【導讀】導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致。含我為獲得及其它教育機構(gòu)的學位或?qū)W歷而使用過的材料。明并表示了謝意。以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體均已在文中以明確方式標。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔。要求比較高等等的許多問題。人們需要一種應用范圍廣、性價比高的溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。氏度時語音報警說明溫度過高，溫度低于20攝氏度時語音報警說明溫度過低。應用于智能家居、機電一體化、儀表、儀器、工農(nóng)業(yè)控制等許多領域。

　　

【正文】 RF2401A 及其外圍電路 nRF2401A 電源指示電路 電路板上提供了一個電源指示燈，其電路如圖 。 湖南商學院畢業(yè)設計 第 20 頁 共 56 頁 圖 電源指示電路 nRF2401A 接口電路 為方便與凌陽 61 板的連接，模組提供了兩個接口 J1 和 J2 ，其中 J1 為 nRF2401A 的控制端口和通道 1 的收發(fā)通道， J2 為預留端口，是通道 2 的接收通道。 J1 接口為10Pin 的插孔，其布局和 61 板的 I/O 端口布局一致，可以直接插接到 61 板的 I/O 端口使用。 J2 預留，需要采用雙通道接收時，可將 J2 對應的 3 根信號線引出，接到單片 機的 I/O 上即可。 圖 接口電路 對應的 I/O 連接和功能描述如表 所示。 表 芯片管腳連接及功能描述 湖南商學院畢業(yè)設計 第 21 頁 共 56 頁 鍵盤顯示電路 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)。平均電流相同時，脈沖工作狀態(tài)可產(chǎn)生較直流工作狀態(tài)更 強的亮度，一般每秒鐘可 以 導通 100— 500 次，每次為幾個毫秒： LED 有單個發(fā)光二極管、七段 (或八段 )LED 顯示器和 LED 點陣顯示器等類型。發(fā)光顏色有紅、綠、黃等。 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．其正向?qū)▔航禐? 左右。 七段 LED 顯示器是由 7 個 LED 按 — 定的圖形排列組成，如圖 313(a)所示，七段LED 顯示器的各個二極管分別稱為 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g段，有些七段顯示器增加一個dp 段表示小數(shù)點，也稱為八段 LED 顯示器。 七段 LED 顯示器有兩種結(jié)構(gòu)：共陰極七段 LED 顯示器和共陽極七段 LED 顯示器，如圖 313(b)、 (c)所示。所有二極管的陰極接在一起的稱為共陰極七段 LED 顯示器；所有二極管的陽極接在一起的稱為共陽極七段 LLD 顯示器 。共陽極七段 LED 顯示器工作時，二極管的公共陽極接向電平“ 1”．各段的陰極接與共陽七段碼相對應的低電平。共陰極七段 LED 顯示器工作時，其公共極接到低電平，各段的陽級接與共陰七段碼相對應的高電平。在實際應用中，除公共極外，其他各極應串接一個電阻后再接到相應電平。電阻的作用是限制流過 LED 中的電流以保證在發(fā)光時二極管不因電流過大而被燒壞。 LED 的顯示有靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式。在靜態(tài)顯示方式下， N 塊顯示器件都處于選通狀態(tài)；每一塊顯示器件的段選線和一個 8 位的并行口相連，只要控制顯示位的段選碼，就可顯示出相應的 字符。由于顯示器件由不同的 I/O 控制，所以靜態(tài)顯示方式中的每一位都可以獨立顯示，在同一時刻每一位顯示的字符可以各不相同。 LED 動態(tài)顯示就是將所有顯示位的段選線并聯(lián)在一起，有一個 8 位 I/O 口控制，而位選線則有其他的 I/O 口控制，通過程序控制，不斷循環(huán)輸出相應的段選碼和位選碼，由于人的視覺暫留效應，就可以獲得視覺穩(wěn)定的顯示狀態(tài)。 將數(shù)碼管的引腳和單片機的數(shù)據(jù)輸出口相連，控制輸出的數(shù)據(jù)可以使數(shù)碼管顯示不同的數(shù)字和字符，通常稱控制發(fā)光二極管的 8 位字節(jié)數(shù)據(jù)為段選碼。 7 段 LED 段選碼如表 31 所示?？