基于单片机的远程温度监控系统设计毕业论文(编辑修改稿)

基于单片机的远程温度监控系统设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

是指显示的内容为 16X2,即可以显示两行，每行 16 个字符液晶模块（显示字符和数字）。 市面上字符液晶大多数是基于 HD44780 液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于 HD44780 写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。 方案 2：八段数码管 LED 数码管（ LED Segment Displays）是由多个发光二极管封装在一起组成 “8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。 LED 数码管常用段数一般为 7 段有的另加一个小数点，还有一种是类似 于 3 位 “+1”型。 LED 数码管根据 LED 的接法不同分为共阴和共阳两类，了解 LED 的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。 共阴和共阳极数码管第 2 章 设计方案的选择和论证 9 的内部电路，它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。 选用时要注意产品尺寸颜色，功耗，亮度，波长等。 由项目要求可知，我们的显示装置要显示实时的光照度和预定的光照度，显示的数据比较简单，我们采取数码管分段显示或者分时显示都能达到显示效果，而且数码管控制原理简单明了，易于控制 ，成本低，综上所述我们选择数码管作为显示装置。 工程造价 本次设计采用了单片机， CC1101 无线传输模块， DS18B20 传感器模块等模块，具体开支见下边的表 21 工程造价。 表 21 工程造价 器件 数量（个） 单价（元） 合计 (元 ) STM8 开发板 2 77 154 DS18B20 2 16 CC1101 2 16 32 LED 显示屏 1 排线 2 5 pl2303 下载线 1 在调试过程中，烧毁 DS18B20 温度传感器一个。 最后的工程 造价合计为： 77*2+*2+16*2++*2+= 元 共计 元人民币。 本章小结 最终方案确定为 采用单片机芯片 STM8 作为主控制芯片， DS18B20 数字温度传感， CC1101 作为无线收发模块， QC1602A 作为显示模块，采用蜂鸣器和发光二极管进行声光报警。 温度传感器对实验现场的温度进行采集，副控芯片 STM8 对采集温度数据进行处理，将有用数据送给发射模块CC1101，主系统的接受模块 CC1101 接受数据送给主控芯片 STM8， STM8对数据进行分析处理，对现场实 际温度进行显示；另外，可以人工通过独立键盘对所测温度进行监控，先设定好规定的温度范围，当采集的温度超过此范围时，蜂鸣器响，同时点亮发光二极管，通过按键选择，可以独立实现声音报警、发光报警及声光同时报警。 第 3 章 系统的硬件设计 9 第 3 章 系统的 硬件设计 系统硬件概述 系统硬件电路主要分为：单片机 STM8 主 、从系统、接收电路、显示电路、键盘电路、温度采集电路、发射电路 ， 继电器控制。 温度传感器对实验现场的温度进行采集，副控芯片 STM8 对采集温度数据进行处理，将有用数据送给发射模块 CC1101，主系统的接受模块 CC1101 接受数据送给主控芯片 STM8， STM8 对数据进行分析处理，对现场实际温度进行显示；另外，可以人工通过独立键盘对所测温度进行监控，先设定好规定的温度范围，当采集的温度超过此范围时蜂鸣器响同时点亮发光二极管，通过按键选择，可以独立实现声音报警、发光报警及声光同时报警；当检测温度不在设定范围内时，系统正常运行，时刻显示着现场的温度值。 设计总框图如图 31 所 示。 图 31 总设计框图 温度采集 STM8 单片机（从） STM8 单片机（主） 液晶显示 声光报警 独立键盘 无线收发 无线收发 继电器 燕山大学本科生毕业设计（论文） 10 主要单元模块设计 单片机控制模块设计 本设计采用 STM8S105xx 基础型系列 8 位单片机 ， 如图 32。 该单片机提供容量为 16K~32K 字节的 Flash 程序存储器，集成真正的数据 EEPROM。 