基于單片機(jī)的無線多路溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明

1、 PAGE35 / NUMPAGES35摘 要本課題設(shè)計(jì)的是一套無線多路溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，主要用于對(duì)環(huán)境溫度的采集與監(jiān)控。系統(tǒng)采用基于無線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)思想和溫度采集技術(shù)。無線傳輸避免了遠(yuǎn)距離布線所帶來的施工困難，成本高的缺點(diǎn)。本設(shè)計(jì)用AT89C51單片機(jī)為主要硬件，設(shè)計(jì)了包括溫度采集，溫度顯示，系統(tǒng)控制，串口通信等外圍電路。單片機(jī)AT89C51作為主單片機(jī)完成測(cè)量和控制以與與通信單片機(jī)的數(shù)據(jù)通信、無線收發(fā)控制等功能。無線溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是利用下位機(jī)設(shè)置溫度上下限和實(shí)時(shí)溫度的采集，并將結(jié)果傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，以達(dá)到對(duì)溫度的比較、控制。關(guān)鍵詞 ： AT89C51 溫度采集 溫度傳感器DS18B20 RS-

2、232 MAX813 無線收發(fā)模塊PTR2000AbstractThis paper introduces a kind of wireless monitoring system which is used to control temperature condition. The system adopts wireless network and temperature collect technique. The wireless communication can avoid the shortcoming of remote wire transmission, such as l

3、arge wastage, high cost etc. This design uses AT89C51，The monolithic integrated circuit is the main hardware， In order to realize design goal this design including temperature gathering， the temperature demonstrated that， the systems control， strung together periphery electric circuit and so on mout

4、h correspondence.The main MCU (AT89C51) takes charge of measurement，control and communication with the communication MCU. The communication MCU (AT89C51) is used to control receiving and sending data in the wireless communication. The system wireless temperature control system is uses in the lower p

5、osition machine establishment temperature the lower limit， with real-time temperature gathering， transmits to on position machine，by achieves to the temperature comparison， the control.Key words:AT89C51Temperature gatheringDS18B20RS-232MAX813PTR2000wireless communication 目 錄 TOC o 1-3 u第一章緒論 PAGEREF

6、 _Toc261803714 h 4第二章方案論證 PAGEREF _Toc261803715 h 5第三章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc261803716 h 73.1系統(tǒng)總體分析 PAGEREF _Toc261803717 h 73.2設(shè)計(jì)原理 PAGEREF _Toc261803718 h 8第四章各個(gè)元器件與芯片簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc261803719 h 104.1 AT89C51單片機(jī)介紹 PAGEREF _Toc261803720 h 104.2 DS18B20溫度傳感器簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc261803721 h 124.3 PTR2000模塊介紹 PA

7、GEREF _Toc261803722 h 134.4 MAX813芯片介紹 PAGEREF _Toc261803723 h 144.5 MAX7219芯片介紹 PAGEREF _Toc261803724 h 154.6 1602液晶顯示屏介紹 PAGEREF _Toc261803725 h 16第五章各部分電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc261803726 h 175.1 看門狗電路 PAGEREF _Toc261803727 h 175.2 溫度采集電路 PAGEREF _Toc261803728 h 185.3 串口電路185.4 顯示電路195.5 鍵盤電路20第六章 系統(tǒng)總體軟件設(shè)

8、計(jì)216.1 系統(tǒng)工作流程 216.2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)216.3 軟件設(shè)計(jì)流程圖22結(jié)論 PAGEREF _Toc261803732 h 28致詞 PAGEREF _Toc261803733 h 29參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc261803734 h 30附錄1：硬件總圖 PAGEREF _Toc261803735 h 31第一章 緒論在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，對(duì)于采集數(shù)據(jù)的傳輸大多采用有線方式，因?yàn)橛芯€方式的傳輸距離、數(shù)據(jù)傳輸速率以與抗干擾能力都要優(yōu)于無線方式；然而對(duì)于在野外或者不便于鋪設(shè)線纜的地區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集傳輸時(shí)，采用有線方式就受到了限制。針對(duì)這一特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了采用無線傳輸方式的無線數(shù)據(jù)采集監(jiān)

9、測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采集主要以Atmel公司的AT89C51單片機(jī)為控制處理核心，由它完成對(duì)數(shù)據(jù)的采集處理以與控制數(shù)據(jù)的無線傳輸。AT89C51單片機(jī)是一種低功耗/低電壓/高性能的8位單片機(jī)，片帶有一個(gè)8KB的可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器。無線收發(fā)一體數(shù)傳MODEM模塊PTR2000芯片性能優(yōu)異，在業(yè)界居領(lǐng)先水平，它的顯著特點(diǎn)是所需外圍元件少，因而設(shè)計(jì)非常方便。該模板塊在部需成了高頻接收、PLL合成、FSK調(diào)制/解調(diào)、參量放大、功率放大、頻道切換等功能，因而是目前集成度較高的無線數(shù)傳產(chǎn)品。在本文中，主要說明單片機(jī)和無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊 PTR 2000的組合，形成單片機(jī)的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，與微機(jī)進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳

10、輸。包括：如何針對(duì)系統(tǒng)的需求選擇合適的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊器件，如何根據(jù)選擇的器件設(shè)計(jì)外圍電路和單片機(jī)的接口電路，如何編寫控制無線數(shù)據(jù)傳輸器件進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯纹瑱C(jī)程序，并簡(jiǎn)要介紹數(shù)字溫度傳感器DS18B20的應(yīng)用。第二章 方案論證（一）溫度采集方案方案一：模擬溫度傳感器。采用熱敏電阻，將溫度值轉(zhuǎn)換為電壓值，經(jīng)運(yùn)算放大器放大后送A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)，再由單片機(jī)經(jīng)過比較計(jì)算得到溫度值。優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)用廣泛，特別是工程領(lǐng)域，采用不同的熱敏電阻，可實(shí)現(xiàn)低溫到超高溫的測(cè)量。缺點(diǎn)：必須采用高速高位A/D轉(zhuǎn)換器，系統(tǒng)復(fù)雜，成本高，還以引進(jìn)非線性誤差，得通過軟件差值修正方案二：采用集成數(shù)字溫度傳感器DS

11、18B20。該傳感器采用單總線接口，能方便的與單片機(jī)通信。測(cè)溫圍從-55到+125,測(cè)溫精度9-12位可調(diào)，12位時(shí)最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為750ms，完全滿足本設(shè)計(jì)的要求。缺點(diǎn)：不能實(shí)現(xiàn)高溫測(cè)量。從上各種因素，我們采用數(shù)字溫度傳感器方案。（二）無線數(shù)據(jù)傳送方案方案一：采用GSM模塊。GSM（公用數(shù)字移動(dòng)網(wǎng)通信）系統(tǒng)是目前基于時(shí)分多址技術(shù)的移動(dòng)通訊體制中比較成熟、完善、應(yīng)用最廣泛的一種系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)可利用其短消息服務(wù)來傳輸溫度數(shù)據(jù)。優(yōu)點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。缺點(diǎn)：成本高，無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性。方案二：該采用無線傳輸模塊PTR2000。該器件將接收和發(fā)射合接為一體； 工作頻率為國(guó)際通用的數(shù)傳頻段433M

12、HZ；采用FSK調(diào)制/解調(diào)，可直接進(jìn)入數(shù)據(jù)輸入/輸出，抗干擾能力強(qiáng)，特別適合工業(yè)控制場(chǎng)合；采用DDS（直接數(shù)據(jù)合成）+PLL頻率合成技術(shù)，因而頻率穩(wěn)定性極好；靈敏度高達(dá)105bBm；工作電壓低（2.7V），功耗小，接受待機(jī)狀態(tài)電流僅為8A； 具有兩個(gè)頻道，可滿足需要多信道工作的場(chǎng)合；工作數(shù)率最高達(dá)20kbit/s(也可在較抵速率下工作，如9600bps)； 超小體積，約40275mm3；可直接與CPU串口進(jìn)行連接（如8031），也可以用RS232與計(jì)算機(jī)接口，軟件編程非常方便基于上述考慮，采用方案二。（三）顯示界面方案方案一：用數(shù)碼管顯示，優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。缺點(diǎn)：只能顯示一測(cè)量點(diǎn)和有限的

13、符號(hào)。方案二：采用LCD顯示。可以實(shí)現(xiàn) 中英文操作提示，方便人機(jī)交換。能同時(shí)顯示多點(diǎn)溫度值，通過鍵盤操作可快速翻屏瀏覽或監(jiān)控一測(cè)量點(diǎn)溫度值。缺點(diǎn)：價(jià)格高，體積增大。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)為多點(diǎn)溫度采集情況，所以選擇LCD顯示第三章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)總體分析無線溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是一種基于單片機(jī)射頻技術(shù)的無線溫度檢測(cè)裝置，本設(shè)計(jì)由溫度采集部分，發(fā)送/接受部分，顯示部分組成，溫度采集部分由八個(gè)一線式數(shù)字溫度傳感器、AT89C51單片機(jī)、看門狗電路、鍵盤電路、晶振電路、復(fù)位電路、報(bào)警電路、數(shù)碼管顯示電路組成，采集到的溫度數(shù)據(jù)在單片機(jī)的處理下在數(shù)碼管上顯示，同時(shí)傳輸?shù)浇邮諉卧?。發(fā)送部分采用無線傳輸模塊PTR

