基于51單片機(jī)的無線測溫系統(tǒng)的設(shè)計畢業(yè)論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 通用微處理器 上實(shí)現(xiàn) 軟件 定義的 無線電 。無線模塊廣泛被業(yè)余愛好者，學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和商業(yè)機(jī)構(gòu) 用來研究和構(gòu)建 無線通信 系統(tǒng)。開發(fā)者能夠簡單快速的構(gòu)建一個實(shí)時、高容量的無線 通信系統(tǒng) 。 數(shù)碼管顯示電路 顯示模塊在單片機(jī)系統(tǒng)中有著非常重要的作用，根絕系統(tǒng)需求的不同會設(shè)計不同的顯示電路。在顯示溫度的過程中會使用顯示電路，此電路對于顯示的要求比較高，所以此電路使用了 LED數(shù)碼管顯示電路，此電路的優(yōu)點(diǎn)是成本低，控制簡單，占用資源少。是本系統(tǒng)非常理想的選擇。 LED 數(shù)碼管（ LED Segment Displays）由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成“ 8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。數(shù) 基于 51 單片機(jī)的無線測溫系統(tǒng)的設(shè)計 6 碼管實(shí)際上是由七個發(fā)光管組成 8 字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點(diǎn)就是 8 個。這些段分別由字母 a,b,c,d,e,f,g,dp 來表示。 數(shù)碼管在使用過程中必須設(shè)計驅(qū)動電路，如果單片機(jī)和數(shù)碼管直接相連的話會導(dǎo)致數(shù)碼管亮度不足或者出現(xiàn)燒損單片機(jī)的情況。 電源模塊電路 電源是系統(tǒng)運(yùn)行的一切的基礎(chǔ)，所以電源供電電路必不可少，它必須給系統(tǒng)的各個器件進(jìn)行供電，保證系統(tǒng)的運(yùn)行。供電電路由電源芯片為主要組成，他能夠提供穩(wěn)定的合適的電源以使電路能夠正常穩(wěn)定的運(yùn)行，電源供電電路是一切運(yùn)行的基礎(chǔ)。 基于 51 單片機(jī)的無線測溫系統(tǒng)的設(shè)計 7 第 3 章 系統(tǒng)分析 構(gòu)架概述 功能構(gòu)架 根據(jù)需求調(diào)研結(jié)果確定本系統(tǒng)主要包括以下功能模塊，如圖 所示。 圖 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) 模塊需求描述 （ 1）單片機(jī)最小系統(tǒng)功能描述 單片機(jī)最小系統(tǒng)的功能是核心控制系統(tǒng)，單片機(jī)最小系 統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能是控制功能電路的正常運(yùn)行，已達(dá)到實(shí)現(xiàn)功能的目的。單片機(jī)最小系統(tǒng)是功能實(shí)現(xiàn)的控制單元，此模塊還必須包含時鐘電路和復(fù)位電路，由于運(yùn)行環(huán)境和很多不確定的因素導(dǎo)致的系統(tǒng)不正常運(yùn)行，外部復(fù)位電路是必不可少的，在系統(tǒng)運(yùn)行不正常時，內(nèi)部復(fù)位電路已經(jīng)無法正常復(fù)位，所以外部復(fù)位電路必不可少。時鐘電路也是單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的必須器件之一，本系統(tǒng)選用了 12M 的晶振，主要系統(tǒng)是通信系統(tǒng)，故選用 12M 的晶振，以方便通信。 （ 2）電源模塊功能 電源對于任何一個現(xiàn)代化產(chǎn)品來說，都是一切的基礎(chǔ)。他是一切電子設(shè)備運(yùn)行的能量來源。 電源模塊的設(shè)計必須滿足電路內(nèi)部一切供電電壓電路的需求，對于不同的電壓需求必須有相應(yīng)的電路和電源模塊進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。 （ 3）無線收發(fā)模塊功能 無線收發(fā)模塊是利用 NRF24L01 為基礎(chǔ)研發(fā)的， NRF24L01 是一款新型單片射頻收發(fā)器件。工作于 GHz～ GHz ISM 頻段。無線收發(fā)模塊的功能是將無線監(jiān)測到的信號進(jìn)行傳輸，并互相讀取。無線模塊能夠?qū)π盘栠M(jìn)行遠(yuǎn)程收發(fā)，通過 的頻率進(jìn)行無線通信。其中輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置。溫度傳感器 時鐘電路 復(fù)位電路 單片機(jī) 發(fā)送模塊 接收模塊 單片機(jī) 顯示模塊 報警 模塊 基于 51 單片機(jī)的無線測溫系統(tǒng)的設(shè)計 8 NRF24L01 功耗低，在以 6dBm 的功率發(fā)射時，支持多種低功率 工作模式，有掉電模式和空閑模式，使節(jié)能設(shè)計更方便。 （ 4） LED 顯示模塊功能 顯示電路現(xiàn)在已經(jīng)成為了最小系統(tǒng)不可缺失的一部分，雖然單片機(jī)最小系統(tǒng)并未包含顯示電路，可是現(xiàn)有的單片機(jī)電路沒有了顯示電路已經(jīng)不能稱為合格的單片機(jī)系統(tǒng)。只有具有顯示電路才是更加先進(jìn)和美觀的電路， LED 顯示模塊主要負(fù)責(zé)在使用過程中數(shù)據(jù)的查看，保證在有輸入時液晶顯示電路會有相應(yīng)的顯示，將輸入的內(nèi)容顯示在液晶顯示屏上。液晶顯示電路在設(shè)置完成后，需要實(shí)時顯示接收到的溫度信息。保證了系統(tǒng)的人性化和科學(xué)化。使其更加美觀更加人性化。 系統(tǒng)開 發(fā)環(huán)境 硬件環(huán)境：硬盤 40G， 內(nèi)存 1024MB 軟件環(huán)境： windows xp/7 系統(tǒng)任務(wù)的可行性分析 技術(shù)可行性 本系統(tǒng)采用雙控制模塊化結(jié)構(gòu)，分兩部分進(jìn)行控制。兩部分由各自的單片機(jī)進(jìn)行控制，各自獨(dú)立運(yùn)行，互不影響。這樣對于系統(tǒng)的安全更加有保障。在某個模塊的出現(xiàn)問題的時候不會影響到整個系統(tǒng)的正常運(yùn)行。 本系統(tǒng)選用的單片機(jī) STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash 允許程序存儲器 在系統(tǒng)在中編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 STC89C52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash，256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器， 2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位定時器 /計數(shù)器，一個 6 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外， STC89C52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷 繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。 STC89C52 采用 40 引腳的雙列直插封裝（ DIP 方式）。STC89C52 具有豐富的資源，而且性價比很高，對于一個有市場意義的項(xiàng)目來說成本的控制是非常重要的。 基于 51 單片機(jī)的無線測溫系統(tǒng)的設(shè)計 9 系統(tǒng)安全性分析 本系統(tǒng)選擇了單片機(jī) STC89C52，顯示部分選擇了 LED 數(shù)碼管。系統(tǒng)功能上分為發(fā)送端和接受端兩部分，發(fā)送端主要功能是負(fù)責(zé)收集傳感器得到的信號，在單片機(jī)處理后，通過 NRF24L01 發(fā)送到接收端。接受端主要功能是接受發(fā) 送端發(fā)出的信號，并在 LED 數(shù)碼管上顯示發(fā)送數(shù)據(jù)。 