基于无线通讯技术电气设备温度检测系统设计

1、届毕业设计说明书1 绪论1.1 引言温度在人类日常生活中饰演着万分重要的角色，同时在工农业出产过程中，温度检测具备十分重要的意义。现阶段温度检测首要是有线温度检测，其温度检测道理为单片机利用温度传感器检测温度，并在PC上位机上显示，或者在数码管和LCD上进行温度显示。同时因为体系没有报警功能，故需要人为来判断是否需要进行升温或者降低温度，这使体系的检测损失了及时性。另外，在某些情况很坏的工业情况，以人工体式格局直接操作设置仪表测量温度也不实际，是以接纳无线体式格局进行温度检测尤为必要。 目前有些设备可以实现无线温度采集，但功耗太高是其最大的缺点，或者存在误差比较大的问题。在实际温度控制过程中既

2、要求体系具备不改变性别、及时性，又需要使体系功耗低及保证温度的匀称性，是以预设一种低功耗的无线温度检测体系颇有意义。同时，用无线通信代替有线的，能够避免当系统出现问题后，排查问题所花费的很多时间。无线通讯技术的电气设备温度检测系统，是目前为止实际温度检测、传送中最重要和最有效的自动化手段，已经准备改系统的场合能够很好的进行安全生产和降不可知的损失降到最低，实践证明，改系统可对工厂的自动化程度以及促进温度管理现代化水平，都有这轻重的作用。 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温度传感器技术而开发设

3、计了这一温度测量系统。文中将传感器理论与单片机实际应用有机结合，详细地讲述了利用热电阻作为温度传感器来测量实时的温度，以及无线发送、接收，及其终端显示。 整个系统的结构图设计会在第三章中有比较详细的介绍，由该设计图可知，该系统与传统扫频仪相比，成本低，体积小，使用方便。1.2 温度测量技术现状和发展在工业、医疗、军事和生活等许多地方，温度都是一个重要的测量参数。温度的主动监测已经成为各行各业进行安全生产和减少损失采取的重要措施之一。传统的温度测量方式周期长、施工复杂，效率低，不便于管理，发生故障时，很多测温方式根本无法实现测量工作，因而温度的无线传输系统，采用先进传感技术、无线通信技术、自动化

4、控制技术、数字识别技术、抗电磁干扰技术，可对多种环境条件下的温度实现现场和远程智能化在线监测和预警。同时，温度是在工业、农业、国防和科研等部门中应用最普遍的被测物理量。有资料表明，温度传感器的数量在各种传感器中位居首位，约占50%左右。因此，温度测量在保证产品质量，提高生产效率，节约能源，安全生产，促进国民经济发展等诸多方面起到了至关重要的作用。随着科技的发展和“信息时代”的到来，作为获取信息的手段传感器技术得到了显著的进步，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。因此，了解并掌握各类传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。传感器主要用于测量和控制系统，它的性能好坏直接影

5、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与信息处理结合起来，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。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

6、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温度传感器技术而开发设计了这一温度测量系统。文中将传感器理论与单片机实际应用有机结合，详细地讲述了利用热电阻作为温度传感器来测量实时的温度，以及实现热电转换的原理过程 近百年来，温度传感器的发展大致经历了以下三个阶段：传统的分立式温度传感器（含敏感元件），模拟集成温度传感器/控制器，智能温度传感器（数字温度传感器）。智能温度传感器有以下三个显著的特点；第一是能输出温度数据及相关的温度控制量，配合各种微处理器（MCU）；第二是能以最简方式构成高性价比、多功能的智能化温度控制系统；第三是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能，其

7、智能化程度也取决于软件的开发水平。 1.3 温度测量方法分类温度测量方法有很多, 也有多种分类, 由于测量原理的多样性, 很难找到一种完全理想的分类方法。（1）、接触式测温方法原理及特点接触式测温方法包括膨胀式测温、电量式测温和接触式光电、热色测温等几大类。接触测温法在测量时需要与被测物体或介质充分接触, 一般测量的是被测对象和传感器的平衡温度, 在测量时会对被测温度有一定干扰。（2）、非接触式测温方法原理及特点 非接触式测温方法不需要与被测对象接触, 因而不会干扰温度场, 动态响应特性一般也很好, 但是会受到被测对象表面状态或测量介质物性参数的影响。非接触测温方法主要包括辐射式测温、光谱法测

8、温、激光干涉式测温以及声波测温方法等。虽然温度测量方法多种多样, 但在很多情况下,对于实际工程现场或一些特殊条件下的温度测量, 比如对极限温度、高温腐蚀性介质温度、气流温度、表面温度、固体内部温度分布、微尺寸目标温度、大空间温度分布、生物体内温度、电磁干扰条件下温度测量来讲, 要想得到准确可靠的结果并非易事, 需要非常熟悉各种测量方法的原理及特点, 结合被测对象要求选择合适的测量方法才能完成。同时, 还要不断探索新的温度测量方法, 改进原有测量技术, 以满足各种条件下的温度测量需求。综上所述，开发研制适用于中小型温度检测系统的任务迫在眉睫，而根据我国生产和管理模式，依照我国的有关技术标准，其技

