毕业设计（论文）-高压断路器无线测温系统的设计.doc

高压断路器无线测温系统的设计高压断路器无线测温系统的设计 作作 者者 姓姓 名名 专专 业业 电电子信息工程子信息工程 指指导导教教师师姓名姓名 专业专业技技术职务术职务 教授教授 目 录 摘 要.1 第一章 绪 论.3 1.1 课题研究意义、背景.3 1.2 国内外发展状况.4 第二章 方案设计.5 2.1 方案整体设计思路.5 2.2 主控模块.5 2.3 无线模块.5 2.4 测温模块.6 第三章 主要硬件电路设计.7 3.1 硬件电路的组成.7 3.2 STC89C51RC 最小系统.7 3.2.1 STC89C51RC 串口寄存器.8 3.2.2 串口中断.8 3.2.3 定时器 8 位自动重装.9 3.3 DS18B20 简介 .9 3.4 RF905 概述.9 3.4.1 RF905 工作模式.10 3.4.2 RF905 器件配置以及接口.11 3.4.3 RF905 的外围 RF 信息 .12 3.5 显示和报警模块.13 3.5.1 显示模块数码管.13 3.5.2 报警模块蜂鸣器.14 第四章 系统软件设计.15 4.1 KEIL 软件简介.15 4.1.1 系统概述.15 4.1.2 Keil C51 软件使用方法.16 4.2 无线测温系统接收软件设计.19 4.3 无线测温系统发送软件设计.20 第五章 总结与展望.21 5.1 毕业设计完成情况.21 5.2 毕业设计不足之处.21 参考文献.22 附 录.23 致 谢.36 齐鲁工业大学 2013 届本科生毕业设计（论文） 1 摘摘 要要 现代电力系统中，通过对高压设备的温度进行实时监测，来达到实现变压 器等高压设备的预警功能尤为重要。无线测温系统免去了复杂的线路，越来越 博取人们的青睐。 本系统主要由 STC89C52RC 单片机、NRF905 无线传输模块、测温电路与 显示报警模块组成。测温电路是由 DS18B20 芯片和一个 STC89C52RC 单片机 组成，温度传感器测得温度信号由单片机处理之后，借助 NRF905 无线传输模 块传输到接收端。接收端传给主控电路 STC89C52RC 单片机，单片机将温度信 号处理并通过数码管显示出来，如果温度超过限定值，蜂鸣器会自动报警。 NRF905 是一个无线电收发两用单芯片，可以在本系统中接收传来的无线信号， 并且发送单片机处理后的信息，保证信息发送和接收的可靠性。本次毕业设计 所用的单片机是 STC 公司的 STC89C52RC 单片机。测温电路是 DS18B20 传感 器，它体积小，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。 关键字关键字：单片机 NRF905 DS18B20 齐鲁工业大学 2013 届本科生毕业设计（论文） 2 ABSTRACT In modern power systems, through to the high temperature of the device for real- time monitoring, to achieve high-voltage transformers and other equipment to achieve early warning function is particularly important. Wireless temperature measurement system eliminates the complex line, more and win the favor of people. This system is mainly composed of STC89C52RC SCM, NRF905 wireless transmission module, temperature measurement circuit and display and alarm module. Temperature measuring circuit is composed of a DS18B20 chip and an STC89C52RC microcontroller, temperature sensor the temperature signal by using NRF905 single- chip processing, wireless transmission module to transmit to the receiving end. The receiving end and sent to the