基于51单片机的温度数据采集传输系统的设计.doc

摘摘 要要 本文利用单片机结合传感器技术而开发设计了这一温度数据采集监 控系统 文中传感器理论单片机实际应用有机结合 详细地讲述了利用 热敏电阻作为热敏传感器探测环境温度的过程 以及实现热电转换的原 理过程 数据采集系统正由传统的顺序控制采集系统进入到过程控制数据采 集系统 这种采集系统由硬件和软件两部分构成 它的采集数据存放在 存储器中 根据各种不同的数据采集任务 通过编程改变系统的路数 采样率和信号帧格式等性能 以满足各种采集任务的需要 在过程控制 数据采集系统中 通常可以改变的系统参数有 采集点 采样率 数据 字长 增益 帧格式 该系统可以具有多个远程控制采集单元 采用分 散远置的方法 将各个远控采集单元放置在各个被采集部位 本设计应用性比较强 设计系统可以作为生物培养液温度监控系统 如果稍微改装可以做热水器温度调节系统 实验室温度监控系统等等 课题主要任务是完成环境温度数据检测 利用单片机实现温度调节并通 过计算机实施温度监控 设计后的系统具有操作方便 控制灵活等优点 关键词关键词 数据采集 单片机 温度 目目 录录 摘要 i 目录 ii 第 1 章 前 言 1 1 1 背景和意义 1 1 2 目的和内容 1 1 3 发展前景 2 1 4 设计思想 2 第 2 章 设计要求 4 2 1 控制要求 4 2 2 受控对象的数学模型 4 第 3 章 系统的硬件配置 5 3 1 单片机和系统总线 5 3 2 硬件介绍 5 3 2 1 温度传感器 5 3 2 2 核心处理单元 MicroChip PIC16F877A 单片机 6 3 2 3 RS 232 C 接口电路 8 3 2 4 继电器 9 3 2 5 半导体降温片及电阻加热丝 10 3 3 温度控制系统的组成框图 11 3 4 温度控制系统结构图及总述 12 第 4 章 温度控制系统软件设计 14 4 1 软件设计 14 4 2 Microchip PIC16F877A 单片机温度控制系统软件结构图 14 4 3 单片机控制流程图 15 4 4 温度变换程序模块 16 4 5 温度非线性转换程序模块 16 4 6 通信协议的设计 17 4 6 1 通信协议概述 18 4 7 通信协议说明 19 4 7 1 信号帧分类 19 4 7 2 信号帧格式 19 4 7 3 通信协议处理流程 21 4 8 PC 上位机的软件设计 23 4 8 1 PC 软件设计方法的选择 23 4 8 2 PC 软件通信方式的选择 23 4 8 3 具体实现方法 26 4 9 单片机软件设计 29 4 9 1 波特率 29 4 10 通信协议设计结论 39 4 10 1 通信可靠性分析 39 4 10 2 通信速度分析 39 第 5 章 结 论 41 致 谢 43 参考文献 44 第第 1 1 章章 前前 言言 1 11 1 背景和意义背景和意义 为了确知某一测试对象的各项特性 我们常常要借助各种仪表和各 种手段 直接测量或遥测 来获得各种各样的测量结果 数据 但这 些数据中包含有变换误差 设备误差以及在传输过程中 当采用遥测方 式时 引入的各种干扰所造成的误差等 而且这些数据量通常都很大 有意义的部分和无意义的部分混杂在一起 如果不加取舍的直接应用 必然会造成极大不便 传统靠人工控制的温度 湿度 液位等信号的测压 力控系统 外 围电路比较复杂 测量精度较低 分辨力不高 需进行温度校准 非线 性校准 温度补偿 传感器标定等 且它们的体积较大 使用不够方 便 更重要的是参数的设定需要有其它仪表的参与 外界设备多 成本 高 因而越来越适应不了社会的要求 在对多类型 多通道信号同时进 行检测和控制中 传统的测控系统能力有限 如何将计算机与各种设施 设备结合 简化人工操作并实现自动控制 满足社会的需求 成为一个 很迫切的问题 温度控制是现代检测技术的重要组成部分 在保证产品质量 节约 能源和安全生产等方面起着关键的作用 随着科学技术的发展 由单片 集成电路构成的温度传感器的种类越来越多 测量的精度越来越高 响 应时间越来越短 因其使用方便 无需变换电路等特点已经得到了广泛 的应用 例如 以前常用的 AD590 和 LM35 等 以及现在得到广泛应 用的 DSl820 DS1821 和 DS1620 等 