基于單片機的無線溫度采集報警系統(tǒng)設(shè)計

基于單片機的無線溫度采集報警系統(tǒng)設(shè)計摘要：隨工農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化技術(shù)的不斷發(fā)展，溫度作為其中重要的角色，越來越引起人們的注意，而溫度如果有一定的偏差，就會影響工農(nóng)業(yè)在生產(chǎn)時產(chǎn)品的質(zhì)量，且人們也不能一直盯著溫度測量儀器。而本次論文所做的系統(tǒng)就是有關(guān)溫度采集和報警的。此次設(shè)計介紹了有關(guān)無線溫度采集報警系統(tǒng)的現(xiàn)狀，因為工業(yè)上需要的溫度多變性和農(nóng)業(yè)需要溫度的穩(wěn)定性，設(shè)計了這個系統(tǒng)，這個系統(tǒng)能將溫度進行無線傳輸并顯示報警。本次論文設(shè)計了溫度采集報警系統(tǒng)。所需要的核心芯片是STM32F103系列的單片機。硬件模塊包括無線收發(fā)模塊，顯示模塊，溫度采集模塊，報警模塊和電源模塊，軟件部分主要分為主程序設(shè)計，從機程序設(shè)計等。本次設(shè)計的系統(tǒng)是將傳感器采集的溫度數(shù)據(jù)進行處理，經(jīng)過無線傳輸傳輸數(shù)據(jù)，然后顯示報警，而且報警也在一定區(qū)域內(nèi)，這個區(qū)域可以進行微調(diào)，只要不在這個區(qū)域內(nèi)就鳴叫，有效解決了有線傳輸時候的繁雜，不用許多數(shù)據(jù)線。本次設(shè)計拿溫度作為目標，運用了關(guān)于無線通信的理論，而在溫度采集并實現(xiàn)報警后，進行調(diào)制，可以為工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量打下一個良好的基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：單片機；無線；溫度采集；報警WirelesstemperatureacquisitionsystembasedonMCUAbstract:With

the

continuous

development

of

modern

technology

of

industry

and

agriculture,

temperature,

as

an

important

role,

attracts

more

and

more

attention.

If

there

is

a

certain

deviation

in

temperature,

it

will

affect

the

quality

of

products

in

the

production

of

industry

and

agriculture,

and

people

can

not

always

stare

at

the

temperature

measuring

instruments.

The

system

of

this

paper

is

about

temperature

collection

and

alarm.

This

design

introduces

the

current

situation

of

the

wireless

temperature

collection

and

alarm

system.

Because

of

the

temperature

variability

needed

in

industry

and

the

stability

of

the

temperature

needed

in

agriculture,

this

system

is

designed

to

transmit

the

temperature

wirelessly

and

display

the

alarm.

This

paper

designs

a

wireless

temperature

collection

and

alarm

systeme.

The

core

chip

of

this

paper

is

STM32F103

Series

MCU.

The

hardware

module

includes

wireless

transceiver

module,

display

module,

temperature

acquisition

module,

alarm

module

and

power

module.

The

software

part

is

mainly

divided

into

main

program

design,

slave

program

design,

etc.

The

design

of

the

system

is

to

process

the

temperature

data

collected

by

the

sensor,

transmit

the

data

through

wireless

transmission,

and

then

display

the

alarm,

and

the

alarm

is

also

in

a

certain

area,

this

area

can

be

fine

tuned,

as

long

as

it

is

not

in

this

area,

it

will

sound,

effectively

solving

the

complexity

of

wired

transmission,

without

many

data

lines.

This

design

takes

the

temperature

as

the

goal

and

uses

the

theory

of

wireless

communication.

After

the

temperature

collection

and

alarm,

modulation

can

lay

a

good

foundation

for

the

quality

of

industrial

and

agricultural

products.Keywords：MCU;

wireless;

temperature

acquisition;

