基于無線網(wǎng)絡(luò)的分布式電烤箱溫控系統(tǒng)設(shè)計

1、畢業(yè)設(shè)計說明書基于無線網(wǎng)絡(luò)的分布式電烤箱溫控系統(tǒng)設(shè)計專業(yè)學(xué)生姓名班級學(xué)號指導(dǎo)教師完成日期2010年6月5日基于無線網(wǎng)絡(luò)的分布式電烤箱溫控系統(tǒng)設(shè)計摘 要：隨著無線通信技術(shù)飛速發(fā)展，越來越多的數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)采用了無線數(shù)據(jù)傳送技術(shù)，與有線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸相比，無線通信有布線成本低、安裝簡便、便于移動的優(yōu)點，目前被廣泛應(yīng)用工業(yè)自動化、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域。在研究和分析無線數(shù)據(jù)原理和實現(xiàn)方法基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種基于無線網(wǎng)絡(luò)的單片機電烤箱溫控系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集模塊、溫度控制、無線數(shù)據(jù)傳輸與接收模塊、監(jiān)控計算機等部分組成。該系統(tǒng)可實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)無線傳輸、遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控等功能。系統(tǒng)設(shè)計過程中，采用模塊化設(shè)

2、計思想，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰、可靠性高、易于調(diào)試。完成了電烤箱溫控系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計與制作，采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計思路，完成上位機和下位機的軟件設(shè)計，程序可移植性好、代碼優(yōu)化合理運行效率高。所設(shè)計的系統(tǒng)功能完備，具有數(shù)據(jù)采集無線傳輸和顯示功能，系統(tǒng)具有操作簡單、工作可靠、人機交互界面友好、自動化程度高。溫控系統(tǒng)實驗測試表明，溫控數(shù)據(jù)采集精度高、數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確、控制效果好，實現(xiàn)了電烤箱無線監(jiān)控的功能，達(dá)到了設(shè)計預(yù)期效果。關(guān)鍵詞：無線通信；溫控系統(tǒng)；分布式系統(tǒng)；單片機Design of Distributed Oven Temperature Control System Based on Wireless Ne

3、tworkAbstract: With the rapid development of mobile communication technology, an increasing number of information collection and remote control system adopts wireless data transmission technology, it has the advantages of low cost, easy installation, easy movement compared with the wiring data-trans

4、mission, now it is widely used in automation field and environmental monitoring.Researched and analysed the principle of wireless data transmission and the realization of the method, and designed a microcontroller-based embedded wireless data acquisition and control system. The system is composed of

5、 data acquisition, monitoring the temperature, wirelessly transmitting the data and wireless transmission module, computer interface module. The system has the functions of data acquisition, monitoring the temperature, wirelessly transmitting the data. During the designing process, it adopted the mo

6、dular design concept, so it make the design structure clarity, high dependability, easy debugging. Finish the oven temperature control system hardware circuit design and production, and it adopted the design opinion of structuring, completed the software of the upper computer and subordinate compute

7、r at the same time, so it has the advantage of well program transplanted, code reasonable optimized and run efficiently. The function of the system is equipped, it has the function of wireless data acquisition and display the data. The system is simple, reliable, man-machine conversation friendly, h

8、igh automation.By the temperature control system experiment , temperature data acquisition shows high precision, data transmission accuracy, good control effect, achieve the oven, wireless surveillance to design the expected effect.Key words: Wireless communications; Temperature control system; Dist

9、ributed system; MCU目 錄1. 課題研究的意義和內(nèi)容11.1本課題的意義11.2課題的基本內(nèi)容22. 基于無線網(wǎng)絡(luò)的分布式電烤箱溫控系統(tǒng)的總體設(shè)計32.1基于無線網(wǎng)絡(luò)的分布式電烤箱溫控系統(tǒng)的組成32.2子站的組成及工作原理43. 基于無線網(wǎng)絡(luò)的分布式電烤箱溫控系統(tǒng)子站的硬件設(shè)計63.1單片機最小系統(tǒng)63.2測溫電路的設(shè)計73.3顯示電路的設(shè)計83.4 收發(fā)電路的設(shè)計103.5 電烤箱溫度控制電路113.6 電源電路124. 基于無線網(wǎng)絡(luò)的分布式電烤箱溫控系統(tǒng)的軟件設(shè)計134.1系統(tǒng)軟件的框圖134.2 子站主程序的設(shè)計134.3 子站各模塊子程序的設(shè)計155. 上位機監(jiān)控軟件

10、設(shè)計225.1 上位機程序的設(shè)計225.2 通信控件的介紹255.3 控件引入和相應(yīng)屬性設(shè)置266. 基于無線網(wǎng)絡(luò)的分布式電烤箱溫控系統(tǒng)實驗286.1下位機溫度采集實驗286.2上位機溫度采集實驗286.3溫度警報實驗306.4電烤箱溫度控制實驗316.5分布式溫度采集實驗337. 結(jié)束語34參考文獻(xiàn)35致 謝36附 錄37附錄1：基于無線網(wǎng)絡(luò)的分布式電烤箱溫控系統(tǒng)程序清單38附錄2：基于無線網(wǎng)絡(luò)的分布式電烤箱溫控系統(tǒng)原理圖46附錄3：基于無線網(wǎng)絡(luò)的分布式電烤箱溫控系統(tǒng)PCB圖47附錄4：基于無線網(wǎng)絡(luò)的分布式電烤箱溫控系統(tǒng)元器件清單48 基于無線網(wǎng)絡(luò)的分布式電烤箱溫控系統(tǒng)設(shè)計1. 課題研究的意

