基于單片機(jī)的溫濕度采集管理系統(tǒng)畢業(yè)論文(完整版)

　　

【正文】 Standby 模式在保持電流消耗最小的同時(shí)保證最短的到 ShockBurstRX， ShockBurstTX 的啟動(dòng)時(shí)間，當(dāng)進(jìn)入這種模式時(shí)，一部分晶體振蕩器是活動(dòng)的。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。 DS18B20 寫(xiě)時(shí)序 DS18B20 的寫(xiě)時(shí)序分為寫(xiě) 0 時(shí)序和寫(xiě) 1 時(shí)序兩個(gè)過(guò)程。 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì) 模塊化的結(jié)構(gòu)是目前比較流行的軟件結(jié)構(gòu)，它具有易于調(diào)試和升級(jí)換代等優(yōu)點(diǎn)。 (3) 統(tǒng)計(jì)分析。該系統(tǒng)軟件的使用文檔及版本信息等。對(duì)于 MSComm 控件注冊(cè)，在 VB 安裝目錄下可以找到 , ， 這三個(gè)文件， 把這三個(gè)文件拷貝到 Windows的 system 目錄下。串口通信采用 MSComm 控件，實(shí)現(xiàn)管理系統(tǒng)與控制器的通信；數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、備份、歷史記錄查看、刪除等功能； wfChart 組件實(shí)現(xiàn)了利用曲線圖實(shí)時(shí)顯示當(dāng)時(shí)采集的溫度變化趨勢(shì)。用戶可以設(shè)置溫度的上下限，超過(guò)范圍，系統(tǒng)則會(huì)不斷地提醒用戶，有異常狀況發(fā)生，并能觸發(fā)終端的報(bào)警系統(tǒng)。采集數(shù)據(jù)的頻率可有用戶自己設(shè)定。知道用戶對(duì)其進(jìn)行控制和處理。單線總線由 5K 上拉電阻拉到高電平。配置字的內(nèi)容保持不變。 當(dāng)正在接收一個(gè)數(shù)據(jù)包時(shí)， TRX_CE或 TX_EN引腳的狀態(tài)發(fā)生改變， nRF905立即把其工作模式改變，數(shù)據(jù)包則丟失。 nRF905 工作 模式由 TRX_CE、 TX_EN、 PWR_UP 的設(shè)置來(lái)設(shè)定。 這時(shí)定時(shí) 器 中的 TL1 作 為計(jì)數(shù)， TH1 作 為自動(dòng)重裝值，這個(gè)定時(shí)模式下，定時(shí)器溢出后， TH1的值會(huì)自動(dòng)裝載到 TL1，再次開(kāi)始計(jì)數(shù)。 PCON 其他位為掉電方式控制位。 REM 為允許接收位， REM 置 1 時(shí)串口允許接收。 19 開(kāi) 始設(shè) 置 定 時(shí) 器 1 的T H 1 = 0 x F D ， T L 1 = 0 x F DM S C o m m 控 件打 開(kāi) 串 口 是 否 成 功顯 示 錯(cuò)誤 信 息結(jié) 束設(shè) 置 串 口 工 作 模 式 1S C O N = 0 x 5 0設(shè) 置 定 時(shí) 器 模 式 2T M O D = 0 x 2 1串 口 中 斷 設(shè) 置I E = 0 x 9 0T I = 0開(kāi) 定 時(shí) 器 1 中 斷 T R 1 = 1中 斷 入 口接 收 數(shù) 據(jù)S B U F 是 否 接 收 到 字 符 ？R I = 0R I = 1 ？數(shù) 據(jù) 是 否 由主 機(jī) 發(fā) 出 ?將 數(shù) 據(jù) 傳 輸給 管 理 系 統(tǒng)數(shù) 據(jù) 傳 輸 給 單 片 機(jī)由 n R F 9 0 5 發(fā) 射YYYYNNNN 圖 20 單片機(jī)與主機(jī)串口通信流程圖 SBUF 數(shù)據(jù)緩沖寄存器 SBUF 是一個(gè)可以直接尋址的串行口專用寄存器 。 圖 18 電壓轉(zhuǎn)換原理圖 第 4 章 無(wú)線溫濕度傳輸系統(tǒng)軟件 (下位機(jī) )設(shè)計(jì) 17 無(wú)線溫濕度傳輸系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì) 無(wú)線溫濕度傳輸系統(tǒng)的整個(gè)工作流程如圖 19 所示。 16 V C CG N D主 機(jī) 發(fā) 開(kāi)始 信 號(hào)D H T 響 應(yīng)輸 出拉 高 并延 時(shí) 等 待拉 高 延 時(shí)準(zhǔn) 備 輸 出數(shù) 據(jù) ‘ 0 ’數(shù) 據(jù) ‘ 1 ’從 機(jī) 拉 低5 0 U S數(shù) 據(jù) 傳 送 結(jié) 束上 拉 電 阻 拉 高單 總 線信 號(hào) 線 說(shuō) 明 ：主 機(jī) 信 號(hào) D H T 信 號(hào) 圖 17 DTH11 與單片機(jī)通信過(guò)程 測(cè)量分辨率 DHT11 的溫度濕度數(shù)據(jù)都是以 8bit 數(shù)據(jù)表示，其測(cè)量分辨率分別為 8bit（溫度）、 8bit（濕度） 。