【正文】 ： 7279 檢測(cè)按鍵是否按下，如果按下，單片機(jī)將通過(guò)無(wú)線模塊 nRF2401 向從機(jī)發(fā)送信號(hào)，當(dāng)從機(jī)發(fā)來(lái)數(shù)據(jù)時(shí)，無(wú)線 模塊 nRF2401 接收數(shù)據(jù)，通過(guò)單片機(jī)處理后送給 HD7279A,HD7279A來(lái)完成 LED 的顯示功能，此時(shí)溫度數(shù)據(jù)就顯示在 LED 上。 采用模塊化的設(shè)計(jì)方法 ，系統(tǒng)主要功能模塊有：主程序模塊、無(wú)線控制程序模塊、溫度采集 模塊 等。 7 段 LED 段選碼如表 31 所示。共陰極七段 LED 顯示器工作時(shí)，其公共極接到低電平，各段的陽(yáng)級(jí)接與共陰七段碼相對(duì)應(yīng)的高電平。 表 芯片管腳連接及功能描述 湖南商學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21 頁(yè) 共 56 頁(yè) 鍵盤(pán)顯示電路 LED 顯示器件的工作原理 LED 是一種電流發(fā)光器件．它 不但能夠工作在恒定電流狀態(tài)，而且能夠工作在脈沖電流狀態(tài)。 nRF2401A 無(wú)線模塊基本特性與參數(shù)指標(biāo) ? 工作電壓： ? 模塊尺寸： 27mm*31mm nRF2401A 無(wú)線模塊功能簡(jiǎn)介 ? 可以進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)送和接收 ? 可以開(kāi)發(fā)無(wú)線的電子產(chǎn)品：如無(wú)線遙控器、無(wú)線麥克、無(wú)線耳機(jī)、無(wú)線的文件傳輸系統(tǒng)等 湖南商學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19 頁(yè) 共 56 頁(yè) nRF2401A 無(wú)線模塊結(jié)構(gòu)示意圖 圖 無(wú)線傳輸模組結(jié)構(gòu)示意圖 nRF2401A 及其外圍電路 nRF2401A 及其外圍電路如圖 所示 ，包括 nRF2401A 芯片部分、晶振部分、晶振部分、天線部分 和穩(wěn)壓部分。 表 分辨率關(guān)系表 R0 R1 分辨 率 /bit 最大轉(zhuǎn)換時(shí)間 /us 0 0 9 0 1 10 1 0 11 375 1 1 12 750 DS18B20 的 高速 緩 存存儲(chǔ)器 高速 緩 存存儲(chǔ)器由 9 個(gè)字節(jié)組成，其分配 如表 所示。 圖 DS18B20 內(nèi)部 結(jié)構(gòu) 圖 DS18B20 的 4 個(gè)主要數(shù)據(jù)部件 A、 64 位激光 ROM。測(cè)量溫度范圍為 55℃ ～ +125℃ ，在 10℃ ～ +85℃ 范圍內(nèi) ，其 精度為 177。電源 12V電壓輸入，經(jīng)過(guò)濾波穩(wěn)壓電路后輸出穩(wěn)定的5V給單片機(jī)供電。 SPCE061A 性能 表 SPCE061A的特性參數(shù) 湖南商學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁(yè) 共 56 頁(yè) 結(jié)構(gòu)概覽 SPCE061A 的結(jié)構(gòu)如圖 所示： 圖 SPCE061A 的結(jié)構(gòu)圖 芯片的引腳排列和說(shuō)明 SPCE061A 有兩種封裝片，一種為 84 個(gè)引腳， PLCC84 封裝形式；它的排列如圖 所示；另一種為 80 個(gè)引腳， LQFP80 封裝。本系統(tǒng)采用單凌陽(yáng)單片機(jī)，完全滿足系統(tǒng)需求，充分利用了各項(xiàng)資源，使得本設(shè)計(jì)更趨 向 智能化， 人性化。 采用方案四 可以在保障系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定的同時(shí)，保障系統(tǒng)在停電或者斷電以及其他突發(fā)情況下能照常運(yùn)行，從可行性上來(lái)考慮， 應(yīng) 選擇方案四。部分外圍 電路的集成，使總體電路更 加 簡(jiǎn)潔，搭建電路 以及 焊接電路時(shí) 更加方便快捷 。蓄電池具有較強(qiáng)的電流驅(qū)動(dòng)能力以及穩(wěn)定的電壓輸出性能，并且 移動(dòng)方便，成本低。它可以同時(shí)驅(qū)動(dòng) 8 位共陰數(shù)碼管，還能同時(shí)連接多達(dá) 64 鍵的鍵盤(pán)矩陣，單片就可完成 LED 數(shù)據(jù)顯示和鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)的全部功能。 