基于单片机的多路无线温度检测装置.doc

本科生毕业(论文). 基于单片机的多路无线温度检测装置 学院: 信息技术科学学院 专业: 电子信息工程 学号: 学生姓名: 指导老师: 职称: 摘要温度是工业、农业生产中常见的和最基本的参数之一，在生产过程中常需对温度进行检测和监控，采用微型机进行温度检测、数字显示、信息存储及实时控制，对于提高生产效率和产品质量、节约能源等都有重要的作用。伴随工业科技、农业科技的发展，温度测量需求越来越多，也越来越重要。但是在一些特定环境温度监测环境范围大,测点距离远,布线很不方便。目前有些设计能够实现无线温度采集，但是功耗过高是它最大的缺点。在实际温度控制工程中要求系统具有稳定性、实时性，因此设计一种低功耗的多点无线温度检测系统具有十分重要的意义。所以解决实际操作中功耗高等问题便成为设计多点无线温度检测系统的重中重。本文提出一种采用单片机at89s52控制、ds18b20实现的无线温度测量系统。通过简单的无线通信协议，实现可靠性与功耗平衡，该系统能实现对温度的检测，是可以实现远程控制的无线温度检测系统。低功耗、实时性是无线温度检测的最大的特点。无限传输模块采用nrf905模块。该系统操作简单，功耗低，实时性非常强，是一种无限传输良好的解决方案。关键字：单片机 at89s52ds18b20 无线模块nrf905abstract temperature is common in industry, agriculture production and one of the basic parameters in the production process often required temperature detection and monitoring, the use of microcomputer temperature detection, digital display, information storage and real-time control to improve production efficiency andproduct quality, energy conservation has an important role. accompanied by the development of industrial science and technology, agricultural science and technology, more and more demand for temperature measurement is increasingly important. however, in certain ambient temperature monitoring of environmental range, distance measuring point, the wiring is inconvenient. at present, some designed to wireless temperature collection, but the power is too high, its greatest disadvantage. system stability, real-time both in the actual temperature control engineering, design a low-power wireless temperature sensing system has great significance. so to solve the actual operation has become the design of multi-point wireless temperature sensing system power consumption, higher weight heavy. this paper proposes a wireless temperature measurement system using microcontroller at89s52 control to achieve the ds18b20. through a simple wireless communication protocols, reliability and power balance, the system can achieve a temperature detection, remote control wireless temperature sensing system. low-power, real-time wireless temperature sensing. unlimited transmission module nrf905 module.the system is simple, low power consumption, real-time is very strong, is a good solution for an infinite transmission.keywords: at89s52 , ds18b20, nrf905目录1.