关 键 词：

毕业设计

资源描述：

四川理工学院基于单片机的电力载波温度器控制软件设计,毕业设计

内容简介：

四川理工学院毕业设计（论文）开题报告 设计（论文）名称 基于单片机的电力载波温度器控制软件设计 设计（论文）类型 B 指导教师 周波 学生 姓名 王邦 学号 030220124 系、专业、班级 电信系电子 03 级 1 班 一、选题依据：（简述研究现状或生产需求情况，说明该设计（论文）目的意义。） 随着通信技术的发展， 电力 线 载波有着广阔的市场前景 。电力供电网络四通八达 ，低压电力线连接千家万户，构成最普及的网络，利用它进行数据通信和 传输各种信息，不占用无线频道资源，也无需铺设专用通讯线路，省工，省钱，维护简 单，有着广阔的应用前景。 电力载波 温度控制 器有着很高的实用价值， 具有安装方便、控制灵活等特点 ，尤其适合于一些人类不能到达的高温场合。 本 课题 设计了 基于 AT89S52 单片机为核心的电力载波温度控制器 系统 软件设计 ， 利用 已有的低压 电力线实现数据传输。 所设计的系统 主要 有以下功能： 1.在控制 室能够显示现场 室 的温度 2.控制室 能够实现控制 现场室 温度的上升与下降 二、设计（论文研究）思路及工作方法 本课题 主要是将现场 室 的温度通过一个 数字 传感器传输到单片机中，单片机经过处理将数据通过电力载波模块和偶 合电路在把信号偶合到电 力线上，传输到控制室；在控制 室 里， 把电力线上的信号通过偶合电路和信号载波模块接受后，经 转换 传到单片机，单片机经过处理， 在 LED 发光二极管显示出现场的温度。当现场的温度不符合我 们的 设计要求时，在控制室发出声光报警，并发出指令，使指令信号经过电力线载波 传输控制现场 室的电机工作，使现场室实现 升温或者降温，达到 温度 控制的目的。 本次设计主要完成软件部分的设计，采用单片机 C 语言设计流程图和详细的程序 三、设计（论文研究）任务完成的阶段内容及时间安排。 2007.1. 8-2007.1.20 收集资料，整理资料 2007.3.19 2007.3.26 提交方案，写开题报告 、文献综述 2007.3.27 2007.5.15 系统的设计 2007.5.16 2007.6.8 论文写作 2007.6.8 2007.6.15 准备答辩 指 导 教师意见 指导教师签字： 年 月 日 教 研 室毕 业 设计 （ 论文）工作组 审 核意见 难度 分量 综合训练程度 教研室主任： 年 月 日 设计（论文）类型： A 理论研究； B 应用研究； C 软件设计； D-其它等。 nts文献综述 （电子信息工程 王邦 030220124） 1 电力线 载波 通信技术的应用状况 1.1 国外的应用现状 电力线载波（ Power Line Carrier -PLC）通信是利用电力线作为信息传输媒介进行语音或数据传输的一种特殊通信方式。 英国 NORWEB 通信公司在 1990 年就开始研究电力线通讯技术， 1996 年 9 月在 CIGRE 大会期间向各国代表展示了技术原理和演示产品，传输速率达到 1Mbps，但仅进行了小规模现场试验。 1998年，美国 lntelogis 公司推出了 passport 商业化电力线通讯产品， 用于户内联网，最高速率为 350kbps。但亦未能大规模商用。到 2001 年初，专用调制解调芯片制造技术的进展明显加速，美国 lntellon 公司用于户内联网的 14Mbps 芯片达到实用水平。随之，许多国家的研究机构开展了电力线通讯技术的研究和开发，其中德国 RWE 公司的研究颇引人注目 1112。 1.2 国内的发展状况 11 电力载波 在我国应用起步较早，但与欧美相比，仍然 有一定的差距 。 但 从相关产品开发来看， 已有 独立设计开发的 电力载波 芯片。 近年来高压电力线载波技术突破了仅限于单片机应用的限制 ， 已经进入了数字化 时代并且随着电力线载波技术的不断发展和社会的需要 ， 中 /低压电力载波通信的技术开发及应用亦出现了方兴未艾的局面 ， 电力线载波通信这座被国外传媒喻为未被挖掘的金山正逐渐成为一门电力通信领域乃至关系到千家万户的热门专 业 。在 国内，有些电力载波技术研发部门以及生产商研发生产的产品已经处于世界领先水平 ，电力载波技术正处于蓬勃发展时期，具有广阔的应用前景。 2 低压电力线载波通信面临的主要问题 2.1 电力载波 的技术瓶颈 7 目前使用的 电力载波 组网产品，主要以美国 Intellon 公司的传输速率为nts14Mbps 的芯片为主。 电 力载波 信号的传输距离还有一定的限制，且信号有较大的衰减，在较长距离传输时需要采用中继设备或混合组网（以太网 +电力载波 ）的模式，这样会增加系统建设的成本及网络建设的周期。因此，研究增加信号的传输距离成为技术突破的一个难点。 2.2 信道干扰 11 目前，国内电力线通信的研发和应用与国外还有一定距离，在 380V/220V 的低压配电网上实现可靠的载波通信，面临几个问题。 （ 1）高噪声。包括背景噪声、周期性噪声、以及突发性噪声。背景噪声即电力线上的白噪声，分布在整个通信频带，其幅值一般服从高斯分布。周期噪声主要来自 于电力线上的开关设备，其噪声峰值可达 4V。突发性噪声由设备随机接入或断开、以及电火花干扰等引起。 （ 2）阻抗变化范围大。一般配电网电力线的波阻抗在几十欧到 100 多欧。由于线路上感性负载或容性负载随机地接入，会引线路阻抗的大范围变化，且由于阻抗匹配失衡会产生反射波和注波。 （ 3）因在高电磁环境下运行 ,受到各种外部干扰比较大 ,使所传信号质量较差 ,误码率较高。 3 电力线通信前景及展望 7 电力载波 技术施工方便、使用灵活，能够利用已有的电力网这一广泛的基础设施把宽带网络接入到每个家庭，省去在接入方式上的重复建设 ，对于推进我国数字化进程必将产生积极的作用；同时， 电力载波 技术在远程抄表、配网自动化、营销自动化、负荷侧管理等方面的广泛应用，将为实现我国的电网配售自动化、建设电力信息化平台，提供一个良好的网络基础和解决方案；发展 电力载波 技术的目的，不是取代光纤通信接入以及 ADSL 等其它宽带接入技术，而是作为以上技术的互补，在特定应用场合发挥各自的长处，为国家信息化建设节省投资，给广大网民带来利益； 电力载波 在末端用户接入，即从楼内总配电室到每个家庭及入户后采用任意电源插座即能实现连接等功能，具有明显的优势；低压宽带 电力载波 技术也日益得到国内外科研机构的重视。 “十一五”电力通信规划中，对电力载波技术提出了新的要求和目标， 相信随着 我国 电力载波 技术 的发展成熟 ， 电nts力载波 产业的形成， 电力 线 载波 通信 必将 迈向一个新的台阶 。 4 课题 目的与意义 电力供电网络四通八达 ，低压电力线连接千家万户，构成最普及的网络，利用它进行数据通信 传递各种信息，不占用无线频道资源，亦无需铺设专用通讯线路 , 省工、省钱、维护简单、有着广阔的应用前景 。电力线载波可以用于多种用途，如温度控制，远程报警，远程抄表等 12。 本次课题 主要要做 这 几方面工作： 现场室的温 度采集，通过电力线载波在控制室显示两位温度数据；控制室显示现场温度的同时判断该温度数据；如果温度数 不在设定的范围内 ,那么控制室报警，并且控制室发出制冷或者加热信息 ,通过电力线载波传输数据 ,实现对现场室温度的控制；如果温度数据在正常范围 内 ,继续显示下一时刻的温度数据 。 本次设计 硬件方面主要由杨洪昆同学负责，而软件设计 重点 是 运用 单片机 c语言 程序 设计 来 实现控制温度的上升与下降， 达到温度控制的目的， 并 要求 设计现场室和控制室详细的 程序流程图 和相应的 c 语言程序 。 本次 基于 单片机的 电力线载波的温度控制器 的设计 ，具有很高的实 用价值 和 广阔的 市场前景 。 nts参考文献 1 毛敏，张为民等 .MCS-51 系列单片机系统及其应用（第 2 版） M.北京：高等教育出版社， 2005， 7 2 孙玉德，张颖等 .MCS-51单片机原理及接口技术 M. 哈尔滨 :哈尔滨工业大学出版社 ,2003,4 3贾金玲 ,姚亚川 .单片 机原理及 应用 M.成都：电子科技大学出版社， 2004， 8 4赵亮，侯国锐 .单片机 c语言编程与案例 M.北京：人民邮电出版社 .2003， 9 5 耿方志 .基于 89C51单片机的智能温度控制系统的设计 M.现代电子工程， 2003， 1 6 邬春明，王艳茹 .基于低压电力线载波技术的病房呼叫系统 J.电子技术应用， 2005， 9 7吴金戌，沈庆阳 .8051单片机实例与应用 M.北京：清华大学出版社 .2002， 9. 8Liu D. Wide Band AC Power Line CharacterizationJ. IEEE Trans on Consumer Electronic,2000,45(4):1087 1097 9Intellon. High Speed Power Line Communications M, Intellon Corporation Technical Article, March 2000 10Marubayashi Gen. Noise Measurements of the Residential Power Line J. In: Proceedings of 1997 International Symposium on Power Line Communications Essen( Germany),2000:104 108 11刘晓胜，徐殿果 . 电力载波芯片及其应用 J.单片机与嵌入式系统 ， 2004.7 12夏泽中，何俊 .电力线载波技术实现变流器的分布式控制 J.微计算机信息 测控自动化 ，2006.7 nts 四 川 理 工 学 院 毕 业 设 计（论 文）说 明 书 题 目： 基于单片机的电力载波温度控制器软件设计 系 别： 电子与信息工程系 专业班级： 电子 信息工程 03 级 1 班 学生姓名： 王 邦 指导教师： 周 波 教 研 室： 电子 信息工程 教研室 提交时间 ： 2007 年 6 月 10 日 nts王邦：电力载波的温度器控制系统软件设计 I 摘 要 本文 主要 介绍了 通过 电力线通信方式实现的温度控制系统 软件设计 。 控制器采用 AT89S52 单片机 、 低压 电力 载波芯片 采用 KQ-100F， 可以 实现 现场温度数据 远程 采集、显示；当温度 数据 不在设定的温度范围内时， 实现控制室对现场的加热或者制冷，达到温度控制的目的。 该 温度 控制 系统 能实现 远程（距离大于1000 米）电力载波通信 ，具有 安装 方便、控制灵活等特点 ，尤其适合于一些人类不能到达的高温场合。 