alarm基于單片機的無線溫度采集報警系統(tǒng)1引言在現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展很迅速的情況下，溫度依然在其中發(fā)揮著重要作用。由于有些情況下工作人員會處于很糟糕的生產(chǎn)環(huán)境中，他們不能一直停在現(xiàn)場檢查出現(xiàn)了什么狀況，而且有線數(shù)據(jù)的傳輸需要許多而且長的通訊線，占了許多空間不說，在操作時會特別麻煩，很容易出現(xiàn)一系列錯誤。就因為這樣，無線溫度的采集就應(yīng)運而生。在我們的生活中，無線溫度采集系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，環(huán)境監(jiān)測等不少領(lǐng)域中了。所以，本次設(shè)計就需要硬件和軟件上的密切配合，讓此次課題有意義。1.1研究的背景與意義伴隨社會的進步和生產(chǎn)的需要，無線通信已經(jīng)慢慢進入了生活，并很快贏得了非常大的應(yīng)用作用。工作人員在工業(yè)生產(chǎn)時，一直在很差的環(huán)境下會引發(fā)一系列身體問題，所以將傳感器先裝在指定位置后，讓機器先行采集數(shù)據(jù)，再將數(shù)據(jù)傳到環(huán)境比較好的室內(nèi)，這種情況下要解決傳輸問題。一般機房或者工作室都離數(shù)據(jù)點有一定的距離，這時候就需要非常長的數(shù)據(jù)線進行有線數(shù)據(jù)傳輸，但是這樣會遇到別的問題，那就是材料使用率不高，浪費太多空間，這種情況就一定要使用無線傳輸?shù)耐緩絹聿杉瘮?shù)據(jù)，也因此非常方便和很大的實用性。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，溫室大棚檢測溫度時，糧倉管理，目標很多都不在一起，占用很多地，目標檢測時很多，還有十分麻煩的傳統(tǒng)方法，就在此時無線通信可以讓許多問題得到解決，例如多點采集數(shù)據(jù)，溫度監(jiān)控和實時調(diào)控就能進行。生活中，很多家中電器使用手機操控，家中溫度濕度就可以用手機查到，溫度濕度就能用手機改變，也要用無線溫度采集系統(tǒng)才能實現(xiàn)。由上面的情況，所以在生產(chǎn)勞動和是日常生活中，無線通信有著方便與實用性。不管由數(shù)據(jù)進行采集預(yù)警，并對相關(guān)溫濕度進行控制，或者是學習生活中的網(wǎng)上聊天，看新聞視頻，與別人打電話與發(fā)短信，都有無線通信的身影。所以，無線通信在學習生活中有巨大作用，由此進行必要的學習研究。1.2國內(nèi)外發(fā)展與研究現(xiàn)狀無線通信發(fā)展到如今，關(guān)于無線通信研究我國和外國都投入許多資金和精力。先開發(fā)的1G，然后開發(fā)到5G，這都是我國和外國共同努力的結(jié)果。由無線通信模塊看，有蜂窩類和非蜂窩類。我們用到的3G、4G通信可以說是蜂窩類，遠距離通信就可以由此進行。Wifi、藍牙、Zigbee等模塊則是剩下的非蜂窩類。就拿單片機來說，現(xiàn)在學的比較多的物聯(lián)網(wǎng)等就是非常適合蜂窩類模塊，對于數(shù)據(jù)傳輸只要非蜂窩類就足夠了。就拿如今非蜂窩類模塊，一般情況下，都在2.4GHz非授權(quán)頻段上，很多個標準無線協(xié)議集中在這個頻段。NRF24L01芯片由Nordic等公司推出之后，由該芯片制作的無線模塊被很多公司使用，到如今，NRF系列的無線通信模塊還是被Nordic持續(xù)推出。與國外無線模塊相比，我國芯片的研究還比較落后，但是一些公司已經(jīng)開發(fā)了自己的無線通信模塊，雖然早期的功耗和傳輸距離都比較差。另一方面，無線模塊在我國的應(yīng)用也確實得到了很大的發(fā)展。無線通信和物聯(lián)網(wǎng)最近很流行。相應(yīng)的無線模塊的使用必將越來越多，對無線模塊的研究也必將越來越多。同時，必將讓國內(nèi)廠商走上越來越自主研發(fā)的道路。綜上所述，本文采用2.4GHz頻段的nRF24L01作為無線傳輸模塊，不僅具有豐富的學習和應(yīng)用資源，而且便于獲取和使用。數(shù)據(jù)由DS18B20發(fā)送到STM32后，由nRF24L01模塊發(fā)送到接收端顯示。最終實現(xiàn)溫度的無線傳輸。1.3主要研究內(nèi)容系統(tǒng)設(shè)計主要采用Nordic公司的nRF24L01射頻芯片，工作在2.4GHz頻段。以STM32F103單片機為主控芯片，實現(xiàn)短距離無線數(shù)據(jù)通信。整個系統(tǒng)主要分為接收端和發(fā)送端兩部分。發(fā)送端主要以STM32F103單片機為核心。利用溫度轉(zhuǎn)換芯片DS18B20實時檢測，接收端接收由無線模塊傳送的數(shù)據(jù)，在單片機的OLED上顯示數(shù)據(jù)，并報警溫度過高或過低。2系統(tǒng)方案分析與選擇論證2.1系統(tǒng)設(shè)計要求根據(jù)系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境，具體技術(shù)要求如下：

a.小尺寸。該系統(tǒng)主要用于短距離無線數(shù)據(jù)通信，需要盡可能地控制系統(tǒng)的規(guī)模。如果它太大，它將占據(jù)無意義的空間。同時，緊湊型的設(shè)計可以在系統(tǒng)的基礎(chǔ)上再加上其他更多的外圍設(shè)備，以便于今后系統(tǒng)的擴展和優(yōu)化。

b.可靠的傳輸。該系統(tǒng)的主要功能是無線通信，不同于傳統(tǒng)的有線通信。當數(shù)據(jù)通過電磁波傳輸時，會出現(xiàn)一些安全問題。因此，為了安全可靠，設(shè)計一個完善的系統(tǒng)是非常重要的。另一方面，空氣中存在著大量的電磁干擾，因此系統(tǒng)需要具備一定的抗干擾能力。

c.低成本。系統(tǒng)功能的實現(xiàn)并不困難，也不需要使用昂貴的組件和模塊，因此我們在滿足系統(tǒng)需求的前提下，盡量節(jié)約成本，使其更具競爭力。2.2主控芯片方案方案一：主控芯片采用傳統(tǒng)的AT89C51系列單片機，不用太多錢，不是特別大，操作容易，工作時需要的能量少。

方案二：主控芯片采用ST公司生產(chǎn)的STM32F103單片機。芯片主頻達到72MHZ，能夠在8個定時器和計數(shù)器當中選。它功能多用，處理速度迅速，數(shù)據(jù)接口多，性價比高。它對單片機的發(fā)展起著重要的作用。

為了讓本次的數(shù)據(jù)更加準確，在實驗過程中更加穩(wěn)定，方案二的芯片更加適合本次實驗2.3無線通信模塊方案方案一：通信采用GSM模塊。手機卡是該模塊要求的，傳輸信息也要使用移動衛(wèi)星或基站。雖然可以來回傳送許多的數(shù)據(jù)內(nèi)容，傳輸距離也很長，可它需要有SIM卡。通信過程不僅成本高，而且軟硬件設(shè)計復雜。

方案二：通信采用藍牙模塊，它主要采用串行口進行數(shù)據(jù)傳輸，而串行口相對容易被其他設(shè)備連接，容易干擾數(shù)據(jù)。

方案三：通信采用nRF24L01射頻模塊，工作時需要的能量低，價格低。同時采用SPI總線通訊方式，操作簡單。

將以上對比，選第三個。2.4溫度傳感方案方案一：采用美國ANALOGDEVICES公司的AD590。它有準確、低廉、線性度好等特點，廣泛應(yīng)用于各種溫度控制場合。但輔助測試還需要其他元件，電路設(shè)計也有點麻煩。

方案二：采用美國公司生產(chǎn)的DS18B20可聯(lián)網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片。該模塊結(jié)構(gòu)緊湊、性價比高、很容易就能連接硬件、實用性強，單線總線方式被它使用，以至于它傳送數(shù)據(jù)內(nèi)容變得容易。

