基于单片机的无线环境监控系统的设计-V1.0终稿.docx

基于单片机的环境监测系统的设计专业：电子信息科学与技术班级：08电子(1)班姓名：李春辉 目 录引 言31 系统设计概述61.1 系统总体分析61.2 方案论证92硬件设计102.1 硬件介绍103电路图设计233.1 主要电路图的设计233.2 发送端及接收端电路254软件设计及流程图274.1 软件模块化设计274.2 系统软件设计思想284.3 Keil C51系统概述284.4 系统流程图295系统设计结果及分析325.1 系统设计结果325.2 系统结果分析32结 论33致 谢34参考文献35附录 源程序清单37摘 要随着国家对环境污染问题的重视和公众环境保护意识的提高，无论是控制或防治环境污染和环境恶化，还是从改善环境质量等各个方面，环境保护都是十分重要。环境温度及光照对工业、农业、商业和人们的日常生活都有很大的影响，而温度、光照的测量也就成为人们生产生活中一项必不可少的工作。传统的测温仪、测光仪检测时间长，准确度较低，且使用不方便。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，其中数字温度计、数字测光仪就是典型的应用例子。本文设计的是基于单片机的环境信息采集与传输系统，主要实现对环境温度和光照信息的采集与监控。在设计中以AT89S52单片机为核心控制芯片，完成温度、光照的测量以及数据的无线收发控制等功能。该控制系统的硬件部分，包括：温度采集模块，光照信息采集模块，显示模块，无线通信模块和一些外围接口电路等。在发射端，以单片机为核心芯片，外连无线数据传输模块，DS18B20温度传感器及光敏二极管。在接收端，单片机连接一块1602液晶显示屏和无线数据传输模块。温度信号由DS18B20芯片采集，光照信号通过光敏二极管采集，采集的环境信息由单片机负责处理,无线模块负责传输，同时由接收端所连接的液晶显示模块显示出具体温度值，最终达到通过无线传输实现环境信息的采集及显示的目的。关键词：AT89S52单片机；信息采集；无线传输；液晶显示；串口通讯 AbstractWith the increase of national attention and public awareness of the problems of environmental pollution, the protection of environment is becoming increasingly important.Industry, agriculture, commerce and peoples daily life are greatly affected by temperature and light of environment. Therefore, the measurement of temperature and light has become an indispensable work for the production of people. Traditional thermometer and photometer instrument have longer detection time, lower accuracy and are inconvenient to use. With the improvement of peoples living standard, mcu control is undoubtedly one of the goals that people pursue, including digital thermometer and photometer instrument.In this paper, the environmental information collection and transmission system based on mcu is designed,which aims to collect and monitor temperature and light information of environment.Using AT89S52 mcu as the core control chip, the measurement of temperature and light and the wireless transceiver control of data are completed in this design.At thetransmitting terminal,using mcu as the core chip, there are external module of wireless data transmission, DS18B20 temperature sensor and photodiode. At the receiver, the mcu is connected to a 1602 LCD screen and a module of wireless data transmission.The signal of temperature is collected by the DS18B20 chip and the signal of light is collected by a