控制系统及仪表正朝着高精度、智能化、小型化等方面快速发展。温度测控系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，

8、但从国内生产的温度控制器及测温仪表来说，总体发展水平仍然不高，同国外的日本、美国、德国等先进国家相比，仍然有着较大的差距2。目前，我国在这方面的总体技术水平还处于20世纪80年代中后期水平，成熟产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主，只能适应一般温度系统测控，难于控制滞后、复杂、时变温度系统。而适应于较高控制场合的智能化、自适应测控仪表，国内技术还不十分成熟，形成商品化并广泛应用的控制仪表也较少。1.3 系统概述系统采用模块化设计，主控机与温度采集系统采用主从分布式结构，如图1-1所示，共分四个部分：主控机测温管理模块，主要是上位机完成对下位机的采集控制以及对数据的查询、存储等。通讯模

9、块，采用无线收发模块PTR2000传输，确保数据传输的可靠性、准确性以及及时性。温度采集模块，主要单片机AT89C51和智能温度传感器DS18B20 构成多路采集通道，完成对各个通道的温度采集，并将数字信号上传至上位机，当通讯出现故障时保存数据。图1-1 系统组成示意图Fig.1-1 The diagram of system composition2 温度采集系统硬件的设计2.1 温度传感器以51单片机系统构成的温度测量分机层，是整个系统中功能最复杂的部分。其组成如图2-1 所示。主单片机AT89C51看门狗电路无线收发模 块键盘电路输出控制电路温度传感器数码管显示器图2-1分机组成图Fig

10、.2-1 The extension constitutes diagram该分系统主要完成多点温度的采集、测量线路、测量点的选择和数据整理 ,并将测得的数据顺序存放在分机 SRAM中。当主控机呼叫该分机时 ,分机将数据进行编码 ,通过无线方式发给主控机。在分机中,主单片机 AT89C51的主程序主要完成温度转换的启动、温度数据读取和温度数据的存储。温度采集系统电路的功能主要包括：多点温度测试及其相关处理，实时显示温度信息，与通信单片机传输温度数据。硬件设计主要包括以下几个模块：温度测试电路，键盘以及显示电路，电源以及看门狗电路，串口通讯电路。 2.2 温度测试电路这里我们用到温度芯片DS18

11、B20。DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO92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。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。2.2.1 智能温度传感器DS18B20DS18B20支持“一线总线”接口，测量温度范围为 -55C+125C，在-10+85C范围内,精度为0.5C。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或

12、过程控制、测温类消费电子产品等3。1、 DS18B20内部结构1）DS18B20的内部结构如下图所示。图2-2 DS18B20内部结构图Fig.2-2 The diagram of DS18B20s internal structureDS18B20有4个主要的数据部件： 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。 温度灵敏元件。 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。 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。DS18B20在0工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换成相应精度的数值，其各位定

13、义如下图所示。TMR1R011111MSBDS18B20配置寄存器结构图LSB图2-3 DS18B20配置寄存器结构图Fig.2-3 The diagram of DS18B20s disposition register structure其中，TM：测试模式标志位，出厂时被写入0，不能改变；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2-1配置寄存器与分辨率关系表 Tab.2-1 Table of disposes the register and the r

14、esolution relationsR0R1温度计分辨率/bit最大转换时间/us00993.750110187.5101137511127502）高速暂存存储器高速暂存存储器由9个字节组成，其分配如下图所示。字节 0存放温度数据低 8位; 字节 1存放温度数据高 8位；字节 2是温度上限报警 TH；字节 3是温度下限报警 TL； 字节 4是配置寄存器 , 用于确定输出分辨率 912位 表 2 ；字节 5、6、7为预留的寄存器，用于内部计算；字节 8是循环冗余位校验码CRC。温度低位温度高位THTL配置保留保留保留8位CRCLSBMSB图2-4 DS18B20存储器映像图Fig.2-4 Th

15、e diagram of DS18B20s memory image当DS18B20接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第1，2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，数据格式以0.0625 /LSB形式表示。表2-2 DS18B20温度值格式表Tab.2-2 Table of DS18B20s temperature value form232221202-12-22-32-4MSBLSBSSSSS262524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

16、换为原码，再计算十进制值。表2-3典型对应的温度值表Tab.2-3 Table of model correspondence temperature value温度/二进制表示十六进制表示+125 +25.0625+10.125+0.50-0.5-10.125-25.0625-5500000111 1101000000000001 1001000100000000 1010001000000000 0000100000000000 0000000011111111 1111100011111111 0101111011111110 0110111111111100 1001000007D0H