前言1.1系统方案分析与选择论证1.1.1关于主控芯片选择1.1.2 关于温度传感器的选择1.1.3 关于无线通信模块方案1.1.4 显示模块方案1.1.5功耗问题2.主要元件介绍2.1温度传感器ds18b202.1.1 ds18b20的主要特征2.1.2 ds18b20芯片封装结构及其引脚2.1.3 ds18b20工作原理及应用2.1.4 控制器对ds18b20的操作流程2.1.5 ds18b20的硬件设计2.1.6 ds18b20的主要优势及注意事项2.2单片机at89s522.2.1 at89s52的特性及功能2.2.2 at89s52的引脚结构2.2.3 at89s52的最小系统2.3无线收发模块nrf9052.3.1 nrf905的概述及其特点2.3.2 nrf905的电气特性2.3.3 nrf905的工作模式2.3.4 nrf905的参数2.3.5 nrf905的电路图2.4 显示模块2.5电源模块3.系统设计3.1单片机硬件3.1.1发送端电路图3.1.2接收端电路图3.2单片机软件设计3.2.1发送端流程图3.2.2接收端流程图4. 硬件实现总结致谢参考文献附件1.前言温度是工农业生产中常见的和最基本的参数之一，在生产过程中常需要对温度进行检测和监控。采用微型机进行温度检测，数字显示，信息存储及实时控制，对于提高生产效率和产品质量，节约能源等都有重要的作用。伴随工业科技，农业科技的发展，温度测量需求越来越多，需求量也越来越大。在工业现场，由于生产环境恶劣，工作人员不能长时间停留于现场观察设备是否运行正常，所以这个时候就需要采集数据并传输数据到一个环境相对而言好的操控系统，这样就会产生数据传输问题。鉴于现实操作中的种种原因，有时由于生产环境只允许有线数据传输方式就需要铺设很多很长的通讯线，浪费资源，占用空间，可操作性差。并且，实际操作中，数据的采集点处于运动状态，所处的环境不允许或者根本无法铺设线路的时候，数据都有可能没有办法传输，这个时候就需要利用无线传输的方式了。在农业生产的过程中，不论是温室大棚亦或者是粮仓的管理等等，传统上是采用分区取样的人工操作方式，这样不仅耗时而且得到的数据的可靠性比较差。传统意义上的检测方式现在已经不能满足农业的发展的需求。于是，在当前发达的科技的背景下，无线通信技术的发展使得温度采集测量精确，简单易行。在日常的生活中，随着人们生活水平的日益提高，很多家庭都会安装室内温度采集装置，这种装置就是利用无线通信技术采集室内温度数据，并根据室内温度情况进行遥控通风等操作，自动调节室内的温度可以很好的改善我们的生活环境。从以上几个例子中，我们可以非常明显的发现无线温度采集系统已经被成功应用于工农业、环境监测、军事国防、机器人控制等许多重要领域，这种无线温度采集系统已经非常广泛的被应用于我们的日常生活和军事中。 目前有些设计能够实现无线温度采集，但是功耗过高时它最大的缺点，在实际温度控制工程中既要求系统具有稳定性，实时性，又需要使系统功耗低及保证温度的均匀性。 为此，需要设计相应的接口系统，控制这些射频芯片工作，完成可靠稳定的无线数据通信，这样可以使研究变得更加的具有意义。本系统的设计采用了nrf905射频芯片，由at89s52单片机控制实现短距离无线数据通信。该接口设计具有性价比高、传输效率高、通信稳定等特点。整个系统有收发两个部分组成，通过nrf905无线数据通信收发模块来实现无线数据传输。发送部分以单片机at89s52为主要控制芯片，温度传感器采用的则是ds18b20，通过ds18b20实时采集的温度无线送给接受部分，然后在4位数码管上显示，通过蜂鸣器对温度过高或过低进行报警。1.1系统方案分析与选择论证1.1.1关于主控芯片选择方案一：采用传统的at89s52单片机作为系统的主控制芯片。这种芯片价格便宜、操作简单、功耗低，技术成熟，性价比非常高。方案二：采用ti公司生产的msp430系列单片机，这款单片机是一款高性能的低功耗的16位单片机，具有十分强大的功能，且内置高速12位adc。但是它的价格比较昂贵，而且是tpfq贴片封装，不利于焊接，需要pcb制版，这样操作比较繁琐，而且也极大地增加了成本和开发周期。