從模式下，DHT11 接收到開(kāi)始信號(hào)觸發(fā)一次溫濕度采集，如果沒(méi)有接收到主機(jī)發(fā)送開(kāi)始信號(hào)， DHT11 不會(huì)主動(dòng)進(jìn)行溫濕度采集。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)。 傾斜累加器用于補(bǔ)償振蕩器溫度特性的非線性。本系統(tǒng)向 DS18B20 供電的另一種方法是通過(guò)使用連接到 VDD 引腳的外部電源。當(dāng) DQ 或 VDD 引腳為高電平，這個(gè)電路便“取”得電源。作為另一種可供選擇的方法 DS18B20 也可以用外部 5V 電源供電。C。 圖 10 MAX232 電平轉(zhuǎn)換硬件原理圖 12 單片機(jī)程序下載模塊 ATMEGA16 單片機(jī)支持在線編程，因此只需將單片機(jī)的對(duì)應(yīng)引腳與 ISP 下載器相連即可完成單片機(jī)的在線編程。 MAX232 內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括三個(gè)部分：電荷泵電路、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道、供電。 （ 3）發(fā)送地址：寄存器包含目標(biāo)器件地址字節(jié)長(zhǎng)度由配置寄存器設(shè)置。當(dāng) RF905 處于空閑模式或關(guān)機(jī)模式時(shí)， SPI 接口可以保持在工作狀態(tài)。若硬件上沒(méi)有 SPI 的單片機(jī)，可以用普通單片機(jī) IO 口模擬 SPI，不需要單片機(jī) SPI 模塊介入，只需添加代碼模擬 SPI 時(shí)序即可。數(shù)據(jù)在內(nèi)部進(jìn)行曼切斯特編碼（ TX）和曼切斯特解碼（ RX）。 傳感器 單片機(jī) nRF905 無(wú)線收發(fā) 收發(fā)天線 外部時(shí)鐘 6 圖 4 nRF905 單片射頻發(fā)射芯片硬件結(jié)構(gòu)圖 nRF905 天線 ANT1 和 ANT2 輸 出腳給天線提供穩(wěn)定的 RF 輸出。同時(shí)也用來(lái)作為用戶發(fā)布相關(guān)控制命令至各監(jiān)測(cè)點(diǎn)。 4. 應(yīng)急預(yù)警功能。 1. 計(jì)算機(jī)管理功能。可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)刪除、保存數(shù)據(jù)和報(bào)表打印等；對(duì)終端進(jìn)行時(shí)時(shí)記錄、監(jiān)測(cè)，然后通過(guò)統(tǒng)計(jì)曲線圖將數(shù)據(jù)趨勢(shì)時(shí)時(shí)顯示出來(lái)；實(shí)時(shí)分析特定期段的最高溫度、最低溫度等；數(shù)據(jù)異常處理等功能。研究的內(nèi)容如下： 1. 設(shè)計(jì)溫濕度管理系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)。還包括人工采集方式。 RFID 技術(shù)在國(guó)外迅速發(fā)展。 對(duì)于局部區(qū)域（校園、企業(yè)、公共 場(chǎng)所、科研場(chǎng)所等），尤其是對(duì)于氣候要求比較嚴(yán)格的地區(qū)，實(shí)時(shí)的檢測(cè)周圍的環(huán)境變化（溫度、濕度、能見(jiàn)度），能夠及時(shí)的發(fā)現(xiàn)各種異常情況發(fā)生。系統(tǒng)通過(guò)了模擬調(diào)試，方案設(shè)計(jì)合理，應(yīng)用效果較好，是一種很有推廣性的無(wú)線數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)。 RFID 是射頻識(shí)別技術(shù)的英文 (Radio Frequency Identification)的縮寫(xiě) 。因此作為獲取信息的重要工具，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)目前正廣泛地用于生產(chǎn)、科研的各個(gè)領(lǐng)域。所以，本課題提出并設(shè)計(jì)基于 AT89S52 單片機(jī)的 nRF905 無(wú)線傳輸系統(tǒng)的溫濕度管理系統(tǒng)及其軟件開(kāi)發(fā)。 DS18B DHT11 傳感器能夠準(zhǔn)確的采集數(shù)據(jù)，通過(guò) AT89S52 單片機(jī)處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后通過(guò)模擬 SPI 接口將數(shù)據(jù)發(fā)送給 nRF905 無(wú)線模塊，由 nRF905 無(wú)線模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)射接收，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸。 