基于单片机与无线技术的仓库温度采集系统毕业论文(编辑修改稿)

基于单片机与无线技术的仓库温度采集系统毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

目前在世界范围内被广泛使用的一种无线连接技术，被众多的硬件和软件平台所支持； 2）通过数据电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换实现无线的数据收发。 3）主要是用来取代点对点的线缆连接； 4）具有不能穿透障碍物的特性，有效保障了会议信息的安全 与保密； 5）安装方便快捷，成本低； 当然我们还是需要注意一下红外线技术的一些局限性。 在进行系统安装时，设备距离红外信号收发器的距离通常比较短，大都在 10 米内，且应远离其它红外光源（如日光灯，等离子屏等），以避免干扰。 技术 WAP 是 Wireless Application Protocol（即无线应用协议）的缩写。 无线应用协议也称为无线应用程序协议，目前应用广泛，是在数字移动电话、 Inter及其他个人数字助理机 PDA、计算机应用之间进行通信的开放性全球标准。 在工作方面，对于日理万机、经 常与时间竞赛的商务人士， WAP 更能为用户提供市场上最新的第一手信息，完全配合用户的业务和工作需要。 在生活方面，无论用户身在何处，都可以通过 WAP 上网，进行各项线上银行服务，在娱乐方面，基于单片机与无线技术的仓库温度采集系统 13 WAP 也为用户提供了崭新的消费模式，无论您走到那里，都可以随心所欲地与朋友甚至其他 WAP 用户，一起上网、玩游戏，一起分享 WAP 的乐趣。 BOSCH 的 DCN无线讨论系统采用的就是该无线技术。 通过倍受赞誉的无线介入点能够为方圆40 米（ 164 英尺）左右的空间提供稳固如一的强大连接。 WAP 既可部署在会议室中心以获得最佳的覆盖率，也可以 移动到会议室中最适合的位置。 尽管 WAP 有其强大的优势，但是也必须指出 WAP 在技术角度上的局限性，主要存在于两个方面： 1） WAP 设备和 WAP 承载网络： 2） WAP 设备受 CPU、随机访问存储器（ RAM）、只读存储器（ ROM）和处理速度的限制。 3） WAP 承载网络是低功率的网络，一般在办公环境中的带宽多为 11M。 WAP承载网络的固有特性是可靠性不高、稳定性不高和不可。 频射技术 无线技术，其频段处于 之间。 所以简称为 无线技术。 这个频段里是国际规定 的免费频段，是不需要向国际相关组织缴纳任何费用的。 这就为 无线技术可发展性提供了必要的有利条件。 而且 无线技术不同于之前的 27MHz 无线技术，它的工作方式是全双工模式传输，在抗干扰性能上要比 27MHz 有着绝对的优势。 这个优势决定了它的超强抗干扰性以及最大可达 10 米的传输距离。 此外 无线技术还拥有理论上 2M的数据传输速率，比蓝牙的 1M 理论传输速率提高了一倍。 这就为以后的应用层提高了可靠的保障。 有着自己独到的优势所在。 相比蓝牙它的产品制造成本更低，提供的数据传输速率更高。 相比同样免费的 27MHz 无线技术它的抗干扰性、最大传输距离以及功耗都远远超出。 据上介绍，因此这里就运用了无线通信模块（ NewMsgRF905）。 NewMsgRF905 芯片是挪威 Nordic 公司推出的的单片射频收发器。 芯片工作电压 ～ ， 32 引脚 QFN 封装，内置硬件 CRC 检错和点对多点通信地址控制， 工作在 433/868/915MHz 三个 ISM 频段，频段之间收发模式切换时间650us。 其引脚说明如表 1所示： 基于单片机与无线技术的仓库温度采集系统 14 表 引脚说明 针号 功能说明 缩写 1 电源＝ ~ VCC 2 TX_EN＝ 1 为 TX 模式， TX_EN＝ 0 为 RX 模式 TX_EN 3 发送或接收数据使能 TRX_CE 4 芯片上电 PWR_UP 5 时钟输出（不用） uCLK 6 载波检测 CD 7 地址匹配 AM 8 接收或发送数据完成 DR 9 SPI 输出 MISO 10 SPI 输入 MOSI 11 SPI 时钟 SCK 12 SPI 使能 CSN 13 接地 GND 14 接地 GND NewMsgRF905 工作模式 NewMsgRF905 由 PWR 、 TRX_CE、 TX_EN 组成控制 四种工作模式：两种活动 RX/TX 模式和两种节电模式。 （ 1） ShockBurst 模式 ShockBurstTM 收发模式下，使用片内的先放先出堆栈区，数据低速从微控制器送入，但高速发射，这样可以尽量节能，因此，使用低速的微控制器也能得到很高的射频数据发射速率，与射频协议相关的所有高速信号处理都在片内进行，这种做法有三大好处：尽量节能；低的系统费用；数据在空中停留的时间短，抗干扰性高。 在 ShockBurstTM 收发模式下， RF905 自动处理字头和 CRC 校验码。 在接收数据时，自动把字头和 CRC 校验码移去。 在发送数据时自动加上字头和 CRC 校验码，当发送完成后， DR 引脚通知微处理器数据发送完毕。 （ 2） 节能模式 RF905 的节能模式包括关机模式和节能模式。 在关机模式， RF905 的工作电基于单片机与无线技术的仓库温度采集系统 15 流最小，一般为。 进入关机模式后， RF905 保持配置字中的内容，但不会接收或发送任何数据。 空闲模式有利于减小工作电流，其从空闲模式到发送模式或接收模式的启动时间也比较短。 在空闲模式下， RF905 内部的部分晶体振荡器处于工作状态。 NewMsgRF905 寄存器配置 NewMsgRF905的 所有配置都通过 SPI接口进行。 SPI接口由 5个寄存器组成，一条 SPI 指令用来决定进行什么操作。 SPI 接口只有在掉电模式和 Standby 模式是激活的。 1）、状态寄存器（ StatusRegister） 寄存器包含数据就绪 DR 和地址匹配 AM 状态。 2）、 RF 配置寄存器（ RFConfiguration Register） 寄存器包含收发器的频率、输出功率等配置信息。 3）、发送地址（ TXAddress） 寄存器包含目标器件地址，字节长度由配置寄存器设置。 4）、发送有效数据（ TXPayload） 寄存器包 含发送的有效 ShockBurst 数据包数据，字节长度由配置寄存器设置。 5）、接收有效数据（ TXPayload） 寄存器包含接收到的有效 ShockBurst 数据包数据，字节长度由配置寄存器设置。 在寄存器中的有效数据由数据准备就绪 DR指示。 射频寄存器的各位的长度是固定的。 然而，在 ShockBurstTM 收发过程中，TX_PAYLOAD、 RX_PAYLOAD、 TX_ADDRESS 和 RX_ADDRESS 4 个寄存器使用字节数由配置字决定。 RF905 进入关机模式或空闲模式时，寄存器中的内容保持不变。 NewMsgRF905 与 AT89S51 单片机构成的温度测控系统的应用电路如下： 基于单片机与无线技术的仓库温度采集系统 16 图 NewMsgNRF905 发射与接收电路 它采用 SPI接口与 ATS89S51串行通信， ATS89S51可以用一般 I/O口来 SPI 接口，只需添加代码模拟 SPI 时序即可。 本设计就是采用普通 I/O 口模拟 SPI 接口的。 键盘模块 基于本系统按键较少，采用矩阵式键盘，电路复杂且会加大编程难度。 所以这里采用独立式按键电路，每个按键单独占有一根 I/O 接口线 ,每个 I/O 口的工作状态互不影响，此类键盘采用端口直接扫描方式。 电路设计 简单，且编程极其容易采用独立式按键电路。 按键硬件设计 本设计中，按键基本有两种功能，一是完成温度上限的设定，二是完成测量点的选择，二者工作不冲突，故为节省资源，可利用中断的不同让按键工作于两种模式下，即采用按键复用。 这样并能实现按键功能实时性的要求。 其硬件电路如下所示： 基于单片机与无线技术的仓库温度采集系统 17 图 按键电路 如图中所示， K0 为按键模式 1（上限温度设定）的中断触发信号： K5 为按键模式 2（温度显示点选择）的中断触发信号， K K K K4 为复用键，在模式 1 时分别为调节位选上调下调完成功能；在模式 2时分别为显示 1号、 2号、3 号测量点温度及模式结束键。 这样便完成了按键预期功能。 显示报警模块 本系统中要求显示数据简单且亮度较大， 采用 LCD 显示价格较高，且在强光下亮度一般不足。 而采用 LED 显示器在亮度、可视角度和刷新速率等方面，都更具优势。 在强光下也可以照看不误，并且对温度适应性较强。 由于单片机的 I/O 有限，为了更好的分配资源，显示模块要求用串行传输。 