【導(dǎo)讀】一種能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確地處理溫度信息的無線測(cè)控系統(tǒng)就變得很有必要。它的原理是利用溫度傳感器將溫室大棚內(nèi)的溫度發(fā)給單片機(jī)處理，最后。在硬件方面，對(duì)硬件的各個(gè)環(huán)節(jié)都進(jìn)行了仔細(xì)的。分析、選取和設(shè)計(jì)。系統(tǒng)以單片機(jī)AT89S51為控制核心，采用溫度傳感器DS18B20進(jìn)行數(shù)據(jù)。采集，通過無線收發(fā)模塊進(jìn)行無線傳輸。在無線接收端，利用LCD液晶顯示模塊進(jìn)行相關(guān)數(shù)。據(jù)顯示，并且單片機(jī)可通過RS232接口與計(jì)算機(jī)通信，進(jìn)行溫度的檢測(cè)與控制。分為下位機(jī)軟件與上位機(jī)軟件兩部分。軟件編程的模塊化和獨(dú)立性，具有良好的可測(cè)試性和可靠性。作為開發(fā)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)與下位機(jī)通信、數(shù)據(jù)處理與顯示等功能。

　　

【正文】 及多種外圍芯片。 3） 提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時(shí)可以觀察各個(gè)變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如 Keil C51 uVision MPLAB等軟件。 4） 具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能。 總之，該軟件是一款集單片機(jī)和 SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。 (2) 測(cè)溫環(huán)節(jié)的仿真 在軟件 Proteus里畫出電路圖，主要是把數(shù)碼管連上，把溫度傳感器連到 對(duì)應(yīng)的管腳上；再把程序放進(jìn)去，點(diǎn)擊運(yùn)行進(jìn)行仿真。仿真圖及結(jié)果如圖 。 abcdefgdpa b c d e f g dpX T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U1A T 8 9 C5 12 4 . 0DQ2V C C3G ND1U4DS 1 8 B 2 0X1CR Y S T A LC31uFR21k 圖 測(cè)溫環(huán)節(jié)仿真 (3) 串口通信環(huán)節(jié)的仿真 在本例中是利用單片機(jī)的串口進(jìn)行無線發(fā)送和接收，所以先進(jìn)行串口調(diào)試。把發(fā)射板的TXD和接收板的 RXD相連，分別把發(fā)射程序和接收程序下載到芯片中，測(cè)試接 收板的液晶能否顯示正確的溫度。 仿真電路圖如圖 。 22 RSRWERSRWEX T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U1A T 8 9 C5 1X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U2A T 8 9 C5 13 1 . 0DQ2V C C3G ND1U3DS 1 8 B 2 0D714D613D512D411D310D29D18D07E6RW5RS4VSS1VDD2VEE3L C D 1L M 0 1 6 L 圖 串口通信仿真 實(shí)際電路調(diào)試 (1) 溫度檢測(cè)模塊實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^傳感器測(cè)量大棚的溫度。 實(shí)驗(yàn)設(shè)備： 5V直流電源，溫度計(jì)，萬用表。 實(shí)驗(yàn)步驟： 1) 焊接單片機(jī)的晶振、復(fù)位電路 和傳感器 DS18B20， 把單片機(jī)的 20 號(hào)管腳接上地， 31號(hào)和 40號(hào)管腳接上電源 。 2) 把整個(gè)電路通上電，進(jìn)行調(diào)試。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析： 當(dāng) 把 測(cè)溫模塊通上電后，數(shù)碼管顯示的溫度值是 ，用手觸摸溫度傳感器，發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管顯示的溫度并沒有發(fā)生變化，就 往單片機(jī)中又 燒寫了一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)碼管顯示程序，數(shù)碼管顯示的結(jié)果正確，證明 數(shù)碼 管的顯示電路是沒有問題的。 