关键词 ： 温度控制 器 ； 电力 载波 ； 单片机 ； 温度传感器 nts四川理工学院本科毕业（设计）论文 II ABSTRACT This article mainly introduces the software of temperature controlled system through power line communication. The core chips include the AT89S52 and the power line carrier chip KQ-100F. This system can collect and display the field temperature in the distance. When the data is out of the range which we have presetted， the field room can be heated or refrigerated to control the spot rooms temperature. This system can realize long- distance (more than 1000 meters) power line communication. It has many advantages such as installing convenient， controlling flexible and so on. Especially it fit some high- temperature spots where we cant reach. KEY WORDS: Temperature-Controller； Power Line Carrier； AT89S52 ； DS18B20 nts王邦：电力载波的温度器控制系统软件设计 目 录 摘 要 . I ABSTRACT. II 第 1章 前 言 . 1 1.1课题研究的意义和目的 . 1 1.2电力载波技术研究 . 1 1.2.1 通信系统模型 . 1 1.2.2 电力载波原理 . 2 1.2.3 电力载波通道特性 . 2 1.3 课题的功能概述 . 3 1.4 课题研究的方案 . 3 第 2章 系统硬件设计 . 5 2.1系统硬件总体设计 . 5 2.2 控制芯片 AT89S52单片机简介 . 6 2.2.1 主要功能特性 . 6 2.2.2 串口及其通信 . 7 2.3 数据采集部分 . 10 2.3.1 DS18B20. 10 2.3.2 1-wire总线操作 . 10 2.3.3 DS18B20 控制接口 . 13 2.4 加热制冷设计 . 13 2.5 控制室显示设计 . 14 2.5.1 LED 的显示方式： . 14 2.5.2 显示电路 . 14 2.6 报警电路 . 15 第 3章 系统软件设计 . 17 3.1用 wave6000 软件进行程序开发过程 . 17 3.2 现场室软件设计 . 19 3.3 控制室软件设计 . 22 nts王邦：电力载波的温度器控制系统软件设计 第 4章 系统调试 . 25 4.1 硬件电路调试 . 25 4.2 系统软件调试 . 25 4.3 综合测试 . 26 第 5章 结论 . 27 致谢 . 28 参考文献 . 29 附录 . 30 附录 1 整机硬件原理图 . 30 附录 2 系统源程序 . 32 1 现场系统程序 . 32 2 控制室系统程序 . 37 nts四川理工学院本科毕业（设计）论文 1 第 1 章 前 言 1.1 课题研究的意义和目的 电力线载波 (Power Line Carrier -PLC)通信是利用高压电力线 （ 在电力载波领域通常指 35kV 及以上电压等级 ） 、 中压电力线 （ 指 10kV 电压等级 ） 或低压配电线 380/220V用户线作为信息传输媒介进行语音或数据传输的一种特殊通信方式 。而低压 电力载波技术 施工方便、使用灵活，能够利用已有的电力网这一广泛的基础设施把 网络接入到每个家庭，省去在 布线 方式上的重复建设 ； 同时 电力线载波可以用于多种用途，如温度控制 、 远程报警 、 远程抄表等 ,具有广阔的应用前景 。 本次设计就是基于 单片机的 电力线载波的温度控制器 系统软件设计 。 1.2 电力载波技术研究 1.2.1 通信系统模型 通信系统特指使用光信号或电信号 等 传递信息的通信系统 ， 可以抽象成如图 1.1 所示的模型，其基本组成包括：信源、发送器、信道、接收器和信宿五部分。 图 1-1 简单通信系统模型 (1) 信源：产生各种信息的信息源，它可以是人或机器 (如计算机等 )。 (2) 发送器：负责将信源发出的信息转换成适合在传输系统中传输的信号。 (3) 信道：信号的传输媒介，负责在发送器和接收器之间传输信号。 (4) 接收器：负责将从传输系统中收到的信号转换成信宿可以接收的信息形式。 (5) 信宿：负责接收信息。 其中，信道即信号的传输媒介随着通信技术的发展，可以有很多种方法实信源 发送器 信道 接受器 信宿 nts王邦：电力载波的温度器控制系统软件设计 2 现，其中一种为以下介绍的电力线做媒介。 1.2.2 电力载波原理 这里 电力载波 是利用已有的 低压配电网 电力线 作为传输媒介，实现数据传递和信息交换的一种技术 。 电力供电网络四通八达 ，低压电力线连接千家万户，构成最普及的网络，利用它进行数据通信和 传递各种信息，不占用无线频道资源，亦无需铺设专用通讯线路 ， 省工、省钱、维护简单、有着广阔的应用前景。 具体表现有如下优点： (1) 实现成本低。由于可以直接利用已有的配电网络作为传输线路 ， 从而大大减少了网络的投资 ， 降低了成本。 (2)范围广。