【正文】 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)基于單片機(jī)的無線溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)目 錄1 緒論 1 課題背景 1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡(jiǎn)單介紹 12 溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3 系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成 3 單片機(jī)部分 3 溫度傳感器部分 7 LED數(shù)碼管部分 15 NRF24L01無線數(shù)據(jù)傳輸部分 16 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 29 DS18B20 程序的設(shè)計(jì) 29 數(shù)碼管顯示程序的設(shè)計(jì) 313 串口通信 36 通信簡(jiǎn)介 36 單片機(jī)串口通信接口 37 單片機(jī)串口結(jié)構(gòu) 37 單片機(jī)與PC 機(jī)之間電平轉(zhuǎn)換硬件接口 38 單片機(jī)串口通信設(shè)置及程序設(shè)計(jì) 404 上位機(jī)程序設(shè)計(jì) 43 Visual Basic 語言簡(jiǎn)介 43 串口通信的實(shí)現(xiàn) 43 MSComm 控件的操控原則 44 MSComm 的屬性 44 上位機(jī)程序設(shè)計(jì) 45 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì) 47總結(jié) 49致謝 50參考文獻(xiàn) 51附錄 52附錄1 52附錄2 57附錄3 80931 緒論 課題背景在現(xiàn)代社會(huì)的生活環(huán)境中，信息扮演著極其重要的角色。所謂信息就是人們即時(shí)獲得對(duì)自己有用的數(shù)據(jù)。無論你生活在哪里，從事什么工作，無時(shí)無刻不在與信息打著交道。自18 世紀(jì)工業(yè)革命以來，工業(yè)發(fā)展與是否能掌握技術(shù)有著密切的聯(lián)系。在機(jī)械、精密制造、化工等行業(yè)，可以說那時(shí)幾乎所有的工業(yè)部門都不得不考慮著技術(shù)領(lǐng)先的因素。但是進(jìn)入20 世紀(jì)也就是人們說的信息社會(huì)的到來技術(shù)雖然還是關(guān)鍵的因素，但是獲得技術(shù)已經(jīng)不是靠那種人們基本的手工操作了，信息是獲得技術(shù)的關(guān)鍵所在，這就要求人們能在第一時(shí)間獲得數(shù)據(jù)。比如在氣象部門、航空航天部門、以及現(xiàn)代農(nóng)業(yè)……可以說現(xiàn)代社會(huì)生活的各方面都對(duì)實(shí)時(shí)、即時(shí)的數(shù)據(jù)存在著依賴。今天，我們的生活環(huán)境和工作環(huán)境有越來越多稱之為單片機(jī)的小電腦在為我們服務(wù)。單片機(jī)在工業(yè)控制、尖端武器、通信設(shè)備、信息處理、家用電器等各測(cè)控領(lǐng)域的應(yīng)用中獨(dú)占鰲頭。時(shí)下，家用電器和辦公設(shè)備的智能化、遙控化、模糊控制化己成為世界潮流，而這些高性能無一不是靠單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。采用單片機(jī)來對(duì)數(shù)據(jù)采集進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控?cái)?shù)據(jù)的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。單片機(jī)以其功能強(qiáng)、體積小、可靠性高、造價(jià)低和開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，成為自動(dòng)化和各個(gè)測(cè)控領(lǐng)域中必不可少且廣泛應(yīng)用的器件，尤其在日常生活中也發(fā)揮越來越大的作用。溫度是環(huán)境監(jiān)測(cè)的重要參數(shù),在一些特定的場(chǎng)合常常需要對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。很多溫度監(jiān)測(cè)環(huán)境范圍大,測(cè)點(diǎn)距離遠(yuǎn),布線很不方便。本系統(tǒng)中把溫度傳感器DS18B20 將采集到的溫度值送給單片機(jī)進(jìn)行處理,通過nRF24L01 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無線傳輸,在上位機(jī)的控制系統(tǒng)中,采用RS232口作為計(jì)算機(jī)與單片機(jī)溫度數(shù)據(jù)通信接口。本系統(tǒng)既能準(zhǔn)確的測(cè)量溫度,又能解決測(cè)量距離上的問題，基此，本繞基于單片機(jī)無線的溫度采集系統(tǒng)展開應(yīng)用研究工作。