基于單片機的無線環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的設計-V1.0終稿.docx

基于單片機的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設計專業(yè)：電子信息科學與技術班級：08電子(1)班姓名：李春輝 目 錄引 言31 系統(tǒng)設計概述61.1 系統(tǒng)總體分析61.2 方案論證92硬件設計102.1 硬件介紹103電路圖設計233.1 主要電路圖的設計233.2 發(fā)送端及接收端電路254軟件設計及流程圖274.1 軟件模塊化設計274.2 系統(tǒng)軟件設計思想284.3 Keil C51系統(tǒng)概述284.4 系統(tǒng)流程圖295系統(tǒng)設計結果及分析325.1 系統(tǒng)設計結果325.2 系統(tǒng)結果分析32結 論33致 謝34參考文獻35附錄 源程序清單37摘 要隨著國家對環(huán)境污染問題的重視和公眾環(huán)境保護意識的提高，無論是控制或防治環(huán)境污染和環(huán)境惡化，還是從改善環(huán)境質量等各個方面，環(huán)境保護都是十分重要。環(huán)境溫度及光照對工業(yè)、農業(yè)、商業(yè)和人們的日常生活都有很大的影響，而溫度、光照的測量也就成為人們生產生活中一項必不可少的工作。傳統(tǒng)的測溫儀、測光儀檢測時間長，準確度較低，且使用不方便。隨著人們生活水平的不斷提高,單片機控制無疑是人們追求的目標之一，其中數字溫度計、數字測光儀就是典型的應用例子。本文設計的是基于單片機的環(huán)境信息采集與傳輸系統(tǒng)，主要實現對環(huán)境溫度和光照信息的采集與監(jiān)控。在設計中以AT89S52單片機為核心控制芯片，完成溫度、光照的測量以及數據的無線收發(fā)控制等功能。該控制系統(tǒng)的硬件部分，包括：溫度采集模塊，光照信息采集模塊，顯示模塊，無線通信模塊和一些外圍接口電路等。在發(fā)射端，以單片機為核心芯片，外連無線數據傳輸模塊，DS18B20溫度傳感器及光敏二極管。在接收端，單片機連接一塊1602液晶顯示屏和無線數據傳輸模塊。溫度信號由DS18B20芯片采集，光照信號通過光敏二極管采集，采集的環(huán)境信息由單片機負責處理,無線模塊負責傳輸，同時由接收端所連接的液晶顯示模塊顯示出具體溫度值，最終達到通過無線傳輸實現環(huán)境信息的采集及顯示的目的。關鍵詞：AT89S52單片機；信息采集；無線傳輸；液晶顯示；串口通訊 AbstractWith the increase of national attention and public awareness of the problems of environmental pollution, the protection of environment is becoming increasingly important.Industry, agriculture, commerce and peoples daily life are greatly affected by temperature and light of environment. Therefore, the measurement of temperature and light has become an indispensable work for the production of people. Traditional thermometer and photometer instrument have longer detection time, lower accuracy and are inconvenient to use. With the improvement of peoples living standard, mcu control is undoubtedly one of the goals that people pursue, including digital thermometer and photometer instrument.In this paper, the environmental information collection and transmission system based on mcu is designed,which aims to collect and monitor temperature and light information of environment.Using AT89S52 mcu as the core control chip, the measurement of temperature and light and the wireless transceiver control of data are completed in this design.At thetransmitting terminal,using mcu as the core chip, there are external module of wireless data transmission, DS18B20 temperature sensor and photodiode. At the receiver, the mcu is connected to a 1602 LCD screen and