系統(tǒng)采用行業(yè)范圍內(nèi)比較經(jīng)典且有一定使用經(jīng)驗(yàn)的傳感器和器件。保證了系統(tǒng)的安全性。 基于 51 單片機(jī)的無線測溫系統(tǒng)的設(shè)計 10 第 4 章 系統(tǒng)設(shè)計 構(gòu)架概述 本系統(tǒng)主要分兩部分，溫度檢測電路和溫度顯示電路。將部分電路分開的主要目的是實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的無線收發(fā)功能。本系統(tǒng)的遠(yuǎn)程無線收發(fā)功能可以實(shí)現(xiàn)對遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控的功能。對于無線收發(fā)功能主要是依靠 NRF24L01 模塊，通過兩個模塊之間的通信進(jìn)行數(shù)據(jù)交流。兩個系統(tǒng)相互獨(dú)立，又相互依存。兩個電路在相互配合過程中，采用 NRF24L01 模塊的無線信號為介質(zhì)，將溫度傳感 器檢測到的溫度信號進(jìn)行傳輸，通過顯示電路將溫度顯示出來。這樣就實(shí)現(xiàn)了一個遠(yuǎn)程的溫度檢測系統(tǒng)。 溫度檢測電路主要是由單片機(jī)最小系統(tǒng)、電源電路、 NRF24L01 模塊和溫度檢測電路。溫度檢測電路通過單片機(jī)對溫度傳感器進(jìn)行控制，溫度傳感器采用的是 DS18B20，此溫度傳感器采用單總線方式進(jìn)行信號傳輸。在信號傳輸必須保證時序的準(zhǔn)確控制。在控制時序的過程中實(shí)現(xiàn)溫度信號的準(zhǔn)確傳輸。 溫度顯示電路主要有單片機(jī)最小系統(tǒng)、電源電路、 NRF24L01 模塊和溫度顯示用的 LED 數(shù)碼管電路。溫度顯示電路使用單片機(jī)控制 NRF24L01 模 塊和 LED數(shù)碼管。單片機(jī)實(shí)時檢測 NRF24L01 模塊的信號，一旦有信號單片機(jī)即將信號顯示在 LED 數(shù)碼管上。 這兩部分電路互相獨(dú)立，控制不同，代碼不同，流程不同，其互相之間不產(chǎn)生干涉。電路中溫度檢測模塊單片機(jī)將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給顯示模塊單片機(jī)即可實(shí)現(xiàn)無線模塊的數(shù)據(jù)發(fā)送。 系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)設(shè)計 本系統(tǒng)電路由于系統(tǒng)的特殊性質(zhì)主要分兩部分，無線發(fā)射電路和無線接收電路。根據(jù)系統(tǒng)功能分工不同，需要將系統(tǒng)分為無線發(fā)射電路和無線接收電路。各自不同功能的模塊需要配置不同的電路，以實(shí)現(xiàn)無線信號的收發(fā)功能。兩部分電路相互依 存也相互獨(dú)立，兩部分電路其實(shí)是兩個系統(tǒng)，其完全可以獨(dú)立運(yùn)行。 無線模塊溫度檢測電路主要是對溫度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控的電路，電路相對較為簡單。由于此模塊工作環(huán)境會較為惡劣，所以此電路盡量簡化。連接點(diǎn)越多其故障率也會越高。本系統(tǒng)在單片機(jī)最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加相應(yīng)的電源電路、檢測電路和無線收發(fā)模塊就完成電路設(shè)計。 無線模塊顯示電路主要是顯示溫度檢測電路發(fā)送來的溫度信號。其主要的功 基于 51 單片機(jī)的無線測溫系統(tǒng)的設(shè)計 11 能就是通過數(shù)碼管進(jìn)行顯示溫度。這兩個電路其主要實(shí)現(xiàn)的功能是無線信號傳輸，其表現(xiàn)形式溫度能夠正常的顯示。 電路圖見附錄圖 2 和圖 3。 