温度采集设计规划书.doc

温度采集设计规划书 姓名：孙颖15 目录 一 系统概述3二 系统构架4三 电路功能模块43.1单片机模块43.2电源模块63.3复位模块73.4时钟晶振模块83.5串口电平转换模块93.6温度采集模块ds18b20103.7无线传输模块113.8温度显示电路模块设计13四 软件设计14五 附件155.1 材料报表155.2原理图16一 系统概述本系统采用数字温度传感器ds18b20测量温度，输出信号全数字化。便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，此元件线性度较好。在0100摄氏度时，最大线形偏差小于1摄氏度。ds18b20的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计ds1820和微控制器at89s52构成的温度测量装置，它直接输出温度的数字信号，可直接与计算机连接。这样，测温系统的结构就比较简单，体积也不大，且由于at89s52可以带多个dsb1820，因此可以非常容易实现多点测量。轻松的组建传感器网络。 采用温度芯片ds18b20测量温度，可以体现系统芯片化这个趋势。部分功能电路的集成，使总体电路更简洁，搭建电路和焊接电路时更快。而且，集成块的使用，有效地避免外界的干扰，提高测量电路的精确度。所以集成芯片的使用将成为电路发展的一种趋势该系统主要涉及到单总线技术，led数码管驱动技术，对温度的显示和单片机的软件编程。数字温度计是单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线上可以放很多这样的数字温度计等优点，十分方便。电源方面采用+5v通用usb接口，满足单片机以及数码管的供电需求，并且拥有一个可开启闭的开关，方便系统电源控制。采用了11.0592mhz的晶振来构成晶振电路，显示模块则使用了四位的共阴极led数码管，最后用max232芯片组成了用来下载程序的串口模块。二 系统构架三 电路功能模块3.1单片机模块单片机是本系统的核心部件，本系统采用stc89c52rc八位单片机进行数据处理，此单片机加密性强，很难解密或破解，解密费用很高、国内能解密的人少，一般的仿制者望而怯步。40引脚双列直插，采用串口下载，在进行下载程序与调试的时候都十分方便。单片机stc89c52rc的管脚如图2.1所示：图2.1 stc89c52rc管脚其中我们只需要部分功能管脚：p1口8位i/o输出的低电平驱动8个发光小灯；p0口的p0.1至p0.3和p2口作为led四位数码管的位选（低电平驱动），p2口作为段选（高电平驱动），因为只有四位数码管，这里只用到p0口的四位来驱动段选就足够了；p3.3管脚作为ds18b20的信号线；串口下载程序时用到p3.1与p3.2引脚；复位用到9号引脚rst；晶振用到18和19号引脚，分别为xtal1和xtal2。整体系统设计图中还有未标出的引脚：vcc接+5v电源，gnd接电源地，其中低电平驱动的31管脚ea上拉直电源vcc，这样上电复位后单片机从内部开始执行程序。没有说明的引脚在本设计中均未使用。3.2电源模块电源模块中使用了三种电源输入，分别为标准usb接口、直流dc接口和跳线电源。usb中引脚1为5v，引脚4为电源地；跳线电源中引脚1为5v，引脚2为电源地；直流dc接口引脚1为5v，2、3引脚均为电源地。其中三种电源+5v都接到同一网络节点带锁开关sw-dpst的引脚1和3处，当带锁开关闭合时，开关中引脚1和2、3和4同时接通，网络点vcc即为单片机中使用的+5v电源。标明d8的led8作为电源指示灯，串联一个1k的电阻r2，起到限流并且防止烧坏小灯的作用。这里使用的电阻为1k，我们可以简单的计算一下，led灯或发光二极管在点亮时的电流大约为3ma，电压大约为1.7v，这样电阻上压降大概应该为5v-1.7v=3.3v，得出电阻r2=3.3v/3ma=1100，所以使用1k的电阻在这里比较合适。电源模块原理图如图3.3所示：图2.2电源模块3.3复位模块在系统中，有时会出现显示不正常，也为了调试方便，我们需要设计一个复位电路，在系统中，复位电路主要完成系统的上电复位和系统在运行时用户的按键复位功能。复位电路可由简单的rc电路构成，也可使用其它的相对复杂，但功能更完善的电路。复位是单片机的初始化操作，只需给stc89c52rc的复位引脚rst加上大于2个机器周期（即24个时钟振荡周期）的高电平就可得stc89c52rc复位，复位时，pc初始化为0000h，使stc89c52rc从out单元开始执行程序。由于程序运行出错或操作错误而使系统处于死锁状态，为摆脱死锁状态，需按复位键使得rst脚为高电平，使stc89c52rc重新启动。在按下复位键瞬间c与r构成充电电路，reset端的电位与vcc相同，随着充电电流的减少，reset的电位逐渐下降。本系统采用的电路如图2.3.1 所示。工作原理是：上电瞬间，rc电路充电，reset引脚出现正脉冲，只要reset保持10ms以上高电平，就能使单片机有效的复位。，c取10f，r取10k。图中rc时间常数越大，上电时单片机reset引脚保持平的时间就越长，图中这组参数足以保证复位操作。图3.3 复位模块3.4时钟晶振模块时钟是单片机的心脏，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准，有条不紊地一拍一拍地工作。