在電路設(shè)計中，若采用DS18B20，相關(guān)硬件電路設(shè)計簡單，編程容易，而AD590則要有別的輔助電路，電路復雜，編程不容易。而想到本次設(shè)計的溫度指標，方案二的DS18B20可以基本達到需求，因此選它2.5顯示模塊方案方案一：采用LCD1602顯示信息，LCD1602通過總線方式傳輸數(shù)據(jù)?？刂坪唵?，但顯示內(nèi)容相對單一。

方案二：采用LED七段式數(shù)碼顯示管控制。一個數(shù)字顯示管需要連接多個管腳。同時，它占用了主板的空間，顯示內(nèi)容簡單。

方案三：采用OLED顯示，顯示模塊體積小，價格便宜，顯示精度高，可以翻頁顯示更多內(nèi)容。

考慮到本次畢業(yè)設(shè)計的要求，需要展示的內(nèi)容較多，對顯示速度和精度要求較高，所以采用方案三。3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計系統(tǒng)包括主機和從機，主機擁有無線發(fā)送模塊，無線接收模塊，顯示模塊和報警模塊；從機擁有溫度采集模塊，無線發(fā)送模塊，無線接收模塊和顯示模塊，具體系統(tǒng)框圖如3-1,3-2所示；圖3-1系統(tǒng)主機框圖圖3-2系統(tǒng)從機框圖由上面的框圖能知道，DS18B20在從機采集溫度數(shù)據(jù)時發(fā)揮著主要角色。顯示在OLED上后，通過nRF24L01無線傳輸模塊傳輸數(shù)據(jù)。主機接收到從機發(fā)送的數(shù)據(jù)后，在OLED上顯示數(shù)據(jù)，這樣可以判斷報警模塊在不在運行。