方案一：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制鍵盤(pán) 、 液晶顯示屏 （ LCD） 顯示溫度數(shù)據(jù)。此外 湖南商學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁(yè) 共 56 頁(yè) NB9148 的位碼可 與其他模式相兼容。且該芯片的物理化學(xué)性 都很 穩(wěn)定，它能 作為 工業(yè)測(cè)溫元件 。我們需要做到數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確，并且能夠保持系統(tǒng)的穩(wěn)定。 SPCE061A 是凌陽(yáng)科技經(jīng)典的一款 16位的具有語(yǔ)音處理結(jié)構(gòu)的微控制器。 系統(tǒng)方案比較與選擇 為了更好的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可靠性與高性價(jià)比，我針對(duì)以上這些模塊分別提出幾種方案以供選擇。全智能的環(huán)保家居系統(tǒng)當(dāng)中也很大程度上需要溫度檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)完成部 分功能，然后對(duì)溫度數(shù)據(jù)做出反應(yīng)，比如說(shuō)智能打開(kāi)窗戶或者空調(diào)，當(dāng)沒(méi)有人在系統(tǒng)中出現(xiàn)的關(guān)閉所有應(yīng)該關(guān)閉的電源來(lái)節(jié)約能源，以達(dá)到環(huán)保的效果。在工 農(nóng) 業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，很多時(shí)候都需要對(duì)溫度進(jìn)行 非常 嚴(yán)格的 檢測(cè)和控制 ，以使得生產(chǎn)能夠順利的進(jìn)行， 讓 產(chǎn)品的質(zhì)量得到充分的保證。所以學(xué)習(xí)并研究溫度測(cè)量及相關(guān)知識(shí)可做為一個(gè)較為實(shí)用的課題的方向，能獲得較實(shí)用的知識(shí)和方法。 無(wú)線溫度采集系統(tǒng)可被廣泛應(yīng)用于溫度測(cè)量或相應(yīng)的可轉(zhuǎn)換為溫度量或供電故障監(jiān)控的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、服務(wù)業(yè)、安全監(jiān)控等工程中，例如：城市路燈故障檢測(cè)和供電線路防盜監(jiān)視、環(huán)保工程、大型倉(cāng)庫(kù)溫度檢測(cè)、城市居民小區(qū)供熱檢測(cè)、大型倉(cāng)庫(kù)溫度檢測(cè)、工業(yè)生產(chǎn)測(cè) 控、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)溫度測(cè)控、環(huán)保工程、故障監(jiān)控工程等。遠(yuǎn)距離通信的有 GPS， 手機(jī) 等 等 。 課題的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 課題的研究現(xiàn)狀 21 世紀(jì)的今天，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展日新月異，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步同時(shí)也帶動(dòng)了測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代測(cè)控設(shè)備不同于以前，它們?cè)谛阅芎徒Y(jié)構(gòu)發(fā)生了翻天覆地的變化。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。 基于單片機(jī)的溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是由將來(lái)自 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器 的信號(hào)直接傳輸給單片機(jī)從機(jī)，單 片機(jī)從機(jī)經(jīng)過(guò)信號(hào)處并通過(guò) nRF2401 無(wú)線模塊發(fā)送給單片機(jī)主機(jī)，并在主機(jī)上顯示出溫度，同時(shí)實(shí)現(xiàn)溫度過(guò)高或者過(guò)低的報(bào)警功能，溫度超過(guò) 50 攝氏度時(shí)語(yǔ)音報(bào)警說(shuō)明溫度過(guò)高，溫度低于 20 攝氏度時(shí)語(yǔ)音報(bào)警說(shuō)明溫度過(guò)低。