17、0191H00A2H0008H0000HFFF8HFF5EHFE6FHFC90HDS18B20完成温度转换后，就把测得的温度值与TH，TL作比较，若TTH或TTL,则将该器件内的告警标志置位，并对主机发出的告警搜索命令作出响应。因此，可用多只DS18B20同时测量温度并进行告警搜索。3）CRC的产生在64 b ROM的最高有效字节中存储有循环冗余校验码（CRC）。主机根据ROM的前56位来计算CRC值，并和存入DS18B20中的CRC值做比较，以判断主机收到的ROM数据是否正确。2、DS18B20的操作指令DS18B20的操作指令共有两类：对 ROM操作类和功能操作类。前者针对 ROM共有 5

18、条指令，主要用于多个 DS18B20级联使用，搜索 ROM识别序列号及类型等。而后者则是实现温度转换以及对温度数据的读出与存贮等，它共有 6条指令。1）ROM指令系列Search ROM (搜索 ROM) F0h：用于系统上电时，从多个器件中识别其他器件的序列号、数量及类型，适用于多个器件级联。Read ROM (读 ROM) 33h：用于读器件的 64位序列号，仅适用于一个主器件一个从器件的情况。Match ROM (匹配 ROM ) 55h：用于根据 64位序列号寻址一个特定的器件。Skip ROM (缺省 ROM) CCh：用于在没有发送ROM序列号信息时，寻址单总线上所有器件，使之在转

19、换指令下，同步进行温度转换。Alarm Search (报警搜索) ECh：用于确认报警条件。2）功能指令系列Convert T (温度转换) 44h：用于 DS18B20的温度转换，并把转换的温度数据存贮在便笺式存贮器中的两个温度寄存器字节中。Write Scratchpad (写便笺式存贮器) 4Eh：用于把 3个字节写入到便笺式存贮器中的寄存器，即上限报警 TH寄存器、下限报警 TL 寄存器和配置寄存器选择 912位分辨率。Read Scratchpad (读便笺式存贮器) BEh：用于读便笺式存贮器的内容。Copy Scratchpad (复制便笺式存贮器) 48h：用于复制便笺式存贮

20、器中上限报警 TH 寄存器、下限报警TL寄存器和配置寄存器中的内容到 EEPROM，以免掉电数据丢失。Recall EEPROM (重新调用 EEPROM) B8h：用于把 EEPROM中的上下限报警值和匹配的分辨率位数调出后，存贮到便笺式存贮器的 2、3、4字节。Read Power Supply (读供电方式) B4h ：用于DS18B20来确认供电方式是用寄生电源供电还是外部电源供电，以此来决定在读时间间隔把单总线拉低还是保持高电位。3、DS18B20的测温原理DS18B20的测温原理如图2-5所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1

21、，高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55 所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在-55 所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器2

22、计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图2中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值，这就是DS18B20的测温原理。高温度系数振荡器减法计数器2减到0斜率累加器预置计数比较器低温度系数振荡器减法计数器预置减到0温度寄存器增加停止图2-5 DS18B20的内部测温电路框图Fig.2-5 The diagram of DS18B20s interior measures the warm electric circuit另外，由于DS18B20单线通信功能是分

23、时完成的，他有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。操作协议为：初始化DS18B20（发复位脉冲）发ROM功能命令发存储器操作命令处理数据。4、DS18B20与单片机的硬件接口DS18B20最大的特点是单总线数据传输方式，DS18B20的数据I/O均由同一条线来完成，本系统在每一个现场环境中设计了8个温度采集点。硬件连接电路如下图：VCC=5VAT89C51DS18B201#DS18B202#DS18B203#DS18B208#4.7K1WIRE图2-6 DS18B20的接口Fig.2-6The diagram of DS18B20s connect

24、ion本系统为多点温度测试，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。在这种情况下我们可以采用分组的方式，用单片机的多个I/O来驱动多路DS18B20。在实际应用中还可以使用一个MOSFET将I/O口线直接和电源相连，起到上拉的作用。对DS18B20的设计，需要注意以下问题：1）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

25、、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。2）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。3）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85.0 的温度值。4）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

26、情况选择其接线拓扑结构。2.2.2 键盘以及显示电路1、键盘电路本系统设计的键盘主要功能是在现场可以通过对键盘的操作，实现所选通道的温度值的实时显示，方便了在现场察看的工作。键盘的功能可由软件来实现。单片机应用系统中除了复位按键有专门的复位电路，以及专一的复位功能外,其它的按键或键盘都是以开关状态来设置控制功能或输入数据。键盘有编码和非编码两种。非编码键盘硬件电路极为简单，故本系统采用拨码开关来控制4。由于每个现场设计了八路温度采集，键盘设计时选用了四位拨码开关，满足了对八路通道的选择。具体电路设计如图2-7所示。1）开关状态的可靠输入的设计键开关状态的可靠输入有两种解决方法。一种是软件去抖动

