基于單片機的無線通信數(shù)據(jù)采集

1、目 錄摘要1Abstract .21 引言31.1 概述31.2 系統(tǒng)設(shè)計目的31.3 設(shè)計背景32 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)分析42.1 總體方案42.2系統(tǒng)工作流程52.3 硬件選定53 系統(tǒng)硬件部分設(shè)計63.1 STC89C52單片機.63.1.1 STC89C52引腳分布.6 STC89C52單片機主要的功能及性能參數(shù).73.1.3 單片機的引腳功能.73.2 電源電路.103.3復(fù)位電路.103.4時鐘模塊.113.5 無線發(fā)射和接收模塊.14NRF24L01的簡介.14NRF24L01的性能與參數(shù).14NRF24L01的工作原理.153.6 溫度采集電路.16DS18B20 簡介.16DS18

2、B20的控制方法.16DS18B20溫度傳感器與單片機的接口電路.174 系統(tǒng)軟件部分設(shè)計.184.1 主程序設(shè)計.184.2 子程序設(shè)計.194.2.1溫度傳感器模塊軟件設(shè)計.194.2.2無線發(fā)射模塊軟件設(shè)計.204.2.3無線接收模塊軟件設(shè)計.204.3 軟件開發(fā)平臺.12Keil uVision4.124.3.2億圖圖示專家.124.3.3Altium Designer Summer 09.12EDAHelper.135 結(jié)論.22謝辭.23參考文獻(xiàn).24附錄A 基于單片機的無線通信數(shù)據(jù)采集電路圖.25附錄B 基于單片機的無線通信數(shù)據(jù)采集PCB圖.26附錄C 基于單片機的無線通信數(shù)據(jù)采

3、集實物圖.27附錄D 基于單片機的無線通信數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計.28基于單片機的無線通信數(shù)據(jù)采集摘 要：步入21世紀(jì)，信息科學(xué)領(lǐng)域取得了飛速發(fā)展，在數(shù)據(jù)采集的方面同樣發(fā)生了日新月異的變化，傳統(tǒng)的采集信息的方式已經(jīng)不能夠滿足人們?nèi)粘５纳a(chǎn)和生活。采集信息的信息化已經(jīng)得到了廣泛的認(rèn)可和使用。如今溫度測試技術(shù)已經(jīng)成熟，已滿足大多數(shù)人的需求，但是，我們想知道離我們有一定距離的地方的溫度，以便我們控制溫度，就需要我們考慮到溫度的傳輸?shù)膯栴}。本系統(tǒng)設(shè)計采用DS18B20溫度傳感器作為信息的采集模塊，實現(xiàn)以單片機STC89C52作為數(shù)據(jù)信息處理的核心，對采集結(jié)果進(jìn)行處理分析并及時的做出相應(yīng)的判斷，同時控制NFR

4、240L01進(jìn)行數(shù)據(jù)的無線傳輸由單片機的溫度數(shù)據(jù)傳送給DS18B20顯示器。該系統(tǒng)采用一個單總線操作，具有電路簡單，測量精確、成本低、高效穩(wěn)定的特點，在溫度控制方面取得了長足的進(jìn)步，具有普片的利用前景。此系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在溫度控制，溫度檢測，礦山，消防等系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：溫度顯示；NFR24L01；STC89C52MCU-Based Wireless Communication Data CollectionAbstract: Entering the 21st century, information science has made rapid development, in terms of

5、data collection also undergone rapid changes, the traditional way of gathering information is no longer able to meet the people's production and daily life. Collection of information information technology has been widely recognized and used. Today temperature testing technology has matured, alr

6、eady meet most people's needs, but we want to know that we have some distance from where the temperature so that we can control the temperature, we need to take into account the temperature of the transmission problem. The system design uses DS18B20 temperature sensor as the acquisition module i

7、nformation, implementing STC89C52 microcontroller core data processing, processing and analysis of the results collected and promptly make the appropriate judgments, while controlling NFR240L01 wireless transmission of data from the microcontroller transmit temperature data to the DS18B20 display. T

8、he system uses a single bus operation, with a simple circuit, measurement precision, low cost, efficient and stable characteristics, has made considerable progress in terms of temperature control, with the use of general prospects tablets. This system is widely used in temperature control, temperatu

9、re detection, temperature, mining, fire and other systems. Key words: Temperature display; NFR24L01; STC89C52基于單片機的無線通信數(shù)據(jù)采集1 引 言1.1 概述 在現(xiàn)代社會中生活環(huán)境，信息起著非常重要的作用。信息就是事物取得對本身的有用的數(shù)據(jù)。在我們學(xué)習(xí)生活的分分秒秒里，我們的世界無時無刻都和信息緊密相關(guān)。步入21世紀(jì)，信息科學(xué)領(lǐng)域取得了長足的進(jìn)步，先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)發(fā)展的同時也促進(jìn)了測量技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的控制模式已經(jīng)不能夠滿足人們正常的生產(chǎn)和生活，所以促使了新的控制模式的產(chǎn)生與發(fā)展1。我們