photodiode.Environmental information collected is processed by the mcu and the wireless module is responsible for transmission .At the same time, the specific temperature value is displayed at LCD module connected to the receiver, and ultimately we achieve the purpose of acquisition and display of environmental information through wireless transmission.Key words: AT89S52 mcu; Information collection; Wireless transmission; LCD display; Serial communication引 言单片机全称单片微型计算(Single Chip Microcomputer),单片机就组成和功能而言，它正如一个微型计算机系统，内部集成了中央处理器(CPU)、随机数据存储器(RAM)、只读程序存储器(ROM)定时器/计数器、输入/输出(I/O)接口电路和串行通信接口等主要功能部件。在发展过程中其功能扩展了各种控制功能，可以独立执行内部程序。本次的设计在单片机的基础上进行开发。信息采集及无线传输系统以单片机为核心，由温度采集电路，湿度采集电路，多路开关电路，A/D转换电路，时钟电路以及复位电路组成，基于单片机对数字信号的高敏感和可控性、温湿度传感器可以产生模拟信号，和A/D模拟数字转换芯片的性能，设计了以AT89S52基本系统为核心的一套检测系统，系统由信号采集、信号分析和信号处理三个部分组成的。实现程序的存储、数据的实时显示、报警和数据辅助存储功能。温湿度监测系统是在环境试验、科学研究(诸如种植、养殖、生物工程、化工工程)、工业生产等领域应用广泛的现场环境控制系统。它能模拟各种环境条件，即按照实际要求精确控制环境的温度和湿度，为研究不同的生化过程创造了良好的环境条件。目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。如实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器，导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡， 录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子玩具等等，这些都离不开单片机以及自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的新产品和新成果。早期的单片机都是4位或8位的。其中最成功的是INTEL的8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。目前，高端的32位单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。汽车上一般配备40多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作。目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。如实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器，导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡， 录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子玩具等等，这些都离不开单片机以及自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的新产品和新成果。1 系统设计概述1.1 系统总体分析1.1.1设计思路分析设计AT89S52单片机为核心芯片的信息采集及无线传输系统时需要考虑下面几个方面的内容： (1)选择合适的电路设计芯片。在本例中的主要器件是单片机和温度传 感器及无线数据传输模块。单片机采用常用的AT89S52单片机，温度传感器则使用DS18B20温度传感器，无线数据传输模块采用SRWF-1021模块。 (2)单片机和其它外接模块的的接口电路设计。 (3)控制温度传感器实现温度信息采集的发送以及数据传输的接收信息的软件设计。 (4)测试环境信息采集系统及无线传输系统的结果。1.1.2系统整体结构分析为了实现系统需求分析的要求，将系统硬件结构划分为几大部分：电源供电部分，复位部分，信息发送端，数据处理中心，信息接收端，信息显示部分等。在系统中，整体结构示意图如图1所示。DS18B20温度传感器及光敏二极管采集温度值和光照情况AT89S52单片机发射端无线传输模块接收端无线传输模块AT89S52单片机1602液晶显示屏显示信息的采集结果图1 系统整体结构示意图无线温度数据采集系统是一种基于单片机技术的无线温度光照检测装置，本设计由温度采集部分，发送/接收部分，显示部分等主要部分组成。