11、義和內(nèi)容1.1本課題的意義目前采用PC機與多臺以單片機系統(tǒng)為核心的智能儀表組成分布式測控系統(tǒng)在當(dāng)今的許多生產(chǎn)自動化領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用，分布式控制系統(tǒng)是在計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)、直接數(shù)字控制系統(tǒng)和計算機多級控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是生產(chǎn)過程的一種比較完善的控制與管理系統(tǒng)。傳統(tǒng)的測試系統(tǒng)是在工控機或PC機上安裝相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，就地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及測試分析，是一種單機小型本地化的測試系統(tǒng)。隨著現(xiàn)代科技及工業(yè)的發(fā)展，測試系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是地域分散化、數(shù)據(jù)海量化、采集環(huán)境復(fù)雜化。在越來越多的場合下，單機本地化的測試系統(tǒng)已不能滿足用戶的要求，由此發(fā)展出了分布式遠(yuǎn)程測試系統(tǒng)，其中心思想是分布式的采集，集中化

12、的分析管理，共享的數(shù)據(jù)資源。測控市場需求也從以產(chǎn)品為中心轉(zhuǎn)向以客戶為中心，用戶需求從單純的測控產(chǎn)品轉(zhuǎn)向全面的測控系統(tǒng)集成解決方案。實現(xiàn)計算機技術(shù)、傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)與測控技術(shù)的有機結(jié)合，組建網(wǎng)絡(luò)化、集成化、分布式的測控系統(tǒng)，滿足測控系統(tǒng)集成項目的市場需求，已成為現(xiàn)代測控領(lǐng)域極其重要的業(yè)務(wù)內(nèi)容。在分布式控制系統(tǒng)中，按地區(qū)把微處理機安裝在測量裝置與控制執(zhí)行機構(gòu)附近，將控制功能盡可能分散，管理功能相對集中。這種分散化的控制方式能改善控制的可靠性，不會由于計算機的故障而使整個系統(tǒng)失去控制。當(dāng)管理級發(fā)生故障時，過程控制級（控制回路）仍具有獨立控制能力，個別控制回路發(fā)生故障時也不致影響全局。

13、與計算機多級控制系統(tǒng)相比，分布式控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上更加靈活、布局更為合理和成本更低。在工控數(shù)據(jù)采集業(yè)，環(huán)境條件惡劣、布線困難已經(jīng)成了一個普遍的問題。而采用無線傳輸技術(shù)當(dāng)然是一個不錯的選擇，有利地解決了這些問題，并且還有高網(wǎng)絡(luò)容量、高實時性、低功耗等優(yōu)點。無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實現(xiàn),徹底擺脫了有線的困擾,其數(shù)據(jù)傳輸通道具有較強的通用性,對交通運輸管理、安全監(jiān)控,工業(yè)測控、環(huán)境監(jiān)測以及國防技術(shù)均有相當(dāng)重要的借鑒價值。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，單片微型計算機的功能也不斷增強，許多高性能的新型機種不斷涌現(xiàn)出來。單片機以其功能強、體積小、可靠性高、造價低和開發(fā)周期短等優(yōu)點，稱為自動化和各個測控領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的器

14、件，在工業(yè)生產(chǎn)中稱為必不可少的器件。在溫度控制系統(tǒng)中，單片機更是起到了不可替代的核心作用?；趩纹瑱C的無線分布式電烤箱溫控系統(tǒng),可對電烤箱溫度進(jìn)行測量、與高溫報警與控制，并具有鍵盤控制和無線通訊顯示功能，克服了現(xiàn)場環(huán)境惡劣、干擾強、功耗高等系列問題，真正將無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、單片機技術(shù)、傳感器技術(shù)和控制技術(shù)很好地融合一起，實現(xiàn)了智能、方便、安全的電烤箱爐溫控制系統(tǒng)。1.2課題的基本內(nèi)容課題設(shè)計了一種基于STC89C52單片機的分布式無線智能精密溫控系統(tǒng)，可對多個電烤箱溫度進(jìn)行測量、誤差修正、判定，傳感器故障與高溫報警，并具有鍵盤控制和無線通訊顯示功能。該系統(tǒng)采用了熱電阻溫度傳感器來對溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集

15、，并把采集的信號直接送入單片機進(jìn)行處理，實時顯示溫度值，根據(jù)設(shè)定的參數(shù)來完成相應(yīng)的智能控制。上位機發(fā)出控制信號，通過下載線傳輸給接收的單片機，再通過NRF905無線模塊傳送至現(xiàn)場，完成上位機的監(jiān)控和遠(yuǎn)程控制，同時上位機還可以記錄下溫度變化的歷史曲線和實時曲線。通過nRF905無線發(fā)射模塊來進(jìn)行短距離在線控制。NRF905無線發(fā)射模塊在數(shù)據(jù)采集和傳輸過程中有低功耗，強抗于擾能力等優(yōu)點。本設(shè)計的系統(tǒng)功能完備，不但具有溫度數(shù)據(jù)采集無線傳輸和顯示功能，而且能夠直接進(jìn)行現(xiàn)場和遠(yuǎn)程控制，系統(tǒng)具有操作簡單、工作可靠、人機交互界面友好、自動化程度高。經(jīng)實驗測試表明，該系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集精度高、數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確、很好地實