本次毕业设计正是为了完成温度 数据的采集和控制而设计 1 21 2 目的和内容目的和内容 新型数字化 网络化传感器在工程中的应用具有极其重要的意义 这类传感器是各种参量送入计算机系统 进行智能监测 控制的最前端 随着科技的发展 数字化 网络化传感器应用日益广泛 以其传统方式 不可比拟的优势渐渐成为技术的趋势和主流 由于传感器能将各种物理 量 化学量和生物量等信号转变为电信号 使得人们可以利用计算机实 现自动测量 信息处理和自动控制 但是它们都不同程度地存在温漂和 非线性等影响因素 传感器主要用于测量和控制系统 它的性能好坏直 接影响系统的性能 因此 不仅必须掌握各类传感器的结构 原理及其 性能指标 还必须懂得传感器经过适当的接口电路调整才能满足信号的 处理 显示和控制的要求 而且只有通过对传感器应用实例的原理和智 能传感器实例的分析了解 才能将传感器和信息通信和信息处理结合起 来 适应传感器的生产 研制 开发和应用 另一方面 传感器的被测 信号来自于各个应用领域 每个领域都为了改革生产力 提高工效和时 效 各自都在开发研制适合应用的传感器 于是种类繁多的新型传感器 及传感器系统不断涌现 温度传感器是其中重要的一类传感器 其发展 速度之快 以及其应用之广 并且还有很大潜力 1 31 3 发展前景发展前景 近年来 利用智能化数字式温度传感器以实现温度信息的在线检测 已成为温度检测技术的一种发展趋势 其应用领域越来越广泛 对其要 求越来越高 需求越来越迫切 传感器技术已成为衡量一个国家科学技 术发展水平的重要标志之一 数字化技术推动了信息化的革命 在传感 器的器件结构上采用数字化技术 使信息的采集更加方便 1 41 4 设计思想设计思想 为了提高对传感器的认识和了解 尤其是对温度传感器的深入研究 以及其用法与用途 基于实用 广泛和典型的原则而设计了本系统 本 文利用单片机结合传感器技术而开发设计了这一温度数据采集监控系统 文中传感器理论单片机实际应用有机结合 详细地讲述了利用热敏电阻 作为热敏传感器探测环境温度的过程 以及实现热电转换的原理过程 本设计应用性比较强 设计系统可以作为生物培养液温度监控系统 如果稍微改装可以做热水器温度调节系统 实验室温度监控系统等等 课题主要任务是完成环境温度检测 利用单片机实现温度调节并通过计 算机实施温度监控 设计后的系统具有操作方便 控制灵活等优点 本设计系统包括温度传感器 A D 转换模块 输出控制模块 数据 传输模块 温度显示模块和温度调节驱动电路六个部分 文中对每个部 分功能 实现过程作了详细介绍 整个系统的核心是进行温度监控 完 成了课题所有要求 第第 2 2 章章 设计要求设计要求 2 2 1 1 控制要求控制要求 1 生物繁殖培养液的温度要保证在适于细胞繁殖的温度内 这主要 在控制程序设计中考虑 温度控制范围为 15 25 升温 降温阶段的 温度控制精度要求为 0 5 度 保温阶段温度控制精度为 0 5 度 图 2 1 温度控制曲线 2 微机自动调节 正常情况下 系统投入自动 3 模拟手动操作 当系统发生异常 投入手动操作 4 微机监控功能 显示当前被控量的设定值 实际值 控制量的输 出 2 2 2 2 受控对象的数学模型受控对象的数学模型 生物繁殖的培养液主要用于生物的繁殖研究 而温度是影响生物繁 殖的重要因素 本系统要求长时间监视培养液的温度 并对当前的温度 进行控制 本控制对象为生物繁殖用培养液 采用继电器进行控制 第第 3 3 章章 系统的硬件配置系统的硬件配置 3 13 1 单片机和系统总线单片机和系统总线 单片机 PIC16F877A PIC16F877A 为美国 MICORCHIP 公司生产 的带 A D 转换的 8 位单片机 显示系统 商用计算机 用户内存 256M RAM 系统总线 RS 232 C 接口 又称 EIA RS 232 C RS232 C 有 25 条 线 分为 5 个功能组 包括 4 条数据线 11 条控制线 3 条定时线 7 条备用线和未定义线 操作系统 Windows 2000 XP 3 3 2 2 硬件介绍硬件介绍 计算机 及计算机工作的外围电路设备 3 2 13 2 1 温度传感器温度传感器 温度传感器采用补偿型 NTC 热敏电阻其主要性能如下 1 补偿型 NTC 热敏电阻 B 值误差范围小 对于阻值误差范围在 