14、2000,模塊在部集成了高頻發(fā)射，高頻接受，PLL合成，F(xiàn)SK調(diào)制、參量放大，功率放大，頻道切換等功能，單片機(jī)不能與無線模塊直接通信，需通過串口電路進(jìn)行數(shù)據(jù)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，AT89C51單片機(jī)以與單片機(jī)的外圍電路由獨(dú)立按鍵電路，晶振電路，復(fù)位電路組成。系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如下：鍵盤電路八路溫度數(shù)據(jù)采集電路晶振電路看門狗電路單片機(jī)數(shù)碼管顯示電路發(fā)送模塊發(fā)送模塊系統(tǒng)框圖顯示電路單片機(jī)晶振電路復(fù)位電路接收模塊接收模塊系統(tǒng)框圖3.2設(shè)計(jì)原理無線溫度采集系統(tǒng)是一種基于無線模塊的溫度檢測(cè)裝置。本系統(tǒng)由溫度采集部分和接收/發(fā)送機(jī)，以與顯示芯片組成。溫度采集

15、部分由八個(gè)數(shù)字溫度傳感器芯片18B20，單片機(jī)AT89C51，低功耗的無線收發(fā)模塊等組成，傳感器采用寄生電源的方式即VDD與GND同時(shí)接地，八個(gè)溫度傳感器串接在P1.1口，同時(shí)采用結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；數(shù)字單總線溫度傳感器是目前最新的測(cè)溫器件，它集溫度測(cè)量，A/D轉(zhuǎn)換于一體，具有單總線結(jié)構(gòu)，數(shù)字量輸出，直接與微機(jī)接口等優(yōu)點(diǎn)。打開電源后，本系統(tǒng)由單片機(jī)AT89C51向單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20芯片發(fā)出指令進(jìn)行測(cè)溫根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個(gè)步驟：每一次讀寫之前都要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣

16、才能對(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放，DS18B20收到信號(hào)后等待1660微秒左右，后發(fā)出60240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。在硬件上，DS18B20與單片機(jī)的連接采用寄生電源供電，此時(shí)UDD、GND接地，I/O接單片機(jī)I/O。然后數(shù)據(jù)被傳輸至單片機(jī)AT89C51，八位數(shù)據(jù)分兩次傳輸，再由單片機(jī)編程為可以由數(shù)碼管顯示的四位數(shù)據(jù)，因?yàn)?1單片機(jī)有一個(gè)全雙工的串行通訊口，所以單片機(jī)和無線收發(fā)模塊之間進(jìn)行串口通訊。進(jìn)行串行第一位為正負(fù)溫度數(shù)據(jù)，后三位為帶小數(shù)點(diǎn)的當(dāng)前溫度。數(shù)據(jù)也被送至低功耗無線傳輸模塊進(jìn)行無線傳輸。通訊時(shí)要滿足一

17、定的條件，比如電腦的串口是RS232電平的，而單片機(jī)的串口是TTL電平的，兩者之間必須有一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路，我們采用了專用芯片MAX232進(jìn)行轉(zhuǎn)換。溫度數(shù)據(jù)的無線傳輸主要基于低功耗無線傳輸模塊PTR2000，無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的關(guān)鍵器件是無線收發(fā)芯片，本設(shè)計(jì)選擇了NFR401系列的芯片，PTR2000的通信速率最高為20BIT/S, PTR2000無線數(shù)據(jù)傳輸模塊可以利用串口進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸有三種工作模式發(fā)送在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，應(yīng)將模塊先置于發(fā)射模式，即TXEN=1.然后等待至少5ms后（接收到發(fā)射的轉(zhuǎn)換時(shí)間）才可以發(fā)送任意長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)。發(fā)送結(jié)束后應(yīng)將模塊置于接收狀態(tài)，即TXEN=0.2, 接收：接收時(shí)應(yīng)

18、將PTR2000置于接收狀態(tài)，即TXEN=0.然后將接收到的數(shù)據(jù)直接送到單片機(jī)串口。3,待機(jī)：當(dāng)PWR=0時(shí)，PTR進(jìn)入節(jié)點(diǎn)模式，此時(shí)的功耗大約為8uA，但在待機(jī)模式下不能接收和發(fā)射數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的收、發(fā)由AT89C51控制。首先，對(duì)系統(tǒng)要進(jìn)行初始化，讓NRF401進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)：使單片機(jī)工作在串口通信方式，利用單片機(jī)的中斷響應(yīng)，對(duì)NRF40l芯片的相應(yīng)引腳進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收或發(fā)射。數(shù)據(jù)經(jīng)過無線傳輸與接收后再被傳輸至接受端的AT89C51單片機(jī)中，然后再由單片機(jī)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可以由液晶顯示板1602顯示的數(shù)據(jù)。1602液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低

