毕业设计（论文）-单片机无线温度控制系统.doc

单片机无线温度检测系统 单片机无线温度检测系统 摘要论文设计了一个基于89c52单片机的无线温度检测系统。其主要内容有：对温度的采集，传输和检测系统的设计思路和整体框架进行分析，然后从系统的硬件和软件两方面进行详细论述。整个系统由两个系统组成，主控系统由显示模块，无线收发模块nrf905和主控芯片单片机89c52组成，主要进行参数设定，检测信号发送和温度数据接收，实时显示。从控系统由温度传感器ds18b20，无线收发模块nrf905和从控芯片单片机89c52组成，主要进行温度数据采集，发送和设定参数的处理。本文对硬件和软件进行了框图设计，电路图设计和程序设计。 关键词：单片机，无线发送接收，温度检测，短距离 目录第1章 绪论-4 1.1 无线温度检测系统的背景-4 1.2 无线温度检测系统的发展前景-5 1.3 无线温度检测系统的目的和意义-7第2章 系统总体方案设计-8 2.1 系统的总体结构-8 2.2 单片机型号的选择方案-8 2.3 温度传感器的选择方案-9 2.4 无线收发模块选择方案-10 2.5 液晶显示模块选择方案-11第3章 系统硬件电路设计-12 3.1 系统电源电路设计-12 3.2 温度采集端硬件电路设计-13 3.3 液晶显示电路设计-17 3.4 无线收发电路设计-18第4章 系统软件设计-23 4.1 温度采集程序设计-23 4.2 无线收发程序设计-28第5章 结论-35 参考文献-36第一章 绪论1.1 无线温度检测系统的背景单片机自1976年由intel公司推出mcs-48开始，迄今已有二十多年了。由于单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗地、使用方便、价格低廉等一系列优点，目前已经渗入到人们工作和生活的方方面面，几乎“无处不在，无所不为”。单片机的应用领域已从面向工业检测、通讯、交通、智能仪表等迅速发展到家用消费产品、办公自动化、汽车电子、pc机外围以及网络通讯等广大领域。按照内部数据通道的宽度，单片机可分为4位、8位、16位及32位等。单片机的中央处理器（cpu）和通用微处理器基本相同，只是增设了“面向检测”的处理功能。例如：位处理、查表、多种地址访问方式、多种跳转、乘除法运算、状态监测、中断处理等，增强了实时性。单片机有两种基本结构形式:一种是在通用微型计算机中广泛采用的，将程序存储器和数据存储器合用一个存储器空间的结构，称为普林斯顿（princeton）结构。另一种是将程序存储器和数据存储器截然分开，分别寻址的结构，称为哈佛（har-vard）结构，一般需要较大的程序存储器，目前的单片机以采用程序存储器和数据存储器截然分开的结构为多。单片微型计算机自从问世以来，作为微型计算机一个很重要的分支，应用广泛，发展迅速，尤其是美国intel公司生产的mcs-51系列单片机，由于其具有集成度高，处理功能强，可靠性高，系统结构简单，价格低廉等优点，在智能仪器仪表、工业检测检测、机电一体化等方面取得了令人瞩目的成就。本文讨论的单片机无线温度检测系统的核心是目前应用极为广泛的51系列单片机，配置了外围设备，构成了一个可编程的温度测量和显示系统，具有体积小，可靠性高，功能强等特点。不仅能满足所需要求而且还有很多功能可供开发，有着广泛的应用领域。20世纪80年代中期以后，intel公司以专利转让的形式把8051内核技术转让给许多半导体芯片生产厂家，如atmel、philips、analog、devices、dallas等。这些厂家生产的芯片是mcs-51系列的兼容产品，准确地说是与mcs-51指令系统兼容的单片机。这些兼容机与8051的系统结构（主要是指令系统）相同，采用cmos工艺，因而，常用80c51系列来称呼所有具有8051指令系统的单片机，它们对8051单片机一般都作了一些扩充，更有特点。其功能和市场竞争力更强，不该把它们直接称呼为mcs-51系列单片机，因为mcs只是intel公司专用的单片机系列型号。mcs-51系列及80c51单片机有多种品种。它们的引脚及指令系统相互兼容，主要在内部结构上有些区别。目前使用的mcs-51系列单片机及其兼容产品通常分成以下几类：基本型、增强型、低功耗型、专用型、超8位型、片内闪烁存储器型。 现代信息技术的三大基础是信息采集(即传感器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)。基于现代信息三大基础技术的系统设计更是属于现代信息。 在日常生活和工作中，我们常常用到温度检测，温度检测系统广泛应用于汽车, 锅炉, 电子, 化工等各个领域。