27、：它是在检测到有键按下时，执行一个10ms的延时程序后，再确认该键电平是否仍保持闭合状态电平，如保持闭合状态电平则确认为真正键按下状态，从而消除了抖动影响。另一种为硬件去抖动：即为按键添加一个锁存器。两种方法都简单易行，本设计采用的是硬件去抖。图2-7 键盘电路Fig.2-7 The diagram of keyboard electric circuit2）对按键进行编码给定键值或给出键号对于按键无论有无编码，以及采用什么编码，最后都要转换成为与累加器中数值相对应的键值，以实现按键功能程序的散转移。为使编码间隔小，散转入口地址安排方便，常采用依次序排列的键号。表2-4拨码开关值的含义Tab.

28、2-4 Table of the code switch value the meaning拨码开关值含义0000实时显示通道一的温度值0001实时显示通道二的温度值0010实时显示通道三的温度值0011实时显示通道四的温度值0100实时显示通道五的温度值0101实时显示通道六的温度值0110实时显示通道七的温度值0111实时显示通道八的温度值1*自动循环显示所有通道的温度3） 选择键盘监测方法对是否有键按下的信息输入方式有中断方式与查询方式两种。本设计采用的查询法，即在CPU空闲时调用键盘扫描子程序。2、温度显示电路本系统的显示功能是显示当前通道的温度值，温度值显示其整数位分别是十位和个位数

29、，另外还有符号位及当前所先显示温度的通道号。设计采用的是共阴极七段数码管。显示方式有动态扫描和静态显示，两种方法在本设计中皆可。由于静态扫描要用到多片串入并出芯片，考虑到电路板成本计算，本设计采用的是节约硬件资源的动态扫描方式。即用两块芯片就可以完成显示功能。显示数据由4511译码器输出，将BCD码译为7段显示码，驱动LED显示器。ULN2003达林顿管为位驱动扫描信号。具体电路图如下：图2-8 温度显示电路Fig.2-8 The diagram of temperature display circuit2.2.3 电源以及看门狗电路1、电源电路 因为单片机工作电源为+5V，且底层电路功耗很

30、小。采用7805三端稳压片即可满足要求。具体电路图如下：图2-9 电源电路Fig.2-9 The diagram of power circuit2、看门狗电路考虑到底层电路板的工作环境相对恶劣，单片机会受到周围环境的干扰，而出现程序跑飞，死机等一些不可预知的不正常工作现象。工作人员也不可能到现场对单片机重起，本设计为单片机电路添加一个外部看门狗电路。定时查询单片机的工作状态，一旦发现异常即对单片机延时重起。保证系统安全可靠的运行。NE56604能为多种微处理器和逻辑系统提供复位信号，其门限电平为4.2V 。在电源突然掉电或电源电压下降到低于门限电平时，NE56604将产生精确的复位信号。NE

31、56604内置一个看门狗定时器，用于监控微处理器，以确保微处理器的正常运行。看门狗能产生一个系统复位信号用来终止任何由于微处理器故障而引发的不正常的系统操作。NE56604的看门狗的监控周期为100mS（典型值）。具体电路图如下：图2-10 看门狗电路Fig.2-10 The diagram of watch dog circuit2.3 输出通道设计本系统的输出通道针对粮食仓库现场而设计，输出控制部分主要负责对粮库的储粮设备进行自动控制，储粮设备主要有鼓风机和环流熏蒸机，这两个设备的控制相对来说要简单一些，只有开和停这两种操作。具体实现方法是利用 AT89C51 的 I/O 口控制继电器实现

32、对储粮设备的控制。继电器方式的开关量输出，是目前最常用的一种输出方式，一般在驱动大型设备时，往往利用继电器作为测控系统输出到输出驱动之间的第一级执行机构，通过第一级继电器输出，可完成从低压直流到高压交流的过渡。如图2-11在经光耦后，直流部分给继电器供电，而输出部分则可以直接与220V市电相接。系统的输出由单片机的I/O控制，控制储粮设备运行实现对现场温度的调节。图2-11 继电器输出电路Fig.2-11 The diagram of relay output circuit由于继电器采用电磁吸合方式，在开关瞬间，触点容易产生火花，从而引起干扰；由于继电器的驱动线圈有一定的电感，在关断瞬间可能