main control circuit of STC89C52RC single-chip microcontroller, temperature signal processing and through the digital tube display, if temperature exceeds the limit value, the buzzer will alarm automatically. NRF905 is a radio transceiver chip, can receive a wireless signal is coming in the system, and sends the single-chip processing information, to ensure the reliability of information transmission and reception. The graduation design of the chip is STC companys STC89C52RC single chip microcomputer. Temperature measurement circuit is a DS18B20 sensor, it has small volume, convenient use, packaging forms, space equipment for a variety of small areas of digital temperature measurement and control. Key words：MCU ; NRF905 ; DS18B20 齐鲁工业大学 2013 届本科生毕业设计（论文） 3 第一章第一章 绪论绪论 1.1 课题研究意义、背景 温度是表征物体冷热程度的物理量。温度是生活和工业生产中常见的工 艺参数之一。由于它直接影响燃烧、化学反应、发酵、烘烤、煅烧、蒸馏、 浓度、挤压成形、结晶以及空气流动等物理和化学过程，因此在许多的工 程项目中温度指标也是不可或缺的重要参数。所以如何准确、方便地获取温 度就显得尤为重要。 由于温度的测量和控制在激光器、光纤光栅的使用及其它的工农业生产 和科学研究中应用广泛 ，所以温度测量和控制的失误就可能引起生产安全等 一系列问题。因此 ，对温度的检测的意义就越来越大。在工业生产过程中很 多时候都需要对温度进行严格的监控 ，以使得生产能够顺利的进行 ，产品 的质量才能够得到充分的保证。使用自动温度控制系统可以对生产环境的温 度进行自动控制 ，保证生产的自动化、智能化能够顺利、安全进行 ，从而 提高企业的生产效率。可以看出 ，如何做出快速准确的温度测量系统具有重 要的研究价值 。 随着我国电力事业的发展与发达，用电普及以及对电力供应的进一步广 泛需求，使电力系统已经在逐步向着网络化、安全性、自动化、可靠易用的 方面发展。由于电力网络的分布越来越广泛，电网的覆盖面积也越来越大， 接触和使用的人群越来越多，使生活与工作中对电力系统安全性与自动化的 呼声非常高。而对电力系统内相关元件的测温工作，一方面可有效控制电力 元件不易被高温损坏和引起灾害，另一方面也需要利用自动化手段减少人工 的投入，提高效率，且监测更为准确及时。无线测温技术属于微电子技术的 一项创新，主要由布署于被监测范围内的多个微型传感器节点构成，再以无 线通信方式构建成具有多跳性的网络系统，达到协作感知、采集和处理相应 的电力系统元件信息。高压断路器是电力系统中起到发电、输电、配电、耗 电、电能转换、电力通断、用电控制与保护等作用的一种电器产品，尤其在 制造业中成为企业输变电系统的重要组成部分。本文介绍了高压开关柜监控 中采用无线测温技术的原理、优点、和具体方法，希望为相关行业工作者提 供理论依据。 在城市与大中型企业的供电系统中，大量使用 变压器等高压电力设备， 高压电力设备分布在乡村与城市之间，使乡村和城市通过电力网络连接成一 体。多年的运行经验表明，这些网络的各个连接器件由于一些人为的因素 （如人为的偷盗行为）或者是事物固有的因素（如器件的老化）等原因，经 常会出现一些故障。这些故障会引起高压电力设备爆裂、崩烧等事故，以至 于使电力系统瘫痪，这严重地影响着整个供电系统的安全和稳定。 齐鲁工业大学 2013 届本科生毕业设计（论文） 4 因此，对电力系统变电站高压电力设备及高压触点，利用高科技、自动 化手段进行故障的预警监视，可以有效的对高压电力设备实现连续不断地监 视，能够有效地辨识和保护高压电力设备，避免高压电力设备因老化、过热 等原因而导致故障的发生。