温度采集部分采用数字温度传感器DS18B20，控制部分采用AT89S52单片机，外围电路由晶振电路，复位电路，显示部分，无线传输等组成，采集到的温度数据传输到接收单元，在单片机的处理下在1602液晶显示模块上显示3。无线传输部分采用无线传输模块SRWF-1021，单片机不能与无线模块直接通信，需通过串口电路进行数据的传输，串口电路采用RS232串口通信电路，显示部分采用1602液晶显示屏。在系统设计中，将信息采集及传输系统分为两大部分，即发射端和接收端，这两大部分的系统设计框图如图2及图3所示。单 片 机5V电源复位电路数字温度传感器DS18B20光敏二极管发送模块晶振电路图2 发送端系统框图 单 片 机5V电源1602液晶屏接收模块复位电路晶振电路图3 接收端系统框图1.1.3系统工作原理温度采集无线传输系统是一种基于AT89S52的温度检测装置。本系统主要由温度采集部分和接收/发送端，以及显示屏和光敏二极管，SRWF-1021无线传输模块等部分组成。温度采集部分采用数字温度传感器芯片DS18B20，感光元件选用光敏二极管，无线数据传输采用SRWF-1021无线收发模块，显示部分由1602液晶显示屏显示结果以及AT89S52单片机4。打开电源后，本系统由单线数字温度传感器DS18B20芯片采集温度数据，单片机AT89S52发出指令进行数据控制，主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。在硬件上，I/O接单片机I/O，然后数据被传输至单片机AT89S52，再由单片机编程为可以由1602液晶显示屏显示数据。单片机有一个全双工的串行通讯口，所以单片机和无线收发模块之间进行串口通讯。数据被送至低功耗无线传输模块进行无线传输，通讯时要满足一定的条件，比如电脑的串口是RS232电平的，而单片机的串口是TTL电平的，两者之间必须有一个电平转换电路。温度数据的无线传输主要基于低功耗无线传输模块，无线数据传输模块的关键器件是无线收发芯片，本设计选择了SRWF-1021 无线模块，SRWF-1021无线传输数据的收、发由AT89S52控制。首先，对系统要进行初始化，使其进入待机状态，使单片机工作在串口通信方式，利用单片机的中断响应，对无线数据收发模块芯片的相应引脚进行控制，实现数据的接收和发射5。数据经过无线传输及接收后再被传输至接收端的AT89S52单片机中，然后再由单片机将数据转化为可以由液晶显示板1602显示的数据。1.2 方案论证1.2.1温度采集方案采用数字温度传感器DS18B20。该传感器采用单总线接口，能方便的与单片机通信。测温范围从-55到+125，测温精度9-12位可调。1.2.2光照采集方案选用具有感光作用的光敏二极管来检测光照情况。1.2.3无线数据传送方案无线数据传输采用SRWF-1021无线数据传输模块。利用单片机对无线数据收发模块芯片的控制，实现数据的接收和发射。经过发送端将数据进行无线传输后再被传输至接收端的AT89S52单片机中。1.2.4显示界面方案采用1602液晶显示屏，通过无线数据传输模块接收到的数据，经过单片机控制在液晶显示屏上显示出采集到的温度的数值及光照情况。2硬件设计2.1 硬件介绍2.1.1单片机概述单片微型计算机简称单片机，将计算机的中央处理器(CPU)、存储器(ROM,RAM)、输入/输出(I/O口)、并行接口和中断系统等几个单元集成在一小块硅片上的微型机6，是典型的嵌入式微控制器(Microcontroller Unit)，常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。其设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。2.1.2AT89S52芯片介绍(1)功能特性描述AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。(2)AT89S52芯片引脚结构图AT89S52芯片引脚结构图如图4所示。AT89S52有40个引脚，按引脚功能大致可分为4个种类：电源、时钟、控制和I/O引脚。以下是相关引脚说明：图4 引脚结构示意图电源引脚VCC(40脚)芯片电源，接+5V。VSS(20脚)：接地端。时钟XTAL1(19脚)：石英振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2(18脚)：石英振荡器反相放大器的输出端。控制线:控制线共有4根。ALE/PROG(30脚):地址锁存允许信号端。ALE功能：访问外部程序存储器时，用来锁存P0口送出的低8位地址；PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。PSEN(29脚):外部程序存储器(ROM)读选通信号端。当AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。RST(9脚):复位信号输入端，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。EA/VDD(31脚):内外ROM选择/片内EPROM编程电源。EA功能：内外ROM选择端；VDD功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源VDD。