10、已經(jīng)進(jìn)入了信息和測量技術(shù)的飛速發(fā)展的社會，測量技術(shù)廣泛運用到工程應(yīng)用的各個領(lǐng)域。1.2 系統(tǒng)設(shè)計目的溫度是工業(yè)以及在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中最常見的基本參數(shù)，為了更好地達(dá)到人類的預(yù)期效果，往往需要檢測和監(jiān)測溫度。然而，在某些環(huán)境中會遇到檢測規(guī)模大，測量點的距離遠(yuǎn)，布線不方便等問題。而且，傳統(tǒng)的溫度采集系統(tǒng)已經(jīng)面臨著諸多問題與挑戰(zhàn)，很難滿足現(xiàn)代社會人們的需求因此，我們應(yīng)該采取無線溫度數(shù)據(jù)采集。該系統(tǒng)可被廣泛應(yīng)用于需要進(jìn)行溫度監(jiān)控或者相關(guān)的生產(chǎn)生活中。不如：農(nóng)業(yè)、環(huán)保、服務(wù)業(yè)、安全監(jiān)控等工程中。1.3 設(shè)計背景滿足人類更好的生產(chǎn)生活是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的動力。工業(yè)革命的進(jìn)行、科技革命的發(fā)展，都是在造福人類。當(dāng)然我

11、們本次課題的設(shè)計也同樣是為了能夠給人們帶來便利，同樣希望可以對人們的生活發(fā)揮到有意義的作用。隨著計算機技術(shù)的進(jìn)步，給本次課題設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)和可操作基礎(chǔ)。在本次設(shè)計中，我們通過溫度采集模塊取得外界的溫度，然后利用NRF24L0模塊對信號進(jìn)行發(fā)射和接收，最后單片機控制顯示屏顯示出所測得的溫度2。利用該設(shè)計可以大大簡化了實際應(yīng)用中控制溫度的復(fù)雜度。不論對個人生活、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、政府機構(gòu)等等，都是有意義的。因此，無線通信數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是大勢所趨，是時代的需求，這也是本次設(shè)計開發(fā)的背景與目的。2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)分析2.1 總體方案本系統(tǒng)是利用單片機技術(shù)對傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和處理來實現(xiàn)對外界溫度監(jiān)控和調(diào)

12、整。由于溫度傳感器具有較好的檢測溫度能力且對于復(fù)雜天氣有抵御能力，因此整個系統(tǒng)可以進(jìn)行全天候?qū)崟r監(jiān)控。系統(tǒng)監(jiān)測模塊會實時監(jiān)測外界的溫度變化，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C，單片機及時進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理能夠了解當(dāng)前溫度是否已經(jīng)低于正常生產(chǎn)生活所需的溫度。對整個系統(tǒng)有以上內(nèi)容的整體把握之后再研究需要解決的問題。從整體到局部的細(xì)分各個部分所需要的設(shè)計。在總體框圖的結(jié)構(gòu)上，分成硬件電路設(shè)計部分與軟件電路設(shè)計兩個部分。硬件設(shè)計中應(yīng)當(dāng)選擇何種型號的單片機，所需要設(shè)計的電路部分包括：電源電路模塊、復(fù)位電路模塊、時鐘模塊、以及繼電器驅(qū)動電路等，進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計。軟件設(shè)計方面是在對整體的功能實現(xiàn)上所設(shè)計的程序，其次是子程序的

13、設(shè)計。最終將軟硬件進(jìn)行結(jié)合來實現(xiàn)系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能，完成整個系統(tǒng)的設(shè)計。如下圖2-1所示：圖2-1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖2.2系統(tǒng)工作流程本系統(tǒng)分為主機部分和從機部分，從機部分單片機控制溫度采集模塊DS18B20采集外界的溫度，并且對所測得數(shù)據(jù)進(jìn)行處理傳送到無線通信NRF24L01模塊，無線通信模塊將數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送，主機部分的無線通信模塊接受所發(fā)射的信號，這時主機部分的單片機再對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。最后由單片機控制LCD1602顯示出所測量的溫度。2.3 硬件選定單片機的選擇：因為單片機STC89C52操作較為簡單，可靠性也比較高，抗外界干擾能力較強等眾多優(yōu)點，所以選擇這個單片機作為硬件部分的主控芯

14、片。無線通信模塊的選擇：NRF24L01價格低廉，市場上充足，便于獲得。適用于短距離的無線通信，并且編程簡單，在空中傳輸?shù)乃俾蔬_(dá)到1Mbps，所以NRF24L01是理想的選擇。3 系統(tǒng)主控部分介紹3.1 STC89C52單片機系統(tǒng)主控部分是由STC89C52單片機組成，相比于以往的單片機，該單片機在51內(nèi)核做出了比較多的改良和創(chuàng)新，使得這款芯片與其他的芯片相比具有明顯的優(yōu)勢，具備傳統(tǒng)51單片機所不具備的性能3。實物圖如下圖3-1所示。圖3-1 STC89C52實物圖3.1.1 STC89C52引腳分布STC89C52單片機芯片引腳如圖3-2所示。圖3-2 STC89C52單片機芯片引腳3.1.