a module of wireless data transmission.The signal of temperature is collected by the DS18B20 chip and the signal of light is collected by a photodiode.Environmental information collected is processed by the mcu and the wireless module is responsible for transmission .At the same time, the specific temperature value is displayed at LCD module connected to the receiver, and ultimately we achieve the purpose of acquisition and display of environmental information through wireless transmission.Key words: AT89S52 mcu; Information collection; Wireless transmission; LCD display; Serial communication引 言單片機全稱單片微型計算(Single Chip Microcomputer),單片機就組成和功能而言，它正如一個微型計算機系統(tǒng)，內部集成了中央處理器(CPU)、隨機數據存儲器(RAM)、只讀程序存儲器(ROM)定時器/計數器、輸入/輸出(I/O)接口電路和串行通信接口等主要功能部件。在發(fā)展過程中其功能擴展了各種控制功能，可以獨立執(zhí)行內部程序。本次的設計在單片機的基礎上進行開發(fā)。信息采集及無線傳輸系統(tǒng)以單片機為核心，由溫度采集電路，濕度采集電路，多路開關電路，A/D轉換電路，時鐘電路以及復位電路組成，基于單片機對數字信號的高敏感和可控性、溫濕度傳感器可以產生模擬信號，和A/D模擬數字轉換芯片的性能，設計了以AT89S52基本系統(tǒng)為核心的一套檢測系統(tǒng)，系統(tǒng)由信號采集、信號分析和信號處理三個部分組成的。實現程序的存儲、數據的實時顯示、報警和數據輔助存儲功能。溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)是在環(huán)境試驗、科學研究(諸如種植、養(yǎng)殖、生物工程、化工工程)、工業(yè)生產等領域應用廣泛的現場環(huán)境控制系統(tǒng)。它能模擬各種環(huán)境條件，即按照實際要求精確控制環(huán)境的溫度和濕度，為研究不同的生化過程創(chuàng)造了良好的環(huán)境條件。目前單片機滲透到我們生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。如實時工控、通訊設備、導航系統(tǒng)、家用電器，導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網絡通訊與數據傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數據處理，廣泛使用的各種智能IC卡， 錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子玩具等等，這些都離不開單片機以及自動控制領域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機械了。因此，單片機的學習、開發(fā)與應用將造就一批計算機應用與智能化控制的新產品和新成果。早期的單片機都是4位或8位的。其中最成功的是INTEL的8031，因為簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評。此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列單片機系統(tǒng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機系統(tǒng)直到現在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領域要求的提高，開始出現了16位單片機，90年代后隨著消費電子產品大發(fā)展，單片機技術得到了巨大提高。隨著INTEL i960系列特別是后來的ARM系列的廣泛應用，32位單片機迅速取代16位單片機的高端地位，并且進入主流市場。目前，高端的32位單片機主頻已經超過300MHz，性能直追90年代中期的專用處理器。當代單片機系統(tǒng)已經不再只在裸機環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應用在全系列的單片機上。單片機比專用處理器更適合應用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應用。事實上單片機是世界上數量最多的計算機。現代人類生活中所用的幾乎每件電子和機械產品中都會集成有單片機。手機、電話、計算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標等電腦配件中都配有1-2部單片機。而個人電腦中也會有為數不少的單片機在工作。