在 STM8S 微控制器系列的参考手册 (RM0016)中，被归为中密度系列。 STM8S105xx 基础型系列所有的单片机具有以下性能： 更低的系统成本 ， 它的 内部集成真正的 EEPROM 数据存储器，可以达到 30 万次的擦写周期 并且 高度集成了内部时钟震荡器、看门狗和掉电复位功能。 b.该单片机具有 高性能和高可靠性 ， 16MHz CPU 时钟频率 而且具有 强大的 I/O功能，拥有分立时钟源的独立看门狗。 缩短开发周期 也 可根据具体的应用在通用的产品系列中选择，具有合适的封装、存储器大小和外设模块的芯片。 STM8S105xx 基础型系列所有的单片机 具有 完善的文档和多种开发工具选择。 系列所有的单片机 具有很强 产品可延续性 ， 最新技术打造的高水平内核和外设 ， 系列产品广泛适应 ~ 的工作电压 [4]。 图 32 STM8S 开发板 20xx 年 3 月 4 日，意法半导体发布了针对工业应用和消费电子开发的微控制器 STM8S 系列产品。 STM8S 平台打造 8 位微控制器的全新世代，高达 20 MIPS 的 CPU 性能和 的电压范围，有助于现有的 8 位系统第 3 章 系统的硬件设计 11 向电压更低的电源过渡。 新产品嵌入的 130nm 非易失性存储器是当前 8位微控制器中最先进的存储技术之一，并提供真正的 EEPROM 数据写入操作，可达 30 万次擦写极限。 在家用电器、加热通风空调系统、工业自动化、电动工具、个人护理设备和电源控制管理系统等各种产品设备中，新产品配备的丰富外设可支持精确控制和监视功能。 功能包括 10 位模数转换器，最多有 16 条通道，转换用时小于 3 微秒；先进的 16 位控 制定时器可用于马达控制、捕获 /比较和 PWM 功能。 其它外设包括一个 接口、两个U(S)ART 接口、一个 I2C 端口、一个 SPI 端口。 下图 33 是 STM8S 的引脚图。 图 33 引脚图 STM8S 平台的外设定义与 STM32 系列 32 位微控制器相同。 外设共用性有助于提高不同产品间的兼容性，让设计灵活有弹性。 应用代码可移植到STM32 平台上，获得更高的性能。 STM8S 的组件和封装在引脚上完全兼容，让开发人员得到更大的自由空间，以便优化引脚数量和外设性能。 引脚兼容燕山大学本科生毕业设计（论文） 12 还有益于平台化设计决策，产品平台化可节省 上市时间，简化产品升级过程。 STM8S 主要特点 20 MIPS 的高性能内核 抗干扰能力强，品质安全可靠 130 纳米制造工艺，优异的性价比程序空间从 4K 到128K, 芯片选择从 20 脚到 80 脚，宽范围产品系列系统成本低，内嵌EEPROM 和高精度 RC 振荡器 ，拥有本地化工具支持。 STM8S 主要应用 包括 ：传感器、致动器、安全系统微控制器、 DC 马达、车身控制、汽车收音机、 LIN 节点、加热 /通风空调。 应用：家电、家庭自动化、马达控制、空调、感应、计量仪表、不间断电源 、安全。 ：电源、小家电、音响、玩具、销售点终端机、前面板、电视、监视设备。 ：个人护理产品、健身器材、便携护理设备、医院护理设备、血压测量、血糖测量、监控、紧急求助。 温度传感器 设计 DS18B20 数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多样，有 LTM8877，LTM8874 等等 [5]。 主要根据应用场合的不同而改变其外观。 封装后的DS18B20 可用于电缆沟测温，锅炉测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各 种非极限温度场合。 耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。 如图 34 外部供电模式下的单只 DS18B20 芯片的连接图 ， 需要在 DQ 数据口一个上拉电阻。 图 34 单 个 DS18B20 芯片的连接图 第 3 章 系统的硬件设计 13 DS18B20 内部结构主要由四部分组成： 64 位光刻 ROM 、温度传感器、非挥发的温度报警触发器 TH 和 TL、配置寄存器 [6]。 高速暂存存储器高速暂存存储器由 9 个字节组成，其分配如表 5 所示。 当温度转换命令发布 后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在 高速暂存存储器的第 0 和第 1个字节。 