早期常用的一些温度检测系统都使用模拟电路设计制作的，有些使用热敏电阻，有些使用铂电阻，有些使用热电偶，还有些使用pn结，其准确性和精度都不是很理想，现在基本上都是基于数字技术的新一代产品，这种产品功能强，是前者的换代之物。随着单片机性能价格比的不断提高，新一代产品的应用也越来越广泛，大可构成复杂的工业过程检测系统，完成复杂的检测功能。小则可以用于家电检测，甚至可以用于儿童电子玩具。它功能强大，体积小，质量轻，灵活好用，配以适当的接口芯片，可以构造各种各样、功能各异的微电子产品测量和显示的检测。在本设计上按照个人的意图稍加扩展，就可以实现更多更强大的功能。技术的前沿产品,尤其是无线智能检测系统被广泛用于研究、生产、生活等领域,数量居于智能检测系统前茅。 传统的温度检测通常采用带有线路的有线连接方式，但对于有些场合，如旋转或移动物体的温度测量、环境恶劣人员无法涉足之处、不宜采用有线的环境。随着无线通信技术和智能检测技术的飞速发展，并从节省布线成本考虑，检测技术开始从“有线”向“无线”发展。 近年来，基于无线智能测温技术应用的不断增加，特别应用于环境监测、现代化农业生产、工业监控等领域。作为无线产业新领域，短距离无线通信技术显示出强劲的发展势头，在受环境条件限制方面优势明显，甚至在一些特殊情况下，无线数据传输方式是实现数据传输的唯一方式。1.2 无线温度检测系统的发展前景 目前，在工业和农业应用的温度检测系统中，数据采集大量使用基于物理机制的传感器，且监控和采集的对象多而分散。传统的使用线缆直接连接实现信号传输的方式，将严重限制数据采集点的安放灵活性，设备布线苦难。为了达到实时、无人值守、不需重新布线的目的。因此，通过无线通信的方式传递数据是一种较为理想的选择，它与有线方式相比主要有成本低、携带方便、布线安装简便等特点，特别适用于无线数据传输系统的实现。现阶段温度检测系统分为以下几类： 1模拟、集成温度检测系统模拟温度检测系统主要包括检测开关、可编程温度检测器。某些增强型集成温度检测系统中还包含了a/d转换器以及固化好的程序，这与智能检测系统有某些相似之处。 2智能温度检测系统智能温度检测系统（亦称数字检测系统）是在20世纪90年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ate)的结晶。目前，国际上已开发出多种温度检测系统系列产品。智能温检系统内部都包含温度传感器、a/d转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央检测器 (cpu)、随机存取存储器(ram)和只读存储器(rom)。智能温检系统的特点是能输出温度数据及相关的温度检测量，它是在硬件的基础上通过软件来实现测试检测功能的，其智能化程度也取决于软件的开发水平。 3无线与有线温检系统无线温检系统主要是以无线发射模块为载体来实现2数据之间的传送，主要优点是不受空间地域、外部条件的影响；相对来说有线温检系统就是以实在的物理线路为载体来实现数据之间的传送，主要有点是数据精度高、可靠性强，可以承载较大数据流量的温度检测。 1.3温度检测系统的发展趋势 进入21世纪后，智能检测系统正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、研制单片检测系统等高科技的方向迅速发展。下面就对以上这几个发展方向进行阐述： （1）提高测温精度和分辨力发展方向 在20世纪90年代中期最早推出的智能温检系统，采用的是8位a/d转换器，其测温精度较低，分辨力只能达到2c。目前，国外已相继推出多种高精度、高分辨力的智能温度系统，所用的是912位a/d转换器，分辨力一般可达0.50.0625c。为了提高多通道智能温检系统的转换速率，也有的系统采用高速逐次逼近式a/d转换器。 （2）增加测试功能发展方向 智能温检系统正从单通道向多通道的方向发展，这就为以后研制和开发多路的智能温度检测系统创造了良好条件。智能温检系统都具有多种工作模式可供选择，对于某些智能温检系统而言，主机(外部微处理器或单片机)还可通过相应的寄存器来设定其a/d转换速率、分辨力、最大转换时间等参数。 （3）总线技术的标准化与规范化发展方向 目前，智能检测系统的数据传输总线技术也实现了标准化、规范化，所采用的总线主要有单线(1-wire)总线、i2c总线、smbus总线和spi总线。采用的温度传感器可直接通过专用总线接口与主机进行通信。 (4）单片温检测系统发展方向单片系统(system on chip)是21世纪一项高新科技产品。它是在芯片上集成一个系统或子系统，其集成度将高达108109元件/片，这将给ic产业及ic应用带来时代的进步。半导体工业协会(sia)对单片系统集成所作的预测见（表1-1）。