从性能和价格上综合考虑，我选择方案一，采用at89s52芯片作为本系统的主控芯片。1.1.2 关于温度传感器的选择方案一：ntc热敏电阻器就是负温度系数热敏电阻器，它是以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料，采用陶瓷工艺制造而成的。ntc热敏电阻器在室温下的变化范围在100100w欧姆，温度系数-2%-6.5%。ntc热敏电阻器广泛应用于测温、控温、温度补偿等方面。方案二：采用dallas公司生产的ds18b20可组网数字温度传感器芯片，具有耐磨耐碰，使用方便，超小的体积，超低的硬件开消，抗干扰能力强，精度高，附加功能强，封装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。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，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温等等。独特的单线接口方式，测温范围-55度到+125度，固有测温分辨率0.5度，支持多点组网功能，工作电源3到5v/dc，在使用中不需要任何外围元件，测量结果以9到12位数字量方式串行传送。 考虑到编程的问题，ntc测温范围高但是需要电平转换，这样使得过程非常的繁琐，所以我选择方案二，即用ds18b20。1.1.3 关于无线通信模块方案方案一：cc2520无线数传模块，cc2520是款符合zigbee技术的高集成度工业用射频收发器件，其mac层和phy层协议符合ieee.802.15.4-2006标准，模块工作在2394-2507mhz的ism免费频段，工作频率250kbps,码片速率2m chip/s。方案二：采用gsm模块进行通信，gsm模块需要借助移动卫星或者手机卡，虽说能够远距离的传输，但是其成本较大、且需要内置sim卡，通信过程中还需要收费，这样的生产成本过高。方案三：采用nrf905收发模块，nrf905单片机无线收发器是挪威公司推出的单片机射频发射器芯片，工作电压为1.9-3.6v，32引脚qfn封装，工作于433/868/915mhz3个ism频道，nrf905可以自动完成处理字头和crc的工作，可由片内硬件自动完成曼彻斯特编码/解码，使用spi接口与微控制器通信，配置非常方便，其功耗非常低，以-10dbm的输出功率发射时电流只有11ma，在接收模式时电流为12.5ma。nrf905单片无线收发器工作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。其工作方式是shockbrust，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。考虑三种方案，考虑到系统的复杂性和程序的复杂度，我们采用方案三作为本系统的通信模块。1.1.4 显示模块方案方案一：选择主控为st7920的带字库的lcd12864来显示信息。12864是一款通用的液晶显示屏，能够显示多数常用的汉字及其asc11码，而且能够绘制图片，描点画线，设计成比较理想的结果方案二：采用字符液晶lcd1602显示信息，1602是一款比较通用的字符液晶模块，能显示字符和数字等信息，且价格便宜，容易控制。方案三：采用led7段数码显示管显示，其成本低，容易显示控制，但不能显示字符。综合以上方案，我选择了经济实惠的led7段数码管来作为收发的显示。1.1.5功耗问题 方案一：msp430+nrf905的组合是低功耗，短距离（100-200m）、小数据量的无线数传系统，msp430 cpu在低功耗应用方面有很大优势，nrf905无线收发芯片具有功耗低、控制简单、可自动处理字头和crc校验的优点，两者结合组成的数传系统可以在很多产品中得到应用方案二：at89s52+nrf905的组合，at89s52单片机作为系统的主控制芯片，这种芯片价格便宜、功耗低，技术成熟，性价比非常高再加上nrf905无线收发芯片，很好的降低了系统的功耗。综合以上两种方案，从主控芯片可操纵程度上我选择at89s52+nrf905的组合来降低系统的功耗。综合以上所有方案得出最终的方案为： 发送端：发送端由温度传感器ds18b20，at89s52单片机，nrf905无线射频模块，数码管显示模块组成。接受端：接收端由at89s52单片机，nrf905无线射频模块，数码管显示模块组成。2.主要元件介绍2.1温度传感器ds18b20温度传感器的种类众多，在应用于高精度、高可靠性的场合时dallas（达拉斯）公司生产的ds18b20温度传感器当仁不让。超小的体积，超低的硬件开销，抗干扰能力强，精度高，附加功能强，使得ds18b20更受欢迎。