【正文】 編號：201234140143 本科畢業(yè)設(shè)計基于單片機的無線遠程溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計系 院：信息工程學(xué)院姓 名：學(xué) 號：0835140143專 業(yè)：通信工程年 級：2008級指導(dǎo)教師：職 稱：副教授完成日期：2012年5月V摘 要本文論述的遠程溫度控制是將無線發(fā)射與接收和自動控制相結(jié)合的一種控制。基于這種技術(shù)，本系統(tǒng)以AT89S51系列單片機為控制單元，采用Dallas單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20和無線收發(fā)模塊NRF24L01對試驗現(xiàn)場溫度數(shù)據(jù)進行遠程無線測量與控制。整個系統(tǒng)包括主、從兩個子系統(tǒng)，其中主系統(tǒng)完成對試驗現(xiàn)場設(shè)定溫度值、設(shè)定值顯示、實際值顯示、失控報警和接收數(shù)據(jù)功能；子系統(tǒng)完成溫度采集、溫度控制和發(fā)送數(shù)據(jù)功能。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單實用、功能齊全，通用性強，可被應(yīng)用于許多工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，它可使操作人員與惡劣的工作環(huán)境分離開來，實現(xiàn)生產(chǎn)自動化，提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。關(guān)鍵詞：AT89S51；溫度傳感器；NRF24L01；顯示；報警AbstractThe longdistance temperature controlling this paper presents is a technology of linking wireless receiving and sending to automation. Based on the technology, the system is based on the control of AT89S51 SCM, using Dallas single line digital thermometer DS18B20, wireless receiving and sending module NRF24L01 to test and control the temperature data of a experiencing place. The whole system consists of the main system and subsystem. The main system pletes the functions of initializing and displaying the temperature value, displaying actual temperature, alarming when it is out of control, and receiving. The subsystem pletes the functions of receiving, and temperature collecting, controlling, and sending. The design concludes that this system has many advantages, such as its uniqueness, simple, convenience, and such mon using. It can be widely used in lots of industrial producing and controlling fields, applying this system can depart operators from execrable environment, realize producing automation, and improve corporation’s producing efficiency.Key words: AT89S51。 Temperature senior。 NRF24L01。 Display。 