15、2 STC89C52單片機主要的功能及性能參數(shù)表3-1 STC89C52單片機主要的功能及性能參數(shù)復(fù)位電路內(nèi)置4KB EEPROM和MAX810復(fù)位電路工作頻率范圍0-40MHZSTC89C52對應(yīng)Flash空間8KB內(nèi)部存儲器（RAM）512B定時器計數(shù)器3個16位（T0、T1、T2）通用異步串行口（UART）可以用定時器軟件完成多個UART中斷源外部中斷有4路，觸發(fā)電路采用的方式是利用下降沿中斷或低電平，外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式可將Power Down 模式喚醒下載電路有ISP（在系統(tǒng)可編程）、IPA（在應(yīng)用可編程），不需要專用的編程器仿真器，可以使用串口直接進(jìn)行下載用戶程序通用IO口3

16、2個工作電壓工作溫度范圍-40+85（工業(yè)級溫度）/075（商業(yè)級溫度）外形封裝40引腳PDIP封裝3.1.3 單片機的引腳功能電源和接地引腳：Vcc（40引腳）為電源引腳;GND（20引腳）是接地端。XTAL1引腳和XTAL2引腳：單片機是以時鐘信號為基礎(chǔ)，通過時鐘信號對各個部件功能進(jìn)行控制，各功能部件相互之間協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)，因此時鐘信號的頻率會對單片機的運行速度有著較為直接的影響，時鐘模塊所設(shè)計的電路質(zhì)量的好壞也會非常直接影響著以單片機為主要控制單元的系統(tǒng)的穩(wěn)定性4。為了使時鐘信號能夠在電路系統(tǒng)當(dāng)中產(chǎn)生，所以在STC89C52的內(nèi)部設(shè)置了一個裝置，即反相放大器，8051單片機一般情況下都有兩種方

17、式的時鐘發(fā)生裝置，一種方式叫做片內(nèi)時鐘振蕩，在兩個引腳上接入石英晶體和振蕩電容，一般情況下振蕩電容大小一般采用10pf-30pf之間的電容；另一種方式稱作外部時鐘的形式，XTAL1采用接地設(shè)置，XTAL2腳輸入時鐘信號。18、19引腳外接石英晶振，振蕩電容選取22pf大小的電容，內(nèi)部振蕩器以石英晶振的頻率進(jìn)行振蕩，這樣時鐘信號就能夠產(chǎn)生了。RST9號引腳：9號引腳稱作單片機的復(fù)位引腳，在振蕩器運行時，9號引腳擁有連續(xù)兩個機器周期的高電平輸入，單片機便會循環(huán)復(fù)位，這也是它的復(fù)位條件。在基于單片機控制的系統(tǒng)設(shè)計當(dāng)中，復(fù)位模塊幾乎都會存在，復(fù)位模塊可以在系統(tǒng)運行中對整個系統(tǒng)進(jìn)行初始化的處理，還能夠在

18、當(dāng)程序出現(xiàn)錯誤或者操作不當(dāng)引發(fā)系統(tǒng)運行不正常時也可以通過復(fù)位鍵進(jìn)行復(fù)位，從而進(jìn)行整個系統(tǒng)的重新啟動5。常見的兩種復(fù)位方式如圖3-3所示。圖3-3 常用的兩種復(fù)位方式輸入輸出(I/O)引腳：引腳P0.0-P0.7稱為P0口（39腳-32腳），P1.0-P1.7稱為P1口（1腳-8腳），P2.0-P2.7稱為P2口(21腳-28腳)，P3.0-P3.7稱為P3口（10腳-17腳）。P0的的每一個端口都能夠進(jìn)行獨立的控制，然而在使用該口的時候，外部接入上拉電阻是必不可少的。P1口的每個端口都能夠進(jìn)行獨立的控制，本身自帶上拉電阻。在一般情況下，P1口沒有必要上拉電阻，直接可以使發(fā)光二極管工作。P1口置

19、于1時，端口被拉到高電平，進(jìn)行輸入。P2口與P1口相似。P3口各引腳第二功能定義如表3-2所示。表3-2 P3口各引腳第二功能定義P3引腳第二功能P3.0串行通訊輸入（RXD）P3.1串行通訊輸出（TXD）P3.2外部中斷0（INT0）P3.3外部中斷1（INT1）P3.4定時器0輸入(T0)P3.5定時器1輸入(T1)P3.6外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通WRP3.7外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通RD3.2 電源電路為了把電源電路達(dá)到濾除低頻干擾的效果，可以利用0.1uf大小的電容和10uf大小的電容進(jìn)行并聯(lián)。但是關(guān)于高頻干擾信號來說不能解決，電容顯現(xiàn)出感性的特點，此時阻抗很大，因而必須在電路上并聯(lián)一個0.1u