梢钥闯觯碴枠O和 共陰極的段選碼互為補數(shù)。 湖南商學院畢業(yè)設計 第 22 頁 共 56 頁 abfcgdeDP Y[LE Dg n]1234567abcdefgDS?DP Y_ 7SE G DS?LEDDS?LEDDS?LEDDS?LEDDS?LEDDS?LEDDS?LEDDS?LEDvccabcdefgh DS?LEDDS?LEDDS?LEDDS?LEDDS?LEDDS?LEDDS?LEDDS?LEDabcdefgh （ a）典型的七段 LED 器件 （ b）共陽極 LED 顯示器 （ c）共陰極 LED 顯示器 圖 七段 LED 顯示器的結(jié)構(gòu)原理 HD7279A 鍵盤顯示電路設計 圖 HD7279 鍵盤顯示電路圖 HD7279A 芯片簡介 HD7279A 是一片具串行接口的智能顯示與鍵盤驅(qū)動芯片。它可以同時驅(qū)動 8 位共陰式數(shù)碼管，還能同時連接多達 64 鍵的鍵盤矩陣，單片就可完成 LED 數(shù)據(jù)顯示 和鍵盤驅(qū)動的全部功能。 HD7279A 內(nèi)置譯碼器，可直接接受 BCD 碼以及 16 進制碼，并同時 湖南商學院畢業(yè)設計 第 23 頁 共 56 頁 具備 2 種譯碼方式，此外還它還具有多種控制指令 ，如左移、右移、消隱、段尋址和閃爍等。 HD7279A 具有片選信號，可非常方便地實現(xiàn)多位 LED 顯示和鍵盤驅(qū)動。 HD7279A 特點 ? 串行接口，無需過多的外圍元件，并可以可直接驅(qū)動 LED ? 各位具有獨立控制譯碼 /不譯碼以及消隱和閃爍的屬性 ? 具有段尋址指令，方便控制獨立的 LED 數(shù)碼管顯示 ? 64 鍵鍵盤控制器，內(nèi)置去抖動電路 ? 具有 DIP 和 SOIC 兩種封裝形式可供選擇 HD7279A 引腳 及說明 圖 HD7279A引腳圖 表 HD7279A引腳說明 湖南商學院畢業(yè)設計 第 24 頁 共 56 頁 4 軟件設計 采用 unSP IDE 集成開發(fā)環(huán)境， C 語言編寫程序。所有的軟件程序都在該開發(fā)環(huán)境中編譯通過。 采用模塊化的設計方法 ，系統(tǒng)主要功能模塊有：主程序模塊、無線控制程序模塊、溫度采集 模塊 等。整個設計的功能是通過硬件電路配合軟件程序來達到設計目的的，當硬件的設計基本完成后，軟件的功能即能確定了，此時再根據(jù)軟件的功能來進行軟件編程。從軟件的各部分功能不同可分為五大類 : ? 主機程序：控制系統(tǒng)的核 心部分，用來協(xié)調(diào)鍵盤顯示和無線模塊的運行。 ? 從機程序：是控制系統(tǒng)的非常重要的部分，協(xié)調(diào)溫度采集與無線模塊的運行。 ? 鍵盤顯示程序：完成實質(zhì)性的功能，按鍵跟顯示。 ? 溫度采集程序：采集溫度數(shù)據(jù)，傳送給單片機。 ? 無線模塊程序：驅(qū)動無線模塊的運行，同時協(xié)調(diào)收發(fā)之間的關(guān)系。 ? 無線傳輸協(xié)議：無線模塊之間專用的通信協(xié)議。 主控制 程序 設計 本系統(tǒng)控制模塊采用一塊 16 位凌陽單片機 SPCE061A，完成以下功能： 7279 檢測按鍵是否按下，如果按下，單片機將通過無線模塊 nRF2401 向從機發(fā)送信號，當從機發(fā)來數(shù)據(jù)時，無線 模塊 nRF2401 接收數(shù)據(jù)，通過單片機處理后送給 HD7279A,HD7279A來完成 LED 的顯示功能，此時溫度數(shù)據(jù)就顯示在 LED 上。主機程序流程圖如圖 。 從機部分控制模塊采用一塊 16 位凌陽單片機 SPCE061A，完成以下功能：從機檢測無線模塊 nRF2401 數(shù)據(jù)看主機是否發(fā)來開始的信號，如果發(fā)來開始的信號，溫度傳感器開始工作，并將溫度數(shù)據(jù)傳輸給從機單片機，從機單片機通過無線模塊 nRF2401將數(shù)據(jù)發(fā)送給主機單片機。從機程序流程圖如圖 湖南商學院畢業(yè)設計 第 25 頁 共 56 頁 圖 主機程序 流程圖 圖 從機程序流程圖 無線模塊 nRF2401 程序 設計 系統(tǒng)所使用的無線模塊的通信是半雙工的，即一個在發(fā)送的時候，另一個必須是接收的狀態(tài)，但是一個無線模塊可以有兩種狀態(tài)，即發(fā)送狀態(tài)和接收狀態(tài)。通過程序來判斷模塊的模式是接收模式還是發(fā)送模式，從而執(zhí)行接收數(shù)據(jù)或發(fā)總數(shù)據(jù)的操作。 