伴隨農(nóng)業(yè)科技和工業(yè)科技的飛速發(fā)展，溫度測(cè)量的需求越來(lái)越多，也越來(lái)越重要。這是由于電子元器件在溫度過(guò)高或者過(guò)低的時(shí)候無(wú) 湖南商學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè) 共 56 頁(yè) 法工作。 本設(shè)計(jì)是以凌陽(yáng)公司的 SPCE061A 單片機(jī)作為控制核心，以 DS18B20 為采集終端的溫度采集與控制系統(tǒng)。因此前景是相當(dāng)?shù)目捎^。 在過(guò)去的一段時(shí)間，觸摸開(kāi)關(guān)風(fēng)靡一時(shí)。所以此設(shè)計(jì)的應(yīng)用面十分廣，應(yīng)用前景也是無(wú)可計(jì)量的。 AT89S52 單片機(jī)的軟件編程自由度比較大，可通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)各種算法以及邏輯控制。凌陽(yáng)單片機(jī) SPCE061A內(nèi)嵌 32k字 Flash程序存儲(chǔ)器和 2 路 16位定時(shí)器、 8 通道 10bitADC、 UART 接口、 2K的 SRAM、看門狗、電壓檢測(cè)以及時(shí)基輸出等模塊。 但這些芯片輸出的都是模擬信號(hào) ， 必須經(jīng)過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換后才能送給 單片 機(jī) ， 這樣就使得測(cè)溫裝置的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 。 因此該溫度采集 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就比較簡(jiǎn)單 ， 體積 也較小。芯片能耗相當(dāng)?shù)?，?5dBm的功率發(fā)射的時(shí)侯，工作的電流只有 ，接收的時(shí)侯工作電流只有 18mA。 方案二：使用單片機(jī)控制鍵盤(pán)和傳統(tǒng)的數(shù)碼管顯示。 電源模塊比較與論證 方案一：采用穩(wěn)壓源提供正負(fù) 5V的 電壓。 系統(tǒng)最終方案 經(jīng)過(guò)反復(fù)比較與論證，最終確定了如下方案： （ 1） 采用單凌陽(yáng)單片機(jī) SPCE061A 作為控制核心； 由于系統(tǒng)要求精度高且性價(jià)比高，經(jīng)綜合考慮后選用凌陽(yáng) 16 位單片機(jī) SPCE061A實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)。 （ 3） 采用與凌陽(yáng)配套的低功耗芯片 nRF2401 做無(wú)線傳輸； 采用與凌陽(yáng)單片機(jī)配套的 nRF2401 模塊來(lái)搭建系統(tǒng)，使用起來(lái)更加方便，各方面性能都比較優(yōu)秀。 系統(tǒng)采用凌陽(yáng)單片機(jī)為處理控制器，主機(jī)從機(jī)都有各自的控制器。 圖 系統(tǒng) 總 電路 框圖 無(wú)線 模塊 IOB0~ IOB7 IOB15 凌陽(yáng)單片機(jī) 2 溫度傳感器模塊 最大無(wú)障礙距離約 50m 最大有障礙距離約 20m 鍵盤(pán)顯示模塊 無(wú)線 模塊 IOA12 ~ IOA15 IOB0~ IOB7 凌陽(yáng)單片機(jī) 1 湖南商學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10 頁(yè) 共 56 頁(yè) 3 硬件電路的設(shè) 計(jì) 本系統(tǒng)的硬件電路包括主控模塊和其他 外圍電路 ，外圍電路又 包括： 穩(wěn)壓 電路、溫度采集 電路 、 鍵盤(pán)顯示電路等 ， 下面將依次對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行說(shuō)明。如下圖所示： 圖 凌陽(yáng)小系統(tǒng)電路圖 湖南商學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 14 頁(yè) 共 56 頁(yè) 凌陽(yáng)開(kāi)發(fā)板的外圍電路有 A/D 電路 ,D/A 電路，下載電路 ,I/O 口，鍵盤(pán)電路等 ，如圖 所示 。 圖 凌陽(yáng)單片機(jī) 板 穩(wěn)壓電路圖 12V防爆聚合物鋰離子蓄電池 ? 輸入電壓： ? 輸出電壓： ? 電池容量： 3000 mAh ? 輸出插頭參數(shù)：公頭， DC 外徑 ， 內(nèi)徑 ? 體積大約： 100*60*19 mm ? 充電器 上面標(biāo) 1A 電流，實(shí)測(cè) 700mA 充電電流，輸出電壓 電源自動(dòng)切換電路 將穩(wěn)壓電源跟 串聯(lián) 了二極管的電池一起并聯(lián)接入，作為總的電源電路。 