从而大幅度提高供电安全性指标，减少事故的发 生。同时能够使运行人员准确地掌握其运行工况，及时发现故障隐患，在高 压电力设备故障之前发出报警及检修建议，将故障消灭在萌芽状态，使电力 设施始终运行于健康状态，对于提高供电可靠性有着重要的意义。 1.2 国内外发展状况 在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关 量都是常用的主要被控参数。例如，在冶金工业、化工生产、电力工程、造 纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热 处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。采用MCS-51以及其改进 的各种单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大 等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品 的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇 到的问题。同时温度也是生活中最常见的一个物理量，也是人们很关心的一 个物理量，它与我们的生活息息相关有着十分重要的意义，在工业生产中， 温度过高或过低会直接影响到产品的质量、对机械设备和控制系统中的各种 元器件造成一定的损坏，严重的会影响到生产安全。在日常生活中，温度过 高或过低同样会造成一些不良影响。在实际生产、生活等各个领域中，温度 是环境因素的不可或缺的一部分，对温度及时精确的控制和检测显得尤为重 要。比如，农业上土壤各个层面上的温度将会影响植物的生长，在医院的监 护中也用到温度的测量。在工业中，料桶里外上限温度要求不一，以及热处 理中工件各个部位的温度对工件形成后的性能至关重要等等。 现代电子工业的飞速发展对自动测试的要求越来越高。采用单片机对温 度进行控制，不仅具有控制方便和组态简单的优点 ，而且可以提高被控温 度的技术指标。 随着人们生活水平的不断提高 ,单片机控制无疑是人们追求 的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一 个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、 提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制， 智能化控制方向发展。 齐鲁工业大学 2013 届本科生毕业设计（论文） 5 第二章第二章 方案设计方案设计 2.1 方案整体设计思路 本系毕业设计主要有以下几部分组成：主控模块也就是这次设计用到的 STC89C52RC单片机，无线通信模块即 NRF9051 。测温模块DS18B20以及 显示报警模块 。 测温模块采集温度，将数据交给无线模块，无线模块将采集到的温度数 据交给主控模块。主控模块将数据处理并且显示，温度超过限定值就报警。 各个部分连接图如下所示： 显示报 警系统 主控 模块 无线模块 测温模块 图 2-1 系统总体设计框图 2.2 主控模块 本次毕业设计用到的主控模块是 STC89C52RC单片机，它 是采用8051 核的ISP（In System Programming）在系统可编程芯片，最高工作 时钟频率 为80MHz，片内含8K Bytes的可反复擦写 1000次的Flash只读程序存储器 ， 器件兼容标准 MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用 8位 中央处理器和ISP Flash存储单元，具有在系统可编程（ ISP）特性，配合 PC端的控制程序即可将用户的程序代码下载进单片机内部，省去了购买通用 编程器，而且速度更快。 STC89C52RC系列单片机是单时钟/机器周期(1T) 的兼容8051 内核单片机，是高速 / 低功耗的新一代 8051 单片机，全新的 流水线精简指令集结构,内部集成MAX810 专用复位电路。 2.3 无线模块 无线模块用到的芯片是 NRF9052，它是工作于 433/868/915MHz 三个 ISM(工业、科学和医学 )频道的单片射频收发器，它由频率合成器、接收解 齐鲁工业大学 2013 届本科生毕业设计（论文） 6 调器、功率放大器、晶体振荡器和调制器组成， ShockBurstTM 工作模式， 自动处理字头和 CRC(循环冗余码校验 )，使用 SPI 接口与微控制器通信， 配置非常方便。