畢業設計論文_基于單片機的無線溫度發送和接受系統的設計(完整版)

　　

【正文】 .......... 2 紅外通信技術（ IrDA） [19] ................................... 3 藍牙技術（ Bluetooth） [19] ................................... 3 （ WiFi） [19] ................................... 3 微功率短距離無線通信技術 [19] ............................... 4 本章小結 ..................................................... 4 第二章 系統方案的總體設計 ............................................ 5 系統方案構想 ................................................. 5 系統方案的確定 ............................................... 5 傳感器方案 ............................................... 5 短距離無線通信模塊方案 ................................... 6 系統控制及數據處理模塊方案 ............................... 6 器件的選用 ................................................... 7 數字式溫度傳感器的選擇 ................................... 7 無線收發芯片的選擇 ....................................... 9 本章小結 .................................................... 10 第三章 電路的硬件設計 ............................................... 11 溫度采集部分電路設計 ........................................ 11 溫度數據采集硬件接口電路 ................................ 11 數字式溫度傳感器 DS18B20 簡介 ............................ 11 無線收發電路的設計 .......................................... 15 nRF903 芯片的介紹 ........................................ 15 典型應用電路說明 ........................................ 17 單片機的選擇 ................................................ 17 顯示電路的設計 .............................................. 18 液晶顯示器的工作原理 .................................... 18 液晶顯示器與單片機的接口電路 ............................ 18 杭州電子科技大學本科畢業設計 其他電路的設計 .............................................. 18 本章小結 .................................................... 20 第四章 系統的軟件設計 ............................................... 21 主程序設計 .................................................. 21 發射端主程序 ............................................. 21 接收端主程序 ............................................. 21 子 程序設計 .................................................. 21 nRF903 的通信子程序 ...................................... 21 溫度測量子程序 .......................................... 24 LCD 顯示子程序 ........................................... 24 本章小結 .................................................... 25 第五章 結論與展望 ................................................... 26 結論 ........................................................ 26 展望 ........................................................ 26 致謝 ................................................................ 27 參考文獻 ............................................................ 28 附錄一 發射端電路圖 ................................................. 30 附錄二 接收端電路圖 ................................................. 31 附錄三 發射端主程序 ................................................. 32 附錄四 接收端主程序 ................................................. 