【正文】 天大學(xué) 電子 信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益分析 基于單片機(jī) 遠(yuǎn)程無(wú)線溫度采集與監(jiān)控系統(tǒng) ，能夠?qū)囟冗M(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，和及時(shí)的處理，能夠廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及日常生活中。 該設(shè)計(jì)充分體現(xiàn)了 STC89C52 單片機(jī)的特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)，大大降低了電路的設(shè)計(jì)復(fù)雜度，該系統(tǒng)具有溫控準(zhǔn)確、操控界面良好、穩(wěn)定性高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 （ 6） BM100 通信距離 為 1km以內(nèi)，從通信效率、節(jié)點(diǎn)數(shù)、通信距離等綜合考慮選用 9600b/s。 （ 4） 應(yīng)用一條總線的思想，通過(guò) DS18B20 進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)總 線的溫度采集，然后將溫度數(shù)據(jù)送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，具有巡檢速度快，擴(kuò)展性好，成本低的特點(diǎn)。 （ 2） 溫度 監(jiān)控與控制 主要 系統(tǒng) 由 STC89C52 單片機(jī)、 BM100 無(wú)線模塊、 12864 液晶 組成。 沈陽(yáng)航空 航天大學(xué) 電子 信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 結(jié) 論 本文應(yīng)用 STC89C52 單片機(jī) 作 為 系統(tǒng)控制核心 ， 整 個(gè)系統(tǒng)由 STC89C52 單片機(jī)、DS18B20 溫度傳感器、 12864 液晶 、 LED 燈、 BM100 無(wú)線模塊 和報(bào)警電路幾個(gè)模塊組成。 然后 對(duì)液晶進(jìn)行測(cè)試，將一些正常顯示漢字的程序用仿真頭測(cè)試，液晶好使后將溫度采集單片機(jī)的 TXD 引腳與溫度監(jiān)控單片機(jī)的 RXD 引腳相連，在 Keil 的觀察窗口中觀察接收數(shù)組里是否是我們想要的數(shù)據(jù)，然后接入液晶使其能夠顯示出來(lái)，最后接入無(wú)線模塊，溫度監(jiān)控模塊就完成了。 解決方法：在發(fā)送端設(shè)定 起始數(shù)據(jù) 標(biāo)志位， 在接收時(shí)要先進(jìn)行標(biāo)志位的判斷，是想要的接收順序再 進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)并送顯示否則不予處理 。 解決方法： 嘗試改成加法，這個(gè)問(wèn)題就得到了解決 。 系統(tǒng)軟件調(diào)試 在 軟件調(diào)試 過(guò)程中， 我遇到了很大麻煩， 有很多知識(shí)我掌握的并不牢靠，所以得花費(fèi)大量時(shí)間去解決。 發(fā)現(xiàn)的 問(wèn)題： 在焊芯片的管腳座時(shí)，有時(shí)會(huì)把旁邊排針的眼堵死，這樣排針就無(wú)法焊在原來(lái)設(shè)想位置 。 系統(tǒng)硬件 調(diào)試 硬件調(diào)試主要就是電路的焊接，就是按照硬件仿真的電路圖進(jìn)行連接 ，然后檢查是否有虛焊短接的地方。因此，對(duì)于系統(tǒng)的調(diào)試工作是很有必要的。 本 系 統(tǒng)所設(shè)的低溫閥值為 30℃ ，同樣需要進(jìn)行按位比較 ，當(dāng)?shù)陀?30℃ 時(shí)，報(bào)警燈亮的同時(shí)，升溫操作提示燈將亮起。本系統(tǒng) 所設(shè)定的 高溫 閥值為 ℃ ，所以先進(jìn)行十位的比較，如果十位大于 3，將進(jìn)行報(bào)警 ，即給 P1^0 一個(gè)低電平 ；如果十位等于 3 個(gè) 位大于 2，報(bào)警燈會(huì)亮；如果十位等于 3 個(gè)位等于 2 小數(shù)位大于 0，報(bào)警燈也會(huì)亮；其余情況燈不會(huì)亮。由于 12864 液晶是自帶字庫(kù)的，所以將要顯示的漢字放在一個(gè)數(shù)組里，再 設(shè)定好位置地址就可以在屏幕上顯示出來(lái)。其寫(xiě)數(shù)據(jù) 時(shí)序圖如圖 所示。即先讓 3 個(gè)使能端為低電平，然后將 要寫(xiě)入的命令送到數(shù)據(jù)口，延時(shí)一會(huì)將 E 使能端拉高，延時(shí)一會(huì)再將 E 使能端拉低就完成了寫(xiě)指令操作。這樣才能達(dá)到同步接收的目的，數(shù)據(jù)才不會(huì)丟失 。 溫度監(jiān)測(cè) 與控制流程圖如圖 所示。 