20、f大小的電容，以此將高頻干擾信號給濾除。電源電路中的開關(guān)，1、2或者2、3有效，1、3無效。發(fā)光二極管的發(fā)光原理：電壓加在二極管的PN結(jié)兩端，使得PN結(jié)形成一個能級，電子在能級上躍變并產(chǎn)生光子，所以二極管會發(fā)光。電源電路中的78L05是一個線性穩(wěn)壓電源芯片，使輸出電壓穩(wěn)定在+5V。本系統(tǒng)設(shè)計采用的電源電路如下圖3-4所示。圖3-4 電源電路3.3 復(fù)位電路本系統(tǒng)設(shè)計的單片機必須要有一個復(fù)位電路來對整個系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位，當(dāng)系統(tǒng)在上電的時候復(fù)位電路提供復(fù)位信號到電路當(dāng)中，電源電壓穩(wěn)定之后，復(fù)位信號才撤銷，原因是上電復(fù)位的時候，電容不能躍變即為0，RST電壓為+5V滿足復(fù)位條件，電容繼續(xù)充電的時候，RS

21、T電壓小于3.5V，這時候停止復(fù)位。本系統(tǒng)設(shè)計采用10K的下拉電阻。本次系統(tǒng)設(shè)計采用的復(fù)位電路如圖4-2所示。圖3-5 復(fù)位電路3.4 時鐘模塊時鐘模塊電路中，兩個起振電容C1和C2，在一般情況下都近似選擇為30pF的電容來進(jìn)行起振。而對外接電容的大小則是沒有非常嚴(yán)格的要求，但該外接電容的值的大小會對振蕩器的頻率、穩(wěn)定性以及起振的速度有一些影響6。此晶振電路采用的晶振頻率為11.0592MHZ本次系統(tǒng)設(shè)計晶振電路如圖3-6所示。圖 3-6 晶振電路3.5 無線發(fā)射和接收模塊 NRF24L01的簡介NRF24L01是一個體積小、工作在寬電壓（1.9V3.6V）和2.4GHz2.5GHz的頻段的單

22、片無線收發(fā)器芯片。幾乎所有的單片機芯片都能和它相連，并能完成相應(yīng)的無線傳輸工作7。它具有功耗低、數(shù)據(jù)傳輸速度快、多點通訊和調(diào)頻、傳輸?shù)木嚯x遠(yuǎn)等優(yōu)點。 NRF24L01的功能與參數(shù)表3-3 NRF24L01的性能參數(shù)表性能參數(shù)數(shù)值單位最低供電電壓1.9V最大發(fā)射功率0Dbm最大數(shù)據(jù)傳輸速率2Mbps發(fā)射模式下，電流消耗11.3mA接受模式下電流消耗12.3mA工作溫度范圍-40+80掉電模式下電流消耗900nA表3-4 NRF24L01的引腳與功能表引腳名稱引腳功能描述1CE數(shù)字輸入RX或TX模式選擇2CSN數(shù)字輸入SPI片選信號3SCK數(shù)字輸入SPI時鐘4MOSI數(shù)字輸入從SPI數(shù)據(jù)輸入腳5M

23、OSO數(shù)字輸出從SPI數(shù)據(jù)輸出腳6IRQ數(shù)字輸出可屏蔽中斷腳7VDD電源電源（+3V）8VSS電源接地9XC2模擬輸出晶體振蕩器210XC1模擬輸入晶體振蕩器1腳外部時鐘輸入腳11VDD-PA電源輸出給RF的功率放大器提供的+1.8v電源12ANT1天線天線接口113ANT2天線 天線接口214DVDD電源輸出去耦電路電源正接口15IREF模擬輸入?yún)⒖茧娏鞅?-5 NRF24L01工作模式 模式PWR_UPPRIM_RXCEFIFO狀態(tài)接受111發(fā)射101數(shù)據(jù)已在發(fā)射堆棧里發(fā)射101-0當(dāng)CE有下降沿跳變時，數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)射空閑2101發(fā)射堆棧空空閑110此時沒有數(shù)據(jù)發(fā)射掉電0 NRF24L01的

24、工作原理本設(shè)計系統(tǒng)的無線模塊NRF24L01需要單片機的供電。當(dāng)我們利用NRF24L01進(jìn)行發(fā)射數(shù)據(jù)時，需要把模式調(diào)換成發(fā)射模式，并把有效數(shù)據(jù)寫入緩存區(qū)；只有當(dāng)SPI片選信號是低信號的時候，TX_PLD才能夠不斷寫入，相比于CSN，在發(fā)射到時候只需要寫一次是TX_ADDR最大的特點8。然后當(dāng)CE保持在高電平且處在高電平的時間不少于10s。確定通信成功有兩種可能：一種是當(dāng)開啟自動應(yīng)答時，NRF24L01模塊會馬上開啟接收模式，假如接收到發(fā)射的信號，那么這次的通信成功，配置和數(shù)據(jù)恢復(fù)初始狀態(tài);另一種是未收到應(yīng)答，則系統(tǒng)將會自動重新發(fā)射，以保證把接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送出去。如果重發(fā)次數(shù)達(dá)到發(fā)射的上限，系統(tǒng)