Warning目 錄1 緒論 1 選題的目的和意義 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 本設(shè)計主要研究內(nèi)容 22 設(shè)計要求與方案論證 3 設(shè)計要求 3 系統(tǒng)基本方案選擇和論證 3 單片機芯片選擇方案與論證 3 溫度采集模塊選擇方案與論證 3 無線收發(fā)模塊的選擇方案與論證 4 顯示模塊的選擇方案與論證 4 報警模塊的選擇方案與論證 4 電路設(shè)計最終方案的確定 53 系統(tǒng)的硬件設(shè)計與實現(xiàn) 6 系統(tǒng)硬件概述 6 主要單元電路的設(shè)計 6 單片機主控制模塊的設(shè)計 6 溫度采集電路模塊的設(shè)計 7 無線收發(fā)電路模塊的設(shè)計 8 顯示電路模塊的設(shè)計 10 報警電路模塊的設(shè)計 11 電路原理及說明 124 系統(tǒng)程序的設(shè)計 13 主程序的設(shè)計 13 發(fā)射系統(tǒng)程序的設(shè)計 16 傳輸程序的設(shè)計 16 溫度采集程序的設(shè)計 17 顯示程序的設(shè)計 185 仿真與調(diào)試 206 結(jié)論 23參考文獻 24致 謝 25附錄 26緒論1 緒論 選題的目的和意義溫度是工業(yè)生產(chǎn)中常見的被控參數(shù)之一。從食品生產(chǎn)到化工生產(chǎn)，從燃料生產(chǎn)到鋼鐵生產(chǎn)等等，無不涉及到對溫度的控制，可見，溫度控制在工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)著非常重要的地位，而且隨著工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化，對溫度控制的速度和精度也會越來越高。近年來，溫度控制領(lǐng)域發(fā)生了很大的變化，工業(yè)生產(chǎn)中對溫度的控制不再局限于近距離或者直接的控制，而是需要進行遠距離的控制，這就產(chǎn)生了遠程溫度控制。遠程控制的通信方式有多種，如通過有線網(wǎng)絡(luò)、無線電等等。每一種方式都有其優(yōu)點和缺點。利用無線電通信，方便、靈活，而且經(jīng)濟。它不需要像有線網(wǎng)絡(luò)控制耗費巨大的通信資源，也不受網(wǎng)絡(luò)速度的影響。在溫度控制的方法上，傳統(tǒng)的控制方法(包括經(jīng)典控制和現(xiàn)代控制)在處理具有非線形或不精確特性的被控對象時十分困難。而溫度系統(tǒng)為大滯后系統(tǒng)，較大的純滯后可引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。在溫度采集方法上，通常是利用熱電偶把熱化為電信號，再通過A/D轉(zhuǎn)換得到溫度值。這種方法速度慢，而且精度不是很高。綜合上面的考慮，本次畢業(yè)設(shè)計設(shè)計了基于無線電通信的遠程溫度控制系統(tǒng)?，F(xiàn)代工業(yè)設(shè)計、工程建設(shè)及日常生活中常常需要用到溫度控制，早期溫度控制主要應(yīng)用于工廠中，例如鋼鐵的水溶溫度，不同等級的鋼鐵要通過不同溫度的鐵水來實現(xiàn)，這樣就可能有效的利用溫度控制來掌握所需要的產(chǎn)品了。在現(xiàn)代社會中，溫度控制不僅應(yīng)用在工廠生產(chǎn)方面，其作用也體現(xiàn)到了各個方面，隨著人們生活質(zhì)量的提高，酒店廠房及家庭生活中都會見到溫度控制的影子，溫度控制將更好的服務(wù)于社會。近年來，單片機發(fā)展十分迅速，一個以微機應(yīng)用為主的新技術(shù)革命浪潮正在蓬勃發(fā)展，單片機已經(jīng)滲透到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防，科研以及日常生活等各個領(lǐng)域。傳統(tǒng)的溫度采集的方法不僅費時，而且精度差滿足不了各行業(yè)對于溫度數(shù)據(jù)提高精度，設(shè)備高可靠性的需求。單片機的出現(xiàn)使得溫度數(shù)據(jù)的采集和處理得到了很好的解決。選擇適當(dāng)?shù)膯纹瑱C和溫度傳感器以及前端處理電路，可以獲得較高的測量精度，不但方便快捷，成本低廉，省事省力，而且大幅度提高了測量精度。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在人類的生活環(huán)境中，溫度扮演著極其重要的角色。無論你生活在哪里，從事什么工作，無時無刻不在與溫度打著交道。自18世紀工業(yè)革命以來，工業(yè)發(fā)展對是否能掌握溫度有著絕對的聯(lián)系。在冶金、鋼鐵、石化、水泥、玻璃、醫(yī)藥等行業(yè)，可以說幾乎所有的工業(yè)部門都不得不考慮著溫度的因素。