接下來，詳細介紹了系統(tǒng)的各個模塊。3.1主控芯片最小系統(tǒng)引腳我們以STM32F103系列單片機作為控制核心，它的優(yōu)勝在于它的性價比高、功耗低、處理速度快、功能強大，主頻達72MHz的同時，也能夠在8個定時器、計數(shù)器中選擇。nRF24L01模塊是本系統(tǒng)的主要配置，選擇發(fā)送的數(shù)據(jù)的時候，對已經(jīng)收到的數(shù)據(jù)進行校驗和解碼，并將發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)和其他有效信息控制顯示在OLED顯示屏。最小系統(tǒng)板引腳設(shè)計如下圖所示：圖3-3單片機引腳圖3.2無線收發(fā)模塊SPI是串行外設(shè)接口（SerialPeripheralinterface）的縮寫。它應(yīng)用在EEPROM，F(xiàn)LASH，實時時鐘，A/D轉(zhuǎn)換器，還有數(shù)字信號處理器和數(shù)字信號解碼器之間。SPI有高速，全雙工，同步的性能，與它連接的芯片管腳不用大量，因為它只占用四根線，在PCB的布局上，占空也不太多，比較便利。就是這簡易而且方便使用的特性，如今通信協(xié)議一日比一日多的集成在芯片上，SPI接口也有許多在STM32上。構(gòu)成該模塊的nRF24L01是由Nordic公司生產(chǎn)，SPI通信被它采用，點對點或是1對6的無線通信它都可以實現(xiàn)，2Mbps是它無線通信時能達到的高峰。工作時需要的能量少，傳輸迅捷，不易被干擾，系統(tǒng)花費不多，近距離通信很好。這些是藍牙通信不能達到的。2.4GHZ是nRF24L01無線模塊工作頻段，該模塊的工作方式主要有4種，由此進行節(jié)能設(shè)計在一定程度下更便利。而工作方式的選擇一般靠對幾個寄存器的改變來實現(xiàn)。在實際應(yīng)用中，需要對模塊內(nèi)部參數(shù)進行配置后，才能正常工作，使其無線收發(fā)。nRF24L01的具體硬件連接圖如圖3-4所示。實物模塊如下圖3-5所示。對于nRF24L01模塊，其中2個引腳是電源輸入；3個引腳是為了模塊與單片機之間進行SPI通信，而另外三個引腳則是對模塊進行相關(guān)配置需要的輸入口。在軟件設(shè)計時，需要對這些引腳進行初始化，使單片機使能引腳，再對相關(guān)函數(shù)進行初始化。圖3-4nRF24L01引腳圖圖3-5nRF24L01實物圖3.3顯示模塊有機發(fā)光二極管（OrganicLight-EmittingDiode,OLED），又稱為有機電激光顯示（OrganicElectroluminesenceDisplay）。黑暗下也可以能亮，不需從背后照亮、高反差、不太厚、視野廣闊、迅速響應(yīng)、可用于撓曲性面板、多種溫度選擇、構(gòu)造和工藝容易等是OLED的極好的特性。OLED是不需從背后照亮的，而LCD是要的，因為OLED是在黑暗也可以亮的。如果要顯示的數(shù)據(jù)相統(tǒng)一，OLED效果會更好一些。OLED有著不同種類的尺寸大小，同時具有多種外接引腳方式，這樣一來，就存在多種數(shù)據(jù)傳輸方式，例如8080總線與4線SPI接口方式。另外，OLED并不需要高壓，直接接3.3V就可以工作了。OLED具體硬件連接如下圖所示：圖3-6OLED模塊硬件連接圖3.4溫度采集模塊數(shù)字測溫芯片DS18B20是由美國DALLAS公司推出。它是一種“一線總線”接口的溫度傳感器，它抗干擾能力比較強。與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它體積小巧、簡潔經(jīng)濟，可以使用外接連接線使其在不同環(huán)境位置下工作，大大提高實用性。同時它還可以使用相當寬的電壓范圍，只用一根總線進行數(shù)據(jù)傳輸也使其與單片機之間的接口簡單，硬件設(shè)計方便。另外它測溫范圍廣，從零下55攝氏度到125攝氏度均可，精度可達到0.5℃，在組建數(shù)字溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)方面具有十分重要的地位。與單片機連接組成系統(tǒng)時，它能直接讀出被測溫度，并且直接將數(shù)據(jù)傳輸給單片機處理。具體傳感器引腳如下圖所示:圖3-7DS18B20引腳圖DS18B20具有多種封裝方式，在本系統(tǒng)電路設(shè)計中，使用的是上圖的左側(cè)封裝，因此只需要連接三個引腳即可。其中，GND引腳連接電源地，VDD引腳連接外接供電電源輸入端，DQ引腳則是溫度數(shù)據(jù)輸出口，連接到單片機I/O口,傳輸檢測到的原始溫度數(shù)據(jù)。通過該模塊測量目標地點的溫度后，將數(shù)據(jù)送到從機中，然后從機將數(shù)據(jù)處理后在OLED上顯示，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到接收端。具體硬件連接如下圖所示：圖3-8DS18B20硬件連接圖3.5報警模塊為了保證該系統(tǒng)具有一定的警示功能，本設(shè)計采用了電式蜂鳴器作為聲音報警部分，體積小，方便安裝。當檢測到溫度不在預(yù)定范圍內(nèi)時，蜂鳴器就會正常工作，發(fā)出聲音。蜂鳴器作為發(fā)聲元件，主要的類型可以分為有源蜂鳴器和無源蜂鳴器。無源蜂鳴器需要在兩端施加直流電壓就可以發(fā)出聲音，而有源蜂鳴器則需要在兩端施加具有一定周期的電壓，例如正弦波或方波才可發(fā)出聲音。根據(jù)不同的用戶需求，需要選擇不同的蜂鳴器種類，具體根據(jù)設(shè)計決定。本設(shè)計采用的是有源蜂鳴器，只需要通過一個三極管來驅(qū)動即可使蜂鳴器正產(chǎn)工作。具體報警電路圖如下圖所示：圖3-9報警電路圖3.6電源模塊電源電路提供系統(tǒng)所需電壓如3.3V和5V。通過外接電源，接入大于5V的電壓，這5V電源主要給顯示屏供電，然后通過LM7805芯片將電壓穩(wěn)到5V，之后再使用LM1117芯片將電壓穩(wěn)到3.3V從而達到本設(shè)計的要求電源。