5 的产品 其一致性 互换性良好 适合于一般精度的温度测量和计 量设备 2 外型结构和尺寸 图 3 1 温度传感器结构尺寸图 3 主要技术参数 时间常数 30S 测量功率 0 1mW 使用温度范围 55 125 耗散系数 6mW 额定功率 0 5W 4 降功耗曲线 图 3 2 温度传感器功耗曲线图 3 2 23 2 2 核心处理单元核心处理单元 MicroChipMicroChip PIC16F877APIC16F877A 单片机单片机 MicroChip PCI16F877A 单片机主要性能 具有高性能 RISC CPU 仅有 35 条单字指令 除程序指令为两个周期外 其余的均为单周期指令 运行速度 DC 20M 时钟输入 DC 200ns 指令周期 8K 14 个 FLASH 程序存储器 368 8 个数据存储器 RAM 字节 引脚输出和 PIC16C73B 74B 76 77 兼容 中断能力 达到 14 个中断源 8 级深度的硬件堆栈 直接 间接和相对寻址方式 上电复位 POR 上电定时器 PWRT 和震动启动定时器 监视定时器 WDT 它带有片内可靠运行的 RC 振荡器 可编程的代码保护 低功耗睡眠方式 可选择的振荡器 低功耗 高速 CMOS FLASH EEPROM 工艺 全静态设计 在线串行编程 ICSP 单独 5v 的内部电路串行编程 ICSP 能力 处理机读 写访问程序存储器 运行电压范围 2 0v 到 5v 高输入 输出电流 25mA 商用 工业用温度范围 低功耗 在 5v 4MHz 时典型值小于 2mA 在 3v 32KHz 时典型值小于 20uA 典型的静态电流值小于 1uA 外围特征 Timer 0 带有预分频的 8 位定时器 计数器 Timer 1 带有预分频的 16 位定时器 计数器 在使用外部 晶体时钟时在 SLEEP 期间仍能工作 Timer 2 带有 8 位周期寄存器 预分频和后分频器的 8 位定时器 计数器 2 个捕捉器 比较器和 PWM 模块 其中 捕捉器是 16 位的 最大分辨率为 12 5nS 比较器是 16 位的 最大分辨率为 200nS PWM 最大分辨率为是 10 位 10 位多通道模 数转换器 带有 SPI 主模式 和 I2C 主 从 模式的 SSP 带有 9 位地址探测的通用同步异步接收 发送 USART RCI 带有 RD WR 和 CS 控制 只 40 44 引脚 8 位字宽的并行从端口 带有降压的复位检测电路 3 2 33 2 3 RS 232 CRS 232 C 接口电路接口电路 计算机与计算机或计算机与终端之间的数据传送可以采用串行通讯 和并行通讯二种方式 由于串行通讯方式具有使用线路少 成本低 特 别是在远程传输时 避免了多条线路特性的不一致而被广泛采用 在 串行通讯时 要求通讯双方都采用一个标准接口 使不同 的设备可以 方便地连接起来进行通讯 RS 232 C 接口 又称 EIA RS 232 C 是目 前最常用的一种串行通讯接口 它是在 1970 年由美国电子工业协会 EIA 联合贝尔系统 调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制 定的用于串行通讯的标 准 它的全名是 数据终端设备 DTE 和数据 通讯设备 DCE 之间 串行二进制数据交换接口技术标准 该标准规定 采用一个 25 个脚的 DB25 连接器 对连接器的每个引脚的信号内容加 以规定 还对各种信 号的电平加以规定 1 接口的信号内容 实际上 RS 232 C 的 25 条引线中有许多是很少使 用的 在计算机通讯中一般只使用 3 9 条引线 RS 232 C 最常用的 9 条 引线的信号 2 接口的电气特性 在 RS 232 C 中任何一条信号线的电压均为负逻 辑关系 即 逻辑 1 5 15V 逻辑 0 5 15V 噪声容限为 2V 即 要求接收器能识别低至 3V 的信号作为逻辑 0 高到 3V 的信 号 作为逻辑 1 3 接口的物理结构 RS 232 C 接口连接器一般使用型号为 DB 25 的 25 芯插头座 通常插头在 DCE 端 插座在 DTE 端 一些设备与 PC 机连接 的 RS 232 C 接口 因为不使用对方的传送控制信号 只需三条接口线 即 发送数据 接收数据 和 