目前國內(nèi)外對于溫度監(jiān)控的研究和應(yīng)用已非常普遍，但對于無線遠程溫度監(jiān)控這方面的研究和應(yīng)用還有相當(dāng)大的提升空間。無線溫度監(jiān)控不僅可以應(yīng)用在工廠生產(chǎn)方面，其作用也體現(xiàn)到了各個方面，隨著人們生活質(zhì)量的提高，酒店廠房及家庭生活中都將會見到它的影子，無線遠程溫度監(jiān)控將會有更廣闊的發(fā)展空間。 本設(shè)計主要研究內(nèi)容本設(shè)計是基于單片機的無線溫度監(jiān)控系統(tǒng)，經(jīng)過大量查閱資料和研究，最終確定采用AT89S51為主控芯片，DS18B20作為溫度采集芯片，NRF24L01作為無線接收和發(fā)射模塊，采用LCD1602液晶屏進行顯示。該系統(tǒng)由發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)組成，發(fā)射系統(tǒng)進行溫度采集以及數(shù)據(jù)發(fā)射，接收系統(tǒng)作為主系統(tǒng)，對數(shù)據(jù)接收處理并顯示出來。該系統(tǒng)具有溫度過限報警功能，設(shè)有4個獨立按鍵，分別進行溫度高低限定值的選擇、設(shè)定，清除報警聲和報警燈。該系統(tǒng)具有操作方便，遠距離操控，功能多樣，電路簡潔，成本低廉等優(yōu)點，符合電子技術(shù)的發(fā)展趨勢，有很廣闊的市場前景。經(jīng)過設(shè)計和一系列的調(diào)試，測試結(jié)果基本達到了該設(shè)計預(yù)期制定的各項要求，順利地完成了本次畢業(yè)設(shè)計的目標。37設(shè)計要求與方案論證2 設(shè)計要求與方案論證 設(shè)計要求（1）溫度監(jiān)測范圍：室溫～125℃；（2）接收系統(tǒng)顯示溫度實際值，收發(fā)距離：60米以內(nèi)；（3）可以人工設(shè)定報警溫度上、下限定值；（4）超過溫度限定值時蜂鳴器報警和發(fā)光報警。 系統(tǒng)基本方案選擇和論證 單片機芯片選擇方案與論證方案一：采用FPGA（現(xiàn)場可編程們陣列）作為系統(tǒng)的控制器。FPGA可實現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能，規(guī)模大，密度高，它將所有的器件集成在一塊芯片上，減小了體積，提高了穩(wěn)定性，并可用EDA軟件仿真、在線調(diào)試，易于進行功能擴展，響應(yīng)速度快。但成本高，同時由于引腳較多，電路板的布線比較復(fù)雜，加重了電路設(shè)計和實現(xiàn)焊接的工作。方案二：采用8位單片機作為主要的控制芯片。8位單片機具有價格比較便宜，并且技術(shù)比較成熟，低功耗，易于購買等優(yōu)點，但是8位機程序執(zhí)行速度比較慢，內(nèi)部資源比16位單片機少很多?？紤]到本系統(tǒng)對程序運行速度的要求不高以及成本問題，最后選擇用8位單片機，由于AT89S51單片機比其他8位單片機價格便宜，并且其內(nèi)部具有豐富的資源，故采用AT89S51單片機作為本系統(tǒng)主控制芯片。 溫度采集模塊選擇方案與論證方案一：使用熱敏電阻作為傳感器，用熱敏電阻與一個相應(yīng)阻值電阻相串聯(lián)分壓，利用熱敏電阻阻值隨溫度變化而變化的特性，采集這兩個電阻變化的分壓值，并進行A/D轉(zhuǎn)換。此設(shè)計方案需用A/D轉(zhuǎn)換電路，增加了線路的復(fù)雜程度，增加硬件成本而且熱敏電阻的感溫特性曲線并不是嚴格線性的，會產(chǎn)生較大的測量誤差。因此此方案不可行。方案二：采用DS18B20。DS18B20的數(shù)字溫度輸出通過1Wire總線，又稱為“一線”總線，這種獨特的方式可以使多個DS18B20方便地組建成傳感器網(wǎng)絡(luò)，為整個測量系統(tǒng)的建立和組合提供了更大的可能性。它在測溫精度、轉(zhuǎn)換時間、測數(shù)距離、分辨率等方面比其他溫度傳感器有了很大的進步，給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。DS18B20直接輸出數(shù)字溫度值，不需要校正，因此選擇此方案。 無線收發(fā)模塊的選擇方案與論證方案一：采用TX315AT01和TX315AR01的無線收發(fā)模塊。應(yīng)用目前最先進的聲表面波器件和數(shù)據(jù)專用ASK超外差式單片接收電路開發(fā)生產(chǎn)了TX315系列模塊電路，其中含有RF、TF、DATA等高頻、中頻、數(shù)字處理電路。TX315A可應(yīng)用于無線遙控、數(shù)據(jù)傳送