16、現(xiàn)了電烤箱溫度的數(shù)據(jù)采集和控制功能。采用熱電阻對溫度進(jìn)行采集，并將數(shù)據(jù)通過A/D轉(zhuǎn)換傳給單片機，單片機帶有顯示模塊，可在現(xiàn)場顯示溫度，便于現(xiàn)場和終端的操作。用NRF905無線通信模塊將溫度數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)搅硪豢刂平K端，完成單片機和PC機的通信可實現(xiàn)對上位機的信號采集、實時監(jiān)控、歷史數(shù)據(jù)等操作，具有抗干擾性強等優(yōu)點。上位機軟件采用VB軟件編程，生成可視化友好界面，方便操作，易于控制和維護。設(shè)計系統(tǒng)主要完成以下工作：A、設(shè)計溫度測量和A/D轉(zhuǎn)換電路；B、設(shè)計數(shù)碼管顯示電路；C、完成NRF905無線模塊的編程和應(yīng)用；D、設(shè)計電器開關(guān)電路，用于控制電烤箱的開關(guān)來控制電烤箱的溫度；E、設(shè)計高溫報警電路；F

17、、設(shè)計電源轉(zhuǎn)換電路，將+5V電源轉(zhuǎn)換為+3.3V電源供NRF905無線傳輸模塊使用；G、設(shè)計上位機界面，并完成上位機的編程；H、設(shè)計主程序，對單片機STC89C52進(jìn)行編程，完成最終控制功能。通過對對各部分電路的設(shè)計，完成了系統(tǒng)對電烤箱溫度的采集和控制，同時記錄了溫度的變化曲線，并且實現(xiàn)了系統(tǒng)操作控制的人性化。2. 基于無線網(wǎng)絡(luò)的分布式電烤箱溫控系統(tǒng)的總體設(shè)計2.1基于無線網(wǎng)絡(luò)的分布式電烤箱溫控系統(tǒng)的組成2.1.1 系統(tǒng)的組成框圖本系統(tǒng)主要包括三個部分：子站、主站和計算機數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)。 子站以微控制器為核心，主要完成信號調(diào)理, A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)的存儲和傳輸?shù)裙δ埽恢髡静捎米鳛橹骺刂破鳎?實

18、現(xiàn)數(shù)據(jù)通信與存儲、子站采樣頻率的設(shè)定調(diào)節(jié)以及相關(guān)數(shù)據(jù)信息的顯示與設(shè)定等功能?，F(xiàn)場溫度傳感器輸出的信號經(jīng)信號調(diào)理電路后，經(jīng)放大電路和模數(shù)轉(zhuǎn)化，送入單片機，并在其控制下完成存儲等工作。主站與子站通過無線數(shù)傳模塊完成通信握手協(xié)議以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙ぷ?；主站采集到的?shù)據(jù)由USB接口進(jìn)入計算機， 交由軟件處理系統(tǒng)處理。系統(tǒng)原理如圖 2-1所示。圖2-1 系統(tǒng)構(gòu)成框架圖主站以STC89C52單片機作為主控制器，包括無線數(shù)傳模塊$存儲模塊、顯示及數(shù)據(jù)設(shè)定模塊和電平轉(zhuǎn)換模塊，單片機選用STC89C52,該單片機一種低電壓、高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8kbytes的可反復(fù)寫的FlashROM和128byte

19、s的RAM，2個16位定時計數(shù)器在STC89C52單片機中有2 kB的E2PROM存儲器，分8個扇區(qū)，每個扇區(qū)512 B，擦寫次數(shù)可達(dá)10萬次以上，寫組數(shù)據(jù)有效保存時間可達(dá)100年，高速、低功耗、新增在系統(tǒng)中應(yīng)用可編程(ISP，IAP)功能，使不具有E2PROM的單片機具有了E2PROM的功能，可以在線對現(xiàn)場歷史數(shù)據(jù)的存儲功能。單片機通過串行接口引腳外接無線數(shù)傳模塊的發(fā)送和接收單元， 通過MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片接計算機的USB接口。單片機的串行口同時接兩設(shè)置的串行口，注意在使用時合理選用端口。2.1.2 無線網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在的許多通用單片機(MCU)已經(jīng)把USB、CAN和以太網(wǎng)作為標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)集成在芯片