其中的POWER為3.7V，因為此電路不需要太高電壓，與充電寶類似就行，而它的標準電壓為3.7V。對于本系統(tǒng)來說，STM32只需要3.3v的電壓就夠了。具體硬件連接如下圖所示：圖3-10電源模塊硬件連接圖由上得到的總體的原理電路圖如3-11圖3-11原理圖4軟件部分設(shè)計與實現(xiàn)4.1Keil軟件介紹本系統(tǒng)中的軟件設(shè)計基本上都是通過KeilμVision5來編程實現(xiàn)的。Keil是一款功能強大的C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，同時Keil與多個單片機公司之間具有合作關(guān)系，所以可以直接通過軟件自帶的內(nèi)容來構(gòu)建相應(yīng)單片機的環(huán)境。與此同時，Keil在使用過程中簡單方便，多處具有人性化設(shè)計，可以適應(yīng)不同人的編程習慣。在軟件設(shè)計過程中，該軟件也可以自由導出導入相關(guān)的庫文件，運行過程中也可以通過設(shè)計節(jié)點來探尋出現(xiàn)問題的地方。Keil還包含兩個ARM公司的C/C++編譯器、匯編器和連接器，同時高度優(yōu)化的運行庫能優(yōu)化代碼大小和性能。軟件包能夠隨時被導入到MDK或DS-MDK中，使相關(guān)的設(shè)備能不需要通過工具鏈來獲得技術(shù)支持，它們包括設(shè)備支持、CMSIS庫、中間設(shè)備、板級支持、代碼模板和示例項目。4.2系統(tǒng)總體程序流程設(shè)計對于系統(tǒng)的總體設(shè)計，是對于無線通信的一個簡要流程，主要是要做到主機與從機之間的有效連接以及對數(shù)據(jù)的處理與顯示。首先是從機部分的溫度采集，當數(shù)據(jù)進行處理后在OLED上顯示，再傳到主機中，當主機收到后，進行處理后在OLED顯示屏中顯示溫度數(shù)據(jù)等內(nèi)容。其中，關(guān)鍵點在于數(shù)據(jù)傳輸過程中的誤碼亂碼以及編碼解碼，這就需要做好主從機之間的通信協(xié)議。具體流程圖如圖4-1所示。圖4-1系統(tǒng)總體流程框圖4.3系統(tǒng)主機程序流程設(shè)計對于系統(tǒng)的主機程序流程，主要是對于數(shù)據(jù)的接收與處理。首先是對單片機進行初始化后，再對無線通信模塊與OLED顯示屏初始化，然后設(shè)置無線模塊為接收模式，使主機能與從機配對，讓主機能夠接受到從機發(fā)送的數(shù)據(jù)，最后將數(shù)據(jù)處理后顯示到OLED顯示屏上并判斷是否觸發(fā)報警模式。具體流程如下圖所示：圖4-2系統(tǒng)主機流程框圖4.4系統(tǒng)從機程序流程設(shè)計對于系統(tǒng)的從機程序設(shè)計，主要是對于溫度數(shù)據(jù)的處理與發(fā)送。總體思路與主機程序類似，首先對于單片機與OLED顯示屏還有DS18B20溫度傳感器進行初始化，將無線模塊設(shè)置為發(fā)送模式，之后由單片機讀取溫度數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后顯示在OLED上并通過nRF24L01無線傳輸模塊發(fā)送出去。具體流程圖如下圖所示：圖4-3系統(tǒng)從機流程框圖4.5無線模塊軟件流程設(shè)計對于nRF24L01無線模塊，并不像串口那樣通信簡單，對于其內(nèi)部的寄存器需要配置好，才能實現(xiàn)具體的功能，不然只會出錯。當發(fā)送數(shù)據(jù)時，首先需要將模塊設(shè)置為發(fā)送模式，即配置TX_Mode，然后將接收處的地址與需要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入緩沖區(qū)，之后將CE置為高后，就將數(shù)據(jù)包發(fā)出，此時發(fā)送端會進入接收模式，如果接收到應(yīng)答信號，則此次發(fā)送數(shù)據(jù)成功，同時模塊就會進入空閑模式，直到下次需要發(fā)送數(shù)據(jù)。否則會自動進行重發(fā)，直至達到最大重發(fā)次數(shù)，產(chǎn)生中斷，通知單片機。具體流程如下圖4-4所示。接收數(shù)據(jù)時，首先還是需要將模塊配置為接收模式，即配置RX_Mode，此時就設(shè)置好了接收端的地址。然后等待數(shù)據(jù)的到來，此時就是類似于空閑模式，而當收到數(shù)據(jù)包后，首先會對相關(guān)的地址數(shù)據(jù)進行解析，只有當?shù)刂菲ヅ鋾r，才會將之后的數(shù)據(jù)包存入緩存區(qū)中，同時轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)送模式，回傳應(yīng)答信號。這樣就完成了一次數(shù)據(jù)包的正常通信。具體流程如下圖4-5所示。圖4-4無線模塊發(fā)送流程圖圖4-5無線模塊接收流程圖4.6溫度檢測程序流程設(shè)計溫度檢測模塊軟件設(shè)計DS18B20的測溫原理遵循嚴格的單總線協(xié)議，需要采用嚴格的信號時序，以保證數(shù)據(jù)的完整性。DS18B20一般有6種信號類型。單片機讀取模塊溫度的過程一般為：復位，發(fā)SKIPROM信號，發(fā)開始轉(zhuǎn)換命令，延時，再復位，再發(fā)SKIPROM信號，發(fā)讀存儲器命令，連續(xù)讀出兩個字節(jié)數(shù)據(jù)，最后結(jié)束。如此反復，完成所有操作，在實際程序設(shè)計中，一般先通過軟件來檢測溫度模塊是否存在，只有模塊存在的條件才能進行下一步操作，之后就會上述步驟來讀取溫度數(shù)據(jù)，而在主程序中只要將函數(shù)的返回值設(shè)定為溫度值就可以只用一個整合后的函數(shù)來讀取溫度。具體流程設(shè)計如下：圖4-6檢測流程圖4.7顯示模塊流程設(shè)計顯示模塊雖然采用的是SPI接口方式，但是若想達到顯示正確數(shù)據(jù)的目標，需要的操作并不難。