2.1.1 ds18b20的主要特征a.全数字温度转换及输出。 b.先进的单总线数据通信。 c.最高12位分辨率，精度可达土0.5摄氏度。 d.12位分辨率时的最大工作周期为750毫秒。 e.可选择寄生工作方式。 f.检测温度范围为55c +125c (67f +257f) g.内置eeprom，限温报警功能。 h.64位光刻rom，内置产品序列号，方便多机挂接。 i.多样封装形式，适应不同硬件系统。 2.1.2 ds18b20芯片封装结构及其引脚gnd 电压地 dq 数据总线 vdd 电源电压 nc 空引脚 图2.1.22.1.3 ds18b20工作原理及应用 ds18b20的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，从而抗干扰力更强。其一个工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理。18b20共有三种形态的存储器资源，它们分别是： rom 只读器存储器：用于存放ds18b20id编码，其前8位是单线系列编（ds18b20的编码19h），后面48位是芯片唯一的序列号，最后8位是以上56的位的crc码（冗余校验）。数据在出产时位置不由用户更改。ds18b20共64位rom。 ram 数据暂存器：用于内部计算和数据存取，数据在掉电后丢失，ds18b20共9个字节ram，每个字节为8位。第1、2个字节是温度转换后的数据值信息，第3、4个字节是用户eeprom（常用于温度报警值存存）的镜像。在上电复位时其值将被刷新。第5个字节则是用户第3个eeprom的镜像。第6、7、8个字节为计数寄存器，是为了让用户得到更高的温度分辨率而设计的，同样也是内部温度转换、计算的暂存单元。第9个字节为前8个字节的crc码。eeprom 非易失性记忆体，用于存放长期需要保存的数据，上下限温度报警值和校验数据，ds18b203eeprom，并在ram都存在镜像，以方便用户操作。 2.1.4 控制器对ds18b20的操作流程 复位:首先必须对ds18b20芯片进行复位,复位就是由控制器(单片机)给ds18b20单总线至少480us的低平信号。18b20接到此复位信号后则会在1560us后回发一个芯片的存在脉冲。 存在脉冲:在复位电平结束之后,控制器应该将数据单总线拉高,以便于在1560us后接收存在脉冲,存在脉冲为一个60240us的低电平信号。至此,通信双方已经达成了基本协议,接下来将会是控制器与18b20间的数据通信。如果复位低电平的时间不足或是单总线的电路断路都不会接到存在脉冲,在设计时要注意意外情况的处理。 控制器发送rom指令:双方打完了招呼之后最要将进行交流了,rom指令共有本质5条，每一个工作周期只能发一条，rom指令分别是rom数据，指定匹配芯片，跳跃rom，芯片搜索，报警芯片搜索。rom指令为8位长度，功能是对片内的64位光刻rom进行操作。其主要原因目的是为了分辨一条总线上挂接的多个器件并进行处理。诚然，单总线上可以同时挂接多个器件，并通过每个器件所独有的id号来区别，一般只挂接单个18b20芯片时可以跳过rom指令。 控制器发送存储器操作指令：在rom指令发送给18b20之后，紧接着就是发送存储器操作指令了。操作指令同样为8位，共6条，存储器操作指令分别是写ram数据，读ram数据，将ram数据复制到eeprom，温度转换，将eeprom中的报警值复制到ram，工作方式切换。存储器操作指令的功能是命令18b20作什么样的工作，是芯片控制的关键。 执行或数据读写：一个存储器操作指令结束后则将进行指令执行或数据的读写，这个操作要视粗初期操作指令而定。如执行温度转换指令则控制器必须等待18b20执行其指令，一般转换时间为500us。如执行数据读写指令则需要严格遵循18b20的读写时序来操作。若要读出当前的温度数据我们需要执行两次工作周期，第一个周期为复位，跳过rom指令，执行温度转换村春气操作指令，等待500us温度转换时间。紧接着执行第二个周期为复位，跳过rom指令，执行读ram的存储器操作指令，读数据（最多为9个字节，中途可停止，只读简单温度值则读前2个字节即可）2.1.5 ds18b20的硬件设计如图所示，ds18b20只需要接到控制器的一个i/o口上，由于单总线为开漏所以需要外接一个4.7k的上拉电阻。如采用寄生工作方式，只要将vdd电源引脚与单总线并联即可。但在程序设计中，寄生工作方式将会对总线的状态有一些特殊的要求。在电路中的连接图：图2.1.52.1.6 ds18b20的主要优势及注意事项 ds18b20温度传感器具有抗干扰性强，精度高，可靠性高等特性。