20、內(nèi)部一樣，越來越多的無線網(wǎng)絡(luò)芯片和無線網(wǎng)絡(luò)解決方案也在向集成方向發(fā)展。無線通訊技術(shù)給智能裝置的互連互通提供了便捷的途徑，工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)作為面向工業(yè)和家庭自動化的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也正在向著智能，標(biāo)準(zhǔn)和節(jié)能方向發(fā)展。 本系統(tǒng)選用的是nRF905，三頻段收發(fā)合一，工作頻率為國際通用的ISM頻段433/868/915MHz GMSK調(diào)制，抗干擾能力強，特別適合工業(yè)控制場合采用DSS+PLL頻率合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性極好靈敏度高，達(dá)到-100dBm低工作電壓（2.7V），功耗小，待機狀態(tài)僅為1uA，可滿足低功耗設(shè)備的要求最大發(fā)射功率達(dá) +10dBm具有多個頻道(最多170個以上)，特別滿足需要多信道工作的特殊場合工

21、作速率最高可達(dá)76.8Kbps外圍元件最少（僅10個），基本無需調(diào)試由于采用了低發(fā)射功率、高接收靈敏度的設(shè)計，使用無需申請許可證，開闊地的使用距離與具體使用環(huán)境及元件參數(shù)有關(guān),最遠(yuǎn)可達(dá)1000米。其適用于無線數(shù)據(jù)通信、無線報警及安全系統(tǒng)、無線開鎖、無線監(jiān)測、家庭自動化和玩具等諸多領(lǐng)域。 2.2子站的組成及工作原理溫度顯示溫度采集單片機溫度轉(zhuǎn)換STC89C52nRF905發(fā)送/接收數(shù)據(jù)溫度控制參數(shù)調(diào)節(jié)高溫報警圖2-2子站總體框架圖電烤箱本文所設(shè)計的無線智能精密溫控系統(tǒng)的設(shè)計主要由STC89C52，溫度傳感器DS18B20，LED顯示器，無線nRF905模塊，高溫報警和ISP串口通訊電路組成。系統(tǒng)

22、原理框架圖如上圖圖1所示。圖為系統(tǒng)的總體設(shè)計結(jié)構(gòu)，用溫度傳感器DS18B20直接采集電烤箱溫度，采集到的數(shù)據(jù)傳送給單片機STC89C52，后用nRF905無線發(fā)射模塊發(fā)送出去，控制端同樣采用nRF905模塊接收數(shù)據(jù)同時傳給單片機，單片機用控制繼電器的開關(guān)來實現(xiàn)對電烤箱溫度的PID控制和高溫報警等功能，采用VB進(jìn)行分布式電烤箱溫度控制系統(tǒng)監(jiān)控軟件設(shè)計，從而達(dá)到設(shè)計目標(biāo)。 溫度傳感器DS18B20不需外圍電路，內(nèi)部可直接編程，采集到的即為數(shù)字量，不需另行設(shè)計A/D轉(zhuǎn)換電路。 上位機軟件采用VB6.0編程，可完成數(shù)據(jù)在下位機和上位機之間的傳輸，和上位機的監(jiān)控和數(shù)據(jù)曲線分析等功能。3. 基于無線網(wǎng)絡(luò)的

23、分布式電烤箱溫控系統(tǒng)子站的硬件設(shè)計3.1單片機最小系統(tǒng)本系統(tǒng)主控芯片選用的是由深圳宏晶公司代理銷售的STC89C52單片機，、是由美國設(shè)計生產(chǎn)的一種低電壓、高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8kbytes的可反復(fù)寫的FlashROM和128bytes的RAM，2個16位定時計數(shù)器。 圖3-1 STC89C52單片機部分電路結(jié)構(gòu)圖STC89C52單片機內(nèi)部主要包括累加器ACC(有時也簡稱為A)、程序狀態(tài)字PSW、地址指示器DPTR、只讀存儲器ROM、隨機存取存儲器RAM、寄存器、并行I/O接口P0P3、定時器/計數(shù)器、串行I/O接口以及定時控制邏輯電路等。這些部件通過內(nèi)部總線聯(lián)接起來，構(gòu)成一個完

24、整的微型計算機。其管腳圖如圖3-1所示。STC89C52單片機中除P0口以外其它的I/O端口內(nèi)部都設(shè)有上拉電阻，上拉電阻的作用一是提高端口驅(qū)動能力，二是防止端口懸空，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，PZ2 即為P0口的上拉電阻。對于微型計算機而言，復(fù)位RESET是一項很重要的歸零調(diào)整操作。復(fù)位操作就是將高電平加到RESET引腳（第9腳）上，并保持時間超過兩個機器周期以上，也就是2us。如圖3-1，RESET腳通過SW按鈕開關(guān)接到高電平上，用手按SW開關(guān)，不管手多快都會超過2us，換言之，只要按下SW開關(guān)，使RESET管腳成高電平，就一定會使系統(tǒng)復(fù)位。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入死機或其他無法正常工作的狀態(tài)，可以通過復(fù)位按鈕使系

25、統(tǒng)復(fù)位。當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位時，CPU內(nèi)部寄存器將回歸初始狀態(tài)。3.2測溫電路的設(shè)計PT100是一種廣泛應(yīng)用的測溫元件，在-50600范圍內(nèi)具有其他任何溫度傳感器無可比擬的優(yōu)勢，包括高精度、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強等。由于鉑電阻的電阻值與溫度成非線性關(guān)系，所以需要進(jìn)行非線性校正。校正分為模擬電路校正和微處理器數(shù)字化校正，模擬校正有很多現(xiàn)成的電路，其精度不高且易受溫漂等干擾因素影響，數(shù)字化校正則需要在微處理系統(tǒng)中使用，將Pt電阻的電阻值和溫度對應(yīng)起來后存入EEPROM中，根據(jù)電路中實測的AD值以查表方式計算相應(yīng)溫度值。本系統(tǒng)設(shè)計的測溫電路主要由橋式測溫電路和A/D轉(zhuǎn)換器組成，橋式測溫電路主要由熱電阻PT10

