【正文】 通訊已經(jīng)成為通訊領域的主流通訊方式。 在現(xiàn)代工業(yè)控制領域，控制系統(tǒng)要求需要具有極高的可靠性外，還必須具有極其高的實時性以及友好的人機交換界面，還需要有極大的可擴展性。 167。另一種是將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器截然分開，分別尋址的結構，稱為哈佛（ Harvard）結構，一般需要較大的程序存儲器，目前的單片機以采用程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器截然分開的結構為多。 MCS51 系列及 80C51 單片機有多種品種。隨著單片機性能價格比的不斷提高，新一代產(chǎn)品的應用也越來越廣泛，大可構成復雜的工業(yè)過程控制系統(tǒng)，完成復雜的控制功能。 系統(tǒng)采用近幾年來成熟的各種溫濕度傳感技術、短距離無線通信技術、數(shù)據(jù)處理控制技術和功能化模塊來構造基本的系統(tǒng)功能。最主要的特征是系統(tǒng)軟、硬件規(guī)模完全根據(jù)應用系統(tǒng)的要求配置，獨立性、可擴展性好，因此系統(tǒng)具有較高的性價比。與通用計算機系統(tǒng)相比，具有系統(tǒng)簡單、功能易擴展、測控能力強、可靠性高。但是模擬傳感器的模擬信號需要先經(jīng)過取樣、放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路處理，再將本科畢業(yè)設計（論文） 7 轉(zhuǎn)換得到的表示溫濕度值的數(shù)字信號交由微處理器或 DSP 處理。數(shù)字式傳感器具有高的測量精度和分辨率，穩(wěn)定性好，信號易于處理、傳送和自動控制，便于動態(tài)及多路測量，讀數(shù)直觀，安裝方便，維護簡單，工作可靠性高。 IrDA 具有 技術成熟、體積小、功率低、傳輸速率高、連接方便、簡單易用、數(shù)據(jù)傳輸干擾少、保密性強、成本低廉等優(yōu)點。無線收發(fā)芯片的可 靠性高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強，通訊協(xié)議簡單透明，技術成熟。 167。 本科畢業(yè)設計（論文） 10 可見液晶顯示器在使用中有眾多的限制條件，但它同時也有一定的優(yōu)勢，其中最明顯的就是低功耗，消耗電流一般是 pA 級的。 目前制冷系統(tǒng)主要包括空氣循環(huán)制冷系統(tǒng)、蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)、使用氨水的吸收式制冷系統(tǒng)和近幾年發(fā)展起來的半導體制冷系統(tǒng)。其工作系統(tǒng)如圖 31 所示： 主 機 T X D R X DT X D R X D 從 機T X D R X D 從 機T X D R X D 從 機 圖 31 多機通信原理圖 167。 溫度數(shù)據(jù)采集硬件接口電路 針對 8051 單片機 I/O 口線較少的特點，用一只 DS18B20 型單線數(shù)字式集成溫度傳感器組成溫度采集網(wǎng)絡。 12 位精度轉(zhuǎn)換的最大時間為 750ms[18]。所以多片 DS18B20 能夠連接在同一條數(shù)據(jù)線上而不會造成混亂。其結構圖如下 34 所示： 圖 34 DS18B20 的結構框圖 2. DS18B20 的測溫原理 DS18B20 的溫度傳感器是通過溫度對振蕩器的頻率影響來測量溫度，如圖 35 所示。 DS18B20 只有三根外引線：單線數(shù)據(jù)傳輸端口 DQ、共用地線 GND、外供電源線 VDD。 無線收發(fā)電路的設計 射頻收發(fā)芯片 nRF401 工作在 433MHz 國際通用的 ISM 頻段； FSK 調(diào)制和解調(diào)，抗干擾能力強； 采用 PLL 頻率合成技術，頻率穩(wěn)定性好；靈敏度高達 105dBm，最大發(fā)射功率達到 +10dBm；數(shù)據(jù)速率可達 20Kbit/S；可方便地嵌入各種測量和控制系統(tǒng)中；在儀器儀表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無線抄表系統(tǒng)、無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、計算機遙測遙控系統(tǒng)等中應用。 接收電路包含有：低噪聲放大器、混頻器、 FSK 解調(diào)器、濾波器等電路。 167。當發(fā)現(xiàn)有鍵按下時，延時 1020ms 再查詢是 否有鍵按下，若沒有鍵按下，說明上次查詢結果為干擾或抖動；若仍有鍵按下。 本科畢業(yè)設計（論文） 20 圖 38 鍵盤電路框圖 167。例如：當 I/O 口控制芯片輸出的代碼是 00111111 時，數(shù)碼管顯示的字符為 0。選擇動態(tài)顯示方式，可以使耗電量更小。這樣有利于程序修改和調(diào)試，增強了程序的可移植性。