目前，国际上一些著名的ic厂家已开始研制单片测温系统，相信在不久的将来即可面市。预测表1-1年 份2010201220142016最小线宽（微米）包含晶体管数量（片）成本（晶体管/毫美分）芯片尺寸(平方毫米)电源电压（伏）芯片i/o数0079108002 14000948000061.1109001615000850000051.4109001316000752000041.710900117000656001.3无线温度检测系统的目的和意义 根据所学的相关理论知识, 结合当前智能检测系统的现状,提出了本次设计的题目基于单片机无线智能温度检测系统，该系统采用了目前较先进的智能单总线数字温度传感器ds18b20，搭配市场上stc89c52单片机，来实现对温度的采集和智能检测，并通过无线传感器nrf905来对系统进行数据传输，使系统硬件简单，具有测量精度高、抗干扰性强、灵活性强等优点。 现阶段相对而言智能检测系统固然不少，但把智能化仪器和无线数据传输领域交叉渗透的系统还比较少，特别是既有经济优势，又有性能优势的系统就更少，因此提出了这个设计题目。这一系统的提出不但拥有很高的性价比，而且拥有十分广阔的现实意义。 第2章 系统总体方案设计2.1系统的总体结构继电器键盘液晶显示单片机无线模块传感器单片机无线模块 图 2-1-1 从控子系统 图 2-1-2 主控子系统图图2-1 系统整体结构 本论文提出的单片机无线温度检测系统，由从控子系统（如图2-1-1）和主控子系统（如图2-1-2）组成。从控子系统由传感器，单片机，继电器和无线收发模块组成，单片机将传感器采集到的数据送给无线收发模块发出，接受到主控子系统的数据，按相应的通信协议取出有效数据，并通过处理来检测继电器的工作情况。主控子系统由无线模块，单片机，键盘，液晶组成，单片机接收到从控子系统的数据，按相应的通信协议取出有效数据，实时在液晶屏上显示出实测温度和按键设定的温度，并且将实测温度和设定温度对比处理的信号送给无线收发模块发出，如此反复。系统总体结构如图2-1所示。2.2 单片机型号的选择方案 单片机型号的选择根据温度检测系统的目标，功能，性价比，精度和速度等来共同决定的。51系列单片的使用最为广泛，能兼容的外围芯片也很多，其中stc单片机是一款增强型51单片机，完全兼容mcs-51，还增加了新功能，新增两级中断优先级，多一个外中断，内置eeprom，硬件看门狗，具有掉电模式，512b 内存，支持isp在线编程，不用编程器，程序可擦写10万次。管脚完全兼容，性能更好，驱动能力更强；超强抗干扰能力；功耗更低；价格也比传统的89系列低。stc单片机主要性能：（1）高速：1 个时钟/ 机器周期，增强型8051 内核，速度比普通8051 快812 倍（2）宽电压：5.53.8v，2.43.8v（stc12le5410ad 系列）（3）低功耗设计：空闲模式，掉电模式（可由外部中断唤醒）（4）工作频率：035mhz，相当于普通8051：0420mhz（5）时钟：外部晶体或内部rc 振荡器可选，在isp 下载编程用户程序时设置（6）12k/10k/8k/6k/4k/2k 字节片内flash 程序存储器，擦写次数10 万次以上（7） isp / iap，在系统可编程/ 在应用可编程,无需编程器/ 仿真器（8） 2个16位定时器，兼容普通8051的定时器t0/t1（9）硬件看门狗（wdt）（10）全双工异步串行口（uart），兼容普通8051，可以当2个串口使用（11）先进的指令集结构，兼容普通8051指令集，有硬件乘法/除法指令2.3温度传感器器件的选择方案 传感器是获取信息的工具，是信息技术（传感与检测技术，通信技术和计算机技术）的前沿尖端产品，已被广泛地应用于各个学科领域，如现代化工农生产、交通运输、航空航天技术、海洋开发等，而且传感器的应用促进了以上各领域的发展。尤其是温度传感器，使用范围广，数量多，居各种传感器之首。温度传感器的发展大致经历了一下3个阶段：（1） 传统的分立式温度传感器（含敏感元件），主要是能够进行非电量和电量之间的转换。（2） 模拟集成温度传感器/检测器。（3） 智能传感器，目前国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式，有集成向智能化，网络化的方向发展。 以下介绍一些常用的温度传感器：（1） ad7818/ad7817 美国adi公司（模拟器件公司）研制的单片温度测量和检测集成电路，其有4通道10位转换器，其转换时间是s。供电范围2.7v到5.5v,测温范围-55到+125,精度为2.体积小,使用方便,测量精度高,编程简单。