它具有完善的单总线通信协议，不要复杂繁琐的布线，只需要3根连线就能组成多点测温系统，多个ds18b20可以并联到单总线上，实现多点测温，cpu只需一根端口线就能与诸多ds18b20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。ds18b20只适合电压范围：3.05.5v；测温范围：-5.5+125c,当测温超出它的测量范围的时候，有报警搜索命令识别超出温度限制，它检测温度分辨率最高可达到0.0625c，转变时间仅为750ms。ds18b20使用中所需要注意的事项：1 ds18b20与微处理器间采用单线串行数据传送，在对ds18b20进行读写编程时要保证读写时序。2. 当单总线上所挂ds18b20超过8个时，就需要解决处理器的总线驱动问题。连接ds18b20的总线电缆的长度是受传输电缆，现场干扰限制的，这些问题在设计系统时要注意。2.2单片机at89s522.2.1 at89s52的特性及功能1. 与mcs-51单片机产品兼容2. 8k字节在系统可编程flash存储器3. 1000次擦写周期4. 全静态操作：0hz33hz5. 二级加密程序存储器6. 32个可编程i/o口线7. 三个16位定时器/计数器8. 八个中断源9. 全双工uart串行通信10. 低功耗空闲和掉电模式11. 掉电后中断可唤醒12. 看门狗定时器13. 双数据指针14. 掉电标示符性能特性描述at89s52是一种低功耗，高性能cmos 8位微控制器，具有8k在系统可编程flash存储器。使用atmel公司高密度非易失性存储器，与工业80c51产品指令和引脚完全兼容。片上flash允许程序存储器在系统可编程，亦肄常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位cpu和在系统可编程flash，使得at89s52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活，超有效的解决方案。at89s52具有以下标准功能：8k字节flash,256字节ram,32位i/o口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路，另外，at89s52可降至0hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节点模式。空闲模式下，cpu停止工作，允许ram，定时器/计数器，串口，中断继续工作。掉电保护方式下，ram内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。2.2.2 at89s52的引脚结构vcc:电源gnd:地p0口：p0口是一个8位漏极开路的双向i/o口。作为输出口，每位能驱动8个ttl逻辑电平，对p0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，p0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下p0具有背部上拉电阻。p1口：p1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向i/o口，p1输出缓冲器能驱动4个口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于背部电阻的原因，将输出电流的触发输入，具体的如下图。p2口：p2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2输出缓冲器能驱动4个ttl逻辑电平。对p2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器时，p2口送出高八位地址。在这种应用中，p2口使用很强的内部上拉发送1，在使用8位地址访问外部数据存储器时，p2口输出p2锁存器的内容。在flash编程和校验时，p2口也接受高8位地址字节和一些控制信号。p3口：p3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2输出缓冲器能驱动4个ttl逻辑电平。对p3端口写“1“时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。p3口亦可以作为at89s52特殊功能使用，如下图：rst: 复位输入。晶振工作时，rst脚持续2 个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，rst 脚输出96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器auxr(地址8eh)上的disrto位可以使此功能无效。