此外，其功耗非常低，以 -10dBm 的输出功率发射时电流只 有 11mA，工作于接收模式时的电流为 12.5mA，内建空闲模式与关机模式， 易于实现节能。 NRF905 电路图如下图所示 ： 图 2-2 NRF905 电路图 2.4 测温模块 设计用到的测温模块是 DS18B20芯片，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。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，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 。DS18B20电路图如图 2-3所示： 图 2-3 DS18B20 电路图 齐鲁工业大学 2013 届本科生毕业设计（论文） 7 第三章第三章 主要硬件电路设计主要硬件电路设计 3.1 硬件电路的组成 测温模块由测温芯片 DS18B20做测温节点，本毕业设计要三个测温节点。 单片机处理测得的电信号，将信号传给 NRF905，接收端接到之后，将信号 传给主控单片机。主控单片机上的数码管会显示温度，温度超过限定值蜂鸣 器会报警。 图3-1 系统的硬件电路组成 3.2 STC89C51RC 最小系统 单片机的最小系统是有复位电路、晶振电路和供电电路组成。一般满足 这三个件单片机就可以工作，以下是 STC89C51RC单片机的最小系统连接 图： 测温电路 DS18B20 STC89C52 单片机 无线传输 NRF905 发送端 无线传输 NRF905 接收端 主控模块 STC89C52 多个测温节点测温 数码管显示温 度 蜂鸣器报警 齐鲁工业大学 2013 届本科生毕业设计（论文） 8 图3-2 单片机最小系统 3.2.1 STC89C51RC 串口寄存器 SCON是MCS-51单片机的一个可位寻址的专用寄存器，用于串行数据通 信的控制。单元地址为 98H，位地址为 98H9FH。 串行口控制寄存器 SCON各位的说明如表 3-1： 表3-1 D7D6D5D4D3D2D1D0 SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI 表3-2 SM0、SM0：串行通信方式选择位。 SM0SM1工作方式功能说明波特率 0 0方式 0同步移位寄存器方式fosc/12 0 1方式 110 位异步通信方式可变，由定时器控制 1 0方式 211 位异步通信方式fosc /32 或 fosc /64 1 0方式 311 位异步通信方式可变，由定时器控制 SM0 串行模式选择 SM1 串行模式选择 SM2 多机通讯允许位当模式 0 时此位应该为 0 模式1 时当接收到停止 位时该位将置位模式 2 或模式3 时当接收的第 9 位数据为1 时将置位REN 串行接收允许位 TB8 在模式2 和模式3 中将被发送数据的第 9 位。 REN 串行接收允许位 齐鲁工业大学 2013 届本科生毕业设计（论文） 9 TB8 在模式2和模式3中将被发送数据的第 9位 RB8 在模式0中该位不起作用在模式 1中该位为接收数据的停止位在模 式2和模式3中为接收数据的第 9位 TI 串行中断标志位由软件清零 RI 接收中断标志位有软件清零 3.2.2 串口中断 常见的51系列单片机有 5个中断源三种中断 5： 1、外部中断0和1； 2、定时器/计数器溢出中断 0和1； 3、串行口中断。 另外，STC51系列还有定时器 /计数器T2中断，A/D转换中断， PWM中 断，串行中断 2等等。 中断服务程序中，那条 RI=0；是不可少的，这是用软件清零 RI，准备 再次接受一帧数据产生中断，如果没有这条语句，就会进入死循环，出不来 了。 不管有没有允许中断，上位机（此时即给单片机发送信息的机器）只要 给单片机发送数据，单片机就会自动接收数据，并把它放在数据缓冲器 SBUF中，如果你之前有允许串行口中断， RI就会置1，向单片机 CPU申请 中断，并进入中断服务程序，做完中断函数后就会自动返回断点。如果没有 允许中断，便不会产生串行中断。其实，别的中断都是某个I/O口电平变化 产生。这只是外部中断产生条件，不过，你之前也需要用软件允许外部中断。 3.2.3 定时器 8 位自动重装 在模式2中定时器只有八位参与计数，当定时器低八位（如 TL1）计数 溢出时，单片机自动把存在 TH1中的值装进 TL1，继续进行定时计数，这就 完成了八位自动重装。与模式 1相比，不需要在中断程序中对 TL1再赋值， 只需在初始化时，对 TL1和TH1赋相同的值就行了。