（2） lm35是ns公司（美国国家半导体公司）生产的集成电路温度传感器系列产品之一，它具有很高的工作精度和较宽的线性工作范围，该器件输出电压与摄氏温度线性成比例。因而从使用角度来说，lm35与开尔文标准的线性温度传感器相比更有优越之处，lm35无需外部校准或微调，可以提供0.25的常用的室温精度，在-55至+150温度范围内为0.75。lm35系列适合用密封的to-46晶体管封装，而lm35c也适合塑料to-92晶体管封装。lm35主要特性：(1) 工作电压：直流4至30伏；(2) 工作电流：小于133ua; (3) 输出电压：+6v至-1v； (4）输出阻抗：1ma负载时0.1； (5）精度：0.5精度（在+25时）； (6）漏泄电流：小于60ua; (7) 比例因数：线性+10.0mv/； (8）非线性值：0.25； (9）额定温度范围：-55至+150； (10）校准方式：直接用摄氏温度校准。 (3) ds18b20是dallas公司生产的可编程集成数字测温器件，系统中传递的只是数字信号，可以保证传输精度。它广泛的应用于工业检测，产品设计，温度测量以及其它对热敏感的地方。其内部包括温度传感器和微检测器。它与单片机（微检测器）的数据通信仅需要一个引脚，唯一的1-wire接口与单片机进行数据交换。ds18b20传感器工作电压范围为3.0至5.5v直流，测温范围为-55至+125,灵敏度为0.0625。-10至+85范围内精度为0.5。测量数据结果以9或12位数字量方式进行串口传送，其最大传输时间为750ms。 综上比较，结合本设计温度采集、检测的思想，决定采用ds18b20温度传感器，充分利用其单总线的特点，节省i/o口，便于其他功能的扩展。2.4 无线收发模块选择方案 目前许多应用领域都采用无线的方式进行数据传输，这些领域包括无线抄表，门禁系统，小型无线网络，小区传呼，工业数据采集系统，无线遥控系统，无线标签身份识别，非接触rf智能卡等。由于无线收发芯片的种类和数量比较多，无线收发芯片的选择在设计上是至关重要的，正确的选择可以减小开发难度，缩短开发周期，降低成本，更快的将产品推向市场。选择无线收发芯片时应该考虑以下几个因素：功耗，发射功率，接收灵敏度。收发芯片所需的外围元件数量，芯片成本，数据传输是否需要进行曼彻斯特编码等。以下介绍一些常用的无线收发模块：（1)nrf401是nordic公司研制的单片uhf无线收发芯片，工作在433mhzlsm(industrial，scientific and medical)频段。它采用fsk调制解调技术，抗干扰能力强，并采用pll频率合成技术，频率稳定性好，发射功率最大可达10dbm，接收灵敏度最大为105dbm，数据传输速率可达20kbps。工作电压在+3-5v之间。nrf401无线收发芯片所需外围元件较少，并可直接接单片机串口。（2)ccl000是chipcon公司推出的单片可编程rf收发芯片，它基于chipcons smart rf技术，可工作在ism频段(300至1000mhz)。ccl00集成了射频发射，pll合成，fsk调制解调，可编程检测等多种功能。 cc1000采用锁相环技术，发射频率是通过内部的频率合成器来配置的，可置的范围为300至1000mhz，适合应用调频协议，一般可配出10或20个频点， 该芯片灵敏度为109dbm，并可自动校验，可编程输出功率为20dbm至+10dbm。 ccl000的主要工作参数可由一个串行接口编程设定，使用非常方便并且具有灵活性。ccl000芯片的外围元件较少，且对精度要求不要，并提供三种编码方式与微检测器接口。所以ccl000与一个微检测器和少数几个外接元件便可组成一个完整的rf收发系统。 ( 3)nrf905是nordic vlsi公司推出的一款无线收发芯片，32脚封装，供电电压为1.9至3.6v，工作与433868915mhz三个ism(工业，科学和医学)频道。可自动处理字头和crc(循环冗余校验)。微处理器可以通过spi接口及相关指令访问nrf905的寄存器。功耗低，高抗干扰gfsk调制，可调频，载波检测输出，地址匹配输出以及数据就绪输出。nrf905适用于遥感，遥测，无线抄表，工业数据采集以及家庭自动化等领域。 表2-1 三种无线收发芯片性能比较表芯片nrf401cc1000nrf905生产厂商nordicchipconnordic频段433mhz3001000mhz433/868/915mhz最大发射功率+10dbm+10dbm+10dbm最高灵敏度-105dbm-109dbm-104dbm最高通信速率20kbps19.2kbps76.8kbps调制方式fskfskgfsk工作电压2.75.25v2.73.6v2.73.3v接收电流11ma(433mhz)7.7ma(433mhz)18.5ma(433mhz)发送电流8ma(433mhz)8ma(433mhz)12.5ma(433mhz)低功耗电流8 ua(standby)30ua(powerdown)1ua(powerdown) 这三款无线收发芯片的性能对比如表2-1所示，nrf905模块具有通信速率高，与微检测器spi通信，配置方便，且功耗低。