首先需要對其余單片機相連的I/O口進行初始化，然后對模塊進行初始化，最后只要通過函數(shù)將相關(guān)內(nèi)容顯示到模塊上即可。在顯示函數(shù)上，由于顯示屏主要是由一個個點陣構(gòu)成的，所以想要顯示的內(nèi)容都是由點亮相關(guān)點實現(xiàn)的。具體流程如下圖所示：圖4-7OLED顯示流程圖5軟件調(diào)試與結(jié)果1.本文論文選的是Proteus來進行仿真，因為它的性能好，操作也方便。它的原始頁面如下。圖5-1Proteus原始頁面2.在Protues中找到相應(yīng)的元器件，再用線連接起來。由于Protues中沒OLED，所以用LED代替，而且無線模塊難以仿真，就沒加這一方面的仿真，此時的頁面如下。圖5-2連接圖3.系統(tǒng)運行時，顯示屏會顯示數(shù)據(jù)，有的數(shù)據(jù)會隨按鍵的閉合發(fā)生改變，蜂鳴器在溫度不在數(shù)據(jù)區(qū)間中的情況下報警，具體的圖如下。圖5-3仿真圖（1）系統(tǒng)運行正常時，顯示屏上會顯示我的學號，溫度值，還有它的溫度范圍。具體如下圖。圖5-4結(jié)構(gòu)圖（2）系統(tǒng)運行時，溫度超過或低于我所設(shè)定的預(yù)定上下限的值，蜂鳴器會產(chǎn)生尖銳的鳴叫。圖5-5結(jié)構(gòu)圖 6結(jié)論溫度是工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)離不開的物理量，它也是不斷變化的，有的很高，有的很低，導致人們要控制溫度。無線溫度采集報警一直是單片機甚至是日常生產(chǎn)生活中十分常見的領(lǐng)域，除了在生活中人們十分常用以外，生產(chǎn)中也是逐漸融入無線通信的內(nèi)容。本系統(tǒng)設(shè)計的基于單片機的無線通信系統(tǒng)就是一個典型例子。本系統(tǒng)主要是采用了溫度這一物理量來作為傳輸數(shù)據(jù)，是因為溫度無處不在，無論是在日常生活或者是在工業(yè)生產(chǎn)上，都起著至關(guān)重要的作用，同時溫度也是比較容易獲取的物理量，而本系統(tǒng)的主要實現(xiàn)功能還是數(shù)據(jù)的無線通信，由此也產(chǎn)生過許多麻煩，所幸還是全部解決了。本次設(shè)計主要是將采集過的數(shù)據(jù)進行處理傳輸，主要是設(shè)定一定的上下限值，如40度和15度等，如果不在限定值間，就會進行顯示報警。本系統(tǒng)優(yōu)點顯著，不僅不需要許多數(shù)據(jù)線，也可以將人們從糟糕的生產(chǎn)環(huán)境中解放出來，成本不需要太高，維護是費用也低。但是它缺點也有，就是傳輸數(shù)據(jù)的速度可能會慢，還有它傳輸?shù)木嚯x不夠長。對于傳輸速度慢這種情況，可以去除周圍一些干擾信號的物品，或者加強它的信號強度；對于傳輸距離不夠，可以運用無線室外橋接來增加。通過這次的學習與設(shè)計，學到了許多東西，例如對于溫度傳感器的應(yīng)用，無線傳輸模塊的使用以及無線傳輸數(shù)據(jù)出現(xiàn)問題時應(yīng)該如何解決等，這些對于理論知識來說是完全不夠的，是需要不斷具體的實踐與應(yīng)用的，再次印證了只有實踐才能出真理。與此同時，本系統(tǒng)設(shè)計也還具有一些不盡人意的地方，需要不斷改進。參考文獻[1]冉偉剛.溫室大棚數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[D].蘭州大學,2010..[2]孫永堅.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能家居遠程監(jiān)控系統(tǒng)研究與設(shè)計[D].吉林大學,2014.[3]鄭磊.基于GPS的精確農(nóng)業(yè)自動變量施肥控制系統(tǒng)的研究[D].吉林大學,2009.[4]邢艷芳,張延冬.基于Zynq的OLED驅(qū)動設(shè)計[J].液晶與顯示,2014,29(02):224-228.[5]劉志平,趙國良.基于nRF24L01的近距離無線數(shù)據(jù)傳輸[J].應(yīng)用科技,2008(03):55-58.[6]戴鑫.網(wǎng)絡(luò)移動機器人遠程監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計[D].貴州大學,2009.[7]張杰.基于MC9328MXL處理器的CMMB移動電視信號接收系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].東北大學,2009.[8]薛丹,王天成,丑遠婷,曹蓓.基于STM32的激光位置提取及控制裝置研究[J].工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新,2015,02(01):43-46.[9]陳智.基于CMMB標準的移動多媒體廣播接收與播放系統(tǒng)開發(fā)[D].廈門大學,2008.[10]馬傳文.基于DSP的新一代漁業(yè)基站電臺的設(shè)計與實現(xiàn)[D].西安電子科技大學,2011.[11]Y.WangandZ.Chi,"SystemofWirelessTemperatureandHumidityMonitoringBasedonArduinoUnoPlatform,"2016SixthInternationalConferenceonInstrumentation&Measurement,Computer,CommunicationandControl(IMCCC),Harbin,2016,pp.770-773.[12]SunHaoandChiZongtao,"Designoftheenvironmentaltemperatureandhumiditywirelessmonitoringsystem,"201512thIEEEInternationalConferenceonElectronicMeasurement&Instruments(ICEMI),Qingdao,2015,pp.1652-1657.