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應(yīng)用于多種場(chǎng)合，如磁鐵吸附式，螺紋式，不銹鋼封裝式，管道式，型號(hào)多種多樣，有 LTM8874， LTM8877 等等。 表 DS18B20 溫度數(shù)據(jù)表 溫度 /℃ 二進(jìn)制表示 十六進(jìn)制表示 +125 + + + 0 55 00000111 11010000 00000001 10010001 00000000 10100010 00000000 00001000 00000000 00000000 11111111 11111000 11111111 01011110 11111110 01101111 11111100 10010000 07D0H 0191H 00A2H 0008H 0000H FFF8H FF5EH FE6FH FC90H C、 非易失性溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL。 當(dāng)符號(hào)位 S=0時(shí)，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng) S=1 時(shí)，先將補(bǔ)碼變?yōu)樵a，再 轉(zhuǎn)換成 十進(jìn)制值。 圖 nRF2401A 及其外圍電路 nRF2401A 電源指示電路 電路板上提供了一個(gè)電源指示燈，其電路如圖 。 LED 顯示 器每段正常發(fā)光需直流電流 1020mA，發(fā)光二極管發(fā)光時(shí)．其正向?qū)▔航禐? 左右。 LED 的顯示有靜態(tài)顯示方式和動(dòng)態(tài)顯示方式。它可以同時(shí)驅(qū)動(dòng) 8 位共陰式數(shù)碼管，還能同時(shí)連接多達(dá) 64 鍵的鍵盤(pán)矩陣，單片就可完成 LED 數(shù)據(jù)顯示 和鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)的全部功能。 ? 從機(jī)程序：是控制系統(tǒng)的非常重要的部分，協(xié)調(diào)溫度采集與無(wú)線模塊的運(yùn)行。從機(jī)程序流程圖如圖 湖南商學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 25 頁(yè) 共 56 頁(yè) 圖 主機(jī)程序 流程圖 圖 從機(jī)程序流程圖 無(wú)線模塊 nRF2401 程序 設(shè)計(jì) 系統(tǒng)所使用的無(wú)線模塊的通信是半雙工的，即一個(gè)在發(fā)送的時(shí)候，另一個(gè)必須是接收的狀態(tài)，但是一個(gè)無(wú)線模塊可以有兩種狀態(tài)，即發(fā)送狀態(tài)和接收狀態(tài)。 ? 測(cè)試儀器及軟件：數(shù)字萬(wàn)用表，溫度計(jì) 0~100 攝氏度。 因?yàn)樾酒?是塑料封裝，所以對(duì)溫度的感應(yīng)靈敏度不是相當(dāng)高，需要一個(gè)很短的時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)定。設(shè)計(jì)中所采用的DS18B20搜索算法還存在不足，有時(shí)會(huì)發(fā)生重復(fù)或遺漏搜索。 湖南商學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 28 頁(yè) 共 56 頁(yè) (3) 數(shù)據(jù)在程序?qū)?shù)據(jù)的處理中以及各種進(jìn)制轉(zhuǎn)換中會(huì)出現(xiàn)小部分?jǐn)?shù)據(jù)丟失的情況。采用溫度傳感器 和溫度計(jì)同時(shí)測(cè)量多點(diǎn)水溫變化情況（取溫度值不同的多點(diǎn)），目測(cè)顯示電路是否正常。 圖 HD7279 按鍵程序流程圖 圖 HD7279 LED 顯示程序流程圖 DS18B20 溫度采集模塊程序 設(shè)計(jì) 根據(jù) DS18B20 的通訊協(xié)議，主機(jī)控制 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟：在 每一次讀寫(xiě) 前都要對(duì) DS18B20 進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功 之 后發(fā)送一條 ROM 指令， 再 發(fā)送 RAM 指令，這樣才能對(duì) DS18B20 進(jìn)行 操作。 ? 無(wú)線傳輸協(xié)議：無(wú)線模塊之間專用的通信協(xié)議。所有的軟件程序都在該開(kāi)發(fā)環(huán)境中編譯通過(guò)。 將數(shù)碼管的引腳和單片機(jī)的數(shù)據(jù)