25、就會自動把MAX_RT的數(shù)值調(diào)高，保留系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，再下一次合適的時候再次發(fā)射;這時系統(tǒng)產(chǎn)生中斷，通知微控制器。最后成功的發(fā)射數(shù)據(jù)時,若芯片的使能CE為低則進(jìn)入空閑模式1。接收數(shù)據(jù)時,首先將系統(tǒng)調(diào)整為接收模式，把NRF24L01的延遲調(diào)整為130s，系統(tǒng)將會進(jìn)入接收狀態(tài)，做好接收數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備。當(dāng)接收方檢測到有效的地址和循環(huán)冗余校驗時，這時NRF24L01將把數(shù)據(jù)包存儲在接收和FIFO中，系統(tǒng)通知微控制器去取數(shù)據(jù)9。如果這時自動應(yīng)答模式開啟，接收方則同時進(jìn)入發(fā)射狀態(tài)傳送應(yīng)答信號。最后CE變低，NRF24L01進(jìn)入空閑模式1，這時表示接收成功。3.6 溫度采集電路 DS18B20 簡介DS18B20

26、 是美國半導(dǎo)體公司推出的一款新一代改進(jìn)型智能溫度傳感器。相比于以往的熱敏電阻，它的最大的特點是可以直接讀取出外界的溫度，而且依照要求實現(xiàn)9-12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式。因為沒有其他的電源設(shè)備。所以在該系統(tǒng)中采用DS18B20可使系統(tǒng)更加簡單，實用性得到增加，可以輕松地建立傳感器網(wǎng)絡(luò)。此外，它具有良好的抗干擾能力且對于復(fù)雜天氣有抵御能力，因此整個系統(tǒng)可以進(jìn)行全天候?qū)崟r監(jiān)控。隨著對DS18B20的不斷研究和開發(fā)，現(xiàn)在DS18B20測溫更加精度、轉(zhuǎn)換時間更加短、傳輸距離更加長、分辨率更加清晰，在業(yè)界上得到了廣泛的好評。它可廣泛應(yīng)用于溫度測量與控制儀器儀表，控制系統(tǒng)及大型設(shè)備的工業(yè)，民用，軍事等領(lǐng)域10

27、。 DS18B20的控制方法DS18B20 與單片機有兩種硬件連接方式。DS18B20 有六條控制命令，見如下3-6表所示。表3-6 DS18B20的控制命令指令約定代碼功能讀ROM33H讀取DS18B20ROM中的編碼（64位地址）符合ROM55H發(fā)出命令后，接著發(fā)出64位ROM編碼，訪問單總線上與該編碼相同的DS18B20，使之做出反應(yīng)，為下一步讀寫作準(zhǔn)備。搜索ROM0F0H用于確定掛在同一總線上DS18B20的個數(shù)，和識別64位ROM地址，微操作各器件做準(zhǔn)備。跳過ROM0CCH忽略64位ROM地址，直接向DS18B20發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換命令，適用于單片工作。告警搜索命令0ECH執(zhí)行后只有溫度值

28、超過限度值才做出反應(yīng)，溫度變換命令44H啟動DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時間最長為500毫秒，結(jié)果存入內(nèi)部就九字節(jié)RAM中。讀暫存器0BEH讀內(nèi)部RA九字節(jié)內(nèi)容寫暫存器4EH發(fā)出向內(nèi)部RAM的第3、4字節(jié)寫上下限溫度命令，緊隨該命令之后是傳送兩個字節(jié)數(shù)據(jù)。復(fù)制暫存器48H將RAM中的第3、4字節(jié)內(nèi)容寫到EEPRAM中。重調(diào)EEPRAM0B8H將EEPRAM中的第3、4字節(jié)內(nèi)容寫到RAM中。具體的流程如下：首先進(jìn)行初始化DS18B20，然后進(jìn)行操作命令ROM，最后才能對存儲器進(jìn)行修改。DS18B20每個過程都要嚴(yán)格遵循工作時序和通信協(xié)議。 DS18B20溫度傳感器與單片機的接口電路一般的溫度

29、傳感器DS18B20有兩種供電方式。一種是電源供電方式，將溫度傳感器DS18B20 的1引腳接地，2引腳作為信號線，3引腳接電源，即可完成第一種供電方式。第二種是寄生電源供電方式，單片機端口接單線總線，可以利用一個MOSFET管對總線往上拉，使得在DS18B20時鐘周期上有充足的電流供給。當(dāng)溫度傳感器DS18B20 進(jìn)行寫存儲器命令和溫度A/D 轉(zhuǎn)換命令時，在總線上要有很強的上拉過程，最長上拉時間為10us。使用第二種電源供電方式時，必須要求VDD 端接地。因為單線制只有一根線，所以設(shè)備端口必須是三態(tài)的接送端口11。寄生電源供電方式如圖3-7所示。圖3-7 寄生電源供電方式4 系統(tǒng)軟件部分設(shè)計