之 后把溫度傳感器取了下來，發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管依然顯示 ，這說明傳感器根本沒起作用 。 然后，又仔細(xì)查看了DS18B20的管腳圖，發(fā)現(xiàn)把電源管腳和地接反了 ，改正之后，數(shù)碼管讀出了正確的溫度。顯示 ， DS18B20接錯(cuò)了，不能正常測(cè)溫，單片機(jī)讀它的數(shù)據(jù)端口得到的全是 1，即 FF，所以顯示 。 改正之后測(cè)得的溫度如下 圖 所示 ℃。為了驗(yàn)證所測(cè) 數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，又使用溫度計(jì)進(jìn)行了測(cè)量，測(cè)得的溫度是 ℃， 兩者對(duì)比顯 示測(cè)溫模塊存在 一些誤差 ，誤差大約為 ℃。 測(cè)溫模塊實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖 。 圖 測(cè)溫模塊調(diào)試結(jié)果 23 (2) 無線模塊實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩?shí)現(xiàn)溫度的無線傳輸。 實(shí)驗(yàn)設(shè)備： 萬用表，無線接收和發(fā)送模塊， 1602液晶 ， 5V直流電源 。 實(shí)驗(yàn)步驟： 1）焊接另一塊接收板的單片機(jī)最小系統(tǒng) ,進(jìn)行 串口有線通信 的測(cè)試 。 2） 把 第一塊單片機(jī)的 TXD和第二塊單片機(jī)的 RXD連接起來。 3） 有線通信成功后，把原來 的 那根線去掉，在兩塊板上分別接上發(fā)射和接收模塊， 把接收模塊的數(shù)據(jù)端接第二塊單片機(jī)的 RXD，對(duì)應(yīng)的電源和地接上， 測(cè)試接收端的液 晶是否能顯示正確的溫度。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析： 接收端的液晶顯示的是不斷跳變的亂碼。產(chǎn)生的 這個(gè)現(xiàn)象的 原因 有 很多：像單片機(jī)帶來的干擾，還有無線模塊本身也會(huì)有干擾導(dǎo)致接收不到正確的數(shù)據(jù)。然后，老師給了我一個(gè)改造了的無線接收模塊，我又考慮之前的波特率 9600bps太大，傳輸一位數(shù)據(jù)只需用 ，時(shí)間太短，數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`差會(huì)比較大，所以我把它改到了 1200bps，這樣傳輸一位數(shù)據(jù)的時(shí)間就長(zhǎng)一些，在 進(jìn)行上述改造之后，液晶上顯示的不再是亂碼，但是數(shù)據(jù)不是很穩(wěn)定，說明在數(shù)據(jù)的傳送和接收這個(gè)環(huán)節(jié)還是有問題。 因?yàn)闊o線收發(fā)模 塊靈敏度高 , 在沒有進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí) , 它的數(shù)據(jù)輸出腳會(huì)有雜波輸出 , 這些雜波會(huì)被單片機(jī)的串口接收并處理。為了區(qū)分干擾雜波與有效數(shù)據(jù) , 需要數(shù)據(jù)幀 前面 加上幀頭。于是，我在程序上進(jìn)行了一些修改，我在發(fā)射程序中在發(fā)送溫度數(shù)值前加了兩個(gè)校驗(yàn)數(shù)據(jù) 0XAA、 0X55，只有在正確接收到這兩個(gè)數(shù)據(jù)之后才能進(jìn)入到接收大棚溫度的程序中，這樣就避免了接收到錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，確保有效數(shù)據(jù)的接收 。果然，在修改完后再進(jìn)行測(cè)試，終于接收到了正確的溫度值，并且 能正確地反映周圍的溫度 。 沒加數(shù)據(jù)頭進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，接收的一組數(shù)據(jù)如 表 。 表 沒加校驗(yàn)接收的溫度值 （℃） 第一次 第二次 第三次 第四次 第五次 溫度值 但當(dāng)時(shí)溫度并非如此，溫度計(jì)顯示 在 21℃左右，說明接收到的第一位數(shù)據(jù)有誤。 加了校驗(yàn)數(shù)據(jù)后，接收到的一組正確的數(shù)據(jù)如表 。 表 加校驗(yàn)后接收到的溫度值 （℃） 第一次 第二次 第三次 第四次 第五次 溫度值 圖 無線接收模塊的測(cè)試結(jié)果 24 系統(tǒng)可靠性及抗干擾設(shè)計(jì) 軟件可靠性主要包括兩方面的含義：一是在規(guī)定的條件下，軟件不引起系統(tǒng)失效的概率；二是在規(guī)定的周期內(nèi)，在所述條件下程序執(zhí)行所要求的功能的能力。 