电力线是覆盖范围最广的网络 ， 其 规模是其他网络无法比拟的 。 (3)高速率 、便捷 。目前 ， 其传输速率依设备厂家的不 同而在 415 45Mb/ s 之间 ， 远高于拨号上网和 ISDN ， 比 ADSL 更快 ， 足以支持现有网络上的各种应用。 (4) 永远在线。 PLC 属于“即插即用” ， 不用烦琐的拨号过程 ， 接入电源就等于接入网络。 1.2.3 电力 载波通道特性 虽然电力线通信拥有这么巨大的优势，但是其发展却受到自身传输特性的影响，概括起来有以下几点： (1) 噪声干扰强 。 一般来说，影响电力 线 通信质量的噪声主要有以下三种：背景噪声 分布在整个通信频带；周期性噪声 包括周期性的连续干扰和周期性的脉冲干扰 ； 突发性噪声 用电设备的随 机接入或断开而产生。 (2) 信号衰减大 。 由于低压配电网直接面向用户，负荷情况复杂，各节点阻抗不匹配，所以信号会产生反射、谐振等现象，使信号的衰减变得极其复杂。 (3) 具有随机性和时变性 。 由于用户负荷的随机接入和切除，网络结构的变 化以及不可抗拒的自然因素，如雷电的影响，使其干扰表现出 很强的随机性和时变性，从而难以找到一个准确的数学模型来加以描述 nts四川理工学院本科毕业（设计）论文 3 1.3 课题的功能概述 本次课题利用电力载波技术 ， 设计了基于单片机的电力载波温度控制器系统软件设计 。 该系统 可以对 现场 室 温度进行 采集 检测 ，利用电力线传送温度数据信息到控制室，并在控制室得以 显示 ；控制室还负责判断温度数据：当现场 室 温度在 15度到 25度之间时为正常范围； 当现场 室 温度大于 25度或者小于 15度时 ， 则不在正常范围， 通过 发光二极管 闪烁 、语音等方式发出报警信息， 由控制室发出 加热或制冷 信号，控制现场室加热或者制冷 操作，达到温度控制的目的。 1.4 课题研究的方案 实现 电力线载波通信的关键在于所选用的载波调制解调模块和相应的接口电路 ， 电力线接口电路将调制解调部分和电力线耦合，实现信号在电力线上的传输 。 通信过程要求这个接 口电路在发送信号时，对信号进行滤波处理，滤除一定的 噪声 ，并通过功率放大器使信号有足够的功率耦合到电力线上；在接收时，对混杂在信号中的噪声进行滤除，并放大信号，然后将信号传送到调制解调模块中进行解调 。 一种方案是 调制解调模块可以利用 CPLD/FPGA 器件，通过 VHDL 或Verilog语言编程来实现，但那样实现起来难度较大，且成本较高； 另外一种 方案 就是选择专门的电力载波 调制解调 芯片 ，这样成本不太高，也容易实现，本次设计采用后一种方案。 本 次设计 方案选用成都市科强电子技术公司的电力载波模块 芯片 KQ100F， 该芯片专为低压电力线载波通信设计的，用户反应较 好、信价比较高、软件编程 实现 相对容易，适合我国目前的市电网络。 该模块的主要性能指标为： (1)收发模块 控制端由 RX、 TX、 R T 三个端口构成，全是 TTL 电平 ； R/T为发送 /接收控制端，为高时模块处于接收状态，为 低 时处于发送状态。 (2) 5 V 端接入 5 V5的直流电源； VAA 端为发送功率电源，可用直流稳压电源，发送时电流 300 mA(不发送时为 0 mA)， VAA 可在 9 15 V 之间选定；两 个 AC 端可以直接接市电的火线和零线，也可以接火线和地线；而在远距离户外通信时可采用火 线和零线通 信 方式。 (3)KQ-100F 可以与单片机进行串行通 信 ， TX 接 TXD 端发送数据， RX 接nts王邦：电力载波的温度器控制系统软件设计 4 RXD 端接收数据； 也可以通过 RS232 串行口 实现 与微机之间进行串行通 信 。 (4)采用 数字调频 FSK 过零载波通讯方式 ； 过零载波模块与微机接口采用 1 200 BPS 通信，串行异步 10 位方式， 1 个起始位， 8 个数据位， 1 个停止位 ； 且同相电力线上才能够正确传送数据 ； 模块 内建一个发送缓冲区，最大容量为 64个字节，当发送超过 64 个字节时，须在发送时检测 RX 电平，为高则可以继续接收数据，为低时缓冲区满，应暂停从 TX 端送入数据， 直到 RX 为高 。 KQ-100F与单片机的连接，参考图 如图 1-2 所示： 图 1-2 KQ-100F与单片机连接图 nts四川理工学院本科毕业（设计）论文 5 第 2 章 系统硬件设计 2.1 系统硬件总体设计 温度器控制系统是由现场室和控制 室两个部分组成。 此次设计要求实现以下功能： 1将现场 室 的温度通过电力线传输到控制 室 2在控制室 显示现场 室 的温度 值 3. 当温度超过 或低于 设定 温度 范围 时控制室 实现报警 4 控制 室控制 现场 室 的温度 上升与下降 根据这个要求可以画出现场室和控制 室的方框图 现场 室 部分 如图 2-1 所示 ： 图 2-1 现场 室 方 框图 现场 室 的工作过 程：现场 室安置有一温度传感器，它 采集现场 室 的温度，然后此把此温度通过 A/D 转换器转换成数字信号 TTL 电平 ，传输给 单片机，单片机再 把信号通过 电力线耦合 芯片 （ KQ-100F） 传输到 220V（ AC）上； 现场的压缩机和电炉 是受继电器控制的，而继电器的控制信号来自于 控制 室，它们可以实现电机的开 /关 ， 从而可以控制 现场 室 温度的上升与下降。 