電腦不啟動故障診治了解電腦啟動的過程在諸多電腦故障中，無法正常啟動是最令用戶頭痛的事了。筆者長期從事維護電腦的工作，在這個方面積累了一些經(jīng)驗，現(xiàn)在就將這些經(jīng)驗整理歸納出來與朋友們分享。本文將以家用電腦和windows98操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)，介紹電腦無法正常啟動故障的診治。要想準確地診斷電腦不啟動故障，首先要了解的起動過程，當我們按下電源開關(guān)時，電源就開始向主板和其它設(shè)備供電，此時電壓還沒有完全穩(wěn)定，主板控制芯片組會根據(jù)CMOS中的CPU主頻設(shè)置向CPU發(fā)出一個Reset(重置)信號，讓CPU初始化，電壓完全穩(wěn)定后，芯片組會撤去Reset信號，CPU馬上從地址FFFF0H處執(zhí)行一條跳轉(zhuǎn)指令，跳到系統(tǒng)BIOS中真正的啟動代碼處。系統(tǒng)BIOS首先要做的事情就是進行POST(PowerOnSelfTest，加電自檢)。POST的主要任務(wù)是檢測系統(tǒng)中的一些關(guān)鍵設(shè)備(電源、CPU芯片、BIOS芯片、定時器芯片、數(shù)據(jù)收發(fā)邏輯電路、DMA控制器、中斷控制器以及基本的64K內(nèi)存和內(nèi)存刷新電路等)是否存在和能否正常工作，如內(nèi)存和顯卡等。自檢通過后，系統(tǒng)BIOS將查找顯示卡的BIOS，由顯卡BIOS來完成顯示卡的初始化，顯示器開始有顯示，自此，系統(tǒng)就具備了最基本的運行條件，可以對主板上的其它部分進行診斷和測試，再發(fā)現(xiàn)故障時，屏幕上會有提示，但一般不死機，接著系統(tǒng)BIOS將檢測CPU的類型和工作頻率，然后開始測試主機所有的內(nèi)存容量，內(nèi)存測試通過之后，系統(tǒng)BIOS將開始檢測系統(tǒng)中安裝的一些標準硬件設(shè)備，這些設(shè)備包括：硬盤、CD－ROM、軟驅(qū)、串行接口和并行接口等連接的設(shè)備，大多數(shù)新版本的系統(tǒng)BIOS在這一過程中還要自動檢測和設(shè)置內(nèi)存的相關(guān)參數(shù)、硬盤參數(shù)和訪問模式等。標準設(shè)備檢測完畢后，系統(tǒng)BIOS內(nèi)部的支持即插即用的代碼將開始檢測和配置系統(tǒng)中已安裝的即插即用設(shè)備。每找到一個設(shè)備之后，系統(tǒng)BIOS都會在屏幕上顯示出設(shè)備的名稱和型號等信息，同時為該設(shè)備分配中斷、DMA通道和I/O端口等資源。最后系統(tǒng)BIOS將更新ESCD(ExtendedSystemConfigurationData，擴展系統(tǒng)配置數(shù)據(jù))。ESCD數(shù)據(jù)更新完畢后，系統(tǒng)BIOS的啟動代碼將進行它的最后一項工作，即根據(jù)用戶指定的啟動順序從軟盤、硬盤或光驅(qū)啟動。以從C盤啟動為例，系統(tǒng)BIOS將讀取并執(zhí)行硬盤上的主引導記錄，主引導記錄接著從分區(qū)表中找到第一個活動分區(qū)，然后讀取并執(zhí)行這個活動分區(qū)的分區(qū)引導記錄，而分區(qū)引導記錄將負責讀取并執(zhí)行IO.SYS，這是Windows最基本的系統(tǒng)文件。IO.SYS首先要初始化一些重要的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，然后就顯示出我們熟悉的藍天白云，在這幅畫面之下，Windows將繼續(xù)進行DOS部分和GUI(圖形用戶界面)部分的引導和初始化工作，一切順利結(jié)束，電腦正常啟動。根據(jù)故障現(xiàn)象診治了解電腦啟動的過程，故障就好判斷了，下面我們就根據(jù)故障現(xiàn)象開始診治了：現(xiàn)象一：系統(tǒng)完全不能啟動，見不到電源指示燈亮，也聽不到冷卻風扇的聲音。這時，基本可以認定是電源部分故障，檢查：電源線和插座是否有電、主板電源插頭是否連好，UPS是否正常供電，再確認電源是否有故障，最簡單的就是替換法，但一般用戶家中不可能備有電源等備件，這時可以嘗試使用下面的方法（注意：要慎重）：先把硬盤，CPU風扇，或者CDROM連好，然后把ATX主板電源插頭用一根導線連接兩個插腳（把插頭的一側(cè)突起對著自己，上層插腳從左數(shù)第4個和下層插腳從右數(shù)第3個，方向一定要正確），然后把ATX電源的開關(guān)打開，如果電源風扇轉(zhuǎn)動，說明電源正常，否則電源損壞。如果電源沒問題直接短接主板上電源開關(guān)的跳線，如果正常，說明機箱面板的電源開關(guān)損壞。現(xiàn)象二：電源批示燈亮，風扇轉(zhuǎn)，但沒有明顯的系統(tǒng)動作。這種情況如果出現(xiàn)在新組裝電腦上應(yīng)該首先檢查CPU是否插牢或更換CPU，而正在使用的電腦的CPU損壞的情況比較少見（人為損壞除外），損壞時一般多帶有焦糊味，如果剛剛升級了BIOS或者遭遇了CIH病毒攻擊，這要考慮BIOS損壞問題（BIOS莫名其妙的損壞也是有的），修復BIOS的方法很多雜志都介紹過就不重復了；確認CPU和BIOS沒問題后，就要考慮CMOS設(shè)置問題，如果CPU主頻設(shè)置不正確也會出現(xiàn)這種故障，解決方法就是將CMOS信息清除，既要將CMOS放電，一般主板上都有一個CMOS放電的跳線，如果找不到這個跳線可以將CMOS電池取下來，放電時間不要低于5分鐘，然后將跳線恢復原狀或重新安裝好電池即可；如果CPU、BIOS和CMOS都沒問題還要考慮電源問題：PC機電源有一個特殊的輸出信號，稱為POWERGOOD（PG）信號，如果PG信號的低電平持續(xù)時間不夠或沒有低電平時間，PC機將無法啟動。如果PG信號一直為低電平，則PC機系統(tǒng)始終處于復位狀態(tài)。這時PC機也出現(xiàn)黑屏、無聲響等死機現(xiàn)象。但這需要專業(yè)的維修工具外加一些維修經(jīng)驗，因此，建議采用替換法；電源沒有問題就要檢查是否有短路，確保主板表面不和金屬（特別是機箱的安裝固定點）接觸。把主板和電源拿出機箱，放在絕緣體表面，如果能啟動，說明主板有短路現(xiàn)象；如果還是不能啟動則要考慮主板問題，主板故障較為復雜，可以使用替換法確認，然后更換主板?，F(xiàn)象三：電源指示燈亮，系統(tǒng)能啟動，但系統(tǒng)在初始化時停住了，而且可以聽到嗽叭的鳴叫聲（沒有視頻）：根據(jù)峰鳴代碼可以判斷出故障的部位。ccid_page/AwardBIOS1短聲：說明系統(tǒng)正常啟動。表明機器沒有問題。2短聲：說明CMOS設(shè)置錯誤，重新設(shè)置不正確選項。1長1短：說明內(nèi)存或主板出錯，換一個內(nèi)存條試試。1長2短：說明顯示器或顯示卡存在錯誤。檢查顯卡和顯示器插頭等部位是否接觸良好或用替換法確定顯卡和顯示器是否損壞。1長3短：說明鍵盤控制器錯誤，應(yīng)檢查主板。1長9短：說明主板FlashRAM、EPROM錯誤或BIOS損壞，更換FlashRAM。重復短響：說明主板電源有問題。不間斷的長聲：說明系統(tǒng)檢測到內(nèi)存條有問題，重新安裝內(nèi)存條或更換新內(nèi)存條重試。AMIBIOS1短：說明內(nèi)存刷新失敗。更換內(nèi)存條。2短：說明內(nèi)存ECC較驗錯誤。在CMOS中將內(nèi)存ECC校驗的選項設(shè)為Disabled或更換內(nèi)存。3短：說明系統(tǒng)基本內(nèi)存檢查失敗。換內(nèi)存。4短：說明系統(tǒng)時鐘出錯。