单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后，数据格式如表 1 所示。 对应的温度计算： 当符号位 S=0 时，直接将二进制位转换为十进制；当 S=1 时，先将补码变为原码，再计算十进制值。 表 2是对应的一部分温度值。 第九个字节是冗余检验字节。 DS18B20 启动后将进入低功耗等待状态，当需要执行温度测量和 AD转换时，总线控制器发出 [44H]指令完成温度测量和 AD 转换， DS18B20 将产生的温度数据以两个字节的形式存储到高速暂存器 的温度寄存器中， 然后DS18B20 继续保持等待状态。 当 DS18B20 芯片由外部电源供电时，总线控制器在温度转换指令之后发起 “读时隙 ”， 从而读出测量到的温度数据通过总线完成与单片机的数据通讯（ DS18B20 正在温度转换中由 DQ 引脚返回 0，转换结束则返回 1。 如果 DS18B20 由寄生电源供电，除非在进入温度转换时总线被一个强上拉拉高，否则将不会有返回值）。 DS18B20 在完成一次温度转换后，会将温度值与存储在 TH（高温 触发器）和 TL（低温触发器）中各一个字节的用户自定义的报警预置值进行比较，寄存器中的 S 标志位 指出温度值的正负（ S=0 时为正， S=1 时为负），如果测得的温度高于 TH或者低于 TL 数值，报警条件成立， DS18B20 内部将对一个报警标识置位，总线控制器通过发出报警搜索命令 [ECH]检测总线上所有的 DS18B20 报警标识 ,然后对报警标识置位的 DS18B20 将响应这条搜索命令。 针对于 DS18B20 中 TH（高温触发寄存器）和 TL（低温触发寄存器），可以找到的代码资料很少，而如果在某一测温系统中需要用到 TH 和 TL 寄存器时， 其实不必觉得无从下手，总线控制器的读操作将从位 0 开始逐步向下读取数据，直到 读完位 8，而且 TH 和 TL 寄存 器的内部结构和数据格式和片内其他寄存器是相同的，当然，针对 TH 和 TL 寄存器的读写和其他片内寄存器的读写也是相同的，所以在实际应用中，当 DS18B20 初始化完成后，首先通过总线控制器发出的 [B8H]指令将 EEPROM 中保存的数据召燕山大学本科生毕业设计（论文） 14 回到暂存器的 TH 和 TL 中，然后通过总线控制器发出的 “读时隙 ”对器件暂存器进行读操作，只要将读到的每 8bit 数据及时获取，就可以很容易地通过总线控制器读出 TH 和 TL 寄存器数据；总线控制器对器件的写 操作原理亦然，只要掌握了其他寄存器的操作编程，就完全可 以很容易地对 TH 和 TL这两个报警值寄存器进行读写操作。 同时，可以通过 [48H]指 令将 TH 和 TL寄存器数据拷贝到 EEPROM 中进行保存 [7]。 在由 DS18B20 芯片构建的温度检测系统中，采用达拉斯公司独特的单总线数据通讯方式，允许在一条总线上挂载多个 DS18B20，在对 DS18B20的操作和控制中，由总线控制器发出的时隙信号就显得尤为重要。 如下图所示，分别为 DS18B20 芯片的上电初始化时隙、总线控制器从 DS18B20 读取数据时隙、总线控制器向 DS18B20 写入数据时隙的示意图 ， 在系统编程时，一定要严格 参照时隙图中的时间数据 ,做到精确的把握总线电平随时间（微秒级）的变化 ， 才能够顺利地控制和操作 DS18B20。 另外 ， 需要注意到不同单片机的机器周期是不尽相同的，所以 ， 程序中的延时函数并不是完全一样，要根据单片机不同的机器周期有所改动。 在平常 DS18B20 程序调试中 ,若发现诸如温度显示错误等故障，基本上都是由于时隙的误差较大甚至时隙错误导致的 ,在对 DS18B20 编程时需要格外注意。 无线传输单元设计 CC1101 是一种低成本真正单片的 UHF 收发器， 为低功耗无线应用而设计。 电路主要设定为 在 31 43 868 和 915MHz 的 ISM（工业， 科学和医学） SRD（短距离设备）频率波段也可以容易地设置为 300348MHz、 400464 MHz 和 800928 MHz 的其他频率 [8]。 RF 收发器集成了一个高度可配置的调制解调器。 这个调制解调器支持不同的调制格式，其数据传输率可达 500kbps。 通过开启集成在。