信号地 所以采用 DB 9 的 9 芯插头座 传 输线采用屏蔽双绞线 4 传输电缆长度 由 RS 232C 标准规定在码元畸变小于 4 的情况下 传输电缆长度应为 50 英尺 其实这个 4 的码元畸变是很保守的 在实 际应用中 约有 99 的用户是按码元畸变 10 20 的范围工作的 所以 实际使用中最大距离会远超过 50 英尺 其工作电路如下图所示 图 3 3 RS 232 C 接口电路 3 2 43 2 4 继电器继电器 继电器是具有隔离功能的自动开关 广泛用于遥控 遥测 通信 自动控制 机电一体化及电力电子设备中 是最重要的控制元件之一 继电器是在自动控制电路中起控制与隔离作用的执行部件 它实际 上是一种可以用低电压 小电流来控制大电流 高电压的自动开关 在 本系统中 继电器控制的自动温度调节电路和 PCI16F877A 单片机中程 序构成温度自动监测电路 实现对生物培养液温度的监测和自动控制 3 2 53 2 5 半导体降温片及电阻加热丝半导体降温片及电阻加热丝 1 半导体制冷器是根据热电效应技术的特点 采用特殊半导体材料 热电堆来制冷 能够将电能直接转换为热能 效率较高 其工作原理如 图 3 4 图 3 4 半导体降温片工作原理图 半导体制冷片由许多 N 型和 P 型半导体之颗粒互相排列而成 而 N P 之间以一般的导体相连接而成一完整线路 通常是铜 铝或其他金 属导体 最後由两片陶瓷片像夹心饼乾一样夹起来 陶瓷片必须绝缘且 导热良好 通上电源之後 冷端的热量被移到热端 导致冷端温度降低 热端温度升高 2 本控制系统是对生物培养液进行温度监控 过快的温度变化对生 物繁殖显然是不利的 因此在本系统中采用的是高阻抗小功率加热电阻 丝进行温度的小范围调节 3 33 3 温度控制系统的组成框图温度控制系统的组成框图 采用典型的反馈式温度控制系统 组成部分见图 3 5 其中数字控 制器的功能由单片机实现 图 3 5 温度控制系统的组成框图 培养皿的传递函数为 其中 1为电阻 1 1 sKesG s LT 加热的时间常数 为电阻加热的纯滞后时间 为采样周期 T A D 转换器可划归为零阶保持器内 所以广义对象的传递函数为 3 1 1 1 11 sTsesKesG s 广义对象的 Z 传递函数为 3 2 1 11 1 11 1 11 1 Ts LT G zZKesses KzeeTz 所以系统的闭环 Z 传递函数为 3 3 1 1 1 1 1 TTLsTs eezseseZz 系统的数字控制器为 G D E U 1 zzzzz LTTeTTT zezeeKeze 1 1 1 11 1 1 1 1 1 3 4 写成差分方程即为 1 1 1 Lkuekueku TT 1 1 1 1 1 1 1 1 TTTTT eKkeeeeKkee 3 5 令 1 1 1 0 TT eKea 1 1 1 1 1 TTT eKeea 1 T eb 2 1 T eb 得 3 6 1 1 1 2110 Lkubkubkeakeaku 式中 第次采样时的偏差 kek 第次采样时的偏差 1 ke1 k 第次采样时的偏差 1 ku1 k 3 43 4 温度控制系统结构图及总述温度控制系统结构图及总述 图 3 7 温度控制系统结构图 PIC16f 877A 单片机 加热控制 电路 高阻抗加热 丝 降温控制 电路 半导体降温 片 温度传感器 培养 皿 TTL 电 平到 EIA 电 平转换 电路 商用计 算机显 示终端 图 3 7 中温度传感器和 Micro Chip PIC16F877A 单片机中的 A D 转 换器构成输入通道 用于采集培养皿内的温度信号 温度传感器输出电 压经过 A D 转换后的数字量与培养皿内的温度给定值数字化后进行比 较 即可得到实际温度和给定温度的偏差 培养皿内的温度设定值由 Micro Chip PIC16F877A 单片机中程序设定 由 Micro Chip PIC16F877A 单片机构成的数字控制器进行比较运算 经过比较后输出控制量控制由 加热和降温电路构成的温度调节电路对培养皿中的培养液温度进行调节 同时通过电平转换电路把当前温度传输到商用计算机的串口中 由计算 机动态的显示培养皿中的温度 正常情况下温度控制由 Micro Chip PIC16F877A 单片机自动控制 必要时 