19、電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時(shí)要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符。 最后通過液晶顯示屏和數(shù)碼管的溫度數(shù)據(jù)對(duì)比，判斷進(jìn)行無線的溫度傳輸數(shù)據(jù)是否正確。第四章 各個(gè)元器件與芯片簡(jiǎn)介4.1 AT89C51單片機(jī)介紹AT89C51單片機(jī)簡(jiǎn)介AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51

20、指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。主要特性：1、與MCS-51 兼容2、4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 3、1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時(shí)間10年 4、全靜態(tài)工作，0Hz-24Hz三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 5、128*8位部RAM32可編程I/O線 6、兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 7、5個(gè)中斷源 8、可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式 9、片振蕩器和時(shí)鐘電路 2主要管腳說明：P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高

21、阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。P1口：P1口是一個(gè)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于部上拉的緣故。P2口：P2口為一個(gè)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶部上拉電

22、阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。4.2 DS18B20溫度傳感器簡(jiǎn)介DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù) 字溫度傳感器，具有3引腳TO92小體積封裝形式；溫度測(cè)量圍為55125可編程為9位12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫分辨率可達(dá) 0.0625，被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)到3 根或2根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信，占用微處

23、理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。以上特點(diǎn)使DS18B20非常適用于遠(yuǎn)距離多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)。DS18B20的部結(jié)構(gòu)主要由4部分組成：64 位ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管腳排列如圖2所示，DQ為數(shù)字信號(hào)輸入輸出端；GND為電源 地；VDD為外接供電電源輸入端。ROM中的64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼，每個(gè)DS18B20的64位序列號(hào)均不一樣。64位ROM的排的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC=X8X5X41）。 ROM的作用是使每一個(gè)DS18B20都各不一樣，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18

24、B20的目的。圖1DS18B20的管腳圖DS18B20中的溫度傳感器完成對(duì)溫度的測(cè)量，用16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以0.0625/LSB形式表達(dá)，其中S為符號(hào)位。例 如125的數(shù)字輸出為07D0H，25.0625的數(shù)字輸出為0191H，25.0625的數(shù)字輸出為FF6FH，55的數(shù)字輸出為 FC90H。 高低溫報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器均由一個(gè)字節(jié)的EEPROM組成，使用一個(gè)存儲(chǔ)器功能命令可對(duì)TH、TL或配置寄存器寫入。 R1、R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)：R1R0=“00”，9位精度，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為93.75ms；R1R0=“01”，10位精度，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為 187.5m

25、s；R1R0=“10”，11位精度，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為375ms；R1R0=“11”，12位精度，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為750ms；未編程時(shí)默認(rèn)為12位精度。高速暫存器是一個(gè)9字節(jié)的存儲(chǔ)器。開始兩個(gè)字節(jié)包含被測(cè)溫度的數(shù)字量信息；第3、4、5字節(jié)分別是TH、TL、配置寄存器的臨時(shí)拷貝，每一次上電復(fù)位時(shí)被刷新；第6、7、8字節(jié)未用，表現(xiàn)為全邏輯1；第9字節(jié)讀出的是前面所有8個(gè)字節(jié)的CRC碼，可用來保證通信正確。4.3 PTR2000模塊介紹無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊ptr2000采用抗干擾能力較強(qiáng)的FSK調(diào)制/解調(diào)方式，其工作頻率穩(wěn)定可靠，外圍元件少、功耗極低且便于設(shè)計(jì)生產(chǎn)，這些有一些特性使得PTR2000非常適用于便

26、攜機(jī)手持產(chǎn)品?？蓮V泛用于遙控、遙測(cè)、小型無線網(wǎng)絡(luò)、無線抄表、門禁系統(tǒng)、小區(qū)傳呼、工業(yè)數(shù)據(jù)采集、無線標(biāo)簽等系統(tǒng) 。無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的關(guān)鍵器件是無線收發(fā)芯片。以下是幾點(diǎn)選擇芯片或者模塊的選擇標(biāo)準(zhǔn)。收發(fā)芯片數(shù)據(jù)傳輸?shù)木幋a方式 采用曼徹斯特編碼的芯片，在編程上會(huì)需要較高的技巧和經(jīng)驗(yàn)，需要更多的存和程序容量，并且曼徹斯特編碼大大降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?，一般僅能達(dá)到標(biāo)稱速率的1/3。而采用串口傳輸?shù)男酒?，如NRF401系列的芯片，應(yīng)用與編程非常簡(jiǎn)單，傳輸速率很高，標(biāo)稱速率就是實(shí)際速率，因?yàn)榇诘木幊滔鄬?duì)簡(jiǎn)單，編程開發(fā)工作也很方便。收發(fā)芯片的分裝和管腳數(shù)較小的管腳以與分裝，有利于較少PCB面積，適合測(cè)控的設(shè)計(jì)。