I/O线AT89S52共有4个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。P0端口：P0.0P0.7(3239脚) 是一个8位的双向I/O口。当访问外部程序和数据存储器时，可用作数据总线或地址总线。P1端口：P1.0P1.7(18脚) 8位双向I/O口，只做I/O使用，其内部有上拉电阻，上拉电阻就是从电源高电平引出的电阻接到输出。P2端口：P2.0P2.7(2128脚) 是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用；在扩充存储器时，也可当作地址总线使用。P3端口：P3.0P3.7(1017脚) 是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用7。P3口亦作为AT89S52特殊功能(第二功能)使用，用于特殊信号输入输出和控制信号(属控制总线)，如表1所示。表1 P3口引脚第二功能引脚号第二功能备注P3.0RXD (串行数据输入口)P3.1TXD(串行数据输出口)P3.2INT0(外部中断0)低电平有效P3.3INT1(外部中断1)低电平有效P3.4T0(定时计数器0外部输入)P3.5T1(定时计数器1外部输入)P3.6WR(外部数据存储器写选通)低电平有效P3.7RD(外部数据存储器读选通)低电平有效2.1.3光敏二极管(1)光敏二极管概述光敏二极管也叫光电二极管。光敏二极管与半导体二极管在结构上是类似的,其管芯是一个具有光敏特征的PN结，具有单向导电性，因此工作时需加上反向电压。无光照时,有很小的饱和反向漏电流,即暗电流，此时光敏二极管截止。当受到光照时,饱和反向漏电流大大增加，形成光电流,它随入射光强度的变化而变化。当光线照射PN结时，可以使PN结中产生电子一空穴对，使少数载流子的密度增加。这些载流子在反向电压下漂移，使反向电流增加。因此可以利用光照强弱来改变电路中的电流。光的变化引起光电二极管电流变化，这就可以把光信号转换成电信号，成为光电传感器件。光敏二极管如图5所示。图5 光敏二极管(2)光敏二极管工作状态光敏二极管施加有外部反向电压当光敏二极管加上反向电压时，管子中的反向电流随着光照强度的改变而改变，光照强度越大，反向电流越大，大多数都工作在这种状态。光敏二极管不施加外部工作电压光敏二极管上不加电压，利用P-N结在受光照时产生正向电压的原理，把它用作微型光电池。这种工作状态，通常用作光电检测器。2.1.4SRWF-1021无线传输模块(1)SRWF-1021无线传输模块简介SRWF-1021系列无线数传模块为通用无线传输模块，能适应任何标准或非标准的用户协议，用户无需编制多余的程序，实现所收即所发微功率发射，高抗干扰能力，传输距离远，标准配置提供8个信道，如果用户需要，可扩展到16/32信道，满足用户多种通信组合方式，提供2个串口三种接口方式，COM1为TTL电平UART接口，COM2由用户自定义为软件模拟的RS-232/RS-485接口，可传输无限长的数据帧，用户编程灵活，采用单片射频集成电路及单片MCU，体积小，外围电路少，可靠性高，故障率低，多种天线配置方案，满足用户不同的结构需要9。因为其上述优点SRWF-1021系列无线数传模块也适用于：水、电、煤气、暖气自动抄表收费系统，生产线数据采集，铁路、油田、码头及部队的数据通信，医疗和电子仪器仪表自动化控制，灯光无线智能控制等多个领域。(2)SRWF-1021型无线模块接口的定义SRWF-1021提供1个9针的连接器(CON1)，其定义基于终端的连接方法如表2所示。表2 基于终端的连接方法序号SRWF-1021端说明电平连接到终端备注1GND电源地电源地2VCC电源DC3.35.0V3RXD/TTL串行数据接收端TTLTXD4TXD/TTL串行数据发射端TTLRXD5SGND信号地模拟地地相连可与电源相连6A(TX)RS-485的A RS-232的TXA(RX)7B(RX)RS-485的B RS-232的RXB(TX)8SLEEP休眠控制(输入)TTL休眠信低有效t15ms9RESET复位控制(输入)TTL复位信号负脉冲1ms(3)接口类型、接口速率接口方式选择SRWF-1021提供两个串口，COM1跳线ABC的设置状态对应的频点 (CON1的Pin3、Pin4)固定为TLL电平的UART串行口；COM2 (CON1的Pin6, Pin7)可通过J1的D位来选择接口方式10。TTL/RS485/RS232为模块接口方式，本次次设计中采用RS-232接口方式，其示意图如图6，D=1(插短路器)。使用的线束只留下4根线，其连接方式如图6。图6 RS-232接口方式示意图指示灯功能模块上电时，TX灯会闪一次，是模块在往串口输出一串版本号信息。由此判断模块的一些基本信息。比如：SRWF-1021(V11)C=00(433)，TTL/RS485/RS232，8N1/9N1(V11)表示模块程序版本号C=00其中00为信道号，433为通信频段，当模块往空中发送数据时，RX灯(红灯)会闪(RS232/RS485通讯口不闪)，当模块接收到空中的数据时，TX灯(绿灯)会闪烁。模块发送延时当SRWF-1021模块A的RXD收到数据发射后，由另一个模块B收到数据由TXD输出之间有延时(Td)，波特率不同，其延时(Td)也不同。具体延时(Td)如表3。表3 波特率对应数据传输延迟波特率(bps)延迟时间(Td/ms)1200122240058480031960016192008数据传输延迟时序图如图7所示。