控制 室部分 如图 2-2 所示 ： 传感器 A/D 转换 8 051单片机继电器 压缩机 电炉 继电器 载波耦合 220V（ AC） nts王邦：电力载波的温度器控制系统软件设计 6 图 2-2 控制 室 方 框图 控制 室的工作过程： 耦合 载波芯片 （ KQ-100F） 把 220V（ AC） 线 上的信号耦 合下来，传输到单片机，单片机经过分析、判断和比较后，在 LED 上实时显示现场的温度； 当温度不满足设定值 ，报警电路会 发出声光报警，同时控制室会反馈 控制信号，再通过单片机、载波耦合芯片 后，控制现场 室 实现温度的升降 ；当温度在设定的范围内时，则继续读取下一时刻的温度值。 2.2 控制芯片 AT89S52 单片机简介 设计 使用 ATMEL公司的 AT89S52单片机为主控器件， 该单片机 是一个低功耗 、 高性能CMOS 8位单片机 。其引脚图为图 2-3所示 ： 2.2.1 主要功能特性 4个 8位 双向 I/O口 2个 16位可编程定时 /计数器 MCU， 40脚 DIP封装，与 MCS-51兼容 程序存储器 16K， 256x8bit 内部 RAM 图 2-3 引脚图 各个端口 功能特性概述 为： P0 口： 片外地址总线低 8 位，数据总线，普通 I/O 口，在输出指令字节时要外接上拉电阻。 报警电路 LED 显示 控制部分 耦合载波 220V（ AC） 8051单片机nts四川理工学院本科毕业（设计）论文 7 P1口 ：只能做普通 I/O口。 P2口：地址总线高 8位，普通 I/O口。 P3 口： 功能一：普通 I/O 口 ；功能二：为个引脚都有专用功能如 表 2-1所示 ： 表 2-1 P3 口的第二功能 引脚号 第二功能 P3.0 RXD（串行输入） P3.1 TXD（串行输出） P3.2 INT0（外部中断 0） P3.3 INT1（外部中断 1） P3.4 T0（定时器 0外部输入） P3.5 T1（定时器 1外部输入） P3.6 WR（外部数据存储器写选通） P3.7 RD（外部数据存储器读选通） RST: 复位输入； 晶振工作时，持续 2 个机器周期高电平将使单片机复位；本设计采用外部 上电复位 电路。 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。 2.2.2 串口及其通信 本次 方案中 电力线 载波通信要涉及到 单片机 串口通信，因此在此特别介绍单片机串口及其通信 。 AT89S52串行接口是一个 可编程的全双工串行异步通信接口 ， 串口的发送和接收寄存器都是通过 对同一个 SBUF进行访问。 1 串口有 4 种操作模式： nts王邦：电力载波的温度器控制系统软件设计 8 模式 0： 串行数据通过 RxD 进出 ， TxD 输出时钟 。 每次发送或接收以 LSB 最低位作首位 ， 每次 8 位波特率固定为 MCU 时钟频率的 1/12。 模式 1： TxD 脚发送 ， RxD 脚接收 ； 每次数据为 10 位 ， 一个起始位 ， 8 个数据位及一个停止位 1； 当接收数据时 ， 停止位存于 SCON 的 RB8 内 ； 波特率可变由定时器 1 溢出速率决定 。 模式 2： 每次数据为 11 位 ， 一个起始位 ， 8 个数据位 ， 一个可编 程第 9 位数据及一个停止位 1； 发送时 ， 第 9 个数据位 SCON 内 TB8 位可置为 0 或 1； 接收时 ， 第 9 位数据存入 SCON 的 RB8位 ， 停止位忽略 ； 波特率可编程为 MCU 时钟频率的 1/32 或 1/64， 由 PCON 内 SMOD位决定 。 模式 3： 除了波特率外均与模式 2 相同 ； 其波特率可变并由定时器 1 溢出率决定 。 2 串行端口控制寄存器 SCON： 地址 98H D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI SM0、 SM1：选择工作模 式 。 SM2： 在模式 2 和 3 中多处理机通信使能位 。 REN： 允许接收位 ； 由软件置位或清除 ， REN=1允许接收 ； REN=0时禁止接收 。 TB8： 模式 2 和 3 中发送的第 9位数据 ； 可以按需要由软件置位或清除 。 RB8： 模式 2 和 3 中已接收的第 9 位数据 。 TI： 发送中断标志 ； 模式 0中 ， 在发送完第 8 位数据时由硬件置位 ； 其它模式中 ，在发送停止位之初由硬件置位 ； 由软件来清 零 。 RI： 接收中断标志 ； 模式 0中 ， 接收第 8 位结束时由硬件置位 ； 其它模式中 ， 在接收停止位的中间时刻由硬件置位 ； 由软件清 零 。 3 波 特率的选择： nts四川理工学院本科毕业（设计）论文 9 工作 模式 0的波特率是固定的为 fosc/12； 模式 2的波特率是 MCU 时钟 /64 或MCU 时钟 /32， 取决于 PCON 寄存器中的 SMOD的值 。 当定时器 1 用作波特率发生器 ， 模式 1 和 3 中波特率由定时器 1 的溢出速率和 SMOD的值决定 。 波特率 =（ 2的 SMOD次方 ） /32*（定时器 T1的 溢 出率） 定时器 T1的溢出率 =（ T1计数率） /（溢出所需 的周期数） 式中 T1的计数率取决于工作状态是定时还是计数方式：定时方式时， T1的计数率为 fosc/12；计数方式时， T1的计数率应小于 fosc/24，与 T1的初值等有关 ： 定时器 T1工作于模 式 0，溢出所需 周期数 =8193-x； 定时器 T1工作于模 式 1，溢出所需 周期数 =65536-x； 定时器 T1工作于模 式 2，溢出所需 周期数 =256-x。 