毕业设计论文-单片机无线温度控制系统

毕业设计论文-单片机无线温度控制系统内容摘要：

： 图 311从检测子系统 图 312 主检测子系统 图 31硬件系统总体图 对于本论文设计的单片机无线温度检测系统，这个系统由从检测系统（如图311所示）和主检测系统（如图 312 所示）组成，从检 测系统负责温度采集，发送和继电器的检测，主检测系统负责实时温度接收，显示和检测信号的发送。 系统电源电路设计 电路设计原理图 图 32 电压转换电路原理图 AMS1117 转压芯片工作原理 AMS1117 是一个低压差电压调节器，最小压差为 1V。 负载电流为 800mA 时其输出电压为。 其固定输出电压为 ， ， ， ， 和。 AMS1117 提供短路和热保护。 电路包含一个精准的参考电压（ ）确保 输出电压的线性调整度最大为 ％，负载调整度最大为 ％。 AMS1117 有 SOT223 和TO252 封装。 输出端需接一个至少 22uF 的胆电容来改善瞬态响应和稳定性。 nRF905 液晶 nRF905 继电器 DS18B20 STC89C52 电源的供给电路 STC89C52 电源的供给电路 13 特性： 1） 提供 ， ， ， ， ， 和可调电压； 2） 输出电流可达 800mA。 3） 线性调整度： ％（最大）； 4） 负载调整度： ％（最大）； 5） 有 SOT223 和 TO252封装； 6） 在输入和输出最小为 1V 时也能工作。 应用： 1） 高效线性调整器； 2） 5V至 线性调整器； 3） 电池充电器； 4） 笔记本的电源管理设备 ； 5） 电池供电仪器； 6） SCSI 有源终端。 温度采集端硬件电路设计 温度数据采集硬件接口电路 图 33 DS18B20 硬件电路 数字式温度传感器 DS18B20 DSl8B20 是美国 DALLAS 公司推出的智能化数字式温度传感器，全部传感 组件及转换电路集成在一个三极管的集成电路中。 DSl8B20 支持“一线总线”接口，测量温度范围为． 55℃～ +125℃，在－ 10～+85℃范围内，精度为177。 O． 5℃。 现场 温度直接以“单总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。 适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境检测、设备或过程检测、测温类消费电子产品等。 特性 (1)独特的单线接口，只需 1个接口引脚即可通信； (2)多个能力使分布式温度检测应用得以简化； 14 (3)不需要外部组件； (4)可用数据线供电； (5)零待机功耗； (6）测温范围从－ 55℃～ +125℃，增量值为 ℃； (7）以 9～１２位数字值方式读出温度； (8)温度数字量转换时间 200ms（典型值）； (8)用户可定义的非易失性的温度告警设置； (9)报警搜索命令识别和寻址温度在编定的极限之外的器件 (温度告警情况 )； (10）应用范围包括恒温检测，工业系统，消费类产品，温度计或任何热敏系统。 DS18B20 的内部结构 DSl8B20 主要由四部分组成： 64 位光刻 ROM数据存储器、温度传感器、非易失性电可擦写温度报警触发器 TH、 TL以及非易失性电可擦写设置寄存器。 器件只有 3 根外部引脚，其中 VDD 和 GND 为电源引脚，另一根 DQ线则用作 I/O 总线，因此称为一线式数据总线。 与单片机接口的每个 I／ O口可挂接多个 DSl8820 器件。 图 34 DS18B20 内部结构 每片 DSl8820 含有一个唯一的 64位 ROM 编码。 头八位是产品系列编码，表示产品的分类编号；接着的 48位是一个惟一的产品序列号，序列号是一个十进制编码，每个芯片惟一的编码可以通过寻址将其识别出来，最后 8位是前 56位的循环冗余 (CRC)校验码，是数据通信中校验数据传输是否正确的一种方法。 所 以多片 DSl8820 能够连接在同一条数据线上而不会造成混乱。 表 31 64 位激光 8 位 CRC 编号 48 位序列号 8位产品序列编码 DSl8820 传感器的内部数据存储器由 9 个字节组成。 第 2个字节是温度 数据 (MSB， LSB)，可以在系统配置寄存器中自行设置数据位数 (9～ 12位 )，数 15 据位越多温度分辨率越高，多余的高位是温度数据的符号扩展位。 第三、四字 节是温度上下限报警值 (TH， TL)。 第五字节是系统配置寄存器，寄存器各位定 义如下：第八位用来设置传感器的工作状态，“ 1”为测试状态，“ 0”为操作状态，出厂设置为操作功能状态，用户不能修改；第七、六两位是温 度转换数据位的设置 (00，01， 10， 01 分别对应 9， 10， 11， 12位温度数据’ l，出厂设置为 12位温度数据位，用户可根据需要进行修改，其余位无效。 第 8 字节保留未用。 第 9个字节是CRC 校验码，是前面 8个字节的循环校验码，用在通信中检验数据传送的正确性。 温度传感器的转换结果以 16 位二进制补码的形式存放在便笺式存储器中，其中第一个字节存放测温结果的低位，第二个字节存放测温结果的高位， S为符号位，其它位为数据位，温度为负时 S=l，温度为正时 S0。 格式如下： 表 32 用二进制补码表示的 DS18B20 温度数据 其中，高位字节中的前 5位 S是符号位，若测得的温度大于 0，则这 5 位数据也都为“ O”，实际温度也就等于测到的数值与 0． 0625(0． 0625C／ LSB)的乘积；若温度小于 0，则这 5位数据就都为“ 1”，实际温度就等于测到的数值取反加 l 后再乘以 0． 