汽車上一般配備40多部單片機，復雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數百臺單片機在同時工作。目前單片機滲透到我們生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。如實時工控、通訊設備、導航系統(tǒng)、家用電器，導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網絡通訊與數據傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數據處理，廣泛使用的各種智能IC卡， 錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子玩具等等，這些都離不開單片機以及自動控制領域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機械了。因此，單片機的學習、開發(fā)與應用將造就一批計算機應用與智能化控制的新產品和新成果。1 系統(tǒng)設計概述1.1 系統(tǒng)總體分析1.1.1設計思路分析設計AT89S52單片機為核心芯片的信息采集及無線傳輸系統(tǒng)時需要考慮下面幾個方面的內容： (1)選擇合適的電路設計芯片。在本例中的主要器件是單片機和溫度傳 感器及無線數據傳輸模塊。單片機采用常用的AT89S52單片機，溫度傳感器則使用DS18B20溫度傳感器，無線數據傳輸模塊采用SRWF-1021模塊。 (2)單片機和其它外接模塊的的接口電路設計。 (3)控制溫度傳感器實現溫度信息采集的發(fā)送以及數據傳輸的接收信息的軟件設計。 (4)測試環(huán)境信息采集系統(tǒng)及無線傳輸系統(tǒng)的結果。1.1.2系統(tǒng)整體結構分析為了實現系統(tǒng)需求分析的要求，將系統(tǒng)硬件結構劃分為幾大部分：電源供電部分，復位部分，信息發(fā)送端，數據處理中心，信息接收端，信息顯示部分等。在系統(tǒng)中，整體結構示意圖如圖1所示。DS18B20溫度傳感器及光敏二極管采集溫度值和光照情況AT89S52單片機發(fā)射端無線傳輸模塊接收端無線傳輸模塊AT89S52單片機1602液晶顯示屏顯示信息的采集結果圖1 系統(tǒng)整體結構示意圖無線溫度數據采集系統(tǒng)是一種基于單片機技術的無線溫度光照檢測裝置，本設計由溫度采集部分，發(fā)送/接收部分，顯示部分等主要部分組成。溫度采集部分采用數字溫度傳感器DS18B20，控制部分采用AT89S52單片機，外圍電路由晶振電路，復位電路，顯示部分，無線傳輸等組成，采集到的溫度數據傳輸到接收單元，在單片機的處理下在1602液晶顯示模塊上顯示3。無線傳輸部分采用無線傳輸模塊SRWF-1021，單片機不能與無線模塊直接通信，需通過串口電路進行數據的傳輸，串口電路采用RS232串口通信電路，顯示部分采用1602液晶顯示屏。在系統(tǒng)設計中，將信息采集及傳輸系統(tǒng)分為兩大部分，即發(fā)射端和接收端，這兩大部分的系統(tǒng)設計框圖如圖2及圖3所示。單 片 機5V電源復位電路數字溫度傳感器DS18B20光敏二極管發(fā)送模塊晶振電路圖2 發(fā)送端系統(tǒng)框圖 單 片 機5V電源1602液晶屏接收模塊復位電路晶振電路圖3 接收端系統(tǒng)框圖1.1.3系統(tǒng)工作原理溫度采集無線傳輸系統(tǒng)是一種基于AT89S52的溫度檢測裝置。本系統(tǒng)主要由溫度采集部分和接收/發(fā)送端，以及顯示屏和光敏二極管，SRWF-1021無線傳輸模塊等部分組成。溫度采集部分采用數字溫度傳感器芯片DS18B20，感光元件選用光敏二極管，無線數據傳輸采用SRWF-1021無線收發(fā)模塊，顯示部分由1602液晶顯示屏顯示結果以及AT89S52單片機4。打開電源后，本系統(tǒng)由單線數字溫度傳感器DS18B20芯片采集溫度數據，單片機AT89S52發(fā)出指令進行數據控制，主機控制DS18B20完成溫度轉換必須經過三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復位，復位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進行預定的操作。在硬件上，I/O接單片機I/O，然后數據被傳輸至單片機AT89S52，再由單片機編程為可以由1602液晶顯示屏顯示數據。單片機有一個全雙工的串行通訊口，所以單片機和無線收發(fā)模塊之間進行串口通訊。數據被送至低功耗無線傳輸模塊進行無線傳輸，通訊時要滿足一定的條件，比如電腦的串口是RS232電平的，而單片機的串口是TTL電平的，兩者之間必須有一個電平轉換電路。溫度數據的無線傳輸主要基于低功耗無線傳輸模塊，無線數據傳輸模塊的關鍵器件是無線收發(fā)芯片，本設計選擇了SRWF-1021 無線模塊，SRWF-1021無線傳輸數據的收、發(fā)由AT89S52控制。首先，對系統(tǒng)要進行初始化，使其進入待機狀態(tài)，使單片機工作在串口通信方式，利用單片機的中斷響應，對無線數據收發(fā)模塊芯片的相應引腳進行控制，實現數據的接收和發(fā)射5。數據經過無線傳輸及接收后再被傳輸至接收端的AT89S52單片機中，然后再由單片機將數據轉化為可以由液晶顯示板1602顯示的數據。1.2 方案論證1.2.1溫度采集方案采用數字溫度傳感器DS18B20。該傳感器采用單總線接口，能方便的與單片機通信。測溫范圍從-55到+125，測溫精度9-12位可調。