27、NRF401僅20腳，是管腳和體積最小的。同時(shí)NRF401還具有以下特點(diǎn)：工作頻率為國(guó)際通用的數(shù)據(jù)頻段433MHZ；采用FSK調(diào)制，直接數(shù)據(jù)輸入輸出，抗干擾能力強(qiáng)，特別適用工業(yè)控制場(chǎng)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)-105dBm；功耗小接受待機(jī)狀態(tài)時(shí)，電流僅為8UA，最大發(fā)射功率為10dBm，低工作電壓（2.7V）可滿足低功耗設(shè)備的要求，具有多個(gè)頻道，可方便的切換工作頻率特別適用于需要多信道工作的場(chǎng)合，工作速率最高可達(dá)20kbit/s，僅外接一個(gè)好、晶振和幾個(gè)阻容、電感元件，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(jì)，適用距離最遠(yuǎn)可達(dá)1000米。部電路

28、圖如下：4.4 MAX813芯片介紹看門狗電路在單片機(jī)中以加電、掉電以與供電電壓下降情況下的復(fù)位輸出，復(fù)位脈沖寬度典型值為200 ms。獨(dú)立的看門狗輸出，如果看門狗輸入在16 s未被觸發(fā)，其輸出將變?yōu)楦唠娖剑?1.25 V門限值檢測(cè)器，用于電源故障報(bào)警、電池低電壓檢測(cè)或5 V以外的電源監(jiān)控，低電平有效的手動(dòng)復(fù)位輸入。各引腳功能與工作原理1、手動(dòng)復(fù)位輸入端（）當(dāng)該端輸入低電平保持140 ms以上，MAX813就輸出復(fù)位信號(hào).該輸入端的最小輸入脈寬要求可以有效地消除開關(guān)的抖動(dòng)。2、工作電源端（VCC）：接+5V電源。3、電源接地端（GND）：接0 V參考電平.。4、電源故障輸入端（PFI）當(dāng)該端輸

29、入電壓低于125 V時(shí)，5號(hào)引腳輸出端的信號(hào)由高電平變?yōu)榈碗娖健?、電源故障輸出端（)電源正常時(shí)，保持高電平，電源電壓變低或掉電時(shí)，輸出由高電平變?yōu)榈碗娖健?、看門狗信號(hào)輸入端（WDI）程序正常運(yùn)行時(shí)，必須在小于16 s的時(shí)間間隔向該輸入端發(fā)送一個(gè)脈沖信號(hào)，以清除芯片部的看門狗定時(shí)器。若超過16 s該輸入端收不到脈沖信號(hào)，則部定時(shí)器溢出，8號(hào)引腳由高電平變?yōu)榈碗娖健?、復(fù)位信號(hào)輸出端（RST）上電時(shí)，自動(dòng)產(chǎn)生200 ms的復(fù)位脈沖；手動(dòng)復(fù)位端輸入低電平時(shí)，該端也產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)輸出。8、看門狗信號(hào)輸出端（）。正常工作時(shí)輸出保持高電平，看門狗輸出時(shí)，該端輸出信號(hào)由高電平變?yōu)榈碗娖?。芯片管腳圖如下：4

30、.5 MAX7219芯片介紹MAX7219是Maxim公司推出的8位LED串行顯示驅(qū)動(dòng)器，它采用3線串口傳送數(shù)據(jù)，占用資源少且硬件簡(jiǎn)單，只需一個(gè)外部電阻即可方便地調(diào)節(jié)LED的亮度；可靈活地選擇顯示器的個(gè)數(shù)( 18個(gè), 級(jí)聯(lián)可成倍增加)；可進(jìn)行譯碼或不譯碼顯示；含硬件動(dòng)態(tài)掃描控制，可設(shè)置低功耗停機(jī)方式。引腳功能和工作原理MAX7219采用24腳雙列直插式封裝，其引腳如圖3所示。SEGASEGG和DP分別為L(zhǎng)ED七段驅(qū)動(dòng)器線和小數(shù)點(diǎn)線，供給顯示器源電流；DIG0DIG7為8位數(shù)字驅(qū)動(dòng)線，輸出位選信號(hào)，從每位LED共陰極吸入電流。圖3 MAX7219 引腳功能DIN是串行數(shù)據(jù)輸入端。在CLK 的上升