規(guī)定欲發(fā)送的這個文件存在當前盤上，并且為了便于說明問題，只傳送字節(jié)小于 256 個字符的文件 [2]。 Countfilength(handle)。 Sum=sum+ch。 本科畢業(yè)設計（論文） 24 Goto rep。沒有中斷的時候，上位機子系統(tǒng)處于等待狀態(tài)，直到有中斷需要響應時，單片機進入相應的中斷服務程序，向下位機發(fā)送溫度測試指令，等下位機接收到完整數(shù)據(jù)后，將上位機置接收方式，準備接收測得的數(shù)據(jù)，在上位機接收完下位機上傳的數(shù)據(jù)后，根據(jù)中斷指令進行顯示，并保持狀態(tài)，直到響應新的中斷為止。下位機主程序流程框圖如圖 45 所示。 然而，單片機對網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的處理方式不同于通用計算機系統(tǒng)，尤其有的單片機只提供 8 位的數(shù)據(jù)收發(fā)接口，在一定程度上阻礙了單片機在網(wǎng)絡方面的應用。而且通信協(xié)議都是在引進外國設備時一塊引進的。 本文所研究的無線溫度控制系統(tǒng)是短距離無線通信技術在溫度測量與控制方面的一個具體應用。比如溫度傳感器的測溫范圍不夠?qū)?，發(fā)射距離比較近，溫度控制精度不夠高等 。 (3)改變控制算法，以提高溫度控制精度。并且還出現(xiàn)了各種通信協(xié)議。 圖 46 溫度測量子程序流程框圖 初始化 讀 DS18B20 序列號 初始化 轉(zhuǎn)換溫度 匹配 ROM 存測溫點數(shù)據(jù) 讀溫度數(shù)據(jù) 輸出數(shù)據(jù) 返回 本科畢業(yè)設計（論文） 31 第 5章 發(fā)展與 展望 167。接著循環(huán)查詢 nRF401 子系統(tǒng)是否置接收方式，直到有接收數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)入相應的子程序，執(zhí)行溫度的檢測或溫度的控制。 上位機 及下位機 主程序 上位機主程序開始后先進行初始化設置。 Sum=0。count。 Exit(1)。 167。本科畢業(yè)設計（論文） 22 第 4章 系統(tǒng)的軟件設計 溫度測量系統(tǒng)的功能是在程序控制下實現(xiàn)的 。 動態(tài)顯示方式的每位數(shù)碼管都需要一個數(shù)據(jù)鎖存器，因此，其硬件電路比較復雜。每個二極管就是一個筆劃，若干個二極管發(fā)光時，就構成了一個顯示字符。 P14 口表示數(shù)字 “”鍵，按一下溫度數(shù)值減 1。為了避免 CPU多次處理按鍵的一次閉合，應采用措施消除抖動。 單片機的選擇 單片機體積小、重量輕、抗干擾能力強、對環(huán)境要求不高、價格低廉、可靠性高、靈活性好、開發(fā)較為容易，自問世以來以其極高的性價比一直受到人們的重視和關注。壓控振蕩器由片內(nèi)的振蕩電路和外接的電感組成。比較而言，寄生電源方式少用一根導線，但它完成溫度測量所需的時間較長，而外部電源方式測量速度則要快些 。溫度值由主機通過發(fā)讀存儲器命令讀出，經(jīng)過取補和十進制轉(zhuǎn)換，得到實測的溫度值。第本科畢業(yè)設計（論文） 15 六、七、八字節(jié)保留未用。 每片 DS18B20 含有一個唯一的 64 位 ROM 編碼。它的主要技術特性如下： （ 1）具有獨特的單線接口方式，即微處理器與其接口時僅需占用 1 位I/O 端口； （ 2）支持多節(jié)點，使分布式多點測溫系統(tǒng)的線路結構設計和硬件開銷大為簡化； （ 3）測溫時無需任何外部元件： （ 4）可以通過數(shù)據(jù)線供電，具有超低功耗工作方式： （ 5）測溫范圍為 55~+125℃ ，測溫精度為 177。 167。 多機通信一體化原理 多機通信是指 2 臺以上計算機之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)調(diào)工作 .主從式多機通信是多機通信中應用最廣的一種 .主機可以是 PC 機或單片機 ,從機一般采用單片機。 167。 鍵盤顯示模塊的選擇 顯示單元是人機交互的窗口， 是傳遞儀表工作狀態(tài)和檢測數(shù)據(jù)的關鍵性設備，通常的顯示器件有液晶顯示器（ LCD）和數(shù)碼管顯示器（ LED）。在如此眾多的產(chǎn)品中選擇出合適的器件，應該把握以下幾點：外圍電路應該盡量簡單；測溫的精度、分辨率要合適，以便減少不必要的電路和軟件開發(fā)成本；溫度傳感器采用的總線負載能力如何，能否滿足多 點測溫的需要；占用 MCU 的 I/O 引腳數(shù)情況如何，因為 MCU 的系統(tǒng)資源非常寶貴，輸入通道有限，多點溫度測量時，如果測量的點數(shù)超過了輸入通道時，就要添加多路復用器，這將增加成本和開發(fā)時間，應盡量節(jié)約；與 MCU 的通信協(xié)議應盡量簡單，溫度測量的軟件開本科畢業(yè)設計（論文） 9 發(fā)難度、成本要盡量小 [13]。