圖 讀操作時(shí)序圖 DS18B20 讀溫度值子程序 在讀溫度之前要進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換 ，有 3 個(gè)步驟： 初始化 DS18B20 發(fā)出 Skip ROM 命令（ CCH）（其中 Skip ROM 命令僅適用于 總線上只有 1個(gè) DS18B20 時(shí)的情況） 發(fā)出 Convert 命令（ 44H） 在溫度轉(zhuǎn)換之后就可以讀取溫度，有 5 個(gè)步驟： 初始化 DS18B20 發(fā)出 Skip ROM 命令（ CCH） 發(fā)出 Read 命令（ BEH） 讀兩字節(jié)的溫度 溫度格式轉(zhuǎn)換 沈陽(yáng)航空 航天大學(xué) 電子 信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 溫度監(jiān)測(cè) 與控制程序 溫度監(jiān)測(cè) 與控制主程序 在該主程序中主要完成從串口接收數(shù)據(jù) 并在液晶屏上顯示出來(lái)，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。 讀時(shí)間在總線拉高后有效，也就是說(shuō)在高電平時(shí)完成讀位，并在 60~120us 內(nèi)釋放總線。寫(xiě)操作時(shí)序如圖 所示。 DS18B20 在 15~60us間對(duì)總線進(jìn)行采樣。初始化時(shí)序如圖 所示。采集與發(fā)送流程圖如圖 所 示。因此在串口初始化過(guò)程中，設(shè)定串口工作在方式 1，定時(shí)器 1 工作在方式 2，波特率為 9600b/s， 8 為數(shù)據(jù)位， 1 位停止位，無(wú)奇偶校驗(yàn)位 。 溫度采集 與發(fā)送 程序 溫度采集 與發(fā)送 主程序 在 該主程序中主要完成溫度數(shù)據(jù)的采集，然后按位發(fā)送出去。 （ 3）編譯通過(guò)后 單擊 “Project 菜單 /Options for Target”選項(xiàng)，在 Output 中找到 Greate Hex File 在前面打鉤然后確定，再次編譯通過(guò)后打開(kāi) Proteus 在連接好的單片機(jī)上雙擊導(dǎo)入剛才生成的 .hex 文件確定后就完成 Proteus 與 Keil 的連接。 (2) 進(jìn)入 KeilC μVision4開(kāi)發(fā)集成環(huán)境，創(chuàng)建一個(gè)新項(xiàng)目 (Project)，并為該項(xiàng)目選定合適的單片機(jī) CPU 器件 (如： Atmel 公司的 AT89C52)?？傊?，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。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 uVision2 等軟件。目前支持的單片機(jī)類型有： 68000 系列、 8051系列、 AVR 系列、 PIC12 系列、 Z80 系列、 HC11 系列以及各種外圍芯片。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真 、單片機(jī)及其外圍電路組成 系統(tǒng)的仿真、 RS232 動(dòng)態(tài)仿真、 I2C 調(diào)試器、 SPI 調(diào)試器、鍵盤(pán)和 LCD 系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。 Keil 與 Proteus 連接調(diào)試 Proteus 簡(jiǎn)介 Proteus ISIS 是英國(guó) Labcenter 公司開(kāi)發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。系統(tǒng)的供電電源設(shè)計(jì)如圖 所示。 使用 三端穩(wěn)壓 IC 來(lái)組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過(guò)流、過(guò)熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來(lái)可靠、方便，而且價(jià)格便宜。 其接口如圖 所示。 報(bào)警燈用 P1^0 控制，降溫操作提示燈用 P1^1 控制，升溫操作提示燈用 P1^2 控制。其接口如圖 所示。也就是說(shuō) P0 口不能真正的輸出高電平 給所接的負(fù)載提供電流，因此必須接上 拉電阻，由電源通過(guò)這個(gè)上拉電阻給負(fù)載提供電流。其引腳說(shuō)明如表 所示： 沈陽(yáng)航空 航天大學(xué) 電子 信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 表 12864 液晶引腳說(shuō)明 引腳 名稱 方向 說(shuō)明 引腳 名稱 方向 說(shuō)明 1 VSS GND 11 DB4 I 數(shù)據(jù) 4 2 VDD 電源（ +） 12 DB5 I 數(shù)據(jù) 5 3 VO 懸空 13 DB6 I 數(shù)據(jù) 6 4 RS O H:Data L:Instruction Code 14 DB7 I 數(shù)據(jù) 7 5 R/W O H:Read L:Write 15 PSB O H:Parallel Mode L:Serial Mode 6 E O Enable Signal 16 NC 懸空 7 DB0 I 數(shù)據(jù) 0 17 /RST O 復(fù)位 8 DB1 I 數(shù)據(jù) 1 18 NC 懸空 9 DB2 I 數(shù)據(jù) 2 19 LEDA 背光源負(fù)極（ 0V） 10 DB3 I 數(shù)據(jù) 3 20 LEDK 背光源正極（ +5V） 根據(jù) 其管腳定義，系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用 單片機(jī)的 P0 口作為數(shù)據(jù)口 ，且加上拉電阻。 