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡(jiǎn)單介紹隨著自動(dòng)控制、監(jiān)測(cè)及遠(yuǎn)程控制的發(fā)展，數(shù)據(jù)采集越來越被廣泛應(yīng)用，如醫(yī)療、工業(yè)等方面，數(shù)據(jù)采集是指將溫度，壓力，流量，位移等模擬量通過各種傳感元件做適當(dāng)轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)信號(hào)調(diào)理、采樣、量化、編碼、傳輸?shù)炔襟E采集，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，傳給PC 機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)，處理，顯示或打印的過程，相應(yīng)的系統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可分為以下幾種：將采集來的信號(hào)通過外部的采樣和A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)通過接口電路送入微機(jī)內(nèi)進(jìn)行處理，然后再顯示處理結(jié)果或經(jīng)過D/A 轉(zhuǎn)換輸出，主要有以下幾個(gè)特點(diǎn):(1)系統(tǒng)較強(qiáng)的軟、硬件支持。通用微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所有的軟硬件資源都可以用來支持系統(tǒng)進(jìn)行工作。(2)具有自開發(fā)能力。(3)系統(tǒng)的軟硬件的應(yīng)用配置比較小，系統(tǒng)的成本較高，但二次開發(fā)時(shí)，軟硬件擴(kuò)展能力較好。(4)在工業(yè)環(huán)境中運(yùn)行的可靠性差，對(duì)安放的環(huán)境要求較高；程序在RAM 中運(yùn)行，易受外界干擾破壞。它是由單片機(jī)及其些外圍芯片構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，是近年來微機(jī)技術(shù)快速發(fā)展的結(jié)果，它具有如下特點(diǎn):(1)系統(tǒng)不具有自主開發(fā)能力，因此，系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)必須借助開發(fā)工具。(2)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)與配置規(guī)模都是以滿足數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)功能要求為原則，因此系統(tǒng)的軟硬件應(yīng)用配置具有最佳的性價(jià)比。系統(tǒng)的軟件一般都有應(yīng)用程序。(3)系統(tǒng)的可靠性好、使用方便。應(yīng)用程序在ROM 中運(yùn)行不會(huì)因外界的干擾而破壞，而且上電后系統(tǒng)立即進(jìn)入用戶狀態(tài)。 數(shù)字信號(hào)微處理器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DSP 數(shù)字信號(hào)微處理器從理論上而言就是一種單片機(jī)的形式，常用的數(shù)字信號(hào)處理芯片有兩種類型，一種是專用DSP 芯片，一種是通用DSP 芯片?；贒SP 數(shù)字信號(hào)微處理器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的特點(diǎn)如下:精度高、靈活性好、可靠性好、容易集成、分時(shí)復(fù)用等，但其價(jià)格不菲。這是一種近年來隨著8位單片機(jī)出現(xiàn)而在計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中迅速發(fā)展的一種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式。它是由通用計(jì)算機(jī)(PC 機(jī))與單片機(jī)通過標(biāo)準(zhǔn)總線(例如RS232C 標(biāo)準(zhǔn))相連而成。單片機(jī)及其外圍電路構(gòu)成的部分是專為數(shù)據(jù)采集等功能的要求而配置的，主機(jī)則承擔(dān)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的人機(jī)對(duì)話、大容量的計(jì)算、記錄、打印、圖形顯示等任務(wù)。混合型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有以下特點(diǎn):(1)通常具有自開發(fā)能力；(2)系統(tǒng)配置靈活，易構(gòu)成各種大中型測(cè)控系統(tǒng)；(3)主機(jī)可遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)而構(gòu)成各種局域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；(4)充分利用主機(jī)資源，但不會(huì)占有主機(jī)的全部CPU時(shí)間。2 溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成身的溫度采集系統(tǒng)，系統(tǒng)硬件電路由溫度傳感器、單片機(jī)、NRF24L0RS232 串口通信和計(jì)算機(jī)組成。