X为初值； 因为模 式 2为自动重装入初值的 8位，所以用它来做 波特率发生器最适合， 当时钟频率选用 11.0592MHz时，能获得标准的波特率 ， 因此 本次设计 也采用这样的方案 。 表 2-2列出了定时器 T1工作于模 式 2时 常用波特率及初值 ： 表 2-2 定时器 T1工作于模式 2时常用波特率及初值 常用波特率 Fosc（ MHz） SMOD TH1初值 19200 11.0592 1 FDH 9600 11.0592 0 FDH 4800 11.0592 0 FAH 2400 11.0592 0 F4H 1200 11.0592 0 E8H nts王邦：电力载波的温度器控制系统软件设计 10 2.3 数据采集部分 2.3.1 DS18B20 本设计可以采用的传感器也有很多种： 有 数字传感器 、 有模拟传感器 等，本设计选用 DS18B20。 DS18B20是美国 DALLAS半导体公司生产的可组网数字温度传 感器， 其特性如下： 1-wire总 线接口方式 。 测温范围 -55 +125 ， 精度可达 0.0675。 测温结果以 912位数字量方式串行传输。 DS18B20的输出结果是数字量，可以不用 A/D转换，减少了成本节约了资源，使电路结构看起来简单。 DS18B20有封装形式，有 TO-92封状和 8脚的 TSOC封状，如图 2-4（ a） 2-4（ b)所示： 2-4 (a) TO-92封装 2-4 (b) TSOC封装 图中引脚 说明 ： DQ ：数据输入 /输出线 NC ：为空引脚 2.3.2 1-wire 总线操作 DS18B20与单片机的接口电路可按不同要求设计，在传感器端可以外接电源的接口电路如图 2-5所示 nts四川理工学院本科毕业（设计）论文 11 图 2-5 传感器与单片机连接图 DS18B20 1-wire总线通信方式需要遵从严格的通信协议，对操作时序要求严格。几个主要的操作时序：总线复位、写数据位、读数据位，控制时序如图 2-62-10所示 图 2-6 总线复位 总线复位：置总线为低电平并保持至少 480 s，然后拉高电平，等待从端重新拉低电平作为响 应，则总线复位完成。 图 2-7 写数据位 0 89S52 DS1820 VCCVCC nts王邦：电力载波的温度器控制系统软件设计 12 写数据位 0：置总线为低电平并保持至少 15 s，然后保持低电平 15 s 45 s等待从端对电平采样，最后拉高电平完成写操作。 图 2-8 写数据位 1 写数据位 1：置总线为低电平并保持 1 s 15 s，然后拉高电平并保持 15s 45 s等待从端对电平采样，完成写操作。 图 2-9 读数据位为 0 图 2-10 读数据位为 1 读数据位：置总线为低电平并保持至少为 1 s，然后拉高电平保持至少 1 s，在 15 s内采样总线电平获得数据，延时 45 s完成读操作。 nts四川理工学院本科毕业（设计）论文 13 2.3.3 DS18B20 控制接口 （ 1） 芯片初始化流程如表 2-3所示： 表 2-3 DS18B20初始化流程 表 主机状态 命令 /数据 说明 发送 Reset 复位 接收 Presence 从机应答 发送 0XCC 忽略 ROM匹配（对单从 机系统） 发送 0X4E 写暂存器命令 发送 2B数据 设置温度值边界 TH和 TL 发送 1B数据 温度计模式控制字 （ 2） 温度转换以及读取流程如表 2-4所示： 表 2-4 DS18B20温度转换以及读取 温度 流程 表 主机状态 命令 /数据 说明 发送 Reset 复位 接收 Presence 从机应答 发送 0XCC 忽略 ROM匹配（对单从 机系统） 发送 0X44 温度转换命令 等待 等待 100200 ms 发送 Reset 复位 接收 Presence 从机应答 发送 0xCC 忽略 ROM匹配（对单从 机系统） 发送 0xBE 读取内部寄存器命令 读取 9B 前 2B为温度数据 2.4 加热制冷设计 在本设计方案中，如果温度高于 25度，则启动制冷装置；当温度低于 15度时，则启动加热装置， 因此，在硬件电路设计时，有继电器 控制电炉等 设计电路。 但本次 软件设计中，为了设计的需要 ， 现场室的单片机中外接 两个 普通 LED，一只nts王邦：电力载波的温度器控制系统软件设计 14 是红色，接 P1.7口，模拟加热信号 ；一只是绿色，接 P1.6口， 模拟制冷信号 。 2.5 控制室显示设计 2.5.1 LED 的显示方式 ： 由于本次设计的目的是实 时显示出现场的温度情况，要求同步性能较高，刷 新速度较快，所以 采用了动态扫描 显示 方式 。 动态显示 是把所有显示器的同名字段相并联在一起，并把他们接到字型口上。为了防止各个显示器同时显示出相同的字符，每个显示器的公共端还要受另一组信号控制，既把他们接到字位口上。这样，对于一 个 LED 数码显示器需要有两组信号控制：一组是字型口输出的字型码，用来控制显示什么样的字符：另一组是字位口输出的字位码，用于控制将字符 显示在第几位显示器上。在这两组信号的控制下，使各位显示器依次从右 至 左 轮流点亮 。 虽然在任意 时刻只有一位显示器被点亮，但由于显示器具有余辉效应， 且轮流点亮间隔时间小于人眼所能分辨的时间，所以看起来数码管同时点亮。 