MAX7219 是 MAXIM 公司的 7 段共阴极 LED 数码管专用驱动器，每一片 MAX7219 最多可驱动 8 位 LED，完全满足本设计的要求，且集 BCD 码译码器 、多路扫描器、段驱动和位驱动电路于一体，内含 8 8位双口静态 SRAM，可保存 8 位 LED 数据，不仅使用方便，连线简单，而且还可串联，大大简化了硬件电路设计，减少软件的工作量。 MAX7219 直接与单片机相连如下图所示： 基于单片机与无线技术的仓库温度采集系统 18 图 MAX7219显示驱动电路 MAX7219 具有典型的三线串行接口， 命令与数据组成 16位字串，从 DOUT 引脚输出，当每一个 CLK 脉冲上升沿到来时，串行数据从 DIN 引脚进入 MAX7219 内部移位寄存器，最先收到的是高位。 在第 16 个 CLK 上升沿， LOAD 引脚若变为高电平，则数据就会被锁存到内部寄存器中。 下图为 MAX7219 的时序图。 图 MAX7219时序图 如图所示， DIN 为串行数据输入端，当 CLK 为上升沿时，数据载入 16 位内基于单片机与无线技术的仓库温度采集系统 19 部移位寄存器； CLK 为串行时钟输入端，最大工作频率为 10 MHz； LOAD 为片选端，当 LOAD 为低电平时，该器件接收来自 DIN 的数据，接收完毕， LOAD 返回高电平时，接收的数据将锁定； DIG0～ DIG7 为吸收显示器共阴极电流的位驱动线，其最大值。 可达 500 mA，在关闭状态时，输出＋ V； SEGA～ SEGG 和 DP 为驱动显示器 7 段及小数点的输出电流，约 40 mA，可软件调整，关闭状态时，接入 GND； DOUT 为串行数据输出端，通常直接接入下一片 MAX7219 的 DIN 端。 本设计中未用到 DOUT端。 通过 V+ 引脚和 ISET 引脚之间所接的外部电阻 RSET 控制 MAX7219， RSET 越大，段电流越小，但是其为 9 530 Ω。 此时为典型段电流 37 mA。 为了减少外界干扰，在 MAX7219 的 V+引脚与 GND 引脚之间接一个 μ F的涤纶电容和一只10 μ F 的钽电容。 MAX7219 所能直接驱动的是共阴极小电 流 LED 显示器，它不能直接驱动共阳极 LED 显示器，否则会损坏器件。 为了报警达到目的，直到工作人员采用相应措施改善温度条件，故采用了蜂鸣器置的方法报警。 其硬件电路如下所示： 图 报警电路 基于单片机与无线技术的仓库温度采集系统 20 当温度超过上限时，置位 P37 使报警电路工作，可通过开关 S0 关掉报警，但当报警作用起到后，为了不让它在处理温度问题同时不继续报警，故加上一个单刀双掷开关和一个反指示灯，可人工先择报警状态，或为蜂鸣器或为指示灯工作。 其它模块 电源模块 本系统中除了 NRF905 使用 电压外，其它均采用 5V电压。 主要是因为NRF905 电源电压是 ~ ，而在 时性能最佳。 考虑到系统的特点，采用 220V 交流供电，故需要以下电压变换： 图 220V交流变 5V直流电源电路 图 5V直流变 基于单片机与无线技术的仓库温度采集系统 21 第三章 软件设计 本章主要介绍单片机通过 NRF905模块及 DS18B20检测温度的软件实现方法，包括温度的采集，采样点的识别，数据的处理及发射与接收，以及温度的显示的控制。 主程序流程 设计中要完成按键设定温度报警上限值（按键模式 1），按键更改显示不同测量点的 温度（按键模式 2），但单片机不能一直处于查询状态，那样太浪费单片机资源，又不利于系统整体流程的复杂程度，故采用了中断方式。 考虑到本系统的开关机次数不会太多，为了节省成本，未对单片机 ROM 区的资源进行扩展，而温度的上下限值保存于 RAM 区没定的变量中，系统开机或重启时要首先对温度上下限进行设定。 主要包括发射端与接收端主程序如下： 系统温度采集终端主程序实现 发射端的主要任务就是温度采集，并通过无线模块发送出去，并对读取的温度值了相应处理，分离出小数、整数，加入了测量点代码。 具体流程如下 : 基于单片机与无线技术的仓库温度采集系统 22 开 始N R F 9 0 5 初 始 化 设 置 N R F9 0 5 为 发 送 模 式读 取 D S 1 8 B 2 0 当 前 的 温 度 值在 温 度 值 中 加 入 芯。