计算机也可以通过软件来强制 改变培养皿中温度 第第 4 4 章章 温度控制系统软件设计温度控制系统软件设计 4 14 1 软件设计软件设计 在进行数据通信的软件设计时 必须解决好两个方面的问题 一是 可靠性 二是速度 而这两方面的问题 可靠性是第一位的 速度只能 是在可靠的基础上的速度 可靠快速转输的实现 需要 PC 单片机软件 以及通信协议等各个环节的可靠和其间的相互配合 4 24 2 MicrochipMicrochip PIC16F877APIC16F877A 单片机温度控制系统软件结构图单片机温度控制系统软件结构图 图 4 1 单片机温度控制系统软件结构图 检测与变送A D 转换工程量变换温度非线性转换 发送数据到串口 比较判断算法 温度预设值 温度调 节 电路 执行器 从串口接受数据 命令识别控制程序 4 4 3 3 单片机控制流程图单片机控制流程图 图 4 2 单片机控制流程图 开始 初始化 PIC16F877A 单片机端口地址 读入预设温度值 启动 A D 转换 A D 转换结果送入 NX 单元 NX FF 0 F0 NX 0 降温 加热 工程量变换 温度非线性温度转换 命令识别程 序 从串口接受数据 Y Y Y N N N 发送数据到串口 4 4 4 4 温度变换程序模块温度变换程序模块 温度传感器在 12 到 60 输出 2 52V 1 02V 温度起点为 12 满量程为 48 Micro Chip PIC16F877A 单片机内嵌的 10 位 A D 转换 器对应输出的数字量为 0000000000B 1111111111B 0 5V 应用以下 变换公式进行变换 AX A0 AM A0 NX N0 NM N0 式中 A0为一次测量仪表的下限 AM为一次测量仪表的上限 AX实际测量值 N0仪表下限对应的数字量 NM仪表上限对应的数字量 NX测量值对应的数字量 4 4 5 5 温度非线性转换程序模块温度非线性转换程序模块 采用折线拟合法进行线性化处理 如表 4 1 所示 分为以下几段 当 1 73V Ax 2 52V 时 T 0 06 WN 12 当 1 40V WN 1 73V 时 T 0 03 WN 25 当 1 24V WN 1 40V 时 T 0 016 WN 40 当 1 06V WN 0 54 故当所传输的一帧数据为10 位时 所允许的最大的波特率允许误 差为5 对于其它常用的8位 9位 11位 一帧的串行传输 其最大的 波特率允许误差分别为6 25 5 56 和4 5 3 减小波特率误差的措施 我们知道使用离散度小的晶振是减小波特率误差的关键 如果 晶 振的离散度已超过所允许的范围 此时不宜用其标称值 可以采用测量 其波特率的方法来得出实际的晶振波特率值 2 单片机软件的实现 1 设置通信方式和波特率的值例 MOV SCON 50H 初始化串口设为方式1 MOV TMOD 20H 利用定时器1为波特率发生器并设为模式2 MOV PCON XXH 设置SMOD值 MOV TH1 XXH 设置定时器初始值 SETB TR1 启动定时器1 2 等待接收PC机发来的信号帧并按通信协议作出相应响应 1 本设计使用的单片机程序如下 include void INIT ADCON1 0X07 TRISC 0X80 TRISB 0X00 TRISD 0X00 RD1 0 RD0 0 TRISA 0X0f TRISE 0X00 include include init h include proc h unsigned char i unsigned int delay extern unsigned char a extern unsigned char temph extern unsigned char templ void main 初始化 INIT for delay 65536 delay 0 delay asm clrwdt temph 0 x35 templ 0 x30 do asm clrwdt PROCDIANPIN RC0 0 RC1 0 while 1 include include tranpc h union adres int y1 unsigned char adre 2 adresult extern unsigned int delay unsigned