1.2.2光照采集方案選用具有感光作用的光敏二極管來檢測光照情況。1.2.3無線數據傳送方案無線數據傳輸采用SRWF-1021無線數據傳輸模塊。利用單片機對無線數據收發(fā)模塊芯片的控制，實現數據的接收和發(fā)射。經過發(fā)送端將數據進行無線傳輸后再被傳輸至接收端的AT89S52單片機中。1.2.4顯示界面方案采用1602液晶顯示屏，通過無線數據傳輸模塊接收到的數據，經過單片機控制在液晶顯示屏上顯示出采集到的溫度的數值及光照情況。2硬件設計2.1 硬件介紹2.1.1單片機概述單片微型計算機簡稱單片機，將計算機的中央處理器(CPU)、存儲器(ROM,RAM)、輸入/輸出(I/O口)、并行接口和中斷系統(tǒng)等幾個單元集成在一小塊硅片上的微型機6，是典型的嵌入式微控制器(Microcontroller Unit)，常用英文字母的縮寫MCU表示單片機，它最早是被用在工業(yè)控制領域。單片機由芯片內僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。其設計理念是通過將大量外圍設備和CPU集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復雜的而對體積要求嚴格的控制設備當中。2.1.2AT89S52芯片介紹(1)功能特性描述AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51 產品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52在眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)中得到廣泛應用。(2)AT89S52芯片引腳結構圖AT89S52芯片引腳結構圖如圖4所示。AT89S52有40個引腳，按引腳功能大致可分為4個種類：電源、時鐘、控制和I/O引腳。以下是相關引腳說明：圖4 引腳結構示意圖電源引腳VCC(40腳)芯片電源，接+5V。VSS(20腳)：接地端。時鐘XTAL1(19腳)：石英振蕩器反相放大器和內部時鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2(18腳)：石英振蕩器反相放大器的輸出端?？刂凭€:控制線共有4根。ALE/PROG(30腳):地址鎖存允許信號端。ALE功能：訪問外部程序存儲器時，用來鎖存P0口送出的低8位地址；PROG功能：片內有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。PSEN(29腳):外部程序存儲器(ROM)讀選通信號端。當AT89S52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，PSEN在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數據存儲器時，PSEN將不被激活。RST(9腳):復位信號輸入端，RST腳持續(xù)2個機器周期高電平將使單片機復位。EA/VDD(31腳):內外ROM選擇/片內EPROM編程電源。EA功能：內外ROM選擇端；VDD功能：片內有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，施加編程電源VDD。I/O線AT89S52共有4個8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32個引腳。P0端口：P0.0P0.7(3239腳) 是一個8位的雙向I/O口。當訪問外部程序和數據存儲器時，可用作數據總線或地址總線。P1端口：P1.0P1.7(18腳) 8位雙向I/O口，只做I/O使用，其內部有上拉電阻，上拉電阻就是從電源高電平引出的電阻接到輸出。P2端口：P2.0P2.7(2128腳) 是一個具有內部上拉電阻的8位雙向I/O口，對P2端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用；在擴充存儲器時，也可當作地址總線使用。P3端口：P3.0P3.7(1017腳) 是一個具有內部上拉電阻的8位雙向I/O口，對P3端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用7。P3口亦作為AT89S52特殊功能(第二功能)使用，用于特殊信號輸入輸出和控制信號(屬控制總線)，如表1所示。表1 P3口引腳第二功能引腳號第二功能備注P3.0RXD (串行數據輸入口)P3.1TXD(串行數據輸出口)P3.2INT0(外部中斷0)低電平有效P3.3INT1(外部中斷1)低電平有效P3.4T0(定時計數器0外部輸入)P3.5T1(定時計數器1外部輸入)P3.6WR(外部數據存儲器寫選通)低電平有效P3.7RD(外部數據存儲器讀選通)低電平有效2.1.3光敏二極管(1)光敏二極管概述光敏二極管也叫光電二極管。光敏二極管與半導體二極管在結構上是類似的,其管芯是一個具有光敏特征的PN結，具有單向導電性，因此工作時需加上反向電壓。無光照時,有很小的飽和反向漏電流,即暗電流，此時光敏二極管截止。當受到光照時,飽和反向漏電流大大增加，形成光電流,它隨入射光強度的變化而變化。當光線照射PN結時，可以使PN結中產生電子一空穴對，使少數載流子的密度增加。這些載流子在反向電壓下漂移，使反向電流增加。因此可以利用光照強弱來改變電路中的電流。光的變化引起光電二極管電流變化，這就可以把光信號轉換成電信號，成為光電傳感器件。