0625。 如果测量的温度值高于温度报警器 TH 或低于 TL 中的值，则 DSl8820 内 部的报警标志位就被置位，表示温度测量值超出范围。 DSl8820 的温度转换位 数可以选择 912 位，分别对应的测温分辨率为 O． 5℃， 0． 25℃， 0． 125℃ ， 0． 0625℃。 不过温度转换位数越大，转换时间也越长。 12位精度的最大转换时间为 750ms。 DSl8820 的测温范围为 55～ +125℃，温度转换结果以 16 位二进制方式单 线输出，转换的位数可通过写配置寄存器 (字节 4)设定。 表 33 配置寄存器设置 16 表 34 DS18B20 典型温度对照表 其中， TM：测试模式标志位，出厂时被写入 0，不能改变； R0、 R1：温度 计分辨率设置位，其对应四种分辨率如下表所列，出 厂时 R0、 R1置为缺省值： R0=1， RI=1(即 12位分辨率 )，用户可根据需要改写配置寄存器以获得合适的 分辨率。 表 35 配置寄存器与分辨率的关系 . DS18B20 的工作步骤 （ 1）初始化； （ 2） ROM 操作命令； （ 3）存储器操作指令； （ 4）执行数据。 DS18B20 为用户提供了 5个 ROM 命令和 6 个存储器命令（如表 36所示），而具体命令的传送，则主要通过初始化时序、读时序、写时序三个基本时序单元的组合来实现。 17 表 36 DS18B20 指令集和代码说明 DS18B20 使用过程中需要注意的问题 (1)较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于 DSl8820 与微处理器间采用串行数据传送，因此，在对 DSl8B20 进行读写编程时，必须严格地保证读写时序，否则将无法读取测温结果。 (2)连接 DSl8B20 的总线电缆是有长度限制的。 在采用 DSl8B20 进行长距离测温系统设计时要充分考虑总线分布电容和阻抗匹配问题。 (3)在 DSl8B20 测温程序设计中，向 DSl8B20 发出温度转换命令后，序总要等待DSl8B20 的返回信号，一旦 DSl8B20 接触不好或断线，当程序读该 DSl8B20 时，将没有返回信号，程序进入死循环。 液晶显示电路设计 液晶显示模块具有体积小，功耗低，显示内容丰富，超薄轻巧等优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到广泛的应用。 目前字符型液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的信息显示器件。 本设计选用的是 LCDl602 液晶显示模块，它可以显示两行，每行 16 个字符，采用单 +5V 电源供电，外围电路配置简单价格便宜，具有很高的性价比。 主要管脚介绍： V0：液晶显示器对比度调整端， 接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度 最高，对比度过高时会产生鬼影，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比 度。 RS：寄存器选择，高电平时选择数据寄存器，低电平时选择指令寄存器。 R/W：读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。 当 RS和 R／ W共同为低电平时，可以写入指令或者显示地址，当 RS 为高电平， R／ W 为 低电平时可以写入数据。 E：使能端，当 E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行行命令。 18 的检测命令介绍： LCD1602 有 11 个检测指令，如表 37所示 表 37 LCD1602 检测指令表 LCD1602 液晶显示电路 图 38 LCD1602 显示电路 说明：数据线 D0～ D7连接单片机的 P3 口； 3条检测线分别连接 ， ，（可以根据具体的硬件电路修改数据线和 3 条检测线）。 无线收发电路设计 nRF905 模块使用 Nordic 公司的 nRF905 芯片开发而成。 nRF905 单片无线收发器工作在 433／ 868／ 915MHz 的 ISM频段，由一个完全 集成的频率调制器，一个带解调器的接收器，一个功率放大器，一个晶体振荡器和一个调节器组成， Shockburst 工作模式的特点是自动产生前导码和 CRC可以很容易通过 SPI接口进行编程配置电流消耗很低在发射功率为 +10dBm 时发射电流为 30mA，接收电流为 12． 5mA。 进入 POWERDOWN模式可以很容易实现节电。 特性： 19 (1)最高工作速率 50kbps，高效 GFSK 调制，抗干扰能力强，特别适合工业 检测场合； (2)125 频段，满足多点通信和跳频通信需要； (3)内置硬件 CRC 检错和点对多通信地址检测； (4)低功耗 1． 9． 3． 6V工作，待机模式下状态仅为 2． 5uA； (5)模块可软件设地址。 可直接接各种单片机使用，软件编程非常方便； (6)TX Mode：在 +10dBm 情况下，电流为 30mA； RX Mode： 12． 2mA。 nRF905 模块设计电路 图 39 nRF905 模块及外围电路 20 nRF905 无线射频收发模块的管脚结构和电气参数说明 表 39 nRF905 模块管脚说明 说明： (1)VCC 脚接电压范围为 3． 3V3． 6V 之间，不能在这个区间之外，超过 3． 6V 将会烧毁模块，推荐电压在 3． 3V 左右。