在本設(shè)計(jì)中，主要涉及的是與第二方面有關(guān)的內(nèi)容。 51 單片機(jī)不適合浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算，甚至盡量不要用浮點(diǎn)數(shù) ,因?yàn)?51 單片機(jī)內(nèi)部沒有浮點(diǎn)運(yùn)算單元，實(shí)現(xiàn)的浮點(diǎn)運(yùn)算都是軟件實(shí)現(xiàn)的，效率不高，精度也不高 。但在本設(shè)計(jì)中由于溫度值是浮點(diǎn)型，所以需要對(duì)它加以處理。 在 實(shí)驗(yàn)初期 ， 對(duì)從溫度傳感器中讀出的溫度進(jìn)行轉(zhuǎn)換的 函數(shù)是如下編寫的： c=read_byte()。 //讀 低八位 e=read_byte()。 //讀 高八位 temp=e。 temp=8。 temp=temp|c。 tt=temp*。 temp=tt*10。 在進(jìn)行調(diào)試的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)程序 執(zhí)行 tt=temp*； 十六分之一，把這個(gè)數(shù)右移 4位就行了，單片機(jī)處理移位指令 比較容易，左移或右移一位只需用一個(gè)周期數(shù)，相比處理浮點(diǎn)數(shù)，對(duì)單片機(jī)來說，就輕松多了。改進(jìn)后的程序如下： c= read_byte()。 //低八位 ； e==read_byte()。 //高八位 ； e=e4。 //溫度大于 0時(shí) ， 高八位的高四位是 0， 移位后 ， 剩下低四位 ； c=c4。 //低八位的高四位其實(shí)是轉(zhuǎn)換后溫度的個(gè)位 m=c|e。 //移位后的倆數(shù)相或得 到的是溫度的整數(shù)部分 ； n=camp。0fh。 //與 0f與完后 ， 剩下低八位的低四位 ； p=n4。 //移位后獲得溫度值的小數(shù)部分； temp=(m+p)*10。 //最后，把轉(zhuǎn)換后的溫度值擴(kuò)大十倍，變成整數(shù)，方便顯示程序中進(jìn)行個(gè)十百位的分離 ； ? 結(jié)論：在編寫程序時(shí)，如果對(duì)于同一個(gè)問題的實(shí)現(xiàn)有多種方法，應(yīng)對(duì)它們加以分析 、比較，選擇對(duì)單片機(jī)運(yùn)算要求盡量低的、指令周期短的算法實(shí)現(xiàn)。采用上述修改，對(duì)系統(tǒng)軟件的可靠性有一定提高。 (1) 干擾源 有用信號(hào)以外的噪聲或造成不良變化的部分都稱為干擾 。干擾源于干擾源，干擾源可分為外部干擾源和內(nèi)部干擾源兩種。外部干擾源是指那些與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無關(guān)，而是由使用條件和外部環(huán)境因素決定的。內(nèi)部干擾源則是由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局、 生產(chǎn)工藝等所決定的。本文主要針對(duì)的是內(nèi)部干擾源采取相關(guān)措施。 (2) 無線模塊的抗干擾措施 1) 合理的通訊速率 無線 數(shù)據(jù)模塊的最大傳輸數(shù)據(jù)速率為 ，一般控制在 左右，過高的數(shù)據(jù)速率會(huì)降低接收靈敏度及增大誤碼率甚至根本無法工作。 在本設(shè)計(jì)一開始使用的就是，受到的數(shù)據(jù)就有亂碼，改為 。 數(shù)據(jù)速率對(duì)通信距離也有較大影響， 一般而言，速率越高，距離就越近，建議數(shù)據(jù)速 25 率取 ～ 比較好。另一方面，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（包括單片機(jī)）對(duì) RF組件都存在一定的電磁干擾，如果 處理不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致無線傳輸傳輸距離變近，甚至不能正常工作。 2) 合理的信息碼格式 單片機(jī)和 無線 模塊工作時(shí)，通常自己定義傳輸協(xié)議，不論用何種調(diào)制方式，所要傳遞的信息碼格式都很重要，它將直接影響到數(shù)據(jù)的可靠收發(fā)。 碼組格式推薦方案 ： 前導(dǎo)碼＋同步碼＋數(shù)據(jù)幀 。 前導(dǎo)碼長(zhǎng)度應(yīng)大于是 10ms，以避開背景噪聲，因?yàn)榻邮漳K接收到的數(shù)據(jù)第一位極易被干擾（即零電平干擾）而引起接收到的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。所以采用 CPU編譯碼可在數(shù)據(jù)識(shí)別位前加一些亂碼以抑制零電平干擾