基于avr单片机物联网系统设计毕业设计(编辑修改稿)

基于avr单片机物联网系统设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

需要编写串口通信程序。 对于 AVR 而言，重点在于数据的网络传输，此时需要编写或者调用 RTL8019 的驱动程序。 通过学习 html 语言，编写嵌入式系统中的 WEB页设计。 进行 服务程序设计时，设计的要点在于动态页面的返回，单片机程序对带参数连接的处理，对所传送过来的 表单数据的处理，从而可以控制设备的状态和设备做如何运转。 研究 TCP/IP 协议，并结合嵌入式系统的具体应用对各个协议进行不同程度的简化和改写，将改写后的 TCP/IP 协议嵌入单片机，完成以太网的驱动程序，保证数据能够准确传输。 这个这是整个系统设计的难点。 设计的目的及其意义 设计以 AVR单片机为控制器， 结合 太网控制芯片 RTL8019AS，通过 RTL8019AS实现 智能终端采集的数据与 Inter网络上的数据进行互传 ， 可以远程控制各类家用设备以及对工业环境中的数据进行采集和控制。 将 WEB页写入到单片机 内 ， 通过这些页面远程操控智能终端。 通过单片机采集 室内的温度、光强以及窗叶的角度，传输到本地计算机，并且通过浏览器显示，可以方便的得到 数据。 选用的 AVR 单片机已广泛地应用于 工业、军事、智能玩具 、便携式智能仪表和机器人制作等领域，使产品功能、精度和质量大幅度提升，且电路简单，故障率低，可靠性高，成本低廉。 最重要的是简单易学，容易开发。 里面添加了用组态王来对室内环境的实时监控，不仅可以查看实时数据，也可以查看历史数据。 所以整个设计对于终端的控制分为三个方面，一个是组态王控制，网络控制，以及红外控制。 当不在线的 时候，可以用组态王进行控制，以及现场可以用红外控制等等。 实现多功能测控。 江苏师范大学科文学院 基于 AVR 单片机物联网系统设计 6 第二章 系统总体方案设计 智能终端设计 智能终端的功能主要是实现对室内环境的参数进行采集及对日常家庭用具的控制，如对温度，光强的采集，以及对窗帘的摆动的角度进行控制。 本设计是以 STC89C52RC 单片机为控制芯片，采用 DS18B20 温度传感器来采集室内温度，利用光敏电阻在太阳光的照射下阻值迅速减少的特性制成的传感器来对室内光线进行采集采集，输出的电压值在通过 AD芯片进行模数转换，通过读取单片机引脚相应的高 低电平，获取相应的数值，达到获取室内光强的目的。 通过控制步进电机来达到控制窗叶旋转的角度。 如果在室内，终端上安装了红外一体化接收头，通过编程，可以用专用遥控器或者一般的电视机遥控器等来查询室内环境的参数以及对窗叶的控制。 智能终端的设计分为硬件和软件两部分组成。 硬件部分主要是对环境变量的采集用到的传感器及显示装置，控制窗叶的步进电机，红外接收装置等。 涉及到传感器与单片机的接口电路设计、步进电机驱动以及 AD转换等等。 软件部分主要为温度传感器的驱动编写，AD转换程序、步进电机驱动编写红外解码程序编写以及 LCD 液 晶显示程序的编写等等。 系统框图如图 21 所示。 图 21 智能终端系统框图 Atmega128 物联网应用系统 物联网应用系统主要是以 Atmega128为控制芯片 来控制以太网接口芯片实现与Inter网络的通信。 其中，单片机中不仅要嵌入实时操作系统，还要完成对和以太网接口芯片的控制。 而以太网接口芯片除了本身实现了物理层和数据链路层协议，还要通过RJ45接口与 Inter网络进行通信。 本设计是基于 应用案例进行设计，通过设计嵌入式系统中的 WEB页，通过浏览器来对智能终端采集的信号进行显示和对智能终端进行控制。 Atmega128有双串口， UART0在仿真时接入了虚拟终端，用于显示网络连接情况以及 IP地址的分配情况，UART1主要用于和智能终端的通信，实现采集的数据和控制信号的传输等等。 