30、本論文采用模塊化的程序設(shè)計思想，從軟件的功能不同可分為兩大類：一是主程序，它是整個控制系統(tǒng)的核心，專門用來協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系。二是子程序，它是用來完成各種實質(zhì)性的功能如測量、顯示、通訊等。最后通過主程序來調(diào)用各個子程序來實現(xiàn)各模塊的功能。本設(shè)計利用C語言進(jìn)行編程，現(xiàn)在大部分計算機可編程語言使用的是C語言。因為它具有簡便靈活、方便操作、良好的可移植性以及表達(dá)能力強等特點，所以在開發(fā)項目和教學(xué)上廣泛使用12。4.1 主程序設(shè)計本系統(tǒng)設(shè)計分成主機部分和從機部分，從機的STC89C52單片機與溫度傳感器、NRF24L01相連接，主機的STC89C52單片機與LCD1602顯示器、NRF24L

31、01相連接。4.1.1 從機部分主程序流程圖從機部分主程序流程圖，如圖4-1所示。圖4-1 從機主程序設(shè)計流程圖4.1.2 主機部分主程序流程圖主機部分主程序流程圖，如圖4-2所示。圖4-2 主機主程序流程圖從機部分單片機控制溫度采集模塊DS18B20采集外界的溫度，并且對所測得數(shù)據(jù)進(jìn)行處理傳送到無線通信NRF24L01模塊，無線通信模塊將數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送，主機部分的無線通信模塊接受所發(fā)射的信號，這時主機部分的單片機再對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。最后由單片機控制LCD1602顯示出所測量的溫度。4.2 子程序設(shè)計4.2.1溫度傳感器模塊軟件設(shè)計 溫度檢測模塊軟件設(shè)計DS18B20的測溫原理遵循嚴(yán)格的單總

32、線協(xié)議，以確保通信數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。其流程圖如圖4-3所示。圖4-3 溫度傳感器軟件流程圖單片機通過時序來寫入和讀出DS18B20中的數(shù)據(jù)，包括初始化、讀l、讀0，寫1、寫0等操作。傳感器復(fù)位后，接收應(yīng)答信號，跳過讀ROM中序列號后，啟動溫度轉(zhuǎn)換，等待溫度轉(zhuǎn)換完畢后，保存數(shù)據(jù)。如此反復(fù)，完成所有操作13。4.2.2無線發(fā)射模塊軟件設(shè)計首先進(jìn)行初始化操作，初始化包括設(shè)置單片機IO和SPI相關(guān)寄存器兩部分其可以和NRF24L01通信。通過SPI總線配置射頻芯片使其進(jìn)入正確的工作模式。發(fā)射數(shù)據(jù)時，首先將NRF24L01配置為發(fā)射模式14。接著把發(fā)送端待發(fā)射數(shù)據(jù)的目標(biāo)地址TX-ADDR和數(shù)據(jù)TXPLD寫入

33、NRF24L01緩沖區(qū)，延時后發(fā)射數(shù)據(jù)，其流程圖如圖4-4所示。圖4-4 無線發(fā)射模塊軟件流程圖4.2.3 無線接收模塊軟件設(shè)計接收數(shù)據(jù)時，首先將NRF24L01配置為接收模式。接著延遲進(jìn)入接收狀態(tài)等待數(shù)據(jù)的到來。當(dāng)接收方檢測到有效地址和CRC時，就將數(shù)據(jù)包儲存在接收堆棧中，同時狀態(tài)寄存器中的中斷標(biāo)志位RX-DR置高，產(chǎn)生中斷使IRQ引腳變?yōu)榈碗娖剑员阃ㄖ狹CU去取數(shù)據(jù)，其流程圖如圖4-5所示。圖4-5 無線接收模塊軟件流程圖4.3 軟件開發(fā)平臺本論文的完成用到了許多軟件，其中用到的軟件平臺有：4.3.1 Keil uVision4Keil C51軟件高效率目標(biāo)代碼生成、提供豐富的庫函數(shù)，如

34、REG51.H等，事實上Keil C51編譯器已經(jīng)成為的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。它擁有完善的C51工具開發(fā)包，高效的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)。4.3.2 億圖圖示專家億圖圖示專家是一款使用簡便的畫圖軟件，該軟件基于矢量，英文名稱為：EDraw Max。億圖中包含了大量的模板庫和事例庫，億圖圖示專家是一款功能強大的繪制各種專業(yè)圖形的平面設(shè)計軟件，通過億圖軟件可以方便簡單的制作出流程圖、結(jié)構(gòu)圖、網(wǎng)絡(luò)圖、圖表等許多圖形。該輔助軟件具有很多實用功能，如：支持各種顯示模式，并可以隨時切換；并可以對所會的圖進(jìn)行完善和修改；圖庫中所有的矢量繪圖都可以改變大小，因用戶需要自主改變大小及方向等多種特點。億圖圖示專家操作方式簡單