其原理框圖見圖21。在單片機(jī)1的控制下，溫度傳感器把溫度數(shù)據(jù)傳至單片機(jī)1進(jìn)行判斷、顯示，并控制NRF24L01無線模塊1把數(shù)據(jù)發(fā)射出去。無線模塊2收到數(shù)據(jù)后，把數(shù)據(jù)通過SPI通信傳至單片機(jī)2，單片機(jī)2在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行再判斷與顯示。最后單片機(jī)2再把有效的數(shù)據(jù)通過RS232串口傳至計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和存儲(chǔ)。單片機(jī)主要是對(duì)溫度傳感器DS18B20 進(jìn)行控制，讀取溫度傳感器的溫度值，并把溫度值通過串口通信送入計(jì)算機(jī)。NRF24L01主要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行無線傳輸。由于STC89 系列單片機(jī)與MCS51 系列單片機(jī)兼容，并支持在線下載，線路簡(jiǎn)單，所以本系統(tǒng)采用STC89C52單片機(jī)。 單片機(jī)部分（一）單片機(jī)發(fā)展單片機(jī)又稱“MCU”，其發(fā)展歷程主要經(jīng)歷了以下五個(gè)階段[7]:第一階段:單片機(jī)的探索階段。這一階段以Intel 公司的MCS48 為代表。MCS48 的推出是在工控領(lǐng)域的探索，參與這一探索的公司還有Motorola,ZiLong 等，都取得了滿意的效果。第二階段:單片機(jī)完善階段。Intel 公司在MCS48 基礎(chǔ)上推出了完善的、典型的MCS51單片機(jī)系列。它在以下幾個(gè)方面奠定了典型的通用總線單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)。(1)完善的外部總線。設(shè)置了經(jīng)典的8 位單片機(jī)的總線結(jié)構(gòu)。(2)CPU 外圍功能單元的集中管理模式。(3)體現(xiàn)工控特性的位地址空間、位操作方式。(4)指令系統(tǒng)趨于豐富和完善，并且增加了許多突出控制功能的指令。第三階段:8 位單片機(jī)鞏固發(fā)展及16 位單片機(jī)推出階段，也是向微控制器發(fā)展的階段。Intel 公司推出的MCS96 系列單片機(jī)中，將一些用于測(cè)控系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、程序運(yùn)行監(jiān)測(cè)器、脈寬調(diào)制器等納入片中，體現(xiàn)了單片機(jī)的微控制器特征。第四階段:微控制器的全面發(fā)展階段。隨著單片機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域全面深入的發(fā)展和應(yīng)用，出現(xiàn)了高速、大尋址范圍、強(qiáng)運(yùn)算能力的8 位、16 位、32 位通用型單片機(jī)，以及小型廉價(jià)的專用型單片機(jī)。第五階段即現(xiàn)行階段。單片機(jī)的首創(chuàng)公司Intel 將其MCS51 系列中的80C51 內(nèi)核使用權(quán)以專利互換或出售形式轉(zhuǎn)讓給世界許多著名IC 制造廠商，如Atmei、Philips、NEC等，這樣80C51 就變成有眾多制造廠商支持的發(fā)展出上百種品種的大家族，現(xiàn)統(tǒng)稱為8051系列，也有人簡(jiǎn)稱為51 系列。雖然世界上的MCU 品種繁多，功能各異，開發(fā)裝置也互不兼容，但是客觀發(fā)展表明:80C51 系列單片機(jī)已成為單片機(jī)發(fā)展的主流。在單片機(jī)家族中，80C51 系列是其中的佼佼者。1998 年以后系列單片機(jī)又出現(xiàn)了一個(gè)新的分支，稱為系列單片機(jī)。這種單片機(jī)是由美國Atmel 公司率先推出的，它的最突出優(yōu)點(diǎn)是把快擦寫存儲(chǔ)器應(yīng)用于單片機(jī)中。這使得在系統(tǒng)開發(fā)過程中修改程序十分容易，大大縮短了系統(tǒng)的開發(fā)周期。同時(shí)，在系統(tǒng)工作過程中，能有效地保存數(shù)據(jù)信息，即使斷電也不會(huì)丟失信息。除此，AT系列單片機(jī)的引腳和80C51 是一樣的，所以，當(dāng)用89 系列單片機(jī)取代80C51 時(shí)可以直接進(jìn)行代換，并且也可以不更換仿真機(jī)。（二）STC89C52 的特點(diǎn)及工作原理STC89C52 完全兼容MCS51 系列單片機(jī)的所有功能，并且本身帶有2K 的內(nèi)存儲(chǔ)器，可以在編程器上實(shí)現(xiàn)閃爍式的電擦寫達(dá)幾萬次以上，比以往慣用的8031CPU 外加EPROM為核心的單片機(jī)系統(tǒng)在硬件上具有更加簡(jiǎn)單方便等優(yōu)點(diǎn)，具體如下[5]：STC89C52 單片機(jī)是最早期也最典型的產(chǎn)品，低功耗、高性能、采用CHMOS 工藝的8位單片機(jī)。它在硬件資源和功能、軟件指令及編程上與Intel 80C3X 單片機(jī)完全相同。在應(yīng)用中可直接替換。在STC89C52 內(nèi)部有FLASH 程序存儲(chǔ)器，既可用常規(guī)的編程器編程，也可用在線使之處于編程狀態(tài)對(duì)其編程。編程速度很快，擦除時(shí)也無需紫外線，非常方便。