31、沿，一位數(shù)據(jù)被加載到部16位移位寄存器中，CLK最高頻率可達(dá)10MHz，由DIN端移入到部寄存器中；LOAD用在LOAD的上升沿，16位串行數(shù)據(jù)被鎖存到數(shù)據(jù)或控制寄存器中，LOAD必須在第16個(gè)時(shí)鐘上升沿的同時(shí)或之后、在下一個(gè)時(shí)鐘上升沿之前變高, 否則數(shù)據(jù)將被丟失。每組數(shù)據(jù)為16 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)包。其中D15D12位不用，D11D8位為部5個(gè)控制寄存器和8個(gè)LED顯示數(shù)據(jù)寄存器的地址，D7D0位為5個(gè)控制寄存器和8個(gè)LED數(shù)碼管待顯示的數(shù)據(jù)，因?yàn)榭刂萍拇嫫髋c顯示數(shù)據(jù)寄存器獨(dú)立編址，所以可以通過程序?qū)γ總€(gè)寄存器進(jìn)行操作。MAX7219部有14個(gè)可尋址的控制字寄存器。MAX7219是八位串行共陰LE

32、D數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描驅(qū)動(dòng)電路，其峰值段電流可達(dá)40mA，最高串行掃描速率為10MHz，典型掃描速率為1300Hz，僅使用單片機(jī)3個(gè)I/O口，即可完成對(duì)八位LED數(shù)碼管的顯示控制和驅(qū)動(dòng)， 線路非常簡(jiǎn)單，控制方便，外圍電路僅需一個(gè)電阻設(shè)定峰值段電流，同時(shí)可以通過軟件設(shè)定其顯示亮度；還可以通過級(jí)聯(lián)，完成對(duì)多于八位的數(shù)碼管的控制顯示。值得一提的是，當(dāng)工作于關(guān)閉（SHUTDOWN)方式時(shí)，不僅單片機(jī)仍可對(duì)其傳送數(shù)據(jù)和修改控制方式，而且芯片耗電僅為150uA。4.6 1602液晶顯示屏介紹工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示16x02即32個(gè)字符。（16列2行） 注：為了表示的方便 ，后文皆以1表示高電平，0表示第電

33、平。1.管腳功能 1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中：第1腳：VSS為電源地第2腳：VDD接5V電源正極第3腳：V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高（對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度）。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時(shí)選擇指令寄存器。 第5腳：RW為讀寫信號(hào)線，高電平(1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平(0)時(shí)進(jìn)行寫操作。第6腳：E(或EN)端為使能(enable)端。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。第1516腳：空腳或背燈電源。15腳背光正極，16腳背光負(fù)極。2.字符集 1602液晶模塊部的字

34、符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。第五章 各部分電路設(shè)計(jì)5.1 看門狗電路 本設(shè)計(jì)中看門狗電路主要用到MAX813芯片，與其他外圍電路，在設(shè)計(jì)中看門狗電路的工作原理是：當(dāng)系統(tǒng)工作正常時(shí)，CPU將每隔一定時(shí)間輸出一個(gè)脈沖給看門狗，即“喂狗”，若程序運(yùn)行出現(xiàn)問題或硬件出現(xiàn)故障時(shí)而無法按時(shí)“喂狗”時(shí)，看門狗電路將迫使系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位而重新運(yùn)行程序

35、。主要作用是防止程序跑飛或死鎖?？撮T狗電路其實(shí)是一個(gè)獨(dú)立的定時(shí)器，有一個(gè)定時(shí)器控制寄存器，可以設(shè)定時(shí)間（開狗），到達(dá)時(shí)間后要置位（喂狗），如果沒有的話，就認(rèn)為是程序跑飛，就會(huì)發(fā)出RESET指令，當(dāng)為高電平時(shí)，開始復(fù)位。功能如下：本電路巧妙地利用了MAX813的手動(dòng)復(fù)位輸入端。只要程序一旦跑飛引起程序“死機(jī)”，端電平由高到低，當(dāng)變低超過140 ms，將引起MAX813產(chǎn)生一個(gè)200 ms的復(fù)位脈沖。同時(shí)使看門狗定時(shí)器清0和使引腳變成高電平。也可以隨時(shí)使用手動(dòng)復(fù)位按鈕使MAX813產(chǎn)生復(fù)位脈沖，由于為產(chǎn)生復(fù)位脈沖端要求低電平至少保持140ms以上，故可以有效地消除開關(guān)抖動(dòng)。該電路可以實(shí)時(shí)地監(jiān)視電源

36、故障（掉電、電壓降低等）。圖6 中R5未經(jīng)穩(wěn)壓的直流電源。電源正常時(shí)，確保R3的電壓高于126 V，即保證MAX813的PFI輸入端電平高于1.26 V。當(dāng)電源發(fā)生故障，PFI輸入端的電平低于125 V時(shí)，電源故障輸出端電平由高變低，引起單片機(jī)中斷，CPU響應(yīng)中斷，執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，保護(hù)數(shù)據(jù)，斷開外部用電電路等。5.2 溫度采集電路溫度采集部分主要用到八個(gè)數(shù)字溫度傳感器DS18B20, 因?yàn)橹С忠痪€總線接口，可將八個(gè)溫度傳感器串接在一起，接在P1.1口，采用寄生電源方式，將VDD與GND共同接地，同時(shí)采用一結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。溫度傳感器將采集到的信號(hào)送到單片機(jī)中，信號(hào)在單片機(jī)種進(jìn)行處理