disrto默认状态下，复位高电平有效。ale/prog：地址锁存控制信号（ale）是访问外部程序存储器时，锁存低8 位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（prog）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ale 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ale脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8eh的sfr的第0位置 “1”，ale操作将无效。这一位置 “1”，ale 仅在执行movx 或movc指令时有效。否则，ale 将被微弱拉高。这个ale 使能标志位（地址为8eh的sfr的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。psen:外部程序存储器选通信号（psen）是外部程序存储器选通信号。当at89s52从外部程序存储器执行外部代码时，psen在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，psen将不被激活。ea/vpp:访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000h 到ffffh的外部程序存储器读取指令，ea必须接gnd。为了执行内部程序指令，ea应该接vcc。在flash编程期间，ea也接收12伏vpp电压。xtal1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。xtal2:振荡器反相放大器的输出端。定时器2 寄存器：寄存器t2con 和t2mod 包含定时器2 的控制位和状态位和寄存器对rcap2h和rcap2l是定时器2的捕捉/自动重载寄存器。中断寄存器：各中断允许位在ie寄存器中，六个中断源的两个优先级也可在ie中设置。双数据指针寄存器：为了更有利于访问内部和外部数据存储器，系统提供了两路16位数据指针寄存器：位于sfr中82h83h的dp0和位于84h85。特殊寄存器auxr1中dps0 选择dp0；dps=1 选择dp1。用户应该在访问数据指针寄存器前先初始化dps至合理的值。2.2.3 at89s52的最小系统图2.2.32.3无线收发模块nrf9052.3.1 nrf905的概述及其特点当前应用比较广泛的rf短距离数据通信芯片主要有nrf401,nrf905和c1000，以及内嵌8051的无线soc芯片，本文主要采用了nrf905芯片。该芯片采用了好的电源管理方式和快速的shockburst技术，功耗低，工作可靠，没有复杂的通讯协议，完全对用户透明，同种产品之间可以自由通讯，具有较高的传输速率。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，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-1odbm时，发射电流为11ma，接受电流为12.5ma进入powerdown模式可以很容易实现节电。特点 应用1. 真正的单片无线数据通讯2. 低功耗shockburst工作模式报警及安全系统3. 工作电源电压范围1.9-3.6v家庭自动化4. 多通道工作etsi/fcc兼容无线遥控5. 通道切换时间650us监测6. 极少的材料消耗汽车7. 无需外部saw滤波器遥感勘测8. 输出功率可调至10dbm无线门禁9. “传输前监听”的载波检测协议玩具10. 当正确的数据包被接受或发送时，有数据准备就绪信号输出11. 侦测接受的数据包，当地址正确输出地址匹配信号12. 数据包自动重发功能13. 自动产生crc和前导码14. 低工作电流(tx)，输出功率-10dbm时典型值为11ma15. 低工作电流（rx），典型值为12.5ma16. 32脚小封装无限收发器术语表adc模拟到数字转换am地址匹配cd载波检测clk时钟crc循环亢余校验dr数据准备就绪gfsk高斯频移键控ism工业的，科学的，医学的kspskilo每秒采样mcu微控制单元pwr_dwn掉电pwr_up上电rx接受spi串行可编称接口cnsspi片选miso主spi输入，从spi输出mosi主spi输出，从spi输入sckspi串行时钟sps每秒采样stbystandbytrx_ce发射接收使能tx发射tx_en发射使能2.3.2 nrf905的电气特性1. 