35、，界面美觀，用戶可以很快的學(xué)習(xí)并熟練的運用其完成各種圖形的繪制。 Altium Designer Summer 09隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，新型元器件的大量出現(xiàn)，電子系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)的手工設(shè)計已經(jīng)無法滿足設(shè)計要求，而電子系統(tǒng)的計算機輔助軟件的誕生則給復(fù)雜電路的設(shè)計創(chuàng)造了條件。越來越多的設(shè)計人員開始使用高效快捷可靠的EDA,CAD軟件進(jìn)行電路的原理圖的繪制，電路板的設(shè)計和電路的仿真。Altium Designer9.0便是一種計算機輔助軟件，該軟件有很多功能，例如：電路原理圖的繪制，PCB制作，電路仿真的設(shè)計，嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)。此軟件是由Altium公司開發(fā)的一款一體化的，功能強悍的電子

36、系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)軟件，它全面繼承了Protel99se/ProtelDXP的設(shè)計方案，還增加很多改進(jìn)和高端的功能。該軟件打破了了傳統(tǒng)設(shè)計的范圍界限，成為了人們辦公時的得力軟件。4.3.4 EDAHelperEDAHelpe是一種EDA設(shè)計負(fù)輔助軟件，很大程度上提高了EDA設(shè)計的工作效率。EDAHelpe是一種鼠標(biāo)增強工具，支持Windows的各種系統(tǒng)，但是在WIN7系統(tǒng)下運行需要以管理員的的身份運行。小 結(jié)本系統(tǒng)是基于單片機的無線通信數(shù)據(jù)采集的設(shè)計，設(shè)計的最終目的是采集到外界的溫度，單片機STC89C52控制溫度傳感器采集溫度，然后單片機將采集到的數(shù)據(jù)信號進(jìn)行分析，并通過無線通信模塊NRF24L0

37、1傳輸?shù)搅硪粋€無線模塊，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸，單片機對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并在顯示屏LCD1602上顯示。無線通信數(shù)據(jù)采集硬件電路的設(shè)計主要包括單片機主控模塊及NRF24L01無線通信模塊、DS18B20溫度采集模塊。在本次畢業(yè)設(shè)計的過程中，通過對該系統(tǒng)的不斷摸索與完善使我在單片機軟硬件方面認(rèn)識了自己的不足，提高了自己的理論知識和動手能力，雖然本系統(tǒng)還有些不足之處比如測量精準(zhǔn)度問題，面對復(fù)雜情況系統(tǒng)難以及時準(zhǔn)確的處理等等問題，但是從總體上來說還是能夠很好的掌握了設(shè)計的思路，讓我了解到設(shè)計一個完整的系統(tǒng)前要有明確的思路，首先必須知道這個系統(tǒng)設(shè)計的作用與意義，即為什么要設(shè)計這個系統(tǒng)，它能帶給我們什么樣

38、的好處，其次是對整個系統(tǒng)要有整體的結(jié)構(gòu)思路，在能實現(xiàn)系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)的前提下進(jìn)行規(guī)劃。然后是系統(tǒng)硬件的選取與調(diào)試，合適的硬件決定著整個系統(tǒng)設(shè)計的合理性，硬件之間的搭配合理之后才是軟件的編寫，根據(jù)系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能進(jìn)行軟件的調(diào)試。軟件部分是我的弱勢，在做畢業(yè)設(shè)計期間為此專門查找書本強化訓(xùn)練了C語言的基礎(chǔ)知識，對于編程還不能熟練掌握，但是對編程的基礎(chǔ)知識已經(jīng)有了些了解，相信經(jīng)過以后不斷的學(xué)習(xí)會更加充實自己。最后經(jīng)過軟硬件的綜合調(diào)試實現(xiàn)了系統(tǒng)預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)。一個完整的系統(tǒng)項目設(shè)計完成之后，看著最終的樣品完成了當(dāng)初設(shè)定的技術(shù)指標(biāo)很有一種成就感，更加讓我認(rèn)定了自己對本專業(yè)的喜愛，以及未來的工作方向。總而言

39、之，本次的系統(tǒng)設(shè)計為我以后的成長具有很大的意義，會是人生中濃墨重彩的一筆。謝 辭經(jīng)過很多天的堅持終于完成了我的畢業(yè)設(shè)計，在此首先感謝我尊敬的張自軍導(dǎo)師，在本次課題設(shè)計中對我的關(guān)切與指導(dǎo)，從論文題目的選定、收集相關(guān)課題的專業(yè)知識與資料、系統(tǒng)總體框架結(jié)構(gòu)到開題報告及論文當(dāng)中語句的斟酌，從硬件設(shè)計到軟件設(shè)計，無論是格式還是內(nèi)容，每一步都是經(jīng)過老師的悉心指導(dǎo)，讓導(dǎo)師付出了相當(dāng)大的心血。尤其是電路板的焊接、軟硬件調(diào)試到最終實物的搭建，期間經(jīng)歷了各種各樣的困難，一次次的失敗，然后再總結(jié)經(jīng)驗，進(jìn)行反思，最終才調(diào)試成功。也對學(xué)校的老師在此期間對我的答疑解惑，表示衷心的感謝。在我畢業(yè)論文寫作期間，我不時地會遇到