所以本系统选择nrf905作为无线收发模块。2.5 液晶显示模块的选择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。38 第3章 系统硬件电路设计 本系统硬件设计总体框架如下图所示：stc89c52stc89c52继电器电源的供给电路ds18b20电源的供给电路 nrf905液晶nrf905 图3-1-1从检测子系统 图3-1-2主检测子系统 图3-1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3-1-1所示）和主检测系统（如图3-1-2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。3.1系统电源电路设计3.1.1电路设计原理图 图3-2 电压转换电路原理图3.1.2 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1.3v。其固定输出电压为1.5v，1.8v，2.5v，2.85v，3.3v和5.0v。ams1117提供短路和热保护。电路包含一个精准的参考电压（1.25v）确保输出电压的线性调整度最大为0.2，负载调整度最大为0.4。ams1117有sot-223和to-252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。特性：1） 提供1.5v，1.8v，2.5v，2.85v，3.3v，5.0v和可调电压；2） 输出电流可达800ma;3） 线性调整度：0.2（最大）；4） 负载调整度：0.4（最大）；5） 有sot-223和to-252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3.3v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。3.2温度采集端硬件电路设计3.2.1温度数据采集硬件接口电路 图3-3 ds18b20硬件电路3.2.2数字式温度传感器ds18b20dsl8b20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o5。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；(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0.5；(7）以9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。3.2.3 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io口可挂接多个dsl8820器件。 图3-4 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3-1 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1、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(912位)，数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6、7、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s-0。格式如下： 表3-2 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00625(00625clsb)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00625。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9-12位，分别对应的测温分辨率为o5，025，0125，00625。