溫度采集設(shè)計(jì)規(guī)劃書

1、 溫度采集設(shè)計(jì)規(guī)劃書 姓名：孫穎 目錄 一 系統(tǒng)概述3二 系統(tǒng)構(gòu)架4三 電路功能模塊43.1單片機(jī)模塊43.2電源模塊63.3復(fù)位模塊73.4時(shí)鐘晶振模塊83.5串口電平轉(zhuǎn)換模塊93.6溫度采集模塊ds18b20103.7無線傳輸模塊113.8溫度顯示電路模塊設(shè)計(jì)13四 軟件設(shè)計(jì)14五 附件155.1 材料報(bào)表155.2原理圖16一 系統(tǒng)概述本系統(tǒng)采用數(shù)字溫度傳感器ds18b20測(cè)量溫度，輸出信號(hào)全數(shù)字化。便于單片機(jī)處理及控制，省去傳統(tǒng)的測(cè)溫方法的很多外圍電路。且該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測(cè)溫元件，此元件線性度較好。在0100攝氏度時(shí)，最大線形偏差小于1攝氏度。ds18b20的最大

2、特點(diǎn)之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計(jì)ds1820和微控制器at89s52構(gòu)成的溫度測(cè)量裝置，它直接輸出溫度的數(shù)字信號(hào)，可直接與計(jì)算機(jī)連接。這樣，測(cè)溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就比較簡(jiǎn)單，體積也不大，且由于at89s52可以帶多個(gè)dsb1820，因此可以非常容易實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)量。輕松的組建傳感器網(wǎng)絡(luò)。 采用溫度芯片ds18b20測(cè)量溫度，可以體現(xiàn)系統(tǒng)芯片化這個(gè)趨勢(shì)。部分功能電路的集成，使總體電路更簡(jiǎn)潔，搭建電路和焊接電路時(shí)更快。而且，集成塊的使用，有效地避免外界的干擾，提高測(cè)量電路的精確度。所以集成芯片的使用將成為電路發(fā)展的一種趨勢(shì)該系統(tǒng)主要涉及到單總線技術(shù)，led數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)技術(shù)，對(duì)溫度的顯示和單片機(jī)的軟件

3、編程。數(shù)字溫度計(jì)是單總線器件，具有線路簡(jiǎn)單，體積小的特點(diǎn)。因此用它來組成一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)，具有線路簡(jiǎn)單，在一根通信線上可以放很多這樣的數(shù)字溫度計(jì)等優(yōu)點(diǎn)，十分方便。電源方面采用+5v通用usb接口，滿足單片機(jī)以及數(shù)碼管的供電需求，并且擁有一個(gè)可開啟閉的開關(guān)，方便系統(tǒng)電源控制。采用了11.0592mhz的晶振來構(gòu)成晶振電路，顯示模塊則使用了四位的共陰極led數(shù)碼管，最后用max232芯片組成了用來下載程序的串口模塊。二 系統(tǒng)構(gòu)架三 電路功能模塊3.1單片機(jī)模塊單片機(jī)是本系統(tǒng)的核心部件，本系統(tǒng)采用stc89c52rc八位單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，此單片機(jī)加密性強(qiáng)，很難解密或破解，解密費(fèi)用很高、國內(nèi)能解密的人少

4、，一般的仿制者望而怯步。40引腳雙列直插，采用串口下載，在進(jìn)行下載程序與調(diào)試的時(shí)候都十分方便。單片機(jī)stc89c52rc的管腳如圖2.1所示：圖2.1 stc89c52rc管腳其中我們只需要部分功能管腳：p1口8位i/o輸出的低電平驅(qū)動(dòng)8個(gè)發(fā)光小燈；p0口的p0.1至p0.3和p2口作為led四位數(shù)碼管的位選（低電平驅(qū)動(dòng)），p2口作為段選（高電平驅(qū)動(dòng)），因?yàn)橹挥兴奈粩?shù)碼管，這里只用到p0口的四位來驅(qū)動(dòng)段選就足夠了；p3.3管腳作為ds18b20的信號(hào)線；串口下載程序時(shí)用到p3.1與p3.2引腳；復(fù)位用到9號(hào)引腳rst；晶振用到18和19號(hào)引腳，分別為xtal1和xtal2。整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖中還有