圖 1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖 上述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中只有一個(gè)數(shù)據(jù)采集終端，即點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，推廣之，對(duì)于實(shí)際的具體應(yīng)用，會(huì)需要多個(gè)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，即點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信。 3. 數(shù)據(jù)精確傳輸功能。數(shù)據(jù)采 集終端，即采集終端 (RTU) 安裝于各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，主要由傳感器單元、單片機(jī) (下位機(jī) )、 nRF905 無(wú)線模塊數(shù)據(jù)發(fā)送終端和天線構(gòu)成。 nRF905 無(wú)線模塊硬件結(jié)構(gòu) nRF905 單片射頻發(fā)射芯片及其工作原理圖如圖 4 所示。 nRF905 頻率調(diào)制 nRF905 的調(diào)制采用高斯頻移鍵控（ GFSK），調(diào)制在 100kbps。 7 表 2 nRF905 工作頻率的設(shè)置表 工作頻率 HFREQ_PLL CH_NO [0] [001001100] [0] [001101011] [0] [001101100] [0] [001111011] [1] [001010110] [1] [001110101] [1] [001110110] [1] [001111101] [1] [100011111] [1] [100100000] [1] [110011111] 高頻頭輸出接口電路 nRF905 模塊引出的高頻頭引出的管腳接口及實(shí)物圖如圖 5 所示。 表 4 nRF905 和單片機(jī)連接方式 Nrf905 AT89S51 狀態(tài)連接口 AM P1^5 DR P1^4 CD P1^6 模式接口 PWR_UP P1^2 TRX_CE P1^1 TX_EN P1^0 SPI 接口 CSN P3^4 SCK P3^3 MISO P1^7 MOSI P3^2 對(duì)于單片機(jī)，可以利用通用的 I/O 口模擬 ISP 接口進(jìn)行通信。其原理圖如圖 7。其中須保證MCU 與 nRF905 模塊時(shí)序的一致 , 并充分考慮 nRF905 模塊對(duì)時(shí)序的要求。 8 腳（ R2IN）、 9 腳（ R2OUT）、 10腳（ T2IN）、 7 腳（ T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。C，在 10~+85176。 其封裝圖如圖 12,共有 PR35 和 SOSI 兩種封裝方式，本系 統(tǒng)采用 PR35 封裝。如果在單線上有許多器件，那么可以挑出一個(gè)特定的器件，并給總線上的主機(jī)指示存在多少淺見(jiàn)及其類型。第一種方法是發(fā)生溫度變換時(shí)，在 DQ 線上提供一強(qiáng)的上拉。為了對(duì)遵循拋物線規(guī)律的振蕩器溫度特性進(jìn)行補(bǔ)償。然后可以讀留在計(jì)數(shù)器內(nèi)的值。超小的體積、極低的功耗，信號(hào)傳輸距離可達(dá) 20 米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場(chǎng)合的最佳選則。總線空閑狀態(tài)為高電平 ,主機(jī)把總線拉低等待 DHT11 響應(yīng) ,主機(jī)把總線拉低，必須大于 18 毫秒 ,保證 DHT11 能檢測(cè)到起始信號(hào)。其中，單片機(jī)工作電壓是 5V， MAX232 提供電壓時(shí)5V， nRF905 提供的電壓為 。在數(shù)據(jù)發(fā)送和接收時(shí)，都會(huì)用到數(shù)據(jù)緩沖寄存器 SBUF。它的各 個(gè)位的具體定義如 表 5 ： 20 表 5串行口控制寄存器 SCON （ MSB） （ LSB） SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI SM0、 SM1 為串行口工作模式設(shè)置位，這兩位可以對(duì)應(yīng)進(jìn)行四種模式的設(shè)置 ，如下表 6。 RI 接收中斷標(biāo)識(shí)位。 只有上下位機(jī)的波特率一樣時(shí)才可以進(jìn)行正常通訊。 nRF905一共有四種工作模式 , 其中有兩種活動(dòng) RX/TX 模式和兩種節(jié)電模式。只有在前一個(gè)數(shù)據(jù)包被發(fā)送完畢， RF905 才能接受下一個(gè)發(fā)送數(shù)據(jù)包。