光敏二極管如圖5所示。圖5 光敏二極管(2)光敏二極管工作狀態(tài)光敏二極管施加有外部反向電壓當光敏二極管加上反向電壓時，管子中的反向電流隨著光照強度的改變而改變，光照強度越大，反向電流越大，大多數都工作在這種狀態(tài)。光敏二極管不施加外部工作電壓光敏二極管上不加電壓，利用P-N結在受光照時產生正向電壓的原理，把它用作微型光電池。這種工作狀態(tài)，通常用作光電檢測器。2.1.4SRWF-1021無線傳輸模塊(1)SRWF-1021無線傳輸模塊簡介SRWF-1021系列無線數傳模塊為通用無線傳輸模塊，能適應任何標準或非標準的用戶協(xié)議，用戶無需編制多余的程序，實現所收即所發(fā)微功率發(fā)射，高抗干擾能力，傳輸距離遠，標準配置提供8個信道，如果用戶需要，可擴展到16/32信道，滿足用戶多種通信組合方式，提供2個串口三種接口方式，COM1為TTL電平UART接口，COM2由用戶自定義為軟件模擬的RS-232/RS-485接口，可傳輸無限長的數據幀，用戶編程靈活，采用單片射頻集成電路及單片MCU，體積小，外圍電路少，可靠性高，故障率低，多種天線配置方案，滿足用戶不同的結構需要9。因為其上述優(yōu)點SRWF-1021系列無線數傳模塊也適用于：水、電、煤氣、暖氣自動抄表收費系統(tǒng)，生產線數據采集，鐵路、油田、碼頭及部隊的數據通信，醫(yī)療和電子儀器儀表自動化控制，燈光無線智能控制等多個領域。(2)SRWF-1021型無線模塊接口的定義SRWF-1021提供1個9針的連接器(CON1)，其定義基于終端的連接方法如表2所示。表2 基于終端的連接方法序號SRWF-1021端說明電平連接到終端備注1GND電源地電源地2VCC電源DC3.35.0V3RXD/TTL串行數據接收端TTLTXD4TXD/TTL串行數據發(fā)射端TTLRXD5SGND信號地模擬地地相連可與電源相連6A(TX)RS-485的A RS-232的TXA(RX)7B(RX)RS-485的B RS-232的RXB(TX)8SLEEP休眠控制(輸入)TTL休眠信低有效t15ms9RESET復位控制(輸入)TTL復位信號負脈沖1ms(3)接口類型、接口速率接口方式選擇SRWF-1021提供兩個串口，COM1跳線ABC的設置狀態(tài)對應的頻點 (CON1的Pin3、Pin4)固定為TLL電平的UART串行口；COM2 (CON1的Pin6, Pin7)可通過J1的D位來選擇接口方式10。TTL/RS485/RS232為模塊接口方式，本次次設計中采用RS-232接口方式，其示意圖如圖6，D=1(插短路器)。使用的線束只留下4根線，其連接方式如圖6。圖6 RS-232接口方式示意圖指示燈功能模塊上電時，TX燈會閃一次，是模塊在往串口輸出一串版本號信息。由此判斷模塊的一些基本信息。比如：SRWF-1021(V11)C=00(433)，TTL/RS485/RS232，8N1/9N1(V11)表示模塊程序版本號C=00其中00為信道號，433為通信頻段，當模塊往空中發(fā)送數據時，RX燈(紅燈)會閃(RS232/RS485通訊口不閃)，當模塊接收到空中的數據時，TX燈(綠燈)會閃爍。模塊發(fā)送延時當SRWF-1021模塊A的RXD收到數據發(fā)射后，由另一個模塊B收到數據由TXD輸出之間有延時(Td)，波特率不同，其延時(Td)也不同。具體延時(Td)如表3。表3 波特率對應數據傳輸延遲波特率(bps)延遲時間(Td/ms)1200122240058480031960016192008數據傳輸延遲時序圖如圖7所示。圖7. 數據傳輸延遲時序圖2.1.5串口電路單片機從一個I/O引腳逐位傳輸一系列二進制編碼數據，就是串行通信。串行通信是指外設和計算機適用的一根數據信號線，數據在一根數據信號線上一位一位的進行傳輸，每一位數據都占據一個固定的時間長度，這種通信方式使用的數據線少，傳輸速度比并行傳輸慢11。串行通信的優(yōu)點在于遠程通信和上下位通信，51系列單片機通過自身的串口完成通信，高串口是一個可編程的全雙工串行通信接口。串口通信協(xié)議的內容：接口的電氣特性，在RS-232-C中任何一條信號線的電壓均為負邏輯關系。即要求接收器能識別高至+3V的信號作為邏輯“0”， 低到-3V的信號作為邏輯“1” 12。一些設備與PC機連接的RS-232-C接口，因為不使用對方的傳送控制信號，只需三條接口線，即“發(fā)送數據”、“接收數據”和“信號地”，傳輸線采用屏蔽雙絞線。2.1.6數字溫度傳感器DS18B20(1)DS18B20概述在本次設計中選用由美國(Dallas)公司生產的DS18B20一線式數字溫度傳感器，數字單總線DS18B20溫度傳感器是目前比較新的測溫器件，具有3引腳小體積封裝形式。簡單的外圍電路主要依靠單片機的程序控制，實現溫度的實時采集，溫度值的十進制數轉換，實現溫度測量范圍為-55 125的溫度顯示，測溫分辨率可達0.0625，可以直接將被測溫度轉化成串行數字信號，以供單片機處理，被測溫度用符號擴展的16位數字量方式串行輸出，其工作電源既可在遠端引入，也可采用寄生電源方式產生。DS18B20數字溫度傳感器采用單總線技術，多個DS18B20可以并聯(lián)到3根或2跟線上，CPU只需要一根端口線就能與諸多DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。同時，它還具有精度高，實現方便、功耗低、微型化、抗干擾能力強等優(yōu)點，可根據不同需要用于各種溫度監(jiān)控及其他各種溫度測控系統(tǒng)中。