设计与调试主要分为以下几个方面： RTL8019的选择 WEB页设计 4,服务程序设计 数字式温度传感器 STC89C52 光强采集传 感器 AD 转换 红外遥控器 红外接收头 LCD 数据显示 串口 PC 机/AVR 步进电机 江苏师范大学科文学院 基于 AVR 单片机物联网系统设计 7 系统框图如图 22所示。 图 22 物联网系统设计框图 基于 KingView 与单片机实时对智能终端的控制及数据采集 本设计采用 KingView ，其实控制页面来对室内温度以及光强进行实时采集，生成实时数据曲线，因为实时数据曲线只能表示当前的数据变化情况。 而历史数据不能显示，所以历史数据要在历史趋势曲线画面中进行查询，以备今后查看。 也可以对步进电机进行控制，并在控制页面中显示当前电机旋转的角度。 在组态王软件中除了要放置各种控件之外，还要 对各个控件的地址进行设置，并且与单片机中的地址相对应， 单片机的数据地址就是指对应的单片机程序中定义的变量。 一个单片机下可定义很多变量 ， 每个变量对应一个寄存器。 组态王在和单片机进行通信时要遵循通信协议。 组态王提供的单片机的通信协议可以支持 HEX和 ASCII,其中 ASCII开发比较简单，所以本设计采用 ASCII传输协议编写了单片机程序。 设计好的组态画面可以做成安装包，倘若电脑中没有安装组态软件，则可以直接对安装包进行安装，则可使用。 系统图如图 23所示。 图 23 KingView 控制系统框图 本章小结 系统总体方案分为三个部分，智能终端设计、物联网系统设计、组态王数据采集等等。 包括硬件制作和软件的编写。 可分别在不同的控制状态对智能终端进行控制来对室内环境数据的采集，避免了在一种状态失效就对数据的无法采集的状态。 单片机 以太网接口芯片 RJ 45 接头 集线器 以太网 PC1 PC2 智能终端 主页面 控制页面 历史数据页面 江苏师范大学科文学院 基于 AVR 单片机物联网系统设计 8 第三章 系统硬件的选择 智能终端硬件的选择 单片机的选择 STC89C52是一种低功耗、高性能 CMOS8位微控制器， 单片机引脚如图 31所示。 输入 /输出口线 ： P0口 8位双向口线 ： P1口 8位双 向口线 ： P2口 8位双向口线 ： P3口 8位双向口线 ALE：地址锁存控制信号 ALE PSEN：外部程序存储器选通信号 EA：访问程序存储器控制信号 RST：复位信号 XTAL1和 XTAL2外接晶体引线端 Vss：地线 Vcc： +5V电源 STC89C52RC单片机 有如下特点 : 4K字节 EEPROM存储空间 EEPROM存储空间 图 31 STC89C52引脚图 模数转换芯片的选择 江苏师范大学科文学院 基于 AVR 单片机物联网系统设计 9 在 A/D转换器中， 是将模拟信号转换成数字信号， 一般的 A/D转换过程 通过采样保持、量化和编码这三个步骤完成的， 即首先对输入的模拟电压信号采样，采样结束后进入保持时间，在这段时间内将采样的电压量转化为数字量，并按一定的编码形式给出转换结果，然后开始下次采样。 模拟量到数字量的转换过程框图如图 32所示。 图 32 模拟量 数字量转换过程框图 本设计中选取逐次比较型单片集成 A/D 转换器 ADC0804。 它是早期的 A/D 转换器，因其价格低廉而要求不高被广泛应用。 采用 CMOS 工艺 20 引脚集成芯片，分辨率为 8位，转换时间为 100 微秒，输入电压范围为 05V。 芯片内具有三态输出数据锁存器，可直接连接在数据总线上。 ADC0804 引脚分布图如图 33所示。 各引脚作用如下： VIN（ +）、 VIN（ ） :两 个 模拟信号输入端。 DB7DB0:数字信号输出 端。 AGND：模拟信号 接 地。 DGND：数字信号 接 地。 CLK：时钟信号 的 输入端。 CLKR：内部时钟发生器的外接电阻端。 CS：片选信号输入端。 