图7. 数据传输延迟时序图2.1.5串口电路单片机从一个I/O引脚逐位传输一系列二进制编码数据，就是串行通信。串行通信是指外设和计算机适用的一根数据信号线，数据在一根数据信号线上一位一位的进行传输，每一位数据都占据一个固定的时间长度，这种通信方式使用的数据线少，传输速度比并行传输慢11。串行通信的优点在于远程通信和上下位通信，51系列单片机通过自身的串口完成通信，高串口是一个可编程的全双工串行通信接口。串口通信协议的内容：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。即要求接收器能识别高至+3V的信号作为逻辑“0”， 低到-3V的信号作为逻辑“1” 12。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”，传输线采用屏蔽双绞线。2.1.6数字温度传感器DS18B20(1)DS18B20概述在本次设计中选用由美国(Dallas)公司生产的DS18B20一线式数字温度传感器，数字单总线DS18B20温度传感器是目前比较新的测温器件，具有3引脚小体积封装形式。简单的外围电路主要依靠单片机的程序控制，实现温度的实时采集，温度值的十进制数转换，实现温度测量范围为-55 125的温度显示，测温分辨率可达0.0625，可以直接将被测温度转化成串行数字信号，以供单片机处理，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出，其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生。DS18B20数字温度传感器采用单总线技术，多个DS18B20可以并联到3根或2跟线上，CPU只需要一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。同时，它还具有精度高，实现方便、功耗低、微型化、抗干扰能力强等优点，可根据不同需要用于各种温度监控及其他各种温度测控系统中。(2)DS18B20单线数字温度传感器的优点采用单总线的接口方式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；测量温度范围宽，测量精度高。DS18B20 的测量范围为-55 +125 ；在-10+85 范围内，精度为0.5；在实际应用中不需要任何外围元器件即可实现测温；供电方式灵活。DS18B20可以通过内部寄生电路从数据线上获取电源。因此，当数据线上的时序满足一定的要求时，可以不接外电源，从而使系统结构更趋简单，可靠性更高；掉电保护功能。DS18B20内部含有EEPROM，在系统掉电以后，它仍可保存分辨率及温度的设定值。集温度测量，A/D转换于一体，数字量输出，直接与微机接口等优点。(3)DS18B20 的管脚排列及封装图DS18B20的引脚图。如图8，DQ为数字信号输入/输出端；GND为电源地。DS18B20的引脚图及实物管脚分布图如图8所示。DS18B20电源供电方式。DS18B20可以使用外部电源VDD，也可以使用内部的寄生电源，电源供电3.05.5V。VDD为外接供电电源输入端，DS18B20外部电源的连接方式即当DS18B20采用外部供电时，只需将其数据线，与单片机的一位双向端口图8 DS18B20的引脚图及实物管脚分布图相连就可以实现数据的传递14。当VDD端口接地时使用了内部的寄生电源。无论是内部寄生电源还是外部供电，I/O口线要接5K左右的上拉电阻。(4)DS18B20温度传感器的存储器 DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的E2RAM，后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器。数据先写入RAM，经校验后再传给E2RAM。在64BROM的最高有效字节中存储有循环冗余校验码(CRC)。主机根据ROM的前56位来计算CRC值，并和存入DS18B20中的CRC值做比较，以判断主机收到的ROM数据是否正确。(5)DS18B20的温度测量DS18B20内部结构如图所示，主要由四部分组成：64位光刻ROM 、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。若指令成功地使DS18B20完成温度测量，数据存储在DS18B20的存储器。一个控制功能指挥指示DS18B20的演出测温。测量结果将被放置在DS18B20内存中，并可以让阅读发出记忆功能的指挥，阅读片上存储器的内容。温度报警触发器TH和TL都有一字节EEPROM的数据，这些寄存器可作为一般的用户记忆用途。在片上还载有配置字节以理想的解决温度数字转换，写TH，TL指令以及配置字节利用一个记忆功能的指令完成。通过缓存器读寄存器，所有的数据的读，写都是从最低位开始。(6)DS18B20的工作过程复位操作，对系统进行初始化。执行ROM操作的4条指令之一：1)读ROM，2)匹配ROM，3)搜索ROM，4)跳过ROM。存储器操作命令：温度转换、读取温度、设定上下限温度值等指令读取温度数据：主机读取温度数据后进行数据处理。数据位数可设置成9、10、11、12位，其中7位为温度整数部分，1位表示温度正负，其余位数为小数。如9位数据时，有1位为小数，精度为0.5。