33、产生较大的电压，因此在对继电器的驱动电路上常常反接一个保护二极管用于反向放电。不同的继电器，允许驱动电流也不一样，在电路设计时可适当加一限流电阻，如图2-11中的电阻R3。在图2-11中VT1可取9013晶体管，OP1光耦合器可取达林顿输出的TIL113。图中R4、C1为灭弧电路。2.4 硬件抗干扰设计1、设置去耦电容去耦电容接在电源线和地线之间，可以有效地削弱芯片电源线和地线之间的电压尖峰与毛刺干扰信号，减少通过电源线和地线耦合引起的干扰，系统取为 0.1F。2、地线与电源线的处理信号通过地线和电源线阻抗的耦合将会产生干扰，因此尽量加大地线和电源线的截面，并尽可能宽一些，减少交叉布线。3、元

34、器件布局模拟元器件和数字元器件分别相对集中布置。数字元器件的接地脚共同引出接地数字地；模拟器件的接地端共同接地模拟地。然后将数字地同模拟地分别引出，最后连接至总接地端形成电路板上的地线。4、信号线测温系统中单片机与测温点之间的信号传输线采用双绞线5。它可以降低临近信道的电磁耦合和外部信号的电磁干扰。3 PTR2000无线通信模块本系统设计的是无线通信传输，数据通过远程无线传输进行交换，无线通信在系统中有着重要的地位。在无线数据通信中必须保证信号的可靠传输，本系统采用了PTR2000无线收发数传MODEM模块，其特性可以满足设计的要求， PTR2000是一种新型的单片无线收发数传MODEM模块，

35、该模块在内部集成了高频接收、PLL合成、FSK调制/解调、参量放大、功率放大、频道切换等功能，是目前集成度较高的无线数传产品6。同时该器件为超小型模块器件，具有超低功耗、高速率（19.2Kbps）无线收发数传功能，且性能优异，使用方便，所需外围元件少。下文是该无线通信模块的详细介绍。3.1 PTR2000无线通信模块的概述1、模块特性：1）接收发射合一2）工作频率为国际通用的数传频段433MHz3）FSK调制，抗干扰能力强，特别适合工业控制场合4）采用DDS+PLL频率合成技术，频率稳定性极好5）灵敏度高，达到-105dBm6）最大发射功率+10dBm7）低工作电压（2.7V），功耗小，待机状

36、态仅为8A8）具有两个频道，特别满足需要多信道工作的特殊场合9）工作速率最高可达20Kbit/s（也可在较低速率下工作如9600bps）10）超小体积约40mm27mm5mm11）可直接接CPU串口使用如8031，也可以接计算机RS-232接口，软件编程方便12）由于采用了低发射功率、高接收灵敏度的设计，使用无须申请许可证13）标准DIP引脚间距，更适合嵌入式设备2、应用领域： 遥控，遥测，无线抄表，门禁系统，小区传呼，工业数据采集系统，无线标签，身份识别，非接触RF智能卡，小型无线数据终端，安全防火系统，无线遥控系统，生物信号系统，水文气象监控，机器人控制，信息家电，无线232，无线422/

37、485数据通信等。3、 电气特性：表3-1 电气特性Tab.3-1Table of electrical specification参数数值工作频率（两组频率）4.3392MHz/434.33MHz调制方式FSK稳频方式PLL最大发射功率+10dBm接收灵敏度-105 dBm最高通信数率20Kbit/s工作电压2.75.25V电流发射：2030mA接收：10mA待机电流（PWR=0）8uA4、引脚说明（顶视图）及功能图3-1 PTR2000芯片引脚图Fig.3-1The diagram of PTR2000s chip pinPin1：VCC, T电源，接2.7-5.25VPin2：CS，频道

38、选择，CS=0选择工作频道1即433.92MHz，CS=1选择工作频道2即434. 33MHzPin3：DO数据输出Pin4：DI数据输入Pin5：GND，电源地Pin6：PWR，节能控制，PWR=1正常工作状态，PWR=0待机微功耗状态Pin7：发射接收控制，TXEN=1时模块为发射状态，TXEN=0时模块为接收状态5、模块工作模式控制及工作频道选择表表3-2模块工作模式控制及工作频道选择表Tab.3-2 Table of module working pattern control and work frequency channel choice模块接脚输入电平模块状态TXENCSPWR