一般在单片机串行通信 编程时才用到模式 2。 3.3 DS18B20 简介 DALLAS最新单线数字温度传感器 DS18B20简介新的“一线器件”体 积更小、适用电压更宽、更经济 Dallas 半导体公司的数字化温度传感器 DS1820是世界上第一片支持 “一线总线”接口的温度传感器。 DS18B20 测量温度范围为 -55C+125C，在-10+85C范围内,精度为0.5 C。DS1822的精度较差为 2C 。现场温度直接以 “一线总线”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。 齐鲁工业大学 2013 届本科生毕业设计（论文） 10 其接线图如下所示： 图 3-3 DS18B20 接线图 3.4 RF905 概述 NRF905单片无线收发器是挪威 Nordic公司推出的单片射频发射器芯片， 工作电压为1.9-3.6V，32引脚QFN封装（5mm5mm），工作于 433/868/915MHz3个ISM频道（可以免费使用）。 nRF905可以自动完成处理 字头和CRC（循环冗余码校验）的工作，可由片内硬件自动完编码/解码3， 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，一个晶体震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。 该无线收发器是真正的单片收发器，低功耗 ShockBurst工作模式，工作 电源电压范围 1.93.6V，多通道工作 ETSI/FCC兼容，通道切换时间 650us，极少的材料消耗，无需外部滤波器，输出功率可调至10dBm，传 输前监听的载波检测协议，当正确的数据包被接收或发送时有数据准备就绪 信号输出，侦测接收的数据包当地址正确输出地址匹配信号其广泛应用于： 无线数据通讯，家庭自动化，无线遥控，报警及安全监控监测，汽车，遥感 勘测，无线门禁，玩具等领域。 3.4.1 RF905 工作模式 nRF905采用Nordic公司的VLSI ShockBurst技术。ShockBurst技术使 nRF905能够提供高速的数据传输，而不需要昂贵的高速 MCU来进行数据处 理/时钟覆盖。通过将与 RF协议有关的高速信号处理放到芯片内， nRF905 提供给应用的微控制器一个 SPI接口，速率由微控制器自己设定的接口速度 决定。nRF905通过ShockBurst工作模式在 RF以最大速率进行连接时降低数 齐鲁工业大学 2013 届本科生毕业设计（论文） 11 字应用部分的速度来降低在应用中的平均电流消耗。在ShockBurst RX模式 中，地址匹配 AM和数据准备就绪 DR信号通知MCU一个有效的地址和数据 包已经各自接收完成。在 ShockBurst TX模式中，nRF905自动产生前导码和 CRC校验码4，数据准备就绪 DR信号通知MCU数据传输已经完成。总之， 这意味着降低 MCU的存储器需求也就是说降低 MCU成本，又同时缩短软件 开发时间。 1) 典型ShockBurst TX模式： 当应用MCU有遥控数据节点时，接收节点的地址 TX-address和有效 数据TX-payload通过SPI接口传送给 nRF905应用协议或 MCU设置接口速度； MCU设置TRX_CE、TX_EN为高来激活 nRF905 ShockBurst传输； nRF905 ShockBurst： 无线系统自动上电 数据包完成（加前导码和 CRC校验码） 数据包发送（ 100kbps，GFSK，编码） 如果AUTO_RETRAN被设置为高 nRF905将连续地发送数据包直到 TRX_CE被设置为低； 当TRX_CE被设置为低时， nRF905结束数据传输并自动进入 standby模式。 2) 典型ShockBurst RX模式 通过设置TRX_CE高，TX_EN低来选择ShockBurst模式； 650us以后，nRF905监测空中的信息； 当nRF905发现和接收频率相同的载波时，载波检测 CD被置高； 当nRF905接收到有效的地址时，地址匹配 AM被置高； 当nRF905接收到有效的数据包（ CRC校验正确）时， nRF905去掉 前导码、地址和 CRC位，数据准备就绪（ DR）被置高； MCU设置TRX_CE低，进入standby模式低电流模式； MCU可以以合适的速率通过 SPI接口读出有效数据； 当所有的有效数据被读出后， nRF905将AM和DR置低； nRF905将准备进入ShockBurst RX、ShockBurst TX或Powerdown模 式。 