基于C8051F020的多路無(wú)線溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

　　1.引言

　　隨著科技的不斷進(jìn)步，在多數(shù)領(lǐng)域中有線連接的方式已經(jīng)不能滿足科技高速發(fā)展的要求，無(wú)線通信正進(jìn)入到我們生活中的各個(gè)領(lǐng)域，它與有線連接方式相比，具有攜帶方便、使用靈活、不必考慮走線等優(yōu)點(diǎn)。在無(wú)線報(bào)警、工業(yè)數(shù)據(jù)采集、遙控、遙測(cè)射頻IC卡、手持PDA、無(wú)線圖像傳輸、不停車收費(fèi)、無(wú)線抄表等各個(gè)方面有著極其廣泛的應(yīng)用。本文所介紹的測(cè)溫系統(tǒng)也是無(wú)線通訊系統(tǒng)的應(yīng)用之一。它以SOC單片機(jī)C8051F020為中央控制器，以CC1000為無(wú)線傳送模塊和溫度測(cè)量電路構(gòu)成了多路無(wú)線溫度采集系統(tǒng)。

　　將8路的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，通過(guò)無(wú)線方式送給主機(jī)C8051F020進(jìn)行處理。

　　調(diào)制解調(diào)由CC1000完成，系統(tǒng)采用頻移鍵控調(diào)制（FSK），載波頻率為433MHz，帶寬64kHz，數(shù)據(jù)采用差分曼徹斯特編碼發(fā)送，空中發(fā)送數(shù)據(jù)速率可以根據(jù)需要設(shè)置。在發(fā)送時(shí)控制器C8051F020單片機(jī)從用戶接口接收采集命令，進(jìn)行8路溫度信號(hào)的采集，并將采集到的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行打包轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)幀傳送給CC1000，控制CC1000進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。

　　在接收時(shí)，控制器C8051F020接收從CC1000傳送過(guò)來(lái)的溫度數(shù)據(jù)，進(jìn)行簡(jiǎn)單處理后把這些數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)進(jìn)行詳細(xì)的分析處理。硬件框圖如圖1和圖2所示。

　　2.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　2.1 無(wú)線收發(fā)模塊

　　本設(shè)計(jì)的無(wú)線收發(fā)模塊采用了ChipconComponent公司的高性能RF收發(fā)芯片CC1000，它是一種單片高頻無(wú)線收發(fā)IC，電流損耗低，通信速率可調(diào)，最高可達(dá)72.8kbit/s，接收靈敏度為-109dB.m，發(fā)射信號(hào)功率在-20~10dB.m內(nèi)可調(diào)，設(shè)計(jì)時(shí)電路簡(jiǎn)單，所用的外圍器件較少，編碼簡(jiǎn)單，改變電路和器件參數(shù)可以使其工作的頻率范圍在300~1000MHz內(nèi)變化。同時(shí)該器件內(nèi)部集成了發(fā)射功率放大器、FSK調(diào)制/解調(diào)、低噪聲接收放大器、混頻器、壓控振蕩器、鑒相器等電路，是一款集成度極高的芯片，可直接與單片機(jī)進(jìn)行通信。該IC極適合嵌入到各種低功耗要求較高的測(cè)量或控制系統(tǒng)中，我們?cè)谠撓到y(tǒng)中選則433MHz的頻段，CC1000內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

　　2.2 主控芯片C8051F020及控制電路

　　C8051Fxxx是Cygnal公司推出的一系列8位高速片上系統(tǒng)（SOC）單片機(jī)，C8051F020是其中的一款，它的CIP-51與MCS-51指令集完全兼容，具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）速度高，最大處理速度可達(dá)25MIPS;完全滿足本設(shè)計(jì)中的實(shí)時(shí)性要求。（2）集成度高，片內(nèi)集成了極其豐富的模擬及數(shù)字外設(shè)：兩個(gè)多通道模/數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括一個(gè)8位ADC和一個(gè)12位ADC，以及兩個(gè)可編程增益放大器和兩個(gè)模擬多路選擇器；兩個(gè)12位數(shù)/模轉(zhuǎn)換系統(tǒng)；兩個(gè)模擬比較器：一個(gè)片內(nèi)溫度傳感器；豐富的總線接口包括SMBus總線接口、通用異步串行總線接口UART、SPI總線接口；5個(gè)16位通用定時(shí)器；8個(gè)8位I/O端口；一個(gè)64K的FLASH和一個(gè)256B的內(nèi)部RAM一個(gè)4096B外部RAM（XRAM）；以及看門狗電路等；這些片內(nèi)資源大大減化了本設(shè)計(jì)的硬件電路設(shè)計(jì)，極大的縮短了開(kāi)發(fā)周期。（3）交叉開(kāi)關(guān)使I/O端口分配更加靈活。

　　基于C8051F020的片內(nèi)資源，可以完全滿足對(duì)多點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集及處理。C8051F020對(duì)CC1000的控制電路如圖4所示。

　　如圖4微控制器C8051F020使用P3.0、P3.1、P3.2與CC1000的PDATA（編程數(shù)據(jù)）、PCLK（編程時(shí)鐘）、PALE（編程允許）連接對(duì)CC1000進(jìn)行編程配置和校準(zhǔn)，使其工作在433MHz，帶寬64kHz，數(shù)據(jù)采用差分曼徹斯特編碼發(fā)送。單片機(jī)C8051F020的P0.2、P0.3與CC1000的DIO和DCLK連接進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收，單片機(jī)將采集到的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行打包經(jīng)P0.2引腳送給CC1000的DIO引腳，DIO引腳輸入的數(shù)字信號(hào)被頻移鍵控（FSK）后送到功率放大器，再通過(guò)CC1000的天線發(fā)射出去；CC1000天線接收到的射頻信號(hào)經(jīng)低噪聲放大器（LNA）放大后送給混頻器，再由解調(diào)器（DEMCO）解調(diào)成數(shù)字信號(hào)由DIO腳輸出，單片機(jī)的P0.2引腳將DIO引腳的數(shù)字信號(hào)接收后傳送給上位機(jī)進(jìn)行分析處理。