(2)DS18B20單線數字溫度傳感器的優(yōu)點采用單總線的接口方式與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現微處理器與DS18B20的雙向通訊；測量溫度范圍寬，測量精度高。DS18B20 的測量范圍為-55 +125 ；在-10+85 范圍內，精度為0.5；在實際應用中不需要任何外圍元器件即可實現測溫；供電方式靈活。DS18B20可以通過內部寄生電路從數據線上獲取電源。因此，當數據線上的時序滿足一定的要求時，可以不接外電源，從而使系統(tǒng)結構更趨簡單，可靠性更高；掉電保護功能。DS18B20內部含有EEPROM，在系統(tǒng)掉電以后，它仍可保存分辨率及溫度的設定值。集溫度測量，A/D轉換于一體，數字量輸出，直接與微機接口等優(yōu)點。(3)DS18B20 的管腳排列及封裝圖DS18B20的引腳圖。如圖8，DQ為數字信號輸入/輸出端；GND為電源地。DS18B20的引腳圖及實物管腳分布圖如圖8所示。DS18B20電源供電方式。DS18B20可以使用外部電源VDD，也可以使用內部的寄生電源，電源供電3.05.5V。VDD為外接供電電源輸入端，DS18B20外部電源的連接方式即當DS18B20采用外部供電時，只需將其數據線，與單片機的一位雙向端口圖8 DS18B20的引腳圖及實物管腳分布圖相連就可以實現數據的傳遞14。當VDD端口接地時使用了內部的寄生電源。無論是內部寄生電源還是外部供電，I/O口線要接5K左右的上拉電阻。(4)DS18B20溫度傳感器的存儲器 DS18B20溫度傳感器的內部存儲器包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的E2RAM，后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH、TL和結構寄存器。數據先寫入RAM，經校驗后再傳給E2RAM。在64BROM的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余校驗碼(CRC)。主機根據ROM的前56位來計算CRC值，并和存入DS18B20中的CRC值做比較，以判斷主機收到的ROM數據是否正確。(5)DS18B20的溫度測量DS18B20內部結構如圖所示，主要由四部分組成：64位光刻ROM 、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。若指令成功地使DS18B20完成溫度測量，數據存儲在DS18B20的存儲器。一個控制功能指揮指示DS18B20的演出測溫。測量結果將被放置在DS18B20內存中，并可以讓閱讀發(fā)出記憶功能的指揮，閱讀片上存儲器的內容。溫度報警觸發(fā)器TH和TL都有一字節(jié)EEPROM的數據，這些寄存器可作為一般的用戶記憶用途。在片上還載有配置字節(jié)以理想的解決溫度數字轉換，寫TH，TL指令以及配置字節(jié)利用一個記憶功能的指令完成。通過緩存器讀寄存器，所有的數據的讀，寫都是從最低位開始。(6)DS18B20的工作過程復位操作，對系統(tǒng)進行初始化。執(zhí)行ROM操作的4條指令之一：1)讀ROM，2)匹配ROM，3)搜索ROM，4)跳過ROM。存儲器操作命令：溫度轉換、讀取溫度、設定上下限溫度值等指令讀取溫度數據：主機讀取溫度數據后進行數據處理。數據位數可設置成9、10、11、12位，其中7位為溫度整數部分，1位表示溫度正負，其余位數為小數。如9位數據時，有1位為小數，精度為0.5。2.1.7 1602液晶顯示模塊(1)1602液晶顯示模塊的概述液晶顯示器以其功耗低、體積較小、顯示內容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點，在各類儀表和低功耗系統(tǒng)中得到廣泛的應用。目前字符型液晶顯示模塊已經是單片機應用設計中最常用的信息顯示器件。在本次設計中選用1602液晶顯示模塊，能夠顯示16x02即32個字符(16列2行)，采用5V電源供電，外圍電路配置簡單，價格便宜，具有很高的性價比。為了表示的方便 ，后文皆以1表示高電平，0表示低電平。1602液晶模塊內部的字符發(fā)生存儲器(CGROM)已經存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯數字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等。每一個字符都有一個固定的代碼，其中數字與字母同ASCII碼兼容。比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B(41H)，顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。其內部還有自定義字符(CGRAM)，可用業(yè)存儲自已定義的字符。當數據傳輸過來時，信息采集結果會顯示出來，液晶屛的第一行顯示“：The temperature is:*”，第二行顯示“l(fā)ight on 或light off”。1602液晶顯示模塊實物圖如圖9所示。圖9 1602液晶顯示模塊實物圖(2)1602液晶顯示模塊的優(yōu)點位數多，可顯示32位，32個數碼管體積相當龐大了顯示內容豐富，可顯示所有數字和大、小寫字母程序簡單，如果用數碼管動態(tài)顯示，會占用很多時間來刷新顯示，而1602自動完成此功能。(3)1602的管腳1602引腳圖如圖10所示。