26、0構(gòu)成，而A/D轉(zhuǎn)換器則由內(nèi)置運算放大器的AD7705為主要器件構(gòu)成。常用的Pt電阻接法有三線制和兩線制，其中三線制接法的優(yōu)點是將PT100的兩側(cè)相等的的導(dǎo)線長度分別加在兩側(cè)的橋臂上，使得導(dǎo)線電阻得以消除。常用的采樣電路有兩種：一為橋式測溫電路，一為恒流源式測溫電路。 本系統(tǒng)采用橋式測溫電路。測溫原理：電路采用TL431和電位器VR1調(diào)節(jié)產(chǎn)生4.096V的參考電源；采用R1、R2、VR2、Pt100構(gòu)成測量電橋（其中R1R2，VR2為100精密電阻），當(dāng)Pt100的電阻值和VR2的電阻值不相等時，電橋輸出一個mV級的壓差信號，這個壓差信號經(jīng)過運放LM324放大后輸出期望大小的電壓信號，該信號可

27、直接連AD轉(zhuǎn)換芯片。差動放大電路中R3R4、 R5R6、放大倍數(shù)R5/R3。放大器的放大倍數(shù)應(yīng)與傳感器及AD轉(zhuǎn)換器相匹配。由于傳感器的靈敏度為3mVV，供橋電壓為5V那么在額定載荷20t的作用下單個傳感器的輸出電壓為：Uo=5Vx3mVV=15mV，此5mV代表20000 kg的重量，則每kg表示的電壓為：K1=15mV20000kg=0.00075mVkg，而AD轉(zhuǎn)換器AD7705是16位的，最大輸出數(shù)值為FFFFH，代表著65535kg的重量值，這是四個傳感器感應(yīng)重量的平均值。由于AD轉(zhuǎn)換器的滿量程輸出電壓為5V，轉(zhuǎn)換數(shù)字為FFFFH，對應(yīng)為65535 kg的重量。則每kg表示的電壓為：K

28、2=5V65535=0.0763mVkg，由此可以算出放大倍數(shù)：X=K2/K1=0.0763/0.00075=101.7因為AD7705的可編程增益最高達(dá)128，故不需要外加放大電路。在本設(shè)計中SCLK接AT89C51的同步脈沖輸出端TXD,AD7705的數(shù)據(jù)輸入。輸出端DIN.DOUT一同接STC89C52的串行數(shù)據(jù)輸入,輸出端RXD。在該種連接方式下，對AD7705的數(shù)據(jù)的讀取可按51系列單片機串行口的工作方式0完成設(shè)計。5V工作電壓經(jīng)分壓后為AD7705提供基準(zhǔn)電壓，因此工作電壓的變化不會產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。分壓電阻為24k和15k，產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓為1.92V。圖3-2 AD7705與STC8

29、9C52單片機連接的電路圖確定AD7705的相應(yīng)參數(shù)?。狠敵鰯?shù)據(jù)更新速率：50Hz;系統(tǒng)增益：128;有效分辨率：16位。3.3顯示電路的設(shè)計本設(shè)計下位機溫度顯示采用4位共陽極數(shù)碼管，共陰極即負(fù)端接地，正端接P口。缺點是：1.需上拉電阻。 2.系統(tǒng)上電或復(fù)位后P口全為1,LED全亮，要編程控制。共陽所有正端接+5V,負(fù)極接P口，沒有以上缺點。故采用共陽極。數(shù)碼管顯示原理：數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示，是將所用數(shù)碼管的相同段（ag 和p）并聯(lián)在一起，通過選位通信號分時控制各個數(shù)碼管的公共端，循環(huán)依次點亮各個數(shù)碼管。當(dāng)切換速度足夠快時，由于人眼的“視覺暫留”現(xiàn)象，視覺效果將是六個數(shù)碼管同時顯示，選通信號的時

30、序關(guān)系如圖所示。 圖3-3 位選信號時序波形圖圖3-4 數(shù)碼管動態(tài)掃描數(shù)碼管選通控制信號分別對應(yīng) 4 個數(shù)碼管的公共端，當(dāng)某一位選通控制信號為高電平時，其對應(yīng)的數(shù)碼管被點亮，因此通過控制選通信號就可以控制數(shù)碼管循環(huán)依次點亮。一個數(shù)碼管穩(wěn)定顯示要求的切換頻率要大于 50Hz，那么 4 個數(shù)碼管則需要 504200Hz 以上的切換頻率才能看到不閃爍并且持續(xù)穩(wěn)定顯示的字符。用三極管控制共陽極數(shù)碼管是利用三極管的開關(guān)特性，用PNP三極管，集電極接地，然后通過基極控制三極管的通斷，當(dāng)通過單片機給基極一個低電平時，發(fā)射極導(dǎo)通，集電極與發(fā)射極也之間也導(dǎo)通了，一般都是用三極管控制數(shù)碼管的位選引腳。簡單地說就集