33 杭州電子科技大學本科畢業設計 1 第一章 引言 課題的研究目的和意義 溫度是人們日常生活中接觸非常多的一個物理量，人們的日常生活、動植物的生存繁衍和周圍環境的溫度息息相關，石油、化工、冶金、紡織、機械制造、航空航天、制藥、煙草、檔案保管、糧食存儲等領域對溫度也有著較高的要求。由于單片機集成度高、功能強、可靠性高、體積小、功耗地、使用方便、價格低廉等一系列優點，目前已經滲入到人們工作和生活的方方面面，幾乎 “無處不在，無所不為 ”。 本文討論的單片機無線溫度控制系統的核心是目前應用極為廣泛的 51 系列單片機，配置了外圍設備，構成了一個可編程的溫度測量和顯示系統，具有體積小，可靠性高，功能強等特點。目前使用的 MCS51 系列單片機及其兼容產品通常分成以下幾類：基本型、增強型、低功耗型、專用型、超 8 位型、片內閃爍存儲器型。 短距離無線通信技術的現狀與發展趨勢 隨著移動通信需 求和遠程數據采集量的增加，加之有線傳輸的費用日益增長，人們正逐漸認識到在許多檢測領域采用無線傳輸的必要性。 紅外通信技術（ IrDA） [19] 紅外通信技術 IrDA(InfraRed Data Association)采用人眼看不到的紅外線傳輸信息，是使用最廣泛的短距離無線通信技術。 （ WiFi） [19] 技術標準是無線局域網的國際標準，使用 的 ISM 頻段，采用直接序列擴頻 DSSS 技術進行調制解調增強了抗干擾能力，提高了傳輸速度。 [12]新一代短距離無線 數據通信系統具有體積小、功耗低、穩定性好、抗干擾能力強等優點，而且開發簡單快速，可以方便地嵌入到各種設備中，實現設備間的無線連接，因此，較適合搭建小型網絡，在工業、民用領域得到較為廣泛的應用。 系統方案的確定 傳感器方案 傳統的模擬式傳感器具有測量轉換速度快，溫度測量范圍寬的優點。它的信號原則上不受放大器和信號處理系統的溫度漂移的影響，具有極高的抗干擾能力。 IrDA 具有技術成 熟、體積小、功率低、傳輸速率高、連接方便、簡單易用、數據傳輸干擾少、保密性強、成本低廉等優點。無線收發芯片的可靠性高、穩定性 好、抗干擾能力強，通訊協議簡單透明，技術成熟。 [13]由于 DSP 主要應用于高速數據處理，因此外部 I/0 接口比較少，不便于系統擴展，因此多數 DSP 系統還要通過單片機來進行外部接口擴展，這導致了 DSP 的成本較高，另外， DSP 具有一定的專用性，開發過程比較復雜，不便于通用。尤其適用于系統中沒有復雜的計算處理、對采集速度要求不高的數據采集處理系統。其內部包含有帶隙溫度傳感器和 10 位 A/D 轉換器。 LM74 具有休眠模式，在休眠時消耗的電流不超過 10μA,適用于對功率消耗有嚴格限制的系統。它最多允許在一根 MCU 的 I/O 總線上同時掛接 8 個 MAX6575L/H 進行多點溫度測量。在選擇時，應主要參考以下幾點： ① 收發芯片的數據傳輸是否需要進行曼徹斯特編碼采用曼徹斯特編碼的芯片，在編程上會需要較高的技巧和經驗，需要更多的內存和程序容量，并且曼徹斯特編碼大大降低數據傳輸的效率，一般僅能達到標稱速率的 1/3，而采用串口傳輸的芯片，應用及編程非常簡單，傳送的效率很高，標稱速率就是實際速率，編程方便。 ② nRF24E1 是挪威 Nordic VLSI ASA 公司最近開發的一種嵌入了高性能單片機內核的高速單片無線收發芯片 [15]。 顯示模塊的選擇 顯示單元是人機交互的窗口，是傳遞儀表工作狀態和檢測數據的關鍵性設備，通常的顯示器件有液晶顯示器（ LCD）和數碼管顯示器（ LED）。 圖 31 系統總體結構框圖 溫度采集部分電路設計 溫度數據采集硬件接口電路 由于 STC89C51 接口較少，故選用 一只 DS18B20 型單線數字式集成溫度傳感器組成溫度采集網絡 。 因為它是數字輸出，而且只占用一個 I/O 端口，所以它特別適合于微處理器控 制的各種溫度測控系統，避免了模擬溫度傳感器與微處理器接口時需要的 A/D 轉換和較復雜的外圍電路。這為溫度的多點測量帶來了極大的方便。格式如 下表所示 ： 表 31 低位存放數據 LSByts Bit0 Bit1 Bit2 Bit3 Bit4 Bit5 Bit6 Bit7 23 22 21 20 21 22 23 24 表 32 高 位存放數據 MSByts Bit8 Bit9 Bit10 Bit11 Bit12 Bit13 Bit14 Bit15 S S S S S 26 25 24 如果測量的溫度值高于溫度報警觸發器 TH 或低于 TL 中的值，則 DS18B20 內部的報警標志位就被置位，表示溫度測量值超出范圍。低溫系數振蕩器輸出的時鐘脈沖信號通過由高溫系數振蕩器產生的門開通周期而被計數，通過該計數值來測量溫度。為了保證在有效的時鐘周期內，提供足夠的電流，這種情況下，用一個 杭州電子科技大學本科畢業設計 15 MOSFET 管和單片機的一個 I/O 口來完成對 DS18B20 總線的上拉。 RX Mode: 1214mA (9) 標準 DIP間距接口，便于嵌入式應用 (10） 具有發射距離遠，發射功率大，和發送字節長的優勢。 在圖 37 中可以看出，微控制器的 I/O 口 控制 nRF903 的片選端； 口控制 nRF903 的時鐘信號； 口控制數字雙向 IO 口，實現半雙工通信； 控制數據完成指示； 控制接收發送模式選擇； 控制接收發送使能； 口控制 nRF401 的 POWER_UP 端，實現待機和上電的控制，達到節能目的。但當液晶上加一個電壓時，分子便會重新垂直排列，使光線能直射出去，而不發生任何扭轉。但是，由于兩個濾光器之間充滿了扭曲液晶，所以在光線穿出第一個濾光器后，會被液晶分子扭轉 90 度，最后從第二個濾光器中穿出。背光源正極接高電平，背光源負極接低電平。電路包含 1個齊納調節的帶隙參考電壓以確保輸出電壓的精度在 177。該系統的軟件設計方法與硬件設計相對應，同樣采用模塊化的設計思想，按整體功能分成多個不同的程序模塊，分別進行設計、編程和調試，最后通過主程序和中斷處理程序將各程序模塊連接起來。沒有中斷的時候，發射端子系統處于等待狀態，直到有中斷需要響應時，單片機進入相應的中斷服務程序。通過 Mode control寄存器的 FMS位可設置， 0為時是 Direct mode（直接模式），為 1時是 FIFO mode。 ：在復位電平結束之后，控制器應該將數據單總線拉高，以便于在15~60uS后接收存在脈沖，存在脈沖為一個 60~240uS的低電平信號。如執行數據讀寫指令則需要嚴格遵循18B20的讀寫時序來操作。 系統結構采用模塊化設計，主要由兩大部分構成：第一部分為數據發射端，以單片機為核心，與一片單總線溫度傳感器 DS18B20 組成溫度采集網