STC89C5X 系列可認(rèn)為是Intel 80C3X 的內(nèi)核與STC FLASH 技術(shù)的結(jié)合體。它為許多嵌入式控制系統(tǒng)提供了靈活、低成本的解決方案。●與MCS51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容；●片內(nèi)集成4KB 的FLASH 存儲(chǔ)器，可反復(fù)編程/擦除1000 次；●數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10 年；●全靜態(tài)設(shè)計(jì)，時(shí)鐘頻率范圍為0～24MHz、33MHz；●三個(gè)程序存儲(chǔ)器保密位；●1288 字節(jié)的內(nèi)部RAM；●32 條可編程的I/O 口線；●2 個(gè)可工作于4 種模式的16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；●5 個(gè)中斷源/2 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)；●可編程串行通道；●具有4 種工作模式的全雙工串行口；●低功耗的待機(jī)工作模式和掉電工作模式；●片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路；●具有4 種工作模式的全雙工串行口；●低功耗的待機(jī)工作模式和掉電工作模式；●片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路；圖22 STC89C52 引腳圖VCC：供電電壓。GND：接地。P0 口：P0 口為一個(gè)8 位漏級(jí)開路雙向I/O 口，每腳可吸收8 個(gè)TTL 門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫“1”時(shí)，被定義為高阻輸入。P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FLASH 編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FLASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0 輸出原碼，此時(shí)P0 外部必須被拉高。P1 口：P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P1 口緩沖器能接收輸出4 TTL 門電流。P1 口管腳寫入1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)，P1 口作為第八位地址接收。P2 口：P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL 門電流，當(dāng)P2 口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2 口在FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3 口：P3 口管腳是8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O 口，可接收輸出4 個(gè)TTL 門電流。當(dāng)P3 口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3 口也可作為ST89C52的一些特殊功能口,P3 口管腳備選功能: RXD（串行輸入口）； TXD（串行輸出口）； INT0（外部中斷0）； INT1（外部中斷1）； T0（計(jì)時(shí)器0 外部輸入）； T1（計(jì)時(shí)器1 外部輸入）； WR （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）； RD （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）；P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位時(shí)，要保持RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE 脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR 8EH 地址上置0。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行MOVX，MOVC 指令是ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE 禁止，置位無效。PSEN ：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器讀取指令期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。EA /VPP：當(dāng)EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1 時(shí)，EA 將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH 編程期間，此引腳也用于施加12V 編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。XTAL1 和XTAL2 分