输出频率4mhz,外部时钟脚负载为5pf,晶体为4mhz2. 晶体为4mhz3. powerdown模式时spi时钟为1mhz4. 工作在433,868,915mhz的ism频段5. 晶体频率有5种不同取值6. 通道宽度和通道间隔为200khz2.3.3 nrf905的工作模式nrf905有两种活动模式和两种节电模式活动模式shockburstrxshockbursttx节电模式掉电和spi编程standby和spi编程nrf905工作模式由trx_ce,tx_en,pwr_up的设置来设置编程。2.3.4 nrf905的参数参数数值单位最低工作电压1.9v最大发射功率10dbm最大数据传输率100kbps输出功率时的工作电流11ma接受模式时工作电流12.5ma温度范围-40 to +85c典型灵敏度-100dbmpowerdown模式电流2.5ua2.3.5 nrf905的电路图图2.3.52.4 显示模块本系统主要采用led7段数码管显示，接收端和发射端都采用此数码管显示。p0口由上拉电阻提高驱动能力，作为数据输出。p1.0口到p1.3口作为数码位选s1s3。如图所示：图2.42.5电源模块 本设计需要一个vcc +5v电压给单片机提供工作电压。此处由usb电源直接接入+5v电压，提供给单片机和其他模块。接入后发光二极管点亮。由于无线发射模块nrf905模块的工作电压为+3.3v，所以采用如下图的电平转换电路。该电路将+5v电源转经过低压差电压调节器lm1117转换为+3.3v。 图2.53.系统设计3.1单片机硬件3.1.1发送端电路图发送端原理图如下： 图4.1.1(发送端电路图) 电源模块：由vcc提供+5v高电平，power接口接入，经过lm1117降压为+3.3v电平，为nrf905模块提供高电平。显示模块：p3口接无线模块的控制端口。p0.0p0.7接数码管段选端d0-d7。无线模块控制模块：无线模块由p2口控制。报警模块：蜂鸣器由p1.5控制。温度采集模块：温度采集由ds18b20 i/o端接入单片机p1.6口。单片机最小系统：x1，x2接外部振荡电路，reset端接复位电路，ea端接高。3.1.2接收端电路图原理图如下图：图4.1.2（接收端电路图）接收端由单片机主控电路、usb电源+5v接入、无线模块供电电路、数码管显示接口。单片机主控电路由at89s52最小系统组成。报警模块由p1.5控制。+5v电源由usb接口提供给单片机和其他模块。接入后发光二极管点亮。单片机最小系统：x1，x2接外部振荡电路，reset端接复位电路，ea端接高。3.2单片机软件设计3.2.1发送端流程图开始初始化从ds18b20中读取温度检查是否超出警戒温度数据由数码管显示并由无线发射模块发射数据经无线发射模块发射 图3.2.1（发送端流程图）首先通过对nrf905配置口定义及ds18b20初始化，这里要注意的是由于每个ds18b20的序列号都不一样，所以在写正式的程序之前，要先通过程序来显示出ds18b20的序列号，得出我所用两个ds18b20的序列号为:0x28 ,0x96 ,0x70 ,0x27 ,0x03 ,0x00 ,0x00 ,0x620x28 ,0x3a ,0x48 ,0x16 ,0x03 ,0x00 ,0x00 ,0x3e通过rom操作指令和存储器操作指令将温度送至数码管由显示程序现实程序，在经由nrf905发射模块发射。 3.2.2接收端流程图开始初始化配置nrf905模式接收温度数据显示温度数据记录显示温度并检查 图3.2.2（接收端流程图） 接收端的程序设计首先nrf905控制io口，nrf905配置寄存器，接受温度数据，读取接受缓冲区数据。4. 硬件实现 整个系统主要通过2个ds18b20来读取室内温度，传送距离在5米以内通过无线模块来发送和接收温度。数码管上显示的1、2表示的是两个温度传感器各自显示。为了能够体现两个ds18b20的所得温度的不同，用手按住一个传感器来使一个传感器温度上升从而体现温度的不同。具体现象如下图：图4.1（发送端发送一个温度）发射端读取第一个ds18b20的温度，1表示读取第一个温度传感器的温度，29为测得的室温。图4.2（接收端接收第一个温度）接收端接受第一个发送的温度，接收到的第一个传感器的温度为29度图4.3（发送端读取第二个温度传感器的温度）发射端读取第二个ds18b20的温度，2表示第二个温度传感器，28表示此时测得的温度。图4.4（接收端接收的第二个温度传感器的温度）此时用手按住第二个温度传感器使温度上升，因此接收端接受第二个发送的温度为30度。图4.5（整体电路） 整体硬件设计如上图所示，发送端通过温度传感器测得温度，然后发送出第一个温度，接收端收到第一个温度并显示。发送端再通过温度传感器测得温度，发送第二个温度，接收端收到第二个温度并显示。