第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：V0為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地圖10 1602引腳接口圖電源時對比度最高，使用時可以通過一個10K的電位器調整對比度(建議接地，弄不好有的模塊會不顯示)。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平1時選擇數據寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平(1)時進行讀操作，低電平(0)時進行寫操作。第6腳： E(或EN)端為使能(enable)端，下降沿使能，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數據線。第1516腳：空腳(有的用來接背光電源的正負極)。表4 寄存器選擇控制表圖RSR/W操作說明00寫入指令寄存器(清除屏等)01讀bu sy flag(DB7)，以及讀取位址計數器(DB0DB6)值10寫入數據寄存器11從數據寄存器讀取數據(顯示各字型等)3電路圖設計3.1 主要電路圖的設計3.1.1信息采集部分電路信息采集電路分析說明：該電路是用于采集有無光照的數據信息，根據光敏二極管單向導電性的特點，在沒有光照時，光敏二極管的反向電阻很大，有很小的飽和反向漏電流,即暗電流，此時光敏二極管截止。當受到光照時,飽和反向漏電流大大增加，形成光電流,此時光敏二極管導通。這樣由光的變化引起光電二極管電流變化，這就可以把光信號轉換成電信號，成為光電傳感器件。該電路中電阻是用于保護電路的作用。DS18B20溫度傳感器通過對環(huán)境的溫度的數據采集，將信號送到單片機中，信息在單片機中進行處理，信息也將被送至無線接收模塊。信息采集部分電路如圖11所示。 圖11 光敏二極管及DS18B20溫度傳感器3.1.2數據處理中心電路電路分析說明：以AT89S52為核心，在單片機各引腳處外接其他元器件，實現數據采集的數據處理及控制系統(tǒng)的作用。數據處理電路圖如圖12所示。圖12 數據處理及控制電路3.1.3無線傳輸部分電路分析說明：連接到單片機的串口，通過單片機的數據處理及控制電路，實現數據的無線傳輸。無線傳輸部分電路圖如圖13所示。圖13 SRWF-1021無線傳輸電路3.1.4信息顯示部分電路電路分析說明：采用1602液晶顯示屏，通過單片機對數據處理及對系統(tǒng)的控制，實現無線傳輸的接收，并在顯示屏中顯示溫度值和光照情況。信息顯示電路圖如圖14所示。圖14 1602液晶顯示部分電路圖3.2 發(fā)送端及接收端電路3.2.1信息采集傳輸發(fā)送端部分電路電路分析說明：該電路用于溫度及光照的信息采集的發(fā)送，電路核心為AT89S52單片機，外接光敏二極管、DS18B20溫度傳感器、無線傳輸模塊及電源(+5V供電)。在一定環(huán)境下光敏二極管及DS18B20溫度傳感器采集光照及溫度數據，經由單片機控制，通過無線傳輸模塊，將數據發(fā)送到接收斷。信息采集傳輸發(fā)送端電路圖如圖15所示。3.2.2信息采集傳輸接收端部分電路電路分析說明：該電路用于由發(fā)射端采集的信息進行接收及顯示。接收端的無線傳輸模塊通過其通信協(xié)議，可接收到數據信息，經過單片機控制后，會在1602液晶顯示屏顯示出溫度值及光照情況。信息采集傳輸接收端電路圖如圖16所示。圖15 信息采集傳輸發(fā)射端電路圖16 信息采集傳輸接收端電路4軟件設計及流程圖4.1 軟件模塊化設計本系統(tǒng)除了硬件支持以外也離不開軟件的驅動，采用的是自底向上的開發(fā)流程，確定好底層模塊的功能，最終集成為一個系統(tǒng)。我們寫的匯編語言源程序要變?yōu)镃PU可以執(zhí)行的機器碼有兩種方法，一種是手工匯編，另一種是機器匯編，目前已極少使用手工匯編的方法了。機器匯編是通過匯編軟件將源程序變?yōu)闄C器碼，隨著單片機開發(fā)技術的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級語言開發(fā)，單片機的開發(fā)軟件也在不斷發(fā)展，Keil軟件是目前最流行開發(fā)MCS-51系列單片機的軟件。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境(uVision)將這些部分組合在一起。掌握這一軟件的使用對于使用51系列單片機來說是十分必要的，如果使用C語言編程，那么Keil就是最好的軟件了，即使不使用C語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強大的軟件仿真調試工具也會令你事半功倍。當使用Keil Software 工具時，項目開發(fā)流程和其他軟件開發(fā)項目的流程很相似：(1)創(chuàng)建一個項目從器件庫中選擇目標器件配置工具設置(2)用C語言創(chuàng)建源程序(3)修改源程序中的錯誤(4)測試連接應用4.2 系統(tǒng)軟件設計思想設計思想：在設計中采用KEIL 軟件對單片機進行開發(fā)。C51工具包的整體結構，uVision與Ishell分別是C51 for Windows和for Dos的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調試、仿真等整個開發(fā)流程。開發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C51及C51編譯器編譯生成目標文件(.OBJ)15。