2.1.7 1602液晶显示模块(1)1602液晶显示模块的概述液晶显示器以其功耗低、体积较小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在各类仪表和低功耗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。在本次设计中选用1602液晶显示模块，能够显示16x02即32个字符(16列2行)，采用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。为了表示的方便 ，后文皆以1表示高电平，0表示低电平。1602液晶模块内部的字符发生存储器(CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等。每一个字符都有一个固定的代码，其中数字与字母同ASCII码兼容。比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B(41H)，显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。其内部还有自定义字符(CGRAM)，可用业存储自已定义的字符。当数据传输过来时，信息采集结果会显示出来，液晶屛的第一行显示“：The temperature is:*”，第二行显示“light on 或light off”。1602液晶显示模块实物图如图9所示。图9 1602液晶显示模块实物图(2)1602液晶显示模块的优点位数多，可显示32位，32个数码管体积相当庞大了显示内容丰富，可显示所有数字和大、小写字母程序简单，如果用数码管动态显示，会占用很多时间来刷新显示，而1602自动完成此功能。(3)1602的管脚1602引脚图如图10所示。第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地图10 1602引脚接口图电源时对比度最高，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度(建议接地，弄不好有的模块会不显示)。第4脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。第6脚： E(或EN)端为使能(enable)端，下降沿使能，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第1516脚：空脚(有的用来接背光电源的正负极)。表4 寄存器选择控制表图RSR/W操作说明00写入指令寄存器(清除屏等)01读bu sy flag(DB7)，以及读取位址计数器(DB0DB6)值10写入数据寄存器11从数据寄存器读取数据(显示各字型等)3电路图设计3.1 主要电路图的设计3.1.1信息采集部分电路信息采集电路分析说明：该电路是用于采集有无光照的数据信息，根据光敏二极管单向导电性的特点，在没有光照时，光敏二极管的反向电阻很大，有很小的饱和反向漏电流,即暗电流，此时光敏二极管截止。当受到光照时,饱和反向漏电流大大增加，形成光电流,此时光敏二极管导通。这样由光的变化引起光电二极管电流变化，这就可以把光信号转换成电信号，成为光电传感器件。该电路中电阻是用于保护电路的作用。DS18B20温度传感器通过对环境的温度的数据采集，将信号送到单片机中，信息在单片机中进行处理，信息也将被送至无线接收模块。信息采集部分电路如图11所示。 图11 光敏二极管及DS18B20温度传感器3.1.2数据处理中心电路电路分析说明：以AT89S52为核心，在单片机各引脚处外接其他元器件，实现数据采集的数据处理及控制系统的作用。数据处理电路图如图12所示。图12 数据处理及控制电路3.1.3无线传输部分电路分析说明：连接到单片机的串口，通过单片机的数据处理及控制电路，实现数据的无线传输。无线传输部分电路图如图13所示。图13 SRWF-1021无线传输电路3.1.4信息显示部分电路电路分析说明：采用1602液晶显示屏，通过单片机对数据处理及对系统的控制，实现无线传输的接收，并在显示屏中显示温度值和光照情况。信息显示电路图如图14所示。图14 1602液晶显示部分电路图3.2 发送端及接收端电路3.2.1信息采集传输发送端部分电路电路分析说明：该电路用于温度及光照的信息采集的发送，电路核心为AT89S52单片机，外接光敏二极管、DS18B20温度传感器、无线传输模块及电源(+5V供电)。在一定环境下光敏二极管及DS18B20温度传感器采集光照及温度数据，经由单片机控制，通过无线传输模块，将数据发送到接收断。信息采集传输发送端电路图如图15所示。3.2.2信息采集传输接收端部分电路电路分析说明：该电路用于由发射端采集的信息进行接收及显示。接收端的无线传输模块通过其通信协议，可接收到数据信息，经过单片机控制后，会在1602液晶显示屏显示出温度值及光照情况。信息采集传输接收端电路图如图16所示。图15 信息采集传输发射端电路图16 信息采集传输接收端电路4软件设计及流程图4.1 软件模块化设计本系统除了硬件支持以外也离不开软件的驱动，采用的是自底向上的开发流程，确定好底层模块的功能，最终集成为一个系统。我们写的汇编语言源程序要变为CPU可以执行的机器码有两种方法，一种是手工汇编，另一种是机器汇编，目前已极少使用手工汇编的方法了。