3) 掉电模式 在掉电模式中， nRF905被禁止，电流消耗最小，典型值低于 2.5uA。 当进入这种模式时， nRF905是不活动的状态。这时候平均电流消耗最小， 电池使用寿命最长。在掉电模式中，配置字的内容保持不变。 4) STANDBY模式 齐鲁工业大学 2013 届本科生毕业设计（论文） 12 Standby模式在保持电流消耗最小的同时保证最短的 ShockBurstRX、ShockBurstTX的启动时间。当进入这种模式时，一部分晶体 振荡器是活动的。电流消耗取决于晶体振荡器频率，如：当频率为4MHZ 时，IDD=12uA；当频率为20MHZ 时，IDD=46uA。如果uPCLK（Pin3） 被使能，电流消耗将增加。并且取决于负载电容和频率。在此模式中，配置 字的内容保持不变。 3.4.2 RF905 器件配置以及接口 器件配置： nRF905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（ Status-Register） 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（ RF-Configuration 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（ TX-Address） 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（ TX-Payload） 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（ RX-Payload） 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。 接口： 1) 模式控制接口： 该接口由 PWR 、TRX_CE、TX_EN组成控制由 nRF905组成的高频头 的四种工作模式：掉电和 SPI 编程模式；待机和 SPI编程模式 ；发射模式； 接收模式。 2) SPI接口： SPI 接口由 CSN、SCK、MOSI以及MISO组成。在配置模式下单片机 通过SPI接口配置高频头的工作参数；在发射 /接收模式下单片机 SPI接口发 送和接收数据。 3) 状态输出接口： 提供载波检测输出 CD，地址匹配输出 AM，数据就绪输出 DR。 齐鲁工业大学 2013 届本科生毕业设计（论文） 13 3.4.3 RF905 的外围 RF 信息 1) 晶体规格 为了实现晶体振荡器低功耗和快速启动时间的解决方案,推荐使用低值 晶体负载电容。指定 CL=12pF是可以接受的。但是，也可能增大到 16pF。 指定一个晶体并行相等电容 ,Co=1.5pF也是很好的，但这样一来会增加晶体 自身成本。典型的设定晶体电容 Co=1.5pF，指定Co_max=7.0pF。 2) 外部参考时钟 一个外部参考时钟如 MCU时钟，可以用来代替晶体震荡器。这个时钟 信号应该直接连接到 XC1引脚，XC2引脚为高阻态。当使用外部时钟代替晶 体时钟工作时，时钟必须工作在 Standby模式以降低电流消耗。如果器件被 设置成Standby模式而没有使用外部时钟或晶体时钟，则电流消耗最大可达 1mA。 3) 微处理器输出时钟 在默认情况下，微处理器提供输出时钟。在 Standby模式下提供输出时 钟将增加电流消耗。在 Standby模式电流消耗取决于频率和外部晶体负载、 输出时钟的频率和提供输出时钟的电容负载。 4) 天线输出 ANT1和ANT2输出脚给天线提供稳定的 RF输出5。这两个脚必须有连 接到VDD_PA的直流通路，通过 RF扼流圈，或者通过天线双极的中心点。 在ANT1和ANT2之间的负载阻抗应该在 200-700范围内，通过简单的匹配 网络或RF变压器（不平衡变压器）可以获得较低的阻抗（例如50）。 nRF905接线图如下图所示： 齐鲁工业大学 2013 届本科生毕业设计（论文） 14 图 3-4 nRF905 接线图 3.5 显示和报警模块 本次毕业设计用到的显示和报警模块是主控单片机上的数码管和蜂鸣器， 它们简单有效，省去了复杂的硬件电路和软件 部分。 3.5.1 显示模块数码管 图 3-5 数码管电路图 齐鲁工业大学 2013 届本科生毕业设计（论文） 15 数码管也称LED数码管，晶美、光电 ，不同行业人士对数码管的称呼不 一样，其实都是同样的产品。 数码管按段数可分为 七段数码管 和八段数码 管，八段数码管比七段数码管多一个 发光二极管 单元（多一个小数点显示） ，现在用到的是八段数码管。 