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3-3 配置寄存器设置 表3-4 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3-5 配置寄存器与分辨率的关系 3.2.3.2.4 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3-6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。 表3-6 ds18b20指令集和代码说明3.2.5 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。3.3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。1.lcdl602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rw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，rw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。2.lcd1602的检测命令介绍： lcd1602有11个检测指令，如表3-7所示 表 3-7 lcd1602检测指令表 3.3.1 lcd1602液晶显示电路 图 3-8 lcd1602显示电路 说明：数据线d0d7连接单片机的p3口；3条检测线分别连接p1.1，p1.2，p1.3（可以根据具体的硬件电路修改数据线和3条检测线）。3.4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433868915mhz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125ma。进入powerdown模式可以很容易实现节电。特性：(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1936v工作，待机模式下状态仅为25ua；(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：122ma。 3.4.1 nrf905模块设计电路 图3-9 nrf905模块及外围电路 3.4.2 nrf905无线射频收发模块的管脚结构和电气参数说明 表3-9 nrf905模块管脚说明 说明：(1)vcc脚接电压范围为33v-36v之间，不能在这个区间之外，超过36v将会烧毁模块，推荐电压在33v左右。(2)除电源vcc和接地端，其余脚都可以直接和普通的5v单片机io口直接相连，无需电平转换。(3)硬件上面没有spi的单片机也可以检测本模块，用普通单片机io 13模拟spi不需要单片机spi模块介入，只需添加代码模拟spi时序即可。(4)与51系列单片机p0口连接时候，需要加10k的上拉电阻，与其余口连接不需要。表3-10 nrf905模块性能参数 表3-11 nrf905模块工作电压与最大发射增益3.4.3 nrf905无线射频芯片的工作方式 nrf905模块一共有四种工作模式，其中有两种活动rxtx模式和两种节电模式。活动模式shockburst rx和shockburst tx，节电模式有掉电和spi编程，standby和spi编程。nrf905工作模式由trx_ce，tx_en，pwr_up的设置来设定。 表3-12 工作模式对照表 3.4.4 nrf905无线射频芯片的工作步骤shoekbursttm收发模式下，使用片内的先入先出堆栈区，数据低速从检测器送入，但高速发射，这样可以尽量节能，因此，使用低速的微检测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(低速微处理器也能进行高速射频发射1；数据在空中停留时间短，抗干扰性高。shockbursttm技术同时也减小了整个系统的平均工作电流。在shockbursttm收发模式下，nrf905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，当发送过程完成后，dr引脚通知微处理器数据发射完毕。shockburst tx发送流程典型的nrf905发送流程分以下几步：a当微处理器有数据要发送时，通过spi接口，按时序把接收机的地址和要发送的数据送传给nrf905，spi接口的速率在通信协议和器件配置是确定的；b微处理器置高trx_ce和tx_en，激发nrf905的shockbursttm发送模式；cnrf905的shockbursttm发送：(1)射频寄存器自动开启；(2)数据打包(加字头和crc校验码)：(3)发送数据包；(4) 当数据发送完成，数据准备好引脚被置高；dauto_retran被置高，nrf905不断重发，直到trx ce被置低；e当trx_ce被置低，nrf905发送过程完成，自动进入空闲模式。