5、未標(biāo)出的引腳：vcc接+5v電源，gnd接電源地，其中低電平驅(qū)動(dòng)的31管腳ea上拉直電源vcc，這樣上電復(fù)位后單片機(jī)從內(nèi)部開始執(zhí)行程序。沒有說明的引腳在本設(shè)計(jì)中均未使用。3.2電源模塊電源模塊中使用了三種電源輸入，分別為標(biāo)準(zhǔn)usb接口、直流dc接口和跳線電源。usb中引腳1為5v，引腳4為電源地；跳線電源中引腳1為5v，引腳2為電源地；直流dc接口引腳1為5v，2、3引腳均為電源地。其中三種電源+5v都接到同一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)帶鎖開關(guān)sw-dpst的引腳1和3處，當(dāng)帶鎖開關(guān)閉合時(shí)，開關(guān)中引腳1和2、3和4同時(shí)接通，網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)vcc即為單片機(jī)中使用的+5v電源。標(biāo)明d8的led8作為電源指示燈，串聯(lián)一個(gè)1k

6、的電阻r2，起到限流并且防止燒壞小燈的作用。這里使用的電阻為1k，我們可以簡(jiǎn)單的計(jì)算一下，led燈或發(fā)光二極管在點(diǎn)亮?xí)r的電流大約為3ma，電壓大約為1.7v，這樣電阻上壓降大概應(yīng)該為5v-1.7v=3.3v，得出電阻r2=3.3v/3ma=1100，所以使用1k的電阻在這里比較合適。電源模塊原理圖如圖3.3所示：圖2.2電源模塊3.3復(fù)位模塊在系統(tǒng)中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)顯示不正常，也為了調(diào)試方便，我們需要設(shè)計(jì)一個(gè)復(fù)位電路，在系統(tǒng)中，復(fù)位電路主要完成系統(tǒng)的上電復(fù)位和系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)用戶的按鍵復(fù)位功能。復(fù)位電路可由簡(jiǎn)單的rc電路構(gòu)成，也可使用其它的相對(duì)復(fù)雜，但功能更完善的電路。復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，只需給

7、stc89c52rc的復(fù)位引腳rst加上大于2個(gè)機(jī)器周期（即24個(gè)時(shí)鐘振蕩周期）的高電平就可得stc89c52rc復(fù)位，復(fù)位時(shí)，pc初始化為0000h，使stc89c52rc從out單元開始執(zhí)行程序。由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤而使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)，為擺脫死鎖狀態(tài)，需按復(fù)位鍵使得rst腳為高電平，使stc89c52rc重新啟動(dòng)。在按下復(fù)位鍵瞬間c與r構(gòu)成充電電路，reset端的電位與vcc相同，隨著充電電流的減少，reset的電位逐漸下降。本系統(tǒng)采用的電路如圖2.3.1 所示。工作原理是：上電瞬間，rc電路充電，reset引腳出現(xiàn)正脈沖，只要reset保持10ms以上高電平，就能使單片機(jī)有效的復(fù)

8、位。，c取10f，r取10k。圖中rc時(shí)間常數(shù)越大，上電時(shí)單片機(jī)reset引腳保持平的時(shí)間就越長(zhǎng)，圖中這組參數(shù)足以保證復(fù)位操作。圖3.3 復(fù)位模塊3.4時(shí)鐘晶振模塊時(shí)鐘是單片機(jī)的心臟，單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘頻率為基準(zhǔn)，有條不紊地一拍一拍地工作。因此，時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定性。單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，該高增益反向放大器的輸入端為芯片引腳xtal1，輸出端為引腳xtal2這兩個(gè)引腳跨接在石英晶體振蕩器和微調(diào)電路，就構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。電路中的電容c1和c2典型值通常選擇30pf左右，該電容大小會(huì)影響振蕩器頻率的

9、高低，振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。晶振的振蕩器頻率的范圍通常在1.212mhz之間，晶體的頻率越高，則系統(tǒng)得時(shí)鐘頻率也就變高，單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。但反過來運(yùn)行速度快，對(duì)存儲(chǔ)器的速度要求就高。對(duì)印刷電路板的工藝要求也高，即要求淺間的寄生電容要小；晶體和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生生活，更好的保證振蕩器穩(wěn)定，可靠地工作。時(shí)鐘晶振模塊如圖2.3.2所示：圖3.4時(shí)鐘晶振模塊3.5串口電平轉(zhuǎn)換模塊ttl電平到rs232電平的轉(zhuǎn)換電路由max232芯片和五個(gè)104的瓷片電容組成。電平轉(zhuǎn)換電路的作用是完成程序的下載的功能，其電路圖如下圖3.5所示：圖3.5串口模塊max232中引