新一代短距離無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)具有體積小、功耗低、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強等優(yōu)點，而且開發(fā)簡單快速，可以方便地嵌入到各種設備中，實現(xiàn)設備間的無線連接，因此，較適合搭建小型網(wǎng)絡，在工業(yè)、民用領域得到較為廣泛的應用。但是藍牙設備價格昂貴，通訊距離近，藍牙 RF 定義了三種功率等級（ 100mw、 25mw 和 1 mw），當藍牙設備功率為 1 mw 時，其發(fā)射范圍一般為 10m[20]。數(shù)字式傳感器能把被測模擬量直接換成數(shù)字量輸出，可 以直接與數(shù)字設備（計算機，計數(shù)器，數(shù)字顯示系統(tǒng)等）相聯(lián)，用微控制器、 DSP 或計算機進行信號的處理、濾波、壓縮。 167。通常由微型計算機和外圍設備組成，包括微處理器（ CPU）、存儲器（存放程序指令或數(shù)據(jù)指令的 ROM、 RAM 等）、輸入 /輸出接口（ I/O）及其它功能部件如定時器 /計數(shù)器、中斷系統(tǒng)等。對于一般的工業(yè)測量與控制，多采用專用計算機系統(tǒng)進行測控。 系統(tǒng)方案構想 溫濕度的檢測有許多方法，可供選擇的器件和運用的技術也有多種。 課題來源 在日常生活和工作中，我們常常用到溫度控制，溫度控制系統(tǒng)廣泛應用于汽車 , 鍋爐 , 電子 , 化工等各個領域。這些兼容機與 8051 的系統(tǒng)結構（主要是指令系統(tǒng)）相同，采用 CMOS 工藝，因而，常用 80C51 系列來稱呼所有具有8051 指令系統(tǒng)的單片機，它們對 8051 單片機一般都作了一些擴充，更有特點。例如：位處理、查表、多種地址訪問方式、多種跳轉(zhuǎn)、乘除法運算、狀態(tài)監(jiān)測、中斷處理等，增強了實時性。因此，對溫度的監(jiān)測和控制已成為本科畢業(yè)設計（論文） 3 生產(chǎn)過程中非常重要的技術要求。要想實現(xiàn)一體化控制，把多個分散的系統(tǒng)連接起來。 溫度測量部分工作原理是單片機利用 DS18B20 對溫度進行采集，然后進行無線發(fā)送，接收端收到信號后，進行解碼，之后實現(xiàn)溫度顯示 。必須要實現(xiàn)他們之間的通信。 隨著單片機和計算機技術的不斷發(fā)展，單片機的應用也從獨立的單機向網(wǎng)絡發(fā)展，由計算機和單片機構成的多機網(wǎng)絡系統(tǒng)已成為單片機技術發(fā)展的一個方向。 主程序設計 ................................................................................22 167。 溫度采集部分電路設計 ...........................................................12 167。 器件的選用 ................................................................................. 8 167。 課題的研究目的和意義 ............................................................ 2 167。一體化控制是一種全新的工業(yè)控制理念，其集成度高，可把動力機構、執(zhí)行器、計算機和傳感器等相 互構成一個功能完善自動化系統(tǒng) 本設計是一個由單片機構成的溫度一體化控制系統(tǒng)，它利用 8051 單片機和 DS18B20 等其他器件實現(xiàn)。 因此，一體化控制系統(tǒng)開始被人們重視。s device to attain the temperature of desire enactment through the CPU processing. KEY WORDS ： microcontroller, wireless transmission and reception, temperature control, LED display, timing 本科畢業(yè)設計（論文） IV 目 錄 前 言 ....................................................................................................... 1 第 1 章 概述 ............................................................................................ 2 167。 短距離無線通信模塊方案 ................................................ 7 167。 系統(tǒng)總體結構設計 ............................................................ 11 167。 顯示電路的設計 ...........................................