31、電極和發(fā)射極相當(dāng)于一個開關(guān)，基極是控制端，基極給高電平是，開關(guān)是斷開基極給低電平時，開關(guān)合上。如圖3-5數(shù)碼管顯示電路所示，采用4位共陽極數(shù)碼管COM1-COM4為4個位選端，Q1-Q4為PNP型三極管，型號為9012，發(fā)射極接+5V電源，基極接1K的限流電阻，集電極接數(shù)碼管。圖3-5 數(shù)碼管顯示電路3.4 收發(fā)電路的設(shè)計收發(fā)電路采用nRF905芯片，直接和單片機的I/O口連接。nRF905片內(nèi)集成了電源管理、晶體振蕩器、低噪聲放大器、頻率合成器以及功率放大器等模塊，曼徹斯特編碼解碼由片內(nèi)硬件完成，無需用戶對數(shù)據(jù)進(jìn)行曼徹斯特編碼，因此使用非常方便。nRF905為32腳QFN封裝，其管腳的定義與

32、功能如表3-1所示。表3-1 nRF905管腳的定義與功能表引腳名稱方向說明1TRXCEI02PWRUPI3uPCLK0輸出時鐘6CD0載波檢測7AM0地址匹配8DR0數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒10MIS00SPI數(shù)據(jù)輸出11M0SIISPI數(shù)據(jù)輸入12SCKISPI時鐘13CSNISPI片選，低有效14XC1I晶振輸入引腳15XC20晶振輸出引腳19VDD_ PA0電源輸出，給功放提供18V電壓20,21ANT12天線接口1223IREFI參考輸入31DVDD_1V2低電壓正數(shù)字輸出32TX_ENI=1：發(fā)送模式；=0：接收模式4，17，25VDD電源正端5,9,16,18，22，24，2630VSS電源

33、地nRF905有兩種工作模式和兩種節(jié)能模式。兩種工作模式分別是ShoekBumt接收模式和ShoekBurst發(fā)送模式。兩種節(jié)能模式分別是掉電Power Down)模式和待機(Standby)模式。在節(jié)能模式下，可以進(jìn)行SPI編程。nRF905的工作模式由TRX_CE、TX_ EN和PWR_UP三個引腳決定，如表2所示。表3-2 nRF905的工作模式表PWRUPTRX_CEO掉電和SPI編程10待機和SPI編程11OShockBurst接收模式 a、ShockBurst模式與射頻數(shù)據(jù)包有關(guān)的高速信號處理都在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

34、，但在nRF905中高速發(fā)送。因此中間有很長的時間空閑，這很有利于節(jié)能。由于nRF905工作于Shock Burst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ShockBurst接收模式下，當(dāng)一個包含正確地址和數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包被接收到后，地址匹配(A 和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好(DR)兩引腳通知微控制器(MCU)。在Shock Burst發(fā)送模式下，nRF905自動產(chǎn)生字頭和CRC校驗碼。當(dāng)發(fā)送過程完成后，DR引腳通知微處理器數(shù)據(jù)發(fā)射完畢。nRF905傳輸數(shù)據(jù)時為非實時方式，即發(fā)送端發(fā)出數(shù)據(jù)，接收端收到后先暫存于芯片存儲器內(nèi)，MCU可以在需要時再到芯片中去取用。nRF905一次的數(shù)據(jù)傳輸量最

35、多為32字節(jié)。b、節(jié)能模式nRF905的節(jié)能模式包括掉電模式和待機模式。在掉電模式下，nRF905的工作電流最小，一般為25 A。進(jìn)入掉電模式后，nRF905保持配置字中的內(nèi)容，但不會接收或發(fā)送任何數(shù)據(jù)。待機模式有利于減小工作電流，從待機模式到發(fā)送模式或接收模式的啟動時間也比較短。在待機模式下，nRF905內(nèi)部的部分晶體振蕩器處于工作狀態(tài)。nRF905在待機模式下的工作電流，跟外部晶體振蕩器的頻率有關(guān)。3.5 電烤箱溫度控制電路對電烤箱的溫度控制主要靠繼電器，單片機通過P25端口輸出PWM信號，通過控制高電平的時間來控制繼電器開通時間，從而控制電烤箱的溫度。繼電器采用天波公司的HJR-3FF-

36、S-Z，具體線線圈參數(shù)（20）見表3-3.表3-3 繼電器線圈參數(shù)額定電壓(VDC)3569121824480.36W線圈阻值(10%)256910022540090016006400額定電流(mA)12071.460403020157.5最大吸合電壓(VDC)2.253.754.56.75913.51836最小釋放電壓(VDC)0.150.250.30.450.60.91.22.4最大過載電壓70時額定電壓的130%，23時額定電壓的170%NPN晶體管驅(qū)動時，當(dāng)晶體管T基極被輸入高電平時，晶體管飽和導(dǎo)通，集電極變?yōu)榈碗娖?，因此繼電器線圈通電，觸點RL1吸合。當(dāng)晶體管基極被輸入低電平時，晶體