37、，存儲(chǔ)，通過鍵盤電路中所按下的按鍵，數(shù)據(jù)將在數(shù)碼管顯示屏中顯示，這里所用到的數(shù)碼管為共陰極數(shù)碼管，共四個(gè)，第一個(gè)顯示溫度的符號(hào)（+或-）其余三個(gè)顯示所測(cè)溫度值，溫度圍為（-55125），采用MAX7219芯片驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，通過片選選擇數(shù)碼管的個(gè)數(shù)，段選選擇數(shù)碼管的八個(gè)引腳，這種設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單且用到的端口較少，一目了然，同時(shí)當(dāng)溫度超過此圍，報(bào)警電路將會(huì)發(fā)出警告，提醒人們溫度值過大。同時(shí)信號(hào)也將被送至無線收發(fā)模塊。電路圖如下：5.3 串口電路單片機(jī)從一個(gè)I/O引腳逐位傳輸一些列二進(jìn)制編碼數(shù)據(jù)，就是串行通信。所謂串行通信是指外設(shè)和計(jì)算機(jī)家門適用一根數(shù)據(jù)信號(hào)線數(shù)據(jù)在一根數(shù)據(jù)信號(hào)線上一位一位的進(jìn)行傳輸，每一位數(shù)

38、據(jù)都占據(jù)一個(gè)固定的時(shí)間長(zhǎng)度，這種通信方式使用的數(shù)據(jù)線少，傳輸速度比并行傳輸慢。串行通信的優(yōu)點(diǎn)在于遠(yuǎn)程通信和上下位機(jī)通信，51系列單片機(jī)通過自身的串口完成通信，高串口是一個(gè)可編程的全雙工串行通信接口。串口通信協(xié)議的容接口的電氣特性 在RS-232-C中任何一條信號(hào)線的電壓均為負(fù)邏輯關(guān)系。即 要求接收器能識(shí)別低至+3V的信號(hào)作為邏輯“0”，高到-3V的信號(hào) 作為邏輯“1”。接口的物理結(jié)構(gòu) RS-232-C接口連接器一般使用型號(hào)為DB-25的25芯插頭座,通常插頭在DCE端,插座在DTE端. 一些設(shè)備與PC機(jī)連接的RS-232-C接口,因?yàn)椴皇褂脤?duì)方的傳送控制信號(hào),只需三條接口線,即“發(fā)送數(shù)據(jù)”、“

39、接收數(shù)據(jù)”和“信號(hào)地”。所以采用DB-9的9芯插頭座，傳輸線采用屏蔽雙絞線。串口電路圖如下：5.4 顯示電路顯示電路主要有另一塊AT89C51單片機(jī)、外圍電路與1602液晶顯示屏組成。1602液晶顯示屏能顯示32個(gè)字符，部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸過來時(shí)，液晶屏的第一行顯示溫度兩字，第二行顯示溫度數(shù)值。電路圖如下：5.5 鍵盤電路本設(shè)計(jì)采用非編碼的行列式鍵盤電路，這種鍵盤電路使用方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。鍵盤輸入信息的主要過程是:1、CPU判斷是否有鍵按下2、確定按下的是哪一個(gè)鍵3、把

40、此鍵代表的信息翻譯成計(jì)算機(jī)所能識(shí)別的代碼。P1口作為鍵盤接口，P1.3-P1.4作為鍵盤的行掃描輸出線，其余做列掃描輸出線，采用查詢方式。首先單片機(jī)向行掃描口輸出全為0.然后從列檢測(cè)口輸入列檢測(cè)信號(hào)，只要有一行列信號(hào)不為1，則表示有鍵按下，接著按下鍵所在的行，列位置。電路圖如下：第六章 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)61 系統(tǒng)工作流程系統(tǒng)分為主機(jī)和從機(jī)。主機(jī)只有一個(gè)，從機(jī)數(shù)量可以為一個(gè)，也可為多個(gè)。在整個(gè)系統(tǒng)中，無論主機(jī)還是從機(jī)都有惟一地址表明其各自的身份。系統(tǒng)上電后，根據(jù)事先設(shè)定的時(shí)間，不同的從機(jī)會(huì)按時(shí)向主機(jī)發(fā)送采集的數(shù)據(jù)(發(fā)送時(shí)間間隔根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合可以事先設(shè)定)。主機(jī)收到數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)與其所屬地址實(shí)