总结进入21世纪以来，智能化已经是日益发展，智能温度控制器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及其安全性、开发虚拟温度控制器和网络温度控制器，研制单片机测温控制温度等高科技的方向迅速发展。出于此种实际的需要，我采用了一种直接输入式的温度传感器芯片ds18b20，采用此芯片实现单片机控制温度的测量。相比较之下，传统的温度检测系统采用的是热敏电阻等系列的温度敏感元件，热敏电阻成本比较低，但是需要后续的信号调整，ad转换处理电路才能将温度信号转换成数字信号，不但电路比较复杂，而且热敏电阻的可靠性相对比较差，测量温度的精度差，非常难保证热敏电阻的一致性和线性，所以在应用中需要很好的解决引线误差补偿等问题，共模干扰问题和放大电路零点漂移误差等相关的技术问题。 我的设计通过采用51单片机最小系统开发板，ds18b20温度传感器，数码管显示三个主要模块，这样省掉了焊接电路的繁琐而且保证了系统的可靠性。此设计基于ds18b20数字温度传感器构成的实时性监控系统，具有精度高、抗干扰性强、电路设计简单等优点，很好的解决了在实际的生产工作中功耗高等缺点。虽然我的设计解决了很多问题，但是也有很多不足，例如ds18b20虽然灵敏度比较高但是精度并不能满足需要精密测温的需求，且51单片机不够稳定，这些问题都有待进一步的解决。 致谢 在这次毕业设计中，我不仅顺利完成了预定的计划，而且温故知新，在巩固以前只是的情况下，很好的拓展了我的知识面，了解到了许多科技前沿的东西，可以将所学的应用于实际，可以说是我大学学习的一次飞跃。在这里，我深深的感谢我的知道老师王晓斐老师，在整个毕业设计的过程中，给予我极大的关怀和帮助，在王老师的身上我学到了很多东西。她经验与阅历丰富，平易近人，诲人不倦，作风严谨，工作认真，在学术上有着很高的造诣。 同时我也要向所有关心与帮助我的老师和同学致以深深的谢意，并感谢学校和院系提供给我这次宝贵的锻炼机会。参考文献1沈建华,杨艳琴,翟骁曙 msp430系列16位超低功耗单片机实践与系统设计 清华大学出版社 20052吴东鑫 新型实用传感器应用指南电子工业出版社19973徐爱钧智能化测量控制仪表原理与设计北京航空航天大学出版社1995114王福瑞等单片微机测控系统设计大全北京航空航天大学出版社19985尹雪飞，陈克安集成电路速查大全西安电子科技大学出版社19976董杰，基于msp430单片机的温度测控装置设计，燕山大学电器工程学院7杨帆等 基于at89s52的温度测控系统设计，电气自动化, electrical automation, 编辑部邮箱 2009年 03期8焦纯; 杨国胜; 霍旭阳;基于msp430单片机的微功耗测温系统设计；电子产品世界, 编辑部邮箱 2006年 24期9宁文超，试论单片机在温度测控方面的应用，科技信息(科学教研), 编辑部邮箱 2008年 11期10文小玲; 易先军; 曾涛;高精度温度测控系统；仪表技术与传感器, 编辑部邮箱 2007年 08期11chris nagy，embedded systems design using the ti msp430 series ，elsevier science(usa), 200312john h. davies ,msp430 microcontroller basics,newnes,2008年1月附件发送端程序#include #include #include #include #define uint unsigned int#define uchar unsigned char/-位表示-#define byte_bit00x01#define byte_bit10x02#define byte_bit20x04#define byte_bit30x08#define byte_bit40x10#define byte_bit50x20#define byte_bit60x40#define byte_bit70x80uchar data temp_data2=0x00,0x00;uchar dispaly7;bdata unsigned char data_buf;#define data7(data_buf&byte_bit7) != 0)#define data0 (data_buf&byte_bit0) != 0)sbitflag=data_buf7;sbitflag1=data_buf0;/-发送数据缓冲区#define txrxbuf_len 4unsigned char txrxbuftxrxbuf_len=0x00,0x03,0x1,0x02,;code txadd