int temp unsigned int y unsigned char receive unsigned char a extern unsigned char rxbuf unsigned char temph unsigned char templ extern unsigned char i void PROCDIANPIN ADCON0 0X89 ADCON1 0X84 ADIF 0 ADGO 1 for delay 0 x8ff delay 0 delay asm nop while ADIF 0 asm clrwdt asm clrwdt ADIF 0 adresult adre 0 ADRESL adresult adre 1 ADRESH if adresult y1 0 xD9 temp 0 x10 for y 0 x204 adresult y1 y adresult y1 adresult y1 0 x07 temp if temp 0 x1a temp 0 x20 if temp 0 x2a temp 0 x30 if temp 0 x3a temp 0 x40 if temp 0 x4a temp 0 x50 if temp 0 x5a temp 0 x60 if temp 0 x6a temp 0 x70 if temp 0 x7a temp 0 x80 if temp 0 x8a temp 0 x90 if temp 0 x9a temp 0 x100 TXPC temp RC0 1 RXDATAS if rxbuf 0 0 if rxbuf 0 0 x10 else if rxbuf 0 0 x20 templ rxbuf 1 temph rxbuf 2 if receive 0 xff RC1 1 a 0 xff if temp temph if a 0 xff RD1 1 else RD1 0 else if temp templ delay asm nop include unsigned char txbuf 5 unsigned char rxbuf 5 extern unsigned int delay unsigned char s uart buf unsigned char rx lo buf extern unsigned char i void TXPC unsigned char byte 9600b s RC6 0 start bit for s uart buf 0 s uart buf 46 s uart buf continue if byte else RC6 0 for s uart buf 0 s uart buf 35 s uart buf asm nop if byte else RC6 0 for s uart buf 0 s uart buf 35 s uart buf asm nop if byte else RC6 0 for s uart buf 0 s uart buf 35 s uart buf asm nop if byte else RC6 0 for s uart buf 0 s uart buf 35 s uart buf asm nop if byte else RC6 0 for s uart buf 0 s uart buf 35 s uart buf asm nop if byte else RC6 0 for s uart buf 0 s uart buf 35 s uart buf asm nop if byte else RC6 0 for s uart buf 0 s uart buf 35 s uart buf asm nop if byte else RC6 0 for s uart buf 0 s uart buf 35 s uart buf asm nop RC6 1 stop bit for s uart buf 0 s uart buf 45 s uart buf asm nop unsigned char RXPC void 9600b s rx lo buf 0 while 1 if RC7 break receive start bit for