41、時(shí)的顯示在液晶顯示模塊上，并將其存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器里。在系統(tǒng)無人值守狀態(tài)，可以事先通過鍵盤和液晶顯示模塊等設(shè)備對(duì)主機(jī)其進(jìn)行設(shè)置，設(shè)定報(bào)警閾值、。當(dāng)采集到的數(shù)據(jù)到達(dá)或超過閾值時(shí)，主機(jī)會(huì)發(fā)送報(bào)警信號(hào)62 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)根據(jù)上述系統(tǒng)工作流程，系統(tǒng)在軟件設(shè)計(jì)上主要分為數(shù)據(jù)的無線傳輸、溫度采集、數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存和顯示。其中，數(shù)據(jù)的無線傳輸、存儲(chǔ)涉與主機(jī)和從機(jī)，而數(shù)據(jù)的顯示與報(bào)警只涉與到主機(jī)。 考慮到野外應(yīng)用，系統(tǒng)可能長(zhǎng)期使用而很少有機(jī)會(huì)維護(hù)，從而對(duì)系統(tǒng)在傳輸可靠性和功耗上提出了較高的要求。所以，在數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)能浖O(shè)計(jì)上，采用定時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)的方法，不同從機(jī)按照事先設(shè)定的時(shí)間間隔進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送，發(fā)送完畢并收到主機(jī)的回復(fù)

42、信息后，從機(jī)進(jìn)入待機(jī)模式。這樣就保證了從機(jī)工作的大部分時(shí)間處于待機(jī)模式，有效地節(jié)約了電能。數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃苑矫?，系統(tǒng)采用了主從響應(yīng)式傳輸機(jī)制，主機(jī)收到數(shù)據(jù)后進(jìn)行數(shù)據(jù)和校驗(yàn)，然后向從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)正確或錯(cuò)誤的回復(fù)信息，如果從機(jī)收到了數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的回復(fù)信息或沒有收到回復(fù)信息，從機(jī)將重新發(fā)送上一次的數(shù)據(jù)直到收到正確的回復(fù)。6.3軟件設(shè)計(jì)流程圖：主機(jī)上電初始化檢測(cè)是否進(jìn)入設(shè)定模式進(jìn)入數(shù)據(jù)接收模式發(fā)送報(bào)警信號(hào)接收數(shù)據(jù)顯示數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)對(duì)比閥值進(jìn)入設(shè)定模式Y(jié)N大于小于（1）接收部分軟件設(shè)計(jì)流程圖從機(jī)上電初始化PTR2000設(shè)為待機(jī)模式啟動(dòng)定時(shí)器PTR2000設(shè)為發(fā)送模式并起動(dòng)數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)送數(shù)據(jù)NY（2）發(fā)送部分軟件

43、流程圖發(fā)送跳過ROM指令溫度采集部分編程：i nclude i nclude unsigned char code displaybit=0 xfe,0 xfd,0 xfb,0 xf7,0 xef,0 xdf,0 xbf,0 x7f;unsigned char code displaycode=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f,0 x77,0 x7c,0 x39,0 x5e,0 x79,0 x71,0 x00,0 x40;unsigned char code dotcode32=0,3,6,9,12,16,1

44、9,22,25,28,31,34,38,41,44,48,50,53,56,59,63,66,69,72,75,78,81,84,88,91,94,97;unsigned char displaycount;unsigned char displaybuf8=16,16,16,16,16,16,16,16;unsigned char timecount;unsigned char readdata8; sbit DQ=P37;bit sflag;bit resetpulse(void)unsigned char i;DQ=0;for(i=255;i0;i-);DQ=1;for(i=60;i0;

45、i-);return(DQ);for(i=200;i0;i-);void writecommandtods18b20(unsigned char command)unsigned char i;unsigned char j;for(i=0;i0;j-);DQ=1;elseDQ=0;for(j=2;j0;j-);DQ=1;for(j=33;j0;j-);command=_cror_(command,1);unsigned char readdatafromds18b20(void)unsigned char i;unsigned char j;unsigned char temp;temp=0

46、;for(i=0;i0;j-);if(DQ=1)temp=temp | 0 x80;elsetemp=temp | 0 x00;for(j=200;j0;j-);return(temp);void main(void)TMOD=0 x01;TH0=(65536-4000)/256;TL0=(65536-4000)%256;ET0=1;EA=1; while(resetpulse();writecommandtods18b20(0 xcc);writecommandtods18b20(0 x44);TR0=1;while(1) void t0(void) interrupt 1 using 0u

47、nsigned char x;unsigned int result;TH0=(65536-4000)/256;TL0=(65536-4000)%256;if(displaycount=2)P0=displaycodedisplaybufdisplaycount | 0 x80;elseP0=displaycodedisplaybufdisplaycount;P2=displaybitdisplaycount;displaycount+;if(displaycount=8)displaycount=0;timecount+;if(timecount=150)timecount=0;while(resetpulse();writecommandtods18b20(0 xcc);writecommandtods18b20(0