39、工作频道号#芯片状态0011接收0112接收1011发射1112发射XX0待机说明：1）PTR2000可与所有单片机如80C31，2051，6811CO8，PIC，Z8等配合使用，直接接单片机的串口或I/O口。2）PTR2000也可与计算机串口通信，此时需要在中间简单地接一个232电平转换芯片，如MAX232。6、PTR2000模块连接的软硬件要求硬件连接：1）PTR2000无线MODEM的DI接单片机串口的发送。2）PTR2000无线MODEM的DO接单片机串口的接收。3）用单片机的I/O控制模块的发射控制，频道转换和低功耗模式。4）如果直接接计算机串口，可以用RTS来控制PTR2000无线

40、MODEM的收一发状态转换(RTS需经电平转换)。软件编程：1）发送 通信速率最高为 20Kbit/s，也可工作在其他速率如4800bps, 9600bps下，无需设置PTR2000的工作速率。 发送数据之前需将模块置于发射模式，TXEN=1。 至少5ms后(接收到发射的转换时间需要)，可以发送任意长度数据。 发送结束后将模块置于接收状态，TXEN=0。 发射到接收的转换时间为5ms。2）接收 PTR2000置于接收状态，TXEN=0。 接收到的数据可直接送到单片机串口或经电平转换后送计算机。3）待机模式PWR=0时，PTR2000进入节电待机模式，功耗大约8A，在待机模式下不能接收数据，发射

41、数据。3.2 PTR2000无线通信协议原理及设计3.2.1 无线通信协议的简介 1981年国际标准化组织（ISO）正式提出了“开放系统互连（OSI）基本参考模型”的国际标准，成为新一代计算机网络的体系结构7。分层的概念在计算机体系结构、操作系统、数据库等计算机科学中都得到了广泛的应用，在计算机互连构成网络时人们也是这样做的。OSI分为七层，在通信过程中为了使这些对层间的虚通信得以正确进行，它们必须遵循共同的约定，就是对等协议。 最下面是物理层（PH-Physical Layer）。物理层负责在物理媒体上传输二进制位流，又称比特流，它规定了物理连接的机械、电气、功能和过程特性。机械特性规定了插

42、头座的大小、形状和针的数目等。电气特性规定了电压值、逻辑电平及其它电气参数。功能特性规定了每根连线的功能及含义。过程特性则规定了各种事件应按什么次序出现。 数据链路层(DL-Data Link Layer)建立在物理层之上，其功能是通过差错检测与恢复等措施将直接相连的两个系统间的可能出错的物理连接改造成为无差错的数据链路。建立在数据链路层之上的网络层（N-Network Layer）则完成了数据在通信子网中的传输，其中包括路由的选择。网络层之上是传输层（T-Transport Layer）。它是第一个端对端的层次。就是说在通信子网的中继设备上可能有下面的PH, DC或N层，而只有在互连的端开放

43、系统上才有运输层以上的层次。它要提供端对端的差错控制、流量控制等功能，向上一层的实体提供透明的维持一定质量的数据传输服务，并使其不必操心达到端对端数据传输服务的细节。 实际应用中要进行信息交换的常常不是两个端开放系统本身，而是一个端开放系统中的某一进程与另一端开放系统中的某一进程。会话层（S-Session Layer）的功能就是在两个通信的高层进程之间建立和管理不同形式的对话。 表示层（P-Presentation Layer）的功能是提供数据和信息的语法表示变换，包括编码的转换，加密与解密，数据压缩与恢复等。七层中的最上层一层是应用层（A-Application Layer）,它提供了OS

44、I环境下对各种应用或用户服务的接口随着应用要求的不同，它提供了不同的服务。3.2.2 PTR2000无线通信协议原理及设计1、通信信道 通信信道是数据从发射到接收的一个通道，它包括产生数据流，编码，发射，接收，解码。理解如图3-2所示：数据源数据编码数据发射数据接收数据译码数据解释传播媒介 图3-2通信信道Fig.3-2The diagram of communications channel1）数据源 数据源可能是各种各样的东西，可能是一个温度传感器的A/D数据值，计算机硬盘里的一个文件，用户输入键盘里的一个按键。数据在这里发生错误可能性较小，而且较易通过硬件或软件的方式来发现。2）数据编码 数据源出来的数据一般来说是并行的自然数据，PTR2000系列无线MODEM需要的异步串行数据格式，这通常是由UART(通常异步传输)来完成的，有时也可通过软件来完成。数据错误在此发生的可能性也不大，而且可跟踪。3）数据发射 数据发射是通过 PTR2000系列无线MODE M的发射功能完成的。所有的PTR2000系列无线M