更換芯片或CMOS電池。5短：說明CPU出現(xiàn)錯誤。檢查CPU是否插好。6短：說明鍵盤控制器錯誤。應(yīng)檢查主板。7短：說明系統(tǒng)實模式錯誤，不能切換到保護模式。8短：說明顯示內(nèi)存錯誤。顯示內(nèi)存有問題，更換顯卡試試。9短：說明BIOS芯片檢驗和錯誤。1長3短：說明內(nèi)存錯誤。內(nèi)存損壞，更換。1長8短：說明顯示測試錯誤。顯示器數(shù)據(jù)線沒插好或顯示卡沒插牢。現(xiàn)象四：系統(tǒng)能啟動，有視頻，出現(xiàn)故障提示，這時可以根據(jù)提示來判斷故障部位。下面就是一些常見的故障提示的判斷：一、提示“CMOSBatteryStateLow”原因：CMOS參數(shù)丟失，有時可以啟動，使用一段時間后死機，這種現(xiàn)象大多是CMOS供電不足引起的。對于不同的CMOS供電方式，采取不同的措施：1.焊接式電池：用電烙鐵重新焊上一顆新電池即可；2.鈕扣式電池：直接更換；3.芯片式：更換此芯片，最好采用相同型號芯片替換。如果更換電池后時間不長又出現(xiàn)同樣現(xiàn)象的話，很可能是主板漏電，可檢查主板上的二極管或電容是否損壞，也可以跳線使用外接電池，不過這些都需要有一定的硬件維修基礎(chǔ)才能完成。二、提示“CMOSChecksumFailure”CMOS中的BIOS檢驗和讀出錯；提示“CMOSSystemOptionNotSet”，CMOS系統(tǒng)未設(shè)置；提示“CMOSDisplayTypeMismatch”，CMOS中顯示類型的設(shè)置與實測不一致；提示“CMOSMemorySizeMismatch”，主板上的主存儲器與CMOS中設(shè)置的不一樣；提示“CMOSTime&DateNotSet”，CMOS中的時間和日期沒有設(shè)置。這些都需要對CMOS重新設(shè)置。三、提示“KeyboardInterfaceError”后死機原因：主板上鍵盤接口不能使用，拔下鍵盤，重新插入后又能正常啟動系統(tǒng)，使用一段時間后鍵盤無反應(yīng)，這種現(xiàn)象主要是多次拔插鍵盤引起主板鍵盤接口松動，拆下主板用電烙鐵重新焊接好即可；也可能是帶電拔插鍵盤，引起主板上一個保險電阻斷了（在主板上標記為Fn的東西），換上一個1歐姆／0.5瓦的電阻即可。四、自檢過程中斷在xxxKCache處這表示主板上Cache損壞，可以在CMOS設(shè)置中將“ExternalCache”項設(shè)為“Disable”故障即可排除。同理，在自檢主板部件時出現(xiàn)中斷，則可以認為該部件損壞，解決方法一般可以在CMOS中將其屏蔽，如果不能屏蔽該部件最好更換主板。五、提示“FDDControllerFailure”BIOS不能與軟盤驅(qū)動器交換信息；提示“HDDControllerFailure”，BIOS不能與硬盤驅(qū)動器交換信息。應(yīng)檢查FDD（HDD）控制卡及電纜。六、提示“8042GateA20Error”8042芯片壞；提示“DMAError”，DMA控制器壞。這種故障需要更換。七、提示“DisplaySwitchNotProper”主板上的顯示模式跳線設(shè)置錯誤，重新跳線。八、提示“KeyboardisLock...Unlockit”鍵盤被鎖住，打開鎖后重新引導系統(tǒng)。九、IDE接口設(shè)備檢測信息為：“DetectingPrimary（或Secondary）Master（或Slave）...None”表示該IDE接口都沒有找到硬盤，如果該IDE口確實接有硬盤的話，則說明硬盤沒接上或硬盤有故障，可以從以下幾方面檢查：1、硬盤電源線和數(shù)據(jù)線是否接觸不良，或換一根線試試；2、CMOS設(shè)置有無錯誤，進入CMOS將“PrimaryMaster”、“PrimarySlave”、“SecondaryMaster”三項的的“TYPE”都設(shè)置成“Auto”；3、替換法確認硬盤本身有故障。十、IDE接口設(shè)備檢測信息下面顯示“Floppydisk(s)fail(40)”出錯信息表示CMOS所指定的軟盤驅(qū)動器有問題。判斷和解決的方法與硬盤相似?，F(xiàn)象五：系統(tǒng)不能引導。這種故障一般都不是嚴重問題，只是系統(tǒng)在找到的用于引導的驅(qū)動器中找不到引導文件，比如：BIOS的引導驅(qū)動器設(shè)置中將軟驅(qū)排在了硬盤驅(qū)動的前面，而軟驅(qū)中又放有沒有引導系統(tǒng)的軟盤或者BIOS的引導驅(qū)動器設(shè)置中將光驅(qū)排在了硬盤驅(qū)動的前面，而光驅(qū)中又放有沒有引導系統(tǒng)的光盤，這個都很簡單，將光盤或軟盤取出就可以了，實際應(yīng)用中遇到“DiskBootFailure，InsertSystemDiskAndPressEnter”的提示，多數(shù)都是這個原因。如果是硬盤不能引導的話一般有兩種情況：一種是硬盤數(shù)據(jù)線沒有插好，另一種就是硬盤數(shù)據(jù)損壞。前者一般多會出現(xiàn)硬盤容量檢測不正確和引導時出現(xiàn)死機的現(xiàn)象；后者則是干脆找不到引導文件或提示文件損壞。前者只需重新連接好數(shù)據(jù)線即可；后者則需要用win98的啟動軟盤或啟動光盤啟動，根據(jù)實際情況來定：一、提示“Invalidpartitiontable”或“NotFoundany[activepartition]inHDDDiskBootFailure，InsertSystemDiskAndPressEnter”，這說明找不到硬盤活動分區(qū)，需要對硬盤重新分區(qū)。二、提示“Missoperationsyste”，說明硬盤活動分區(qū)需要重新格式化（formatc:/s）。三、提示“InvalidsystemdiskReplacethedisk，andthenpressanykey”或顯示“StartingWindows98…”時出現(xiàn)死機，說明硬盤上的系統(tǒng)文件丟失了或損壞，使用“sysc:”，命令傳遞系統(tǒng)文件給c盤，再將C拷貝給c盤?，F(xiàn)象六：硬盤可以引導，但Windows不能正常啟動，也不能進入安全模式。這種情況表明Windows98出現(xiàn)了嚴重的錯誤，首先，用殺毒軟件查殺病毒，看是不是病毒造成的，如果沒有發(fā)現(xiàn)病毒可以用以下方法試一試。一、直接將接口卡與各個外設(shè)都撥去，再插回去，并調(diào)整接口卡上的設(shè)置（如果可以的話）來檢查是否是硬件沖突造成，開機看看是否可正常進入Windows。二、檢查CMOS中的設(shè)置是否有不正確的地方，若不清楚，可選擇LoadBiosDefault項目，然后重開機，開機看是否可正常進入Windows。三、在啟動時按下F8鍵，一般會出現(xiàn)6個選項（如果安裝了DOS6.22則出現(xiàn)7個選項）選擇第4項“step－by－stepconfirmation”進入單步運行方式，按照出現(xiàn)死機的命令選擇處理方法：1、執(zhí)行“Processthesystemregistry”計算機就死機，說明是注冊表故障，那么可以重新啟動按F8鍵，選第4項后，只在Device=c:\windows\himem.sys這一項上按“Y”，其余的按“N”后，在DOS提示符下輸入Scanreg／fix修復注冊表或者是scanreg／restore恢復到以前系統(tǒng)自動備份的注冊表后，再重新啟動即可。2、在出現(xiàn)“Createastartuplogfile(BOOTTLOG.TXT)[Enter=Y，Esc=N]”時，選擇Y建