s uart buf 0 s uart buf 46 s uart buf continue receive bit for s uart buf 0 s uart buf 17 s uart buf asm nop if RC7 rx lo buf rx lo buf 0 x01 for s uart buf 0 s uart buf 35 s uart buf asm nop if RC7 rx lo buf rx lo buf 0 x02 for s uart buf 0 s uart buf 35 s uart buf asm nop if RC7 rx lo buf rx lo buf 0 x04 for s uart buf 0 s uart buf 35 s uart buf asm nop if RC7 rx lo buf rx lo buf 0 x08 for s uart buf 0 s uart buf 35 s uart buf asm nop if RC7 rx lo buf rx lo buf 0 x10 for s uart buf 0 s uart buf 35 s uart buf asm nop if RC7 rx lo buf rx lo buf 0 x20 for s uart buf 0 s uart buf 35 s uart buf asm nop if RC7 rx lo buf rx lo buf 0 x40 for s uart buf 0 s uart buf 35 s uart buf asm nop if RC7 rx lo buf rx lo buf 0 x80 for s uart buf 0 s uart buf 35 s uart buf asm nop receive stop bit for s uart buf 0 s uart buf 10 s uart buf asm nop return rx lo buf void RXDATAS 开始接收数据 for i 0 i0 i asm clrwdt if RC7 0 break for delay 65535 delay 0 delay asm clrwdt if RC7 0 break if RC7 1 goto rxend for i 0 i 5 i rxbuf i RXPC if rxbuf i 0 x21 break rxend asm clrwdt 4 104 10 通信协议设计结论通信协议设计结论 4 104 10 1 1 通信可靠性分析通信可靠性分析 通信的可靠性主要体现在所使用通信协议的可靠性上 本通信协议 的可靠性主要有两点理论基础 1 通过判断帧头起始字符来决定一帧的开始 这样就避免了部分数 据进入到内部数据处理之中 这个可能性在1 256 通过停止位的判断 可将这个可能性再降低1 256 另外通过帧类型字节的判断可使之进一 步降低 2 校验字将整帧信号进行异或校验则使误收的可能很小 如果将此 异或校验改为CRC校验则出错的可能性更是微乎其微了 本通信所用协 议具有纠错功能 这体现在当PC 发送或接收数据时 当所接收的应答 信号出现失误时 将重新发送或接收此帧数据 直至接收到了正确的应 答 具体在程序中最多允许连续出错三次 超过后则放弃通信 在实际 应用中 应用本通信时传输距离只有几米以内而且环境干扰比较小 从 而从外部因素上进一步保证了通信的可靠性 4 10 24 10 2 通信速度分析通信速度分析 如果在不考虑错误发生的情况下 PC 机每发送一帧数据时需要附 加12 个字节 其中8 个字节用于发送4 个字节用于应答PC 机 每接 收一帧数据时 需要附加13 个字节其中5 个字节用于接收8 个字节用 于应答 如 按每帧传送32个字节计算的话 其发送和接收的效率为为 忽略PC和PIC16F877A单片机的处理时间计算 发送数据速率 接收数 据速率计算公式如下 发送数据速率 9600 32 44 6981bit s 接收数据速率 9600 32 45 6826bit s 这是理论上的速率 实际中还应包含PC和PIC16F877A单片机的处 理信号帧 等待信号帧的时间 在本通信协议中 不会出现某信号帧已 到达但PC或PIC16F877A单片机还未开始准备接收的现象 