按发光二极管单元连接方式可分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳 数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码 管，共阳数码管在应用时应将公共极 COM接到+5V，当某一字段发光二极 管的阴极为低电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阴极为高电平时，相 应字段就不亮。共阴数码管 6是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公 共阴极(COM)的数码管，共阴数码管在应用时应将公共极 COM接到地线 GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮，当某 一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。 位选部分，由 P0.0到P0.3控制数码管的四个位， P1.0到P1.7这是段选部 分，控制八个段的工作。 数码管电路图如图 3-5所示。 3.5.2 报警模块蜂鸣器 图 3-6 蜂鸣器电路图 蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用 直流电压供电，广泛应 用于计算机、打印机、复印机、报警器、 电子玩具、汽车电子设备、电话 机、定时器等电子产品中作发声 器件。 当P2.0接入低电平时，基极与发射极导通，蜂鸣器加上电压正常工作。 接入高电平时，三极管截止，没有电流通过蜂鸣器，没法正常工作。蜂鸣 器电路图如图 3-6所示。 齐鲁工业大学 2013 届本科生毕业设计（论文） 16 第四章第四章 系统软件设计系统软件设计 4.1 KEIL 软件简介 Keil C51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，与汇编相比， C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有 明显的优势，因而易学易用。 Keil提供了包括 C编译器、宏汇编、连接器、 库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集 成开发环境（uVision）将这些部分组合在一起。运行 Keil软件需要 WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统 7。如果你使用 C语言编程， 那么Keil几乎就是你的不二之选，即使不使用 C语言而仅用汇编语言编程， 其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。 4.1.1 系统概述 Keil C51软件提供丰富的 库函数和功能强大的集成开发调试工具，全 Windows界面。另外重要的一点，只要看一下 编译后生成的汇编代码，就 能体会到Keil 的优势。下面详细介绍 Keil C51开发系统各部分功能和使用。 C51工具包的整体结构， uVision与Ishell分别是C51 for Windows和for Dos的集成开发环境 (IDE），可以完成编辑、 编译、连接、调试、仿真等整 个开发流程。开发人员可用 IDE本身或其它 编辑器编辑C或汇编源文件。然 后分别由C51及C51编译器编译生成目标文件（ .OBJ）。目标文件可由 LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经 L51连接定位生成绝对目标 文件(.ABS）。ABS文件由OH51转换成标准的 Hex文件，以供调试器 dScope51或tScope51使用进行源代码级调试，也可由 仿真器使用直接对 目 标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如 EPROM中8。 4.1.2 Keil C51 软件使用方法 安装好KEIL Vision4软件后，双击图标打开软件，运行调试软件。 齐鲁工业大学 2013 届本科生毕业设计（论文） 17 图 4-1 KEIL 启动页面 选择工具栏中的 Project中的New Project，新建一个工程 图 4-2 新建一个工程 然后为工程起好名字，选择存放路径 图 4-3 新建并选择合适的路径保存工程 当完成保存工程项目后，会弹出 “器件选择窗口 ”，如下图，选择所 使用的单片机型号。 