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统稳定性。单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，该高增益反向放大器的输入端为芯片引脚xtal1，输出端为引脚xtal2这两个引脚跨接在石英晶体振荡器和微调电路，就构成一个稳定的自激振荡器。电路中的电容c1和c2典型值通常选择30pf左右，该电容大小会影响振荡器频率的高低，振荡器的稳定性和起振的快速性。晶振的振荡器频率的范围通常在1.212mhz之间，晶体的频率越高，则系统得时钟频率也就变高，单片机的运行速度也就越快。但反过来运行速度快，对存储器的速度要求就高。对印刷电路板的工艺要求也高，即要求浅间的寄生电容要小；晶体和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生生活，更好的保证振荡器稳定，可靠地工作。时钟晶振模块如图2.3.2所示：图3.4时钟晶振模块3.5串口电平转换模块ttl电平到rs232电平的转换电路由max232芯片和五个104的瓷片电容组成。电平转换电路的作用是完成程序的下载的功能，其电路图如下图3.5所示：图3.5串口模块max232中引脚9和10分别连接单片机的p3.0（rxd）和p3.1（txd）引脚，串口中引脚5接地，引脚2和3分别接max232的引脚7和8上，这样就能给单片机下载程序了。给单片机下载程序要用到计算机的串口，所以我们要准备一根串口线，然而现在的电脑尤其是笔记本的接口中串口不多，不过我们还可以买到一种usb转串口线，只要给电脑装上usb转串口驱动，在设备管理器中记下虚拟串口号，一样我们可以给单片机下载程序，下载方法也是一样的。3.6温度采集模块ds18b201、适应电压范围更宽，电压范围：3.0 v5.5v，在寄生电源方式下可由数据线供电。2、独特的单线接口方式，ds18b20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与ds18b20的双向通讯。3、ds18b20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。4、测温范围55125，在-10+85时精度为0.5。5、可编程的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625，可实现高精度测温。6、在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快。7、测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行传送给cpu，同时可传送crc校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。8、负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。图3.6温度采集3.7无线传输模块nrf905是高性能433m无线收发模块。模块具有体积小，距离远，功耗低，通信稳定，抗干扰性强等特点。与射频数据包有关的高速信号处理都在nrf905片内进行数据速率由微控制器配置的spi接口决定数据在微控制器中低速处理但在nrf905中高速发送因此中间有很长时间的空闲这很有利于节能。由于nrf905工作于shockbursttm模式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。在shockbursttm接收模式下当一个包含正确地址和数据的数据包被接收到后地址匹配(am)和数据准备好(dr)两引脚通知微控制器。在shockbursttm发送模式nrf905自动产生字头和crc校验码当发送过程完成后数据准备好引脚通知微处理器数据发射完毕。管脚的功能：管脚1 vcc 电源(1.9v3.6v) 强调：nrf905的供电必须保证不超过3.6v，否则将烧毁。管脚2 txen 1:发射模式，0:接收模式管脚3 ce 使能发射/接收管脚4 pwr power down模式管脚5 clk 时钟输出管脚6 cd 载波检测管脚 am 地址匹配输出管脚8 dr 数据准备就绪输出管脚9 miso spi输出管脚10 mosi spi输入管脚11 sck spi时钟管脚12 csn spi使能，低电平有效管脚13 gnd 地管脚14 gnd 地图3.7nrf905无线通信模块3.8温度显示电路模块设计在单片机系统中，常常用数码管做显示器，一般的显示器为4位或8位。本系统使用共阴极led数码管以显示温度值，因此只需要四位数码管就足够了。采用数码管动态显示方式，p0口的p0.1至p0.3和p2口作为led四位数码管的位选（低电平驱动），p2口作为段选（高电平驱动），因为只有四位数码管，这里只用到p0口的四位来驱动段选就足够了。然后把单片机的p2.0p2.7端口连接到动态数码管led上的ah端口上，p0.0与a相连，p0.1与b相连，p0.2与c相连，后面以此类推，最后p0.7与h相连。段选电路中p0.0与1h相连，p0.1与2h相连，p0.2与3h相连，p0.3与4h相连。具体电路如图3.8温度显示电路模块设计四 软件设计工作