注意：shockbursttm工作模式保证，一旦发送数据的过程开始，无论trx en和tx en引脚是高或低，发送过程都会被处理完。只有在前一个数据包被发送完毕，nrf905才能接收下一个发送数据包。shoekburst rx接收流程a.当trx_ce 为高，tx_en为低时，nrf905进shockbursttm入接收模式；b650us后，nrf905不断监测，等待接收数据；c当nrf905检测到同一频段的载波时，载波检测引脚被置高；d当接收到一个相匹配的地址，am引脚被置高：e当一个正确的数据包接收完毕，nrf905自动移去字头，地址和crc校验位，然后把dr引脚置高；f微处理器把trx_ce置低，nrf905进入空闲模式；g微处理器通过spi口，以一定的速率把数据移到微处理器内；h当所有的数据接收完毕，nrf905把dr引脚和am引脚置低；inrf905此时可以进入shockbursttm接收模式，shockbursttm发送模式或关机模式。接收一个数据包时，trx ce和tx en引脚的状态发生改变，nrf905立即把其工作模式改变，数据包则丢失。当微处理器接收am引脚的信号之后，其就知道nrf905正在接收数据包，其可以决定是让nrf905继续接收该数据包还是进入另一个工作模式。节能模式nrf905的节能模式包括关机模式和节能模式。在关机模式，nrf905的工作电流最小，一般为25ua。进入关机模式后，nrf905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，nrf905内部的部分晶体振荡器处于工作状态。 第4 章 系统软件设计 本系统的软件部分采用c语言编程，选用集成开发软件环境是keil uvision2。keil uvision2是美国keil software公司出品的51系列兼容单片机c语言软件开发系统。集编辑，编译/汇编，调试为一体，并且能生成hex文件，配合stc-isp v35程序下载软件，是开发stc系列单片机的理想开发工具。 对于本系统的软件编程，编程时采用模块化的设计思想，系统中各主要功能模块都编程独立的函数被主程序调用，主要的程序模块由以下几个自组成：温度采集，处理程序，液晶显示程序，无线收发程序，继电器检测程序，按键处理程序。而其中的关键程序是温度采集程序和无线收发程序，下面就主要研究设计这两个程序。4.1 温度采集程序设计4.1.1单总线技术（1-wire） 单总线是美国达拉斯半导体公司（dallas）推出的外围扩展总线，它将地址线、检测线、电源线合为一根信号线，允许在这根线上挂数百个测控对象。在单总线上挂接的测控对象使用的芯片，每个都有一个64位的rom（也称之为身份证号码），确保挂接在单总线上后，可以被唯一地识别出来，这是定位和寻址器件实现单总线测控功能的前提条件。rom中含crc校验码，能确保数据交换可靠；芯片内还有收、发检测和电源存储电路，一般不用另附电源。这些在检测地点就把模拟信号数字化，单总线上传送的是数字信号，使系统的抗干扰力好，可靠性高。 下面从单总线硬件配置、总线通信协议和总线信号三个方面来介绍单总线技术。（1） 单总线硬件配置单总线系统只定义了一根信号线。总线上的每个器件都能够在合适的时间驱动它，相当于把地址线、数据线、检测线合成一根线对外进行数据交换。为了区分这些芯片，厂家在生产每个芯片时，都编制了唯一的序列号，通过寻址就能把芯片识别出来，组成一个自动测控系统，甚至还可以组成一个微型局域网。厂家对每个芯片用激光刻录了一个64位二进制rom代码。从最低位开始，前8位是族码，表示产品的分类编号；接着的48位是一个序列号；最后8位是前6位的crc校验码（如表3-1）。由于这些芯片采用cmos技术，耗电量很小(空闲时几uw，工作时几mw，从单总线上吸收一点电流储存在芯片内的电容中就可正常工作，故一般不用另附电源。单总线上通常处于高电位(sv左右)，每个器件都能在需要时驱动它。为了避免在不工作时给总线增加功耗，单总线器件都是漏极开路或者三态输出的。当单总线上所挂器件超过8个时，就需要注意器件的总线驱动问题。连接单总线电缆是有长度限制的。当采用普通信号电缆传输长度超过50m时，读取的测温数据将可能发生错误；将总线电缆改为双绞屏蔽电缆时，正常通信距离可达150m。2）单总线的总线协议所有的单总线器件都要遵守严格的通信协议，以保证数据的完整性。单总线协议定义了复位脉冲，应答脉冲，写o，写1，读0，