低電壓 、 低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。 圖 溫度監(jiān)控子系統(tǒng)無(wú)線模塊接口電路 設(shè)計(jì) 圖 溫度 監(jiān)測(cè)與控制子系統(tǒng) 12864 液晶接口設(shè)計(jì) 帶中文字庫(kù)的 12864 是一種具有 4 位 /8 位并行、 2 線 或 3 線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為12864, 內(nèi)置 8192 個(gè) 16*16 點(diǎn)漢字， 和 128 個(gè) 16*8 點(diǎn) ASCII 字符集 。 圖 溫度采集子系統(tǒng)無(wú)線模塊接口電路設(shè)計(jì)圖 沈陽(yáng)航空 航天大學(xué) 電子 信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 而在接收端無(wú)線模塊發(fā)送數(shù)據(jù)，單片機(jī)接收數(shù)據(jù)，因此無(wú)線模塊的 3 腳與單片機(jī)的 10 腳相連，才能完成串口接收，如圖 所示。 BM100 模塊能夠 透明傳輸任何大小數(shù)據(jù)，而用戶無(wú)須編寫(xiě)復(fù)雜的設(shè)置與傳輸程序，同時(shí) 體積 小、 傳輸距離 較遠(yuǎn) ，豐富便捷的配置功能， 使其 能夠應(yīng)用于 非常廣泛的智能化通信領(lǐng)域。 BM100 模塊采用高效交織糾錯(cuò)算法，具有抗干擾 性強(qiáng) 和高靈敏度等特點(diǎn)。其連接如圖 所示。 表 溫度數(shù)據(jù)關(guān)系 TEMPERATURE DIGITAL OUTPUT(Binary) DIGITAL OUTPUT(Hex) +125℃ 0000 0111 1101 0000 07D0h +85℃ 0000 0101 0101 0000 0550h +℃ 0000 0001 1001 0001 0191h +℃ 0000 0000 1010 0010 00A2h +℃ 0000 0000 0000 1000 0008h 0℃ 0000 0000 0000 0000 0000h ℃ 1111 1111 1111 1000 FFF8h ℃ 1111 1111 0101 1110 FF5Eh ℃ 1111 1110 0110 1111 FE6Fh 55℃ 1111 1100 1001 0000 FC90h DS18B20 接口設(shè)計(jì) DS18B20 正常的工作電壓范圍在 3～ V， 本系統(tǒng)采 用 5V 電源 供電。 例如 +125℃ 的數(shù)字輸出為 07D0H， +℃ 的數(shù)字輸出為沈陽(yáng)航空 航天大學(xué) 電子 信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 0191H， ℃ 的數(shù)字 輸出為 FE6FH， 55℃ 的數(shù)字輸出為 FC90H 。圖 中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò) 程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置值。計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在－ 55℃ 所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻 率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)數(shù)器 1。 其管腳圖如表 所示。℃ 。新一代的 “DS18B20”體積更小、更經(jīng)濟(jì)、更靈活，使用戶可以充分發(fā)揮一線總線的長(zhǎng)處 [5]。 圖 最小系統(tǒng) 震蕩電路 設(shè)計(jì)原理圖 DS18B20接口設(shè)計(jì) DS18B20 是 Dallas 半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的數(shù)字化溫度傳感器，是世界上第一片支持“一線總線 ”接口的溫度傳感器。外部震蕩電路主要基于一個(gè)晶沈陽(yáng)航空 航天大學(xué) 電子 信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 振，該晶振結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部的電路， 產(chǎn)生單片機(jī)所必須的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個(gè)基礎(chǔ)上的，晶振 的提供的時(shí)鐘頻率越高，那單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快， 本系統(tǒng)中 所 選用的晶振是 。 基于 STC89C52 單片機(jī) 最小 系統(tǒng)的設(shè) 計(jì)包括以下 2 個(gè)部分： 沈陽(yáng)航空 航天大學(xué) 電子 信息工程學(xué)院