40、不同的困惑與煩惱；然而不管在生活中還是學(xué)習(xí)中老師都給予了莫大的幫助與關(guān)懷，對此深表謝意。非常感謝各科老師對我的諄諄教誨和在專業(yè)課上對我的悉心指導(dǎo)，正是由于你們的奉獻(xiàn)才有我們的今天，一方面對我們專業(yè)知識的教導(dǎo)，但是同時更多的是交給我為人處世的態(tài)度，相信這個會讓我受益終生。也非常感謝學(xué)校給我們提供了優(yōu)越的實驗室條件，讓我們能夠很多人一起討論研究，克服各種困難。學(xué)校的圖書館也為我們的畢業(yè)設(shè)計提供了許多專業(yè)的資料。這段時間的利用非常緊湊，有一種回到高中學(xué)習(xí)的緊張氛圍，在即將畢業(yè)的時候還能感受到這樣的學(xué)習(xí)難能可貴，因為它充實了我們的知識，而且鍛煉了我做事的能力，將大學(xué)四年的所學(xué)所會通過一個課題將它們綜合

41、起來，這不僅是對我們的一次考核，更多的是對我們自身的思考與感悟。大學(xué)四年的學(xué)習(xí)與生活就快要結(jié)束了，在臨近畢業(yè)的時候還能做一次綜合性的自主的課程設(shè)計讓我感受到了自己對所學(xué)專業(yè)課的濃厚興趣與理論知識對實際成品的認(rèn)可。本次畢業(yè)設(shè)計讓我獲益匪淺，相信會對我即將走上的工作崗位有很好的促進(jìn)作用。參 考 文 獻(xiàn)1 余永權(quán).單片機原理及應(yīng)用.M.北京:電子工業(yè)出版社, 1998.12:57-62. 2 曲喜新.電子元件材料手冊.M.北京:電子工業(yè)出版社，1989.4:17-22.3 黃賢武，鄭筱霞，曲波，劉文杰.傳感器實際應(yīng)用電路設(shè)計，電子科技大學(xué)出版社，1997.6:8-15.4 張洪潤.藍(lán)清華.單片機應(yīng)用

42、技術(shù)教程M.北京:清華大學(xué)出版社,2010:154.5 于海生等.微型計算機控制技術(shù)M.北京:清華大學(xué)出版社,2011:148.6 李光飛.單片機課程設(shè)計實例指導(dǎo).北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2010:62-65.7 李朝青.單片機原理及接口技術(shù).北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2011:115-120.8 戴佳.51單片機C語言應(yīng)用程序設(shè)計實例精講第二版,2010:110.9 周良權(quán),傅恩錫,李世馨.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).北京:高等教育出版社,2012:50-65.10 G E Stutzman,Estimating Directivity and Gain of AntennasJ.IEEE

43、Anten nas and Propagation Magazine 40,August 2010:8-10.11 Brumbaugh R.W Aircraft Model for the AIAA Controls Design ChallengeJ, Journal of Guidance Control and Dynamics,2010:32-50.12 李輝,宋詩,周建江.基于ARM和nRF24L01的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)J.國外電子元器件.2008(12)13Alan V. Oppenheim DTMF Tone Generation and Detection：An Implemen

44、tation Using theTMs320C54x, Texas Instruments, 2000:69-7114 李澤坤.基于nRF24L01的無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)計與實現(xiàn)D.南昌航空大學(xué).2013：89-91附錄A 基于單片機的無線通信數(shù)據(jù)采集電路圖附錄B 基于單片機的無線通信數(shù)據(jù)采集PCB圖附錄C 基于單片機的無線通信數(shù)據(jù)采集的實物圖附錄D 基于單片機的無線通信數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計1、從機主程序#include<STC89C5x.H> /包含單片機頭文件#include"DELAY.H" /包含通用子程序頭文件，如“延遲函數(shù)”、宏定義等#include"

45、;NRF24L01.H" /包含無線傳輸芯片NRF24L01基本驅(qū)動函數(shù)#include"DHT11.H" /包含DHT11溫濕度傳感器基本驅(qū)動函數(shù)/*定義全部變量*extern unsigned char TH_DATA;/溫度高8位extern unsigned char TL_DATA;/溫度低8位 extern unsigned char RH_DATA;/濕度高8位 extern unsigned char RL_DATA;/濕度低8位unsigned char TxData2=0,0;/=/ 實現(xiàn)功能：主函數(shù)/ 輸入?yún)?shù)：無/ 輸出參數(shù)：無/=void main(void)Delay_1ms(1000);/上電等待1S，完成所有器件的上電NRF24L01_Init();Delay_1ms(1000);/延時1SDelay_1ms(1000);/延時1SDelay_1ms(1000);/延時1Swhile(1)DHT11_GetTR();TxData0=TH_DATA;TxData1=RH_DATA;NRF24L01_TxPacket(TxData);/*注意，DHT11采集數(shù)據(jù)的間隔時間必須大于1S*/Delay_1