齐鲁工业大学 2013 届本科生毕业设计（论文） 18 图 4-4 选择单片机型号 然后为所创建工程添加程序文件，选择 File中的New命令，然后会出现 新文件窗口，输入编辑程序代码，然后保存源代码 图 4-5 保存程序 然后将程序文件添加到工程项目中 齐鲁工业大学 2013 届本科生毕业设计（论文） 19 图 4-6 将命令程序添加到工程 图 4-7 输入程序代码 齐鲁工业大学 2013 届本科生毕业设计（论文） 20 4.2 无线测温系统接收软件设计 开始 单片机/NFR905 初始化 单片机分类、处理、 上传 通过数码管显示出温 度 等待接收 信息 结 束 图 4-8 接收软件设计流程图 采集模块上电后， 本终端定时发送读取信息看是否接收到新的信息 ， 如果接收到信息获取信息的编号、站点号、站点温度等，将数据处理后通过 终端数码管显示出温度，并且进行控制。 齐鲁工业大学 2013 届本科生毕业设计（论文） 21 4.3 无线测温系统发送软件设计 单片机/ NFR905 初始化 开始 报警数据下传到 单片机 检测报警 单片机通过 NFR905 发给管理 员 结束 图 4-9 发送软件设计流程图 上位机初始化后等待中断初始化完成，系统正常工作。接收到数据上传 给下位机，下位机 处理后发现是危险温度时候，会通过 NFR905无线传输模 块10发送给单片机要求单片机发送信息给管理员，提醒管理员有报警信息存 在，要去管理员做出相应的处理。 第五章第五章 总结与展望总结与展望 5.1 毕业设计完成情况 将采集节点的传感器安装到要测试的位置、固定好 。将三个采集节点 齐鲁工业大学 2013 届本科生毕业设计（论文） 22 依次上电后，电源指示灯亮，采集节点进入工作状态。此时RF905工作在 接收模式。完成设置后开始测试，将报警温度设置到 30，自动组网成功 后连接上位机。 上位机测温并且传输温度数据到下位机，下位机由主控模块 处理数据并且经过数码管显示节点的温度。如果温度超过所设置的温度值即 30，蜂鸣器就会自动报警，从而提示管理员作出相应操作。本设计产品 实用性较强，并且稳定可靠。它 实现了近距离无线监测 温度的目的， 省去 了布线的麻烦，而且 RF905模块运行稳定 11。 5.2 毕业设计不足之处 1. RF905无线通信的传输距离有限。实际测试，中点对点的有效距离为 150米左右，而且在实际安装时天线的朝向对通信的质量有一定的影响。信 号对障碍物的穿透能力较差。 2. 实时性不高。 RF905通信模块 12适合组网，但由于采用了查询式数 据传输方式，所以其传输的实时性不高，这对实时性要求很高的自动化生产 线来说，显然不能满足其要求。 3. 采集节点的安装固定不方便。本设计测量的是 断路器温度信号，传 感器工作于高压环境，应该设计一种方便安全的模块安装方式。 4本毕业设计没有设计上存储模块，所以不能查询以前的温度数据以及 报警记录，只能实时监控温度变化。所以以后要改进的地方就是加上存储模 块，能够查看以前的温度数据及报警记录。 参考文献参考文献 1 马祖长，孙怡宁，梅涛. 无线传感器网络综述J. 通信学报，2004，25 (4 )：114-124 2 陈丹，郑增威，李际军. 无线传感器网络研究综述J. 计算机测量与控制，2004，(8 )： 701-704 齐鲁工业大学 2013 届本科生毕业设计（论文） 23 3 曾鹏等.分布式无线传感器网络体系结构及应用支撑技术研究J.信息与控制，2004 (3 )： 307-313 4 毛楠，孙瑛. 电子电路抗干扰实用技术M. 北京：国防工业出版社，1996. 85-112 5 诸邦田. 电子电路实用抗干扰技术M. 北京：人民邮电出版社，1994. 249-254 6 毛京丽.常永宇. 数据通信原理M. 北京：北京邮电大学出版社，2002. 178-194 7 Ding Gang， Bhargava Bharat，Sahinoglu Zafer. Reliable broadcast in ZigBee networksC. Second Annual IEEE Communications Society Conference on Sensor and AdHoc Communications and Networks, Santa Clara, CA, United States. 2005 8 Zdenek Bradac，Petr Fiedler，Ondrej Hyncica. Design of ZigBee deviceJ. 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