目標文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經L51連接定位生成絕對目標文件(.ABS)。ABS文件由OH51轉換成標準的Hex文件，以供調試器dScope51或tScope51使用進行源代碼級調試，也可由仿真器使用直接對目標板進行調試，也可以直接寫入程序存貯器如EPROM中。Keil C51 Vision2集成開發(fā)環(huán)境是Keil Software，Inc/Keil Elektronik GmbH開發(fā)的基于80C51內核的微處理器軟件開發(fā)平臺，內嵌多種符合當前工業(yè)標準的開發(fā)工具，可以完成從工程建立到管理、編譯、鏈接、目標代碼的生成、軟件仿真、硬件仿真等完整的開發(fā)流程尤其是C編譯工具在產生代碼的準確性和效率方面達到了較高的水平，而且可以附加靈活的控制選項，在開發(fā)大型項目時非常理想。4.3 Keil C51系統(tǒng)概述Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用16。用過匯編語言后再使用C來開發(fā)，體會更加深刻。Keil C51軟件提供豐富的庫函數和功能強大的集成開發(fā)調試工具，全Windows 界面，另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到Keil C51生成的目標代碼效率非常高，多數語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解，在開發(fā)大型軟件時更能體現高級語言的優(yōu)勢。下面詳細介紹Keil C51開發(fā)系統(tǒng)各部分功能和使用。4.4 系統(tǒng)流程圖4.4.1系統(tǒng)主流程圖本模塊是整個系統(tǒng)的主模塊，實現了各個子模塊的調用及數據的處理和控制。系統(tǒng)主流程圖如圖17所示。系統(tǒng)上電復位鍵初始化系統(tǒng)DS18B20溫度傳感器采集溫度SRWF-1021無線傳輸模塊發(fā)送數據光敏二極管檢測光照單片機控制電路處理數據發(fā)送數據？NOYES復位鍵初始化系統(tǒng)SRWF-1021無線收發(fā)模塊接收數據單片機控制電路顯示溫度值及光照情況？1602液晶屏顯示結果NOYES圖17 系統(tǒng)主流程圖4.4.2系統(tǒng)部分流程圖(1)用發(fā)送端完成溫度及光照情況的數據發(fā)送過程，發(fā)送端系統(tǒng)流程圖如圖18所示。發(fā)送端上電復位鍵初始化系統(tǒng)DS18B20溫度傳感器采集溫度SRWF-1021無線傳輸模塊發(fā)送數據光敏二極管檢測光照單片機控制電路處理數據發(fā)送數據？NO接收端YES圖18 發(fā)送端系統(tǒng)流程圖(2)用接收端完成數據接收過程，接收端系統(tǒng)流程圖如圖19所示。接收端上電復位鍵初始化系統(tǒng)SRWF-1021無線收發(fā)模塊接收數據單片機控制電路顯示溫度值及光照情況？1602液晶屏顯示結果NOYES圖19 接收端系統(tǒng)流程圖5系統(tǒng)設計結果及分析5.1 系統(tǒng)設計結果將編好的C語言程序燒入到單片機后，經軟件調試后，檢查系統(tǒng)電路板的各元器件連接情況后，分別對發(fā)送端和接收端兩個電路板上接5V電源，電源指示燈及無線傳輸模塊TX燈閃爍，對系統(tǒng)進行初始化。此時可在1602液晶顯示屏中看到溫度值及光照情況：“The temperature is 30.3 light off”，可通過認為改變環(huán)境的溫度及光照情況，則液晶顯示屏會隨溫度的變化而改變溫度值，同時光照情況也會有顯示為“l(fā)ight on”或“l(fā)ight off”。5.2 系統(tǒng)結果分析運用DS18B20溫度傳感器及光敏二極管來采集環(huán)境變量的數據，采用無線傳輸模塊進行無線傳輸。通過系統(tǒng)的溫度及光照信息采集，可以基本實現系統(tǒng)所要實現的結果，即在液晶顯示屏上顯示當前環(huán)境溫度值及環(huán)境光照情況。在采集過程中，也會受到元器件本身的性質和環(huán)境的影響而對系統(tǒng)產生影響，如溫度值顯示會有小的偏差，但由于它們也具有一定的穩(wěn)定性，也能夠正確完成信息的采集。系統(tǒng)不僅可以實現環(huán)境變量的信息采集，也可以實現遠距離傳輸，同時還可以對程序進行研究和改進，在此基礎上實現更加方便和應用范圍更廣的目標。由于時間關系，本次的畢業(yè)設計在設計過程中還存在一些不足和需要改進的地方，但設計所希望實現的結果能夠完成，而且收獲頗多。結 論單片機以其高可靠性、高性價比，在工業(yè)控制系統(tǒng)、數據采集系統(tǒng)、智能化儀器儀表等諸多領域得到廣泛的應用。本設計介紹的就是一個以單片機為核心，采用數字溫度傳感器DS18B20的特性和光敏二極管以及無線傳輸模塊與單片機的結合，進行溫度數據的采集存儲，并利用無線收發(fā)模塊進行傳輸在1602液晶屏數據行顯示?？梢詫崿F本次設計所要實現的在本設計中采用溫度傳感器它可以用于多種遙測系統(tǒng)，完成遠端環(huán)境、資源信息等數據的采集。通過系統(tǒng)的溫度及光照信息采集，可以基本實現系統(tǒng)所要實現的結果，即在液晶顯示屏上顯示當前環(huán)境溫度值及環(huán)境光照情況。系統(tǒng)不僅可以實現環(huán)境變量的