系統(tǒng)控制流程 系統(tǒng)控制流程圖如下： 圖 軟件流程圖 有 無 完成 開始 初始化 未完成 溫度信號 單片機(jī) 無線 發(fā)送 模塊 單片機(jī) LED 數(shù)模管顯示 是否有數(shù)據(jù) 基于 51 單片機(jī)的無線測溫系統(tǒng)的設(shè)計 12 第 5 章 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 軟件實(shí)現(xiàn) 主函數(shù)模塊功能介紹 日常生活中，要完成一件復(fù)雜的功能，我們總是習(xí)慣把“大功能”分解為多個“小功能”以實(shí)現(xiàn)。在 C 語言程序的世界里，“功能”可稱呼為“函數(shù)”，因此“函數(shù)”其實(shí)就是一段實(shí)現(xiàn)了某種功能的代碼，并且可以供其它代碼調(diào)用。 一個程序，無論復(fù)雜或簡單，總體上都是一個“函數(shù)”；這個函數(shù)就稱為“ main 函數(shù)”，也就是“主函數(shù)”。比如有個“做菜”程序 ，那么“做菜”這個過程就是“主函數(shù)”。在主函數(shù)中，根據(jù)情況，你可能還需要調(diào)用“買菜，切菜，炒菜”等子函數(shù)。 main 函數(shù)在程序中大多數(shù)是必須存在的，但是依然有例外情況，比如 windows編程中可以編寫一個動態(tài)鏈接庫（ dll）模塊，這是其他 windows 程序可以使用的代碼。由于 DLL 模塊不是獨(dú)立的程序，因此不需要 main 函數(shù)。再比如，用于專業(yè)環(huán)境的程序 如機(jī)器人中的控制芯片 可能不需要 main 函數(shù)。 主函數(shù)是系統(tǒng)的開始，軟件系統(tǒng)的入口就是主函數(shù)。主函數(shù)中定義了后續(xù)使用的函數(shù)，它是程序的核心，主要是在 運(yùn)行過程中，控制各個軟件模塊的運(yùn)行。主函數(shù)中定義了各個函數(shù)后，再將需要調(diào)用的函數(shù)進(jìn)行編程，就可以在主函數(shù)中進(jìn)行調(diào)用。 發(fā)送程序功能介紹 發(fā)送程序主要根據(jù)硬件電路進(jìn)行的劃分，發(fā)送程序中包含了各個不同的函數(shù)。各個函數(shù)之間各有分工，功能也不盡相同。發(fā)送程序中主要包含了主函數(shù)、DS18B20 溫度讀取函數(shù)和 NRF24L01 無線發(fā)送函數(shù)。 DS18B20 溫度讀取函數(shù)主要是對系統(tǒng)時序的控制，因?yàn)?DS18B20 的硬件電路是單總線信號傳輸，這對于時序的控制非常復(fù)雜。 發(fā)送程序中包含 NRF24L01 的初始化函數(shù)，用于 對 NRF24L01 進(jìn)行初始化。NRF24L01 無線收發(fā)模塊也需要非常復(fù)雜的時序控制。對系統(tǒng)的軟件設(shè)計時需要在硬件電路的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計。軟硬件電路互相依存，互相彌補(bǔ)。硬件電路的簡單必然導(dǎo)致軟件控制的繁瑣。 接收程序功能介紹 接受程序其目的一目了然就是數(shù)據(jù)接受控制的函數(shù)。當(dāng)發(fā)送電路將無線信號 基于 51 單片機(jī)的無線測溫系統(tǒng)的設(shè)計 13 發(fā)送出以后，接受電路就需要將無線電路的信號接受并進(jìn)行譯碼。軟件程序根據(jù)硬件電路設(shè)計的需要對硬件控制，讓各個模塊之間有序協(xié)調(diào)的工作。 接收程序中包含 NRF24L01 的初始化函數(shù)，用于對 NRF24L01 進(jìn)行初始化。對 NRF24L01 寄存器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化。以免在使用過程中出現(xiàn)錯誤。包含對LED 數(shù)碼管顯示控制函數(shù)和 NRF24L01 驅(qū)動函數(shù)。以此保證系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確無誤的運(yùn)行。 函數(shù)實(shí)現(xiàn) unsigned char DS18B20_Read(void) { unsigned char i。 unsigned char temp。 temp=0。 for(i=8。i0。i) { temp=_cror_(