10、腳9和10分別連接單片機(jī)的p3.0（rxd）和p3.1（txd）引腳，串口中引腳5接地，引腳2和3分別接max232的引腳7和8上，這樣就能給單片機(jī)下載程序了。給單片機(jī)下載程序要用到計(jì)算機(jī)的串口，所以我們要準(zhǔn)備一根串口線，然而現(xiàn)在的電腦尤其是筆記本的接口中串口不多，不過我們還可以買到一種usb轉(zhuǎn)串口線，只要給電腦裝上usb轉(zhuǎn)串口驅(qū)動(dòng)，在設(shè)備管理器中記下虛擬串口號(hào)，一樣我們可以給單片機(jī)下載程序，下載方法也是一樣的。3.6溫度采集模塊ds18b201、適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.0 v5.5v，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。2、獨(dú)特的單線接口方式，ds18b20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口

11、線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與ds18b20的雙向通訊。3、ds18b20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。4、測(cè)溫范圍55125，在-10+85時(shí)精度為0.5。5、可編程的分辨率為912位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫。6、在9位分辨率時(shí)最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快。7、測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以“一線總線”串行傳送給cpu，同時(shí)可傳送crc校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力。8、負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒

12、毀，但不能正常工作。圖3.6溫度采集3.7無線傳輸模塊nrf905是高性能433m無線收發(fā)模塊。模塊具有體積小，距離遠(yuǎn)，功耗低，通信穩(wěn)定，抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)。與射頻數(shù)據(jù)包有關(guān)的高速信號(hào)處理都在nrf905片內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)速率由微控制器配置的spi接口決定數(shù)據(jù)在微控制器中低速處理但在nrf905中高速發(fā)送因此中間有很長(zhǎng)時(shí)間的空閑這很有利于節(jié)能。由于nrf905工作于shockbursttm模式因此使用低速的微控制器也能得到很高的射頻數(shù)據(jù)發(fā)射速率。在shockbursttm接收模式下當(dāng)一個(gè)包含正確地址和數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包被接收到后地址匹配(am)和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好(dr)兩引腳通知微控制器。在shockburstt

13、m發(fā)送模式nrf905自動(dòng)產(chǎn)生字頭和crc校驗(yàn)碼當(dāng)發(fā)送過程完成后數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳通知微處理器數(shù)據(jù)發(fā)射完畢。管腳的功能：管腳1 vcc 電源(1.9v3.6v) 強(qiáng)調(diào)：nrf905的供電必須保證不超過3.6v，否則將燒毀。管腳2 txen 1:發(fā)射模式，0:接收模式管腳3 ce 使能發(fā)射/接收管腳4 pwr power down模式管腳5 clk 時(shí)鐘輸出管腳6 cd 載波檢測(cè)管腳 am 地址匹配輸出管腳8 dr 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒輸出管腳9 miso spi輸出管腳10 mosi spi輸入管腳11 sck spi時(shí)鐘管腳12 csn spi使能，低電平有效管腳13 gnd 地管腳14 gnd 地圖3

14、.7nrf905無線通信模塊3.8溫度顯示電路模塊設(shè)計(jì)在單片機(jī)系統(tǒng)中，常常用數(shù)碼管做顯示器，一般的顯示器為4位或8位。本系統(tǒng)使用共陰極led數(shù)碼管以顯示溫度值，因此只需要四位數(shù)碼管就足夠了。采用數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示方式，p0口的p0.1至p0.3和p2口作為led四位數(shù)碼管的位選（低電平驅(qū)動(dòng)），p2口作為段選（高電平驅(qū)動(dòng)），因?yàn)橹挥兴奈粩?shù)碼管，這里只用到p0口的四位來驅(qū)動(dòng)段選就足夠了。然后把單片機(jī)的p2.0p2.7端口連接到動(dòng)態(tài)數(shù)碼管led上的ah端口上，p0.0與a相連，p0.1與b相連，p0.2與c相連，后面以此類推，最后p0.7與h相連。段選電路中p0.0與1h相連，p0.1與2h相連，p0.2與3h相連，p0.3與4h相連。具體電路如圖3.8溫度顯示電路模塊設(shè)計(jì)四 軟件設(shè)計(jì)工作