電流消耗取決于晶體振蕩頻率。 DS18B2020 傳感器的軟件操作流程及訪問(wèn)協(xié)議如下如圖 23 所示。 對(duì)于 DS18B20 寫(xiě) 0 時(shí)序和寫(xiě) 1 時(shí)序的要求不同 ，當(dāng)要寫(xiě) 0 時(shí)序時(shí)，單總線要被拉低至少 60us，保證 DS18B20 能夠在 15us 到 45us 之間能夠正確地采樣 IO 總線上的 “0”電平，當(dāng)要寫(xiě) 1 時(shí)序時(shí)，單總線被拉低之后，在 15us 之內(nèi)就得釋放單總線。因此，溫濕度采集管理系統(tǒng)全部采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。可以將終端進(jìn)行時(shí)時(shí)記錄、監(jiān)測(cè)，然后通過(guò)統(tǒng)計(jì)圖將數(shù)據(jù)趨勢(shì)時(shí)時(shí)顯示出來(lái)。 27 數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 主要數(shù)據(jù)表的結(jié)構(gòu)如表 8： 表 8數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu) 列名 數(shù)據(jù)類型 主鍵否 功能描述 ID 數(shù)字 是 溫度編號(hào) Month 數(shù)字 否 月 Day 數(shù)字 否 日 Hour 數(shù)字 否 時(shí) Minute 數(shù)字 否 分 Temp 數(shù)字 否 溫度 humidity 數(shù)字 否 濕度 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)及運(yùn)行環(huán)境 (1) 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)： Delphi 7 (2) 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)軟件： Access 20xx (3) 運(yùn)行平臺(tái)： Windows XP (4) 溫濕度管理系統(tǒng)使用 Delphi 7 開(kāi)發(fā)，它是當(dāng)前最流行的可視化快速應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)環(huán)境，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)有強(qiáng)大的支持。 然后用 Windows 下的注冊(cè)工具 regsv。 系統(tǒng)管理方法 溫濕度管理系統(tǒng)由 Delphi 開(kāi)發(fā)的軟件管理模塊和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)組成，集 Delphi 開(kāi)發(fā)技術(shù)、串口通信技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、 wfChart 技術(shù)等技術(shù)于一體。 (4) 異常處理模塊。是系統(tǒng)接收終端監(jiān)測(cè)站點(diǎn)適時(shí)采集到的、并通過(guò) nRF905 無(wú)線模塊發(fā)送到上位機(jī)無(wú)線通信模塊、再通過(guò) RS232 串口進(jìn)入管理系統(tǒng)的溫濕度數(shù)據(jù)。因此對(duì)于上述情況，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)提供報(bào)警，指示燈會(huì)不停地閃爍，同時(shí)蜂鳴器也會(huì)報(bào)警。 具體操作：總線控制器發(fā)出（ TX）一個(gè)復(fù)位脈沖（一個(gè)最少保持 480μ s 的低電平信號(hào)），然后 25 釋放總線，進(jìn)入接收狀態(tài)（ RX）。在此模式中。系統(tǒng)的工作過(guò)程如下： A. 當(dāng) TRX_CE 為高、 TX_EN 為低時(shí)， nRF905 進(jìn)入 ShockBurstTM 接收模式； B. 650us 后， nRF905 不斷監(jiān)測(cè)，等待接收數(shù)據(jù)； C. 當(dāng) nRF905 檢測(cè)到同一頻段的載波時(shí)，載波檢測(cè)引腳被置高； D. 當(dāng)接收到一個(gè)相匹配的地址， AM 引腳被置高； E. 當(dāng)一個(gè)正確的數(shù)據(jù)包接收完畢， nRF905 自動(dòng)移去字頭、地址和 CRC 校驗(yàn)位，然后把 DR 引腳置高； F. 微控制器把 TRX_CE 置低， nRF905 進(jìn)入空閑模式； 23 G. 微控制器通過(guò)模擬 SPI 口，以一定的速率把數(shù)據(jù)移到微控制器內(nèi)； H. 當(dāng)所有的數(shù)據(jù)接收完畢 ， nRF905 把 DR 引腳和 AM 引腳置低；