圖 無線模塊 nRF2401 程序流程圖 湖南商學院畢業(yè)設計 第 26 頁 共 56 頁 HD7279 程序 設計 在本系統(tǒng)中，鍵盤顯示采用了專用鍵盤、顯示接口擴展芯片 HD7279，它具有自 動完成鍵盤輸入和顯示控制兩種功能，有專門的指令及讀寫時序。其鍵盤掃描與顯示的流程圖分別如圖 和圖 所示。 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 設計 根據(jù) DS18B20 的通訊協(xié)議，主機控制 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：在 每一次讀寫 前都要對 DS18B20 進行復位，復位成功 之 后發(fā)送一條 ROM 指令， 再 發(fā)送 RAM 指令，這樣才能對 DS18B20 進行 操作。 DS18B20 之后將溫度數(shù)據(jù)傳送給單片機，再由單片機處理傳來的溫度數(shù)據(jù)。 其程序 流程圖分別如圖 所示。 圖 DS18B20 溫度采集程序流程圖 湖南商學院畢業(yè)設計 第 27 頁 共 56 頁 5 調(diào)試及結(jié)果 測試環(huán)境及工具 ? 測試溫度： 0~100 攝氏度（模擬多點不同溫度值環(huán)境） 。 ? 測試儀器及軟件：數(shù)字萬用表，溫度計 0~100 攝氏度。 ? 測試方法：目測。 測試方法 使系統(tǒng)運行，觀察系統(tǒng)硬件檢測是否正常（包括單片機最小系統(tǒng)，鍵盤電路，顯示電路，溫度測試電路等）。系統(tǒng)自帶測試表格數(shù)據(jù)，觀察顯示數(shù)據(jù)是否相符合即可。采用溫度傳感器 和溫度計同時測量多點水溫變化情況（取溫度值不同的多點），目測顯示電路是否正常。并記錄各點溫度值，與實際溫度值比較，得出系統(tǒng)的溫度指標。使用串口調(diào)試助手與單片機通訊，觀察單片機與串口之間傳輸數(shù)據(jù)正確否。 測試結(jié)果及分析 表 測試結(jié)果對比數(shù)據(jù) 數(shù)碼管顯示溫度 28 30 35 38 溫度計目測溫度 誤差 + + + + 誤差百分比 7% % % % 自檢正常，各點溫度顯示正常，串口傳輸數(shù)據(jù)正確。 因為芯片 是塑料封裝，所以對溫度的感應靈敏度不是相當高，需要一個很短的時間才能達到穩(wěn)定。 誤差分析 DS18B20 的 誤差 (1) DS18B20 傳感器的精度較差為177。 2℃ ,這是由其內(nèi)部構(gòu)造而決定的。 (2) DS18B20 默認的配置是 12 位的轉(zhuǎn)換精度，然而輸出的結(jié)果 只取到小數(shù)點后兩位，這也必然造成一小部分數(shù)據(jù)的丟失，從而造成誤差。 湖南商學院畢業(yè)設計 第 28 頁 共 56 頁 (3) 數(shù)據(jù)在程序?qū)?shù)據(jù)的處理中以及各種進制轉(zhuǎn)換中會出現(xiàn)小部分數(shù)據(jù)丟失的情況。 溫度計測量誤差 表 溫度計誤差的各種可能 一、產(chǎn)品原理結(jié)構(gòu)帶來的誤差 、斷柱而引起的誤差 、跳躍等而引起的誤差 二、制造中產(chǎn)生的誤差 的誤差 三、檢定中出現(xiàn)的誤差 的誤差 作區(qū)域內(nèi)引起的誤差 偏差分析 無線在信號傳輸過程中線路存在不穩(wěn)會出現(xiàn)較大的偏差 ? 無線模塊在傳輸信號的過程中會出現(xiàn)丟包的現(xiàn)象。 ? 目測溫度計時視線不準確 湖南商學院畢業(yè)設計 第 29 頁 共 56 頁 6 總結(jié) 本文研究的課 題是基于凌陽單片機的溫度采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)的實現(xiàn)的功能是將來自數(shù)字傳感器 DS18B20的信號，經(jīng)過單片機的處理后，通過一個無線模塊發(fā)送到另一個無線模塊，經(jīng)過后期處理再顯示到 LED數(shù)碼管上，該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理功能強大、界面友好、性價比高、顯示直觀、可廣泛而深入地應用于儀表、儀器、工農(nóng)業(yè)控制、智能家居、機電一體化等眾多領域。 本系統(tǒng)還是一個不完善的系統(tǒng)，還有許多需要改進的地方。設計中所采用的DS18B20搜索算法還存在不足，有時會發(fā)生重復或遺漏搜索。在通信協(xié)議不完整，沒有進行發(fā)送 超時出錯處理 ，所以容易出現(xiàn)丟包的情況 。 但是總體的功能實現(xiàn)還比較完整，現(xiàn)在很