37、管截止，繼電器線圈斷電，觸點RL1斷開。晶體管可視為控制開關(guān)，一般選取VCBOVCEO24V，放大倍數(shù)一般選擇在120240之間，本電路采用NPN型三極管8550。電阻R主要起限流作用，降低晶體管功耗，阻值為1 K。電阻R使晶體管可靠截止，阻值為5.1K。二極管反向續(xù)流，抑制浪涌，一般選4148即可。繼電器開關(guān)電路如圖3-7所示。圖3-7 電器開關(guān)電路3.6 電源電路單片機所用為+5V電壓，而NRF905無線模塊所用電壓為+3.3V，所以在此設(shè)計了電源轉(zhuǎn)換模塊，可以將+5V電壓轉(zhuǎn)換為+3.3V。本模塊主要采用的ASM1117-3.3V芯片，配用1K電阻、二極管5819、10uF和0.1uF電容

38、等器件，將輸入的+5V電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的+3.3V輸出電壓，供給NRF905無線模塊。AMS1117系列穩(wěn)壓器有可調(diào)版與多種固定電壓版，設(shè)計用于提供1A輸出電流且工作壓差可低至1V。在最大輸出電流時，AMS1117器件的壓差保證最大不超過1.3V，并隨負(fù)載電流的減小而逐漸降低。AMS1117的片上微調(diào)把基準(zhǔn)電壓調(diào)整到1.5%的誤差以內(nèi)，而且電流限制也得到了調(diào)整，以盡量減少因穩(wěn)壓器和電源電路超載而造成的壓力。AMS1117器件引腳上兼容其他三端SCSI穩(wěn)壓器，提供適用貼片安裝的SOT-223，8引腳SOIC，和TO-252(DPAK)塑料封裝。 AMS1117 應(yīng)用：高效線性穩(wěn)壓器、后置穩(wěn)壓器，用

39、于交換式電源 5V至3.3V線性穩(wěn)壓器、電池充電器、有源SCSI終端、筆記本電源管理、電池供電設(shè)備。 圖3-8 電源轉(zhuǎn)換4. 基于無線網(wǎng)絡(luò)的分布式電烤箱溫控系統(tǒng)的軟件設(shè)計4.1系統(tǒng)軟件的框圖系統(tǒng)上電復(fù)位首先完成對各端口和模塊初始化，主站可以實現(xiàn)與子站之間的無線通信，也可以通過有線的方式與計算機軟件處理系統(tǒng)進(jìn)行通信，作為整個采集系統(tǒng)的主站， 與子微控制器定時向各子站發(fā)出喚醒信息! 然后轉(zhuǎn)入接收狀態(tài)!，等待應(yīng)答。 為了避免同頻干擾的問題， 系統(tǒng)采用分時技術(shù)， 把系統(tǒng)主站與任意一個子站之間的通信采用時分的方式分開。 主站通過掃描的方式與各子站進(jìn)行單臺通信， 這樣系統(tǒng)中的主站與子站的通信方式就成為點對

40、點的通信方式，整個點對多點系統(tǒng)的通信就成為若干個點對點通信的組合。 因此， 主站收到應(yīng)答信號后發(fā)送傳輸數(shù)據(jù)命令，并且接收該子站發(fā)送來的數(shù)據(jù)。接收完最后一幀數(shù)據(jù)后， 返回檢查是否為最后一個子站， 如果是， 則結(jié)束本次數(shù)據(jù)采集工作； 如果不是， 則修改握手協(xié)議中子站地址識別信息， 采集下一子站的數(shù)據(jù)。主站可以提高傳輸效率， 并可以有效的解決同頻干擾問題，子站數(shù)據(jù)采集結(jié)束， 則可與計算機軟件處理系統(tǒng)進(jìn)行通信。主站將采集到的數(shù)據(jù)傳送給計算機， 交由數(shù)據(jù)處理軟件分析與處理，實現(xiàn)輸油管道的檢測等任務(wù)，主站程序流程框圖如圖4-1所示。圖4-1 主站程序程序流程圖4.2 子站主程序的設(shè)計硬件系統(tǒng)搭載完畢，軟件

41、要將硬件系統(tǒng)能按要求達(dá)到預(yù)定控制要求，即分別完成以下控制步驟：A、通過溫度傳感器檢測溫度信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換并傳送給單片機；B、單片機接收溫度信號，通過NRF905無線模塊發(fā)送出去，并在數(shù)碼管上顯示溫度值；C、無線接收端接受溫度數(shù)據(jù)，上傳給單片機，并通過數(shù)碼管顯示；D、機接受單片機信息，發(fā)出控制信號；E、單片機接收上位機信號，發(fā)出信號控制繼電器，從而控制電烤箱溫度。程序流程圖如圖4-2溫度采集程序流程圖、圖4-3溫度控制程序流程圖所示。圖4-2 溫度采集程序流程圖圖4-3 溫度控制程序流程圖4.3 子站各模塊子程序的設(shè)計4.3.1 測溫模塊子程序的設(shè)計A、AD7705的初始化對AD7705初始化