在实际应用 中 因具体应用环境不同PC和PIC16F877A单片机处理信号帧的时间会 有不同 所以具体速率值依具体应用而变化 第第 5 5 章章 结结 论论 通过本次温度监控系统的设计 我大有收获 在制作过程中 一定 要注意的每个工作步骤的检查 确保制作成功 比如在合理布线 检查 装配无误的情况下 如果还出现电路无输出的情况 那么可以肯定是原 理图错误 这时就要回到原理图进行检查 从整体来说这是一个复杂的 过程 要细心谨慎 沉着冷静 反复检查 直到找到原因为止 这次毕业设计历时至少 3 个月 从一开始的确定课题 到后来的资 料查找 理论学习 再有就是近来的调试和测试过程 这一切都使我的 理论知识和动手能力进一步得到频率合成电路课题中包含了通信电路和 单片机部分知识 可以说是对通信电路知识的一次全面综合 在画原理 图 PCB 布线 安装和调试过程中不可避免地遇到各种问题 这要求保 持沉着冷静 联系书本理论知识积极地思考 实在解决不了可以请教同 学或指导老师 虽然在制作过程中不可避免地遇到很多问题 但是最后 还是在老师以及同学的帮助下圆满解决了这些问题 实现了整个系统设 计与最后调试 相关指标达到期望的要求 很好地完成了本次设计任务 经过四年学习的积累 在已经掌握相关专业方面知识及其它各方面 知识的情况下 我认真严肃的完成了我的毕业设计 从得到题目到查找资料 从对题目的研究设定到 PCB 电路板的制 作 从电路板的调试到失败后再一次全部重新开始 在这一个充满挑 战伴随挫折 充满热情伴随打击的过程中 我感触颇深 它已不仅是一 个对我四年学习知识情况和我的应用动手能力的检验 而且还是对我的 钻研精神 面对困难的心态 做事的毅力和耐心的考验 我在这个过程 中深刻的感受到了做毕业设计的意义所在 和我一样真正投入了身心去 做的人也一定会有同样的感触 本课题的重点 难点是 1 初步接触温度传感器 要对传感器的原理 结构 应用等各 方面从头开始琢磨 2 考虑从非电量信号到电量信号的电路实现原理以及与单片机 的接口 3 熟悉 RS 232 C 串口编程的技术 4 考究调整电路的实现过程以及怎么样通过单片机来间接的控 制 通过做本课题 我了解并掌握了传感器的基本理论知识 更深入的 掌握单片机的开发应用和 PC 编程控制 为以后从事单片机软硬件产品 的设计开发 PC 软件开发打下了良好的基础 树立独立从事产品研发 的信心 并在这种能力上得到了比较充分的锻炼 致致 谢谢 在本次毕业设计中 我得到了韩亚军 老师的热心指导 自始至终 关心督促毕业设计进程和进度 帮助解决毕业设计中遇到的许多问题 还不断向我们传授分析问题和解决问题的办法 并指出了正确的努力方 向 使我在毕设过程中少走很多弯路 在这里非常感谢老师的指导和帮 助 并致以诚挚的谢意 同时 身边的同学给了我许多的帮助 在此 我向身边关心我的 同学致以诚挚的谢意 另外 学院里的领导和老师也给了我们必要的指 导 我也向学院和年级的领导们表示衷心的感谢 最后感谢学院对我这 几年的培养 参考文献参考文献 1 何立民 单片机应用系统设计系统配置与接口技术 M 北京 中国 石油大学 1990 2 李晓荃 单片机原理与应用 M 北京 电子工业出版社 2000 3 刘和平 单片机原理及应用 M 重庆 重庆大学出版社 2002 4 徐爱钧 单片机高级语言 C51 应用程序设计 M 北京 电子工业 出版社 2002 5 谢自美 电子线路设计 实验 测试 第二版 M 武汉 华中科技大学 出版社 2000 6 江国强 现代数字逻辑电路 北京 电子工业出版社 2002 7 张勇 PROTEL 99SE 电路设计技术入门与应用 第一版 北京 电子 工业出版社 2002 8 樊昌信 通信原理 第五版 M 北京 国防工业出版社 2001 袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄 蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃 膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅 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