WR：写信号输入，低电平启动 A/D转换。 RD：读信号输入，低电平输出端有效。 INTR： A/D转换结束信号，低电平表示本次转换已完成。 VREF/2：参考电平输入，决定量化单位。 VCC：芯片电源 5V输入。 图 33 ADC0804 引脚图 步进电机驱动芯片的选择 ULN20xx 是高耐压、大电流复合晶体管阵列，由七个硅 NPN 复合晶体管组成。 该电路的特点如下： ULN20xx 的每一对达林顿都串联一个 的基极电阻 ,在 5V 的工作电压下它能与TTL 和 CMOS 电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。 ULN20xx 工作电压高，工作电流大，灌电流可达 500mA，并且能够在关态时承受 50V 的采样 模拟信号 数字信号 量化 江苏师范大学科文学院 基于 AVR 单片机物联网系统设计 10 电压，输出还可以在高负载电流并行运行。 ULN20xx 采用 DIP— 16 或 SOP— 16 塑料封装。 ULN20xx 内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管，可用来驱动继电器。 它是双列16 脚封装 ,NPN 晶体管 矩阵 ,最大驱动电压 =50V,电流 =500mA,输入电压 =5V,适用于 TTL COMS。 ULN20xx 是一个非门电路，包含 7 个单元，单独每个单元驱动电流最大可达 350mA， 9脚可以悬空。 比如 1 脚输入， 16 脚输出，你的负载接在 VCC 与 16 脚之间 ， 不用 9 脚。 ULN20xx 由七个硅 NPN 达林顿管组成。 ULN20xx 是高压大电流 达林顿晶体管 阵列系列产品 ,具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点 ,适应于各类要求高速大功率驱动的系统。 ULN20xx 芯片引脚介绍 : 引脚 17： CPU 脉冲输入端，端口对应一个信号输出端。 引脚 8：接地。 引脚 9：该脚是内部 7 个续流二极管负极的公共端，各二极管的正极分别接各达林顿管的集电极。 用于感性负载时，该脚接负载电源正极，实现续流作用。 如果该脚接地 ,实际上就是达林顿管的集电极对地接通。 引脚 10~16：脉冲信号输出端，对应 7~1脚信号 输入端。 引脚如图 34所示： 图 34 ULN20xx 内部原理及引脚图 通信芯片的选择 MAX232 是 MAXIM 公司 为 RS232 串口设计的电平转换芯片，使用 +5v 电源供电。 引脚介绍 : 第一部分是由 6脚和 4 只电容构成 电荷电路。 为的是 产生 12v 和 +12v两个电源，提供给 串口电平 需要。 第二部分是由 1 1 1 14 脚 组成双 数据通道。 其中 的 13 脚、 12脚、 11脚、 14脚 为第一 个 数据通道。 7 脚 、 8 脚、 9脚 、 10 脚 构成 第二 个 数据通道。 第三部分是供电 ， 15脚 GND、 16脚 VCC（ +5v）。 主要特点 : 1． 符合所有的 RS232C 标准 2． 只需要单一 的 +5V 电源 提供电压 3． 功耗低，典型供电电流 5mA 4． 内部集成 2 个 RS232C 驱动器 5． 高集成度，片外最低只需 4 个 电容即可工作 引脚如图 35所示。 江苏师范大学科文学院 基于 AVR 单片机物联网系统设计 11 图 35 MAX232 引脚图 红外遥控和红外接收管的选择 遥控器编码分好几种，常见的 32位编码码和 42位编码，目前我手中遥控器就是 32位编码，如图 1 所示，当有按键时就会产一个 低电平和 高电平的起始码，接着是 16 位系统码，系统码能区别不同的电器设备，防止不同 的 遥控码互相干扰，接下来是 8位数据码和 8 位数据反码 ,间隔 23ms 的高电平后，再发一个结束码 ，。