2.5.2 显示电路 本次设计 选用 了 译码 /驱动器件 HD74LS48， 它是 TI 公司的高集成度 LED 显示驱动器 ， 采用动态扫描方式显示驱动 2个 LED数码管 ，这样 可占用 少量的单片机端口 ，节约资源。 HD74LS48 与单片机的数据传送采用并行方式 ， 只需 4 个端口，具有占用单片机的资源少、无需在外加电路就可以与单片机协调工作、使用灵活方便、电路简单可靠等优点。 本次设计采用两个数码管显示两位温度数据，具体电路如图 2-11 所示 ： nts四川理工学院本科毕业（设计）论文 15 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 5 - J un - 2 0 0 7 S he e t o f F i l e : D : 分离形式的 步线 b ys j .D d b D r a w n B y:E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10GND20V C C40U18 05 1B I / R B O4RBI5LT3A7B1C2D6a13b12c11d10e9f15g14U2S N 74 4 8V C CR 1 14 .7 KR 1 24 .7 KR41 00R51 00R61 00R71 00R81 00R91 00R 1 01 00e1d2C O M3c4dp5b6a7COM8f9g10abcdefgdpD S 15 01 1 A Se1d2C O M3c4dp5b6a7COM8f9g10abcdefgdpD S 25 01 1 A SA1A2A3A4A5A6A7A1A2A3A4A5A6A7A1A2A3A4A5A6A7图 2-11 显示部分连接图 2.6 报警电路 报警电路 设计采用声光报警， 这里采用 了简单的实现方式 ， 声音报警用蜂鸣器，光报警设计为发光二极管。具体 电路原理如图 2-12和 2-13所示 ： 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 5 - J un - 2 0 0 7 S he e t o f F i l e : D : 分离形式的 步线 b ys j .D d b D r a w n B y:E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10GND20V C C40U18 05 1Q39 01 5R13 30V C CS P E A K E R图 2-12 声音 报警电路图 nts王邦：电力载波的温度器控制系统软件设计 16 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 5 - J un - 2 0 0 7 S he e t o f F i l e : D : 分离形式的 步线 b ys j .D d b D r a w n B y:E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10GND20V C C40U18 05 1L E D 2G R E E NL E D 3R E DR 1 43 00R 1 53 00L E D 1R E DR 1 33 00图 2-13 光报警电路 图 这里设计 有 3 个发光二极管，其中 LED3 是 绿灯， 另外 两个是红灯。绿灯亮表示当前测得的温度值在正常范围内， 若第一个红灯闪烁 并且蜂鸣器发声 ，表示当前温度过低； 第二 个灯闪烁 并且蜂鸣器发声 ， 表示当前测量 的 温度过高 。通过报警 程序 控制 实现 声光 报警。 nts四川理工学院本科毕业（设计）论文 17 第 3章 系统软件设计 3.1 用 wave6000 软件进行程序开发过程 Wave6000 软件是众多单片机应用开发的优秀软件之一，它集编辑、 编译 、仿真于一体，支持汇编 、 C 语言 等 的程序设计， 中文界面 易学易用。下面介绍wave6000软件的使用方法 启动 wave6000: 双击桌面上的 wave6000 图标，弹出如下运行窗口 图 3-1所示 ： 图 3-1 wave 打开界面 新建文件： 点击 文件 -新建文件 ， 出现如下窗口 ，如 图 3-2所示 ： 图 3-2 wave中键入文件界面 nts王邦：电力载波的温度器控制系统软件设计 18 光标在编辑窗口里闪烁，这时可以键入用户的应用程序了， 这里 首先保存该文件，单击菜单上的 “ 文件 ” ，在下拉菜单中选中 “ 保存文件 ” 选项单击， 选择合适的文件夹保存。但注意 键入 正确的 文件名 及文件 扩展名 如 .c、 .asm、 .h等 同样的方法编辑包含文件和模块文件。在“窗口”打开项目窗口 点击“新建项目”，加入相应的模块 文件和包含文件 如图 3-3 所示 ， 并保存相应的项目名称 图 3-3 wave 项目中加入模块文件和包含文件 . 在上图中，单击 “ 仿真器 ” 菜单，再在下拉菜单中单击 “ 仿真器设置 ”选项， “语言”中设置编译器路径“ C:keilc51bin”，在“编译器选择“中选择 keil c， 如图 3-4 所示 ： nts四川理工学院本科毕业（设计）论文 19 图 3-4 wave 仿真器设置 在上图中“目标文件”中选择生成 BIN 文件和 HEX文件，“仿真器”中选择“ S51” .点击“项目”中“全部编译”会 在信息窗口看到错误、警告等，如果编译没有错误，会出现正确信息如 图 3-5所示： 图 3-5 wave项目编译 这时候，可以连接仿真器等进行与硬件连接 至此，我们在 wave6000上做了一个完整 项目 的全过程。 