机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件。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。掌握这一软件的使用对于使用51系列单片机来说是十分必要的，如果使用C语言编程，那么Keil就是最好的软件了，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。当使用Keil Software 工具时，项目开发流程和其他软件开发项目的流程很相似：(1)创建一个项目从器件库中选择目标器件配置工具设置(2)用C语言创建源程序(3)修改源程序中的错误(4)测试连接应用4.2 系统软件设计思想设计思想：在设计中采用KEIL 软件对单片机进行开发。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)15。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。Keil C51 Vision2集成开发环境是Keil Software，Inc/Keil Elektronik GmbH开发的基于80C51内核的微处理器软件开发平台，内嵌多种符合当前工业标准的开发工具，可以完成从工程建立到管理、编译、链接、目标代码的生成、软件仿真、硬件仿真等完整的开发流程尤其是C编译工具在产生代码的准确性和效率方面达到了较高的水平，而且可以附加灵活的控制选项，在开发大型项目时非常理想。4.3 Keil C51系统概述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16。用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。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 C51生成的目标代码效率非常高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解，在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。下面详细介绍Keil C51开发系统各部分功能和使用。4.4 系统流程图4.4.1系统主流程图本模块是整个系统的主模块，实现了各个子模块的调用及数据的处理和控制。系统主流程图如图17所示。系统上电复位键初始化系统DS18B20温度传感器采集温度SRWF-1021无线传输模块发送数据光敏二极管检测光照单片机控制电路处理数据发送数据？NOYES复位键初始化系统SRWF-1021无线收发模块接收数据单片机控制电路显示温度值及光照情况？1602液晶屏显示结果NOYES图17 系统主流程图4.4.2系统部分流程图(1)用发送端完成温度及光照情况的数据发送过程，发送端系统流程图如图18所示。发送端上电复位键初始化系统DS18B20温度传感器采集温度SRWF-1021无线传输模块发送数据光敏二极管检测光照单片机控制电路处理数据发送数据？NO接收端YES图18 发送端系统流程图(2)用接收端完成数据接收过程，接收端系统流程图如图19所示。接收端上电复位键初始化系统SRWF-1021无线收发模块接收数据单片机控制电路显示温度值及光照情况？1602液晶屏显示结果NOYES图19 接收端系统流程图5系统设计结果及分析5.1 系统设计结果将编好的C语言程序烧入到单片机后，经软件调试后，检查系统电路板的各元器件连接情况后，分别对发送端和接收端两个电路板上接5V电源，电源指示灯及无线传输模块TX灯闪烁，对系统进行初始化。此时可在1602液晶显示屏中看到温度值及光照情况：“The temperature is 30.3 light off”，可通过认为改变环境的温度及光照情况，则液晶显示屏会随温度的变化而改变温度值，同时光照情况也会有显示为“light on”或“light off”。5.2 系统结果分析运用DS18B20温度传感器及光敏二极管来采集环境变量的数据，采用无线传输模块进行无线传输。通过系统的温度及光照信息采集，可以基本实现系统所要实现的结果，即在液晶显示屏上显示当前环境温度值及环境光照情况。在采集过程中，也会受到元器件本身的性质和环境的影响而对系统产生影响，如温度值显示会有小的偏差，但由于它们也具有一定的稳定性，也能够正确完成信息的采集。系统不仅可以实现环境变量的信息采集，也可以实现远距离传输，同时还可以对程序进行研究和改进，在此基础上实现更加方便和应用范围更广的目标。由于时间关系，本次的毕业设计在设计过程中还存在一些不足和需要改进的地方，但设计所希望实现的结果能够完成，而且收获颇多。结 论单片机以其高可靠性、高性价比，在工业控制系统、数据采集系统、智能化仪器仪表等诸多领域得到广泛的应用。本设计介绍的就是一个以单片机为核心，采用数字温度传感器DS18B20的特性和光敏二极管以及无线传输模块与单片机的结合，进行温度数据的采集存储，并利用无线收发模块进行传输在1602液晶屏数据行显示。可以实现本次设计所要实现的在本设计中采用温度传感器它可以用于多种遥测系统，完成远端环境、资源信息等数据的采集。通过系统的温度及光照信息采集，可以基本实现系统所要实现的结果，即在液晶显示屏上显示当前环境温度值及环境光照情况。系统不仅可以实现环境变量的