42、其實質(zhì)是按照初始化的要求將有關(guān)參數(shù)寫入AD7705的相應(yīng)寄存器，包括通信寄存器、設(shè)置寄存器和時鐘寄存器。通信寄存器用于通道選擇和啟動對設(shè)置寄存器與時鐘寄存器的讀寫操作，時鐘寄存器用于設(shè)置AD7705的數(shù)據(jù)更新頻率和第一陷波頻率等，設(shè)置寄存器用于設(shè)置AD7705的單雙極性、增益、校準(zhǔn)方式及濾波方式。就AD7705的設(shè)置寄存器、時鐘寄存器、數(shù)據(jù)寄存器的讀寫操作過程而言，必須首先對通信寄存器寫入相應(yīng)的代碼，指明操作對象和操作類型，然后才能對其進(jìn)行操作系統(tǒng)上電后，CPU可先通過寫入32BIT的“1”對AD7705進(jìn)行軟件復(fù)位，然后再對AD7705兩個通道初始化本模塊初始化包括：根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求，寫時鐘

43、寄存器時指明AD7705的主頻為2.4576MHz，設(shè)置輸出更新率為50Hz；設(shè)置增益為128，單極性工作方式，自校準(zhǔn)及非濾波同步，啟動某通道自校正后進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。 AD7705的初始化流程如圖4-4所示：圖4-4 AD7705初始化流程圖B、AD7705結(jié)果的讀取圖4-5 讀AD7705流程圖AD7705結(jié)果讀取程序的設(shè)計按照AD7705手冊規(guī)定的讀/寫時序：時鐘是上升沿有效；數(shù)據(jù)逐位從數(shù)據(jù)輸出端從高位到低位輸出，共16位。本系統(tǒng)為16位，即兩字節(jié)，高字節(jié)在先，低字節(jié)在后。16位數(shù)據(jù)的讀取及串行數(shù)據(jù)組裝成字節(jié)的具體流程圖如圖4-5所示。部分程序如下：/-寫AD7705函數(shù)-void writ

44、etoreg7705(uchar dat) uchar i; for(i=0;i8;i+) CLK7705=0; /*為產(chǎn)生時鐘上升沿做準(zhǔn)備*/ DOUT7705=(bit)(dat&0x80); /*輸出最高位*/ dat=1; _nop_(); /*左移一位以便取最高位為當(dāng)前數(shù)據(jù)位*/ CLK7705=1 _nop_();_nop_(); /*產(chǎn)生時鐘上升沿*/-讀AD7705函數(shù)-void readfromad7705(bit ff) uchar I,tmp,tt; bit cc;tmp=0;writetoreg7705(0x38); /*寫通信寄存器，下一次為讀數(shù)據(jù)寄存器1通道AD77

45、05_DPDY=1;while(AD7705_DPDY); /*轉(zhuǎn)換完成否，=0則表示完成*/for(i=0;i8;i+) /*讀高字節(jié)8位*/ tmp=1; /*數(shù)據(jù)字節(jié)左移為接收下一位做準(zhǔn)備*/ DIN7705=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); CLK7705=0; _nop_();_nop_();_nop_(); CLK7705=1; _nop_(); cc=DIN7705; tt=(uchar)cc; /*將該位強制轉(zhuǎn)換為字節(jié)*/ tmp=tmp|tt; /*數(shù)據(jù)組裝成字節(jié)*/ADH_1=tmp; /*高字節(jié)送存相應(yīng)通道相應(yīng)單元*/tmp=0;for(i=0;

46、i8;i+) /*讀低字節(jié)8位*/ tmp=650us)/-接收模式設(shè)置-void SetRxMode(void)TXEN=0;TRX_CE=1;Delay(1); / delay for mode change(=650us)/-初始化NRF905寄存器-void Config905(void)uchar i;CSN=0;/ Spi enable for write a spi command/SpiWrite(WC);/ Write config command寫放配置命令for (i=0;i11;i+) / Write configration words 寫放配置字 SpiWrite(

47、RFConfi);CSN=1; / Disable Spi/-初始化nRF905狀態(tài)-void nRF905Init(void) CSN=1;/ Spi disableSCK=0;/ Spi clock line init lowDR=0;/ Init DR for inputAM=0;/ Init AM for inputCD=0;/ Init CD for inputPWR=1;/ nRF905 power onTRX_CE=0;/ Set nRF905 in standby modeTXEN=0;/ set radio in Rx mode4.3.3 數(shù)碼管顯示程序設(shè)計數(shù)碼管顯示流程圖如

48、圖4-6所示：初始化數(shù)碼管按位顯示數(shù)值返回溫度值分離圖4-6 數(shù)碼管顯示程序流程圖數(shù)碼管顯示程序如下所示：void disdignit()char i;/if(temp0)for(i=0;i3;i+)P0=0xC6;led0=0;delay1(40);led0=1;P0=segdispaly0;led1=0;delay1(40);led1=1;P0=seg1dispaly1;led2=0;delay1(40);led2=1;P0=segdispaly2;led3=0;delay1(40);led3=1;5. 上位機監(jiān)控軟件設(shè)計本設(shè)計上位機軟件采用VB軟件編寫，其主要是用來監(jiān)視和控制電烤箱，設(shè)置烤箱使烤箱加熱，并記錄烤箱的溫度曲線。5.1 上位機程序的設(shè)計上位機是應(yīng)用VB進(jìn)行編寫的，它把下位機傳送上來是兩字節(jié)的十六進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼顯示出來