但这只是纯软件的开发过程， 并且 wave软件做单片机 c语言编译时要外嵌编译器，这里 是用的 keil c的编译器， 所以 在用 wave之前要先装有 keil c才能进行编译 。 另外，在编译之前，应把 keil中“ lib”文件夹中的“ cs51.lib”复制到“ bin”文件夹中，才能进行编译工作。 3.2 现场室软件设计 现场室 接通 工作电源后 ，单片机上电复位，先使制冷和加热装 置复位，单片机做好准备读取现场室温度数据。再使 初始化温度传感器 DS18B20，读出现场 室温度值并发送该温度值 。 然后 判断 RT的值 ： 如果 RT=0，则发送温度数据；如果 RT=1，则接 收 控制室返回的控制信息，并 判断 该信息数据： 如果是 0X01，则表示温度高nts王邦：电力载波的温度器控制系统软件设计 20 于 25度，需要降温，启动制冷装置；如果数据是 0X02，则表示温度低于 15度，需要升温，启动加热装置；如果是其他数据，则可能是传输错误信息，不与处理，直接返回读取下一时刻的温度数据。 在设计双机串口通信的时候，要涉及到 双机通信协议，本次设计中通信协议定义为：（ 定义 发送机 为 A，接收机为 B） A机发送“ AA” 向 B机询问，如果 B机准备好则向 A发“ BB”，然后 A接收“ BB”信号后 开始发送数据； B机接收数据，接收完毕又回发“ 00”，表示接收数据完毕。 具体的流程图如下； DS18B20操作的程序流程图 如图 3-6和 3-7所示 ： 图 3-6 初始化 DS18B20程序流程图 图 3-7 DS18B20读温度流程图 开始 芯片复位 复位 温度计模式控制字 向 DS1820 送 0xCCH，命令跳过 ROM 区 向 DS1820 送温度转换命令 44H，延时复位 读取温度值 结束 忽略 ROM 匹配 写寄存器命令 设置边界温度值 结束 送 0xCCH，送 0xBE读寄存器命令 开始 nts四川理工学院本科毕业（设计）论文 21 图 3-8 现场 主程序流程图 图 3-9 现场 接收数据 流程图 现场室数据判断 0x01 0x02 其它 启动制冷 启动加热 A 机的发出联络信号 B 机应答 B 机接收数据 B 机接收完毕发送“ 00” 开始 结束 N Y 复位 初始化DS18B20 得到温度数据 接收数据并处理数据 RT=1 ？ 发送数据 返回 开始 Y N nts王邦：电力载波的温度器控制系统软件设计 22 图 3-10 现场 发送温度数据流程图 3.3 控制室软件设计 控制室接通工作电源后，单片机上电复位；报警电路、显示电路等复位；单片机准备接收电力载波芯片 KQ-100F传 送的温度数据，把此数据在 LED上显示，并与 定义的数据比较，当温度值在 15与 25度之间时，温度正常， LED3亮，继续读取下一个时刻的温度值；当温度值小 于 15度时，启动报警电路：扬声器响， LED1闪烁 ，同时向现场发送加热信息，然后返回读取下一时刻的温度值 ；当温度值大于 25度时，也启动报警电路：扬声器响， LED2闪烁 ，同时向现场发送制冷信息，然后返回读取下一时刻的温度值。 具体的流程图如下： A 机与 B 机握手 B 机准备好 A 机发送温度数据 现场接收到“ 00” 开始 结束 Y N N Y nts四川理工学院本科毕业（设计）论文 23 图 3-11 控制室 主 流程图 复位 控制室接收温度数据 显示温度 数据比较 15 temp 25 正常，LED3 亮 temp 15 temp 25 扬声器响 LED1 亮 扬声器响 LED2 亮 控制室发送加热信息 控制室发送制冷信息 开始 Y N nts王邦：电力载波的温度器控制系统软件设计 24 图 3-12 控制室向现场 发送加热制冷信息流程图 图 3-13 控制室 接受温度 数据 流程图 B 机应答“ BB” A 机发出联络 控制室接收温度数据 接受完毕回发“ 00” 开始 结束 N Y A 机与 B 机握手 B 机准备好 控制室发送加热 /制冷信息 接收到“ 00” 开始 结束 Y N Y N nts四川理工学院本科毕业（设计）论文 25 第 4 章 系统调试 整个系统调试分为硬件调试、 软件 调试和综合测试 三 大部分，下面分别进行讲述。 4.1 硬件电路调试 硬件部分的调试工作主要有：单片机最小系统的调试，包括使晶体振荡电路正常工作，测量其输出端有正常的波形输出；电源电路、复位电路、显示电路、语音报警电路均正常工 作（其关键点的电压、电阻正常）以及各个引脚电压、电流、电阻 均正常。 这部分工作由做硬件的 杨洪坤 同学负责。 4.2 系统软件调试 软件部分的调试主要是修改 其中的语法错误、逻辑错误、文件编译 、 项目编译等，重复修改直至编译全部通过 ，为下一步工作做好准备 。 编译结果 为 图示 4 1和 4 2所示 ： 图 4-1 控制室 程序编译结果 nts王邦：电力载波的温度器控制系统软件设计 26 图 4-2 现场室程序编译结果 4.3 综合测试 在将以上两大部分都调试通过后，即可将程序用下载线或编程器写入到单片机中。 本次设计中，硬件电路由于没有及时购得相应的芯片，综合测试没有能够顺利完成，也没有达到理想的设计目的。 nts四川理工学院本科毕业（设计）论文 27 第 5 章 结论 1.通过毕业设计的课题软件的设计 ， 对单片机的编程有了进一步的学习和认识 ， 特别是 单片机 c 语言编程 ， 相对汇编语 言来说有很