9、术的先进性、产品的可靠性和实用性则是本项目的关键所在。1.4 本论文的主要内容在学习传感器和通信基本知识的基础上，能够达到运用的程度，设计一种测温范围宽、微功耗、可靠性高的接触式高压电气设备温度采集器。该温度采集器包括温度传感器、电池、通讯模块、CPU、休眠唤醒电路等部分。仪器的设计，本着简明科学实用的原则，力求从整体出发，从实际使用出发，突出系统的可靠性免维护免培训特点和系统结构的简明完整性，把对操作人员的专业技术要求降到最低，发挥系统整体设计的优势，使系统整体性能达到最佳，功能强大而操作简单，测量精确而维护方便。在系统设计中，应充分应用近年来发展起来的各种新技术新器件新方法，在保证各项性能

10、指标能够满足系统方面要求的前提下，力求简化结构，降低成本，提高可靠性和稳定性。作为一种完整的基于无线通讯技术的电气设备温度检测系统，它至少应具备一下设备和功能：（1）、传感器：监测要素的采集，转换转换后电信号的处理，加工（2）、无线传输系统信号的远距离传送信号的调制和解调（3）、主控计算机系统信号的采集 数据的处理5（4）、其他外围器件显示模块1602报警蜂鸣器等2 总体设计方案2.1 设计方案论证根据铂电阻PT100的温度特性，将铂电阻接入电桥电路，再把电桥电路输出的微弱的电压信号送到ADAM3013处理，A/D转换模块选择AD976芯片将模拟电压信号转换成数字信号，并送入单片机中。单片机接

11、收到该测量数字信号后，调用存放在存储器中的程序对其进行各种智能化处理，如进行非线性补偿、平均滤波、各种进制的转换等，最后得出在允许误差范围内的测量温度值，并由nRF24L01发出，接收端同样采用nRF24L01接收后，通过收集器处理单元的RS232接口传送给变电站的数据集中器，再由监控中心的通讯服务器接入电力系统的MIS 或EMS 系统，对系统进行实时温度监控。2.2 设计方案微电子技术和红外、无线等技术的高速发展，为直接接触测温，非接触传输提供了条件。本系统采用PT100热敏电阻进行温度直接测量, 数据传给单片机后经过处理，通过nRF24L01射频收发器件发给接收器，由浮动充电电池供电, 减

12、少高低压之间的电气联系。本系统中设计了专用的隔离电源，实现温度传感器的稳定供电本文利用短距离无线通信技术，开发了接触式在线温度检测系统。针对户内设备，使用无线通讯方式，户外设备采用无线通讯方式。该系统由温度采集器、收集器，变电站数据集中器和基于PC 的人机界面系统组成。温度采集器采用微功耗微处理器和高精度热敏电阻器构成温度采集电路，并以无线通讯方式向接收装置传输实时温度数据，确保了远距离无线通信和温度的在线检测。为了保证温度采集装置的供电可靠性，按户内和户外分别采用不同的供电方式。接收装置通过网络将数据传到变电站集中器，再发送到监控中心的通讯服务器中。设计结构如下图2.1和图2.2：图2.1

13、采集发送图2.2 接收处理3 器件选择与说明3.1 单片机简介3.1.1 单片机的发展史单片机的发展大致可分为4个阶段：(1) 初始阶段由于受到技术发展的影响，单片机的制作工艺较差、集成度较低，这个阶段的单片机多采用双片结构，且功能比较简单。有些单片机在应用过程中，由于内部资源太少，需要外接其他功能芯片才能实现应用功能。(2) 低性能阶段在此阶段，单片机的功能有了进一步发展，相关的接口电路、定时器、计数器等都集成到一个芯片中。同时单片机被推向市场，促进了单片机的变革。(3) 高性能阶段在这个阶段，单片机的品种逐渐增加，功能不断完善，其内部的RAM、ROM都有所增大，寻址范围也变大，并且增加了串

14、行口和多级中断处理。(4) 16位单片机阶段由于电子元件、系统结构和软件技术的不断进步，单片机的制造工艺和集成度都得到迅速发展，其内部资源得到了较大的扩展，实时处理能力更强。3.1.2 单片机应用系统根据单片机应用场合及系统控制的要求不同，可分为基本系统和扩展系统。(1) 基本系统在此系统中，包含一片单片机，在该单片机中含有程序存储器和数据存储器，仅在外部配置了维持系统运行的基本部件，例如电源、输入/输出，除了这些，还包括不扩充程序存储器、数据存储器、I/O接口以及其他功能部件，因此也被称为最小系统。(2) 扩展系统在大多数系统中，由于需要实现一些特殊的功能，采用最小系统无法满足系统的控制要求

15、，所以要扩展特殊功能部件，弥补单片机内部资源的不足。单片机扩展系统通过并行I/O口或者串行口做总线，在外部扩展了程序存储器、数据存储器、A/D转换等特殊部件，以满足控制系统的特殊要求。3.1.3 单片机发展趋势随着科学技术的不断发展，单片机的工艺和集成度不断提高，其功能正朝着多功能、高性能的方向发展，主要体现在以下几个方面。(1) CPU功能增强CPU的性能主要体现在数据处理的速度和精度上，通过增加CPU的字长、扩充硬件、提高总线速度和处理效率等手段，提高CPU的性能。(2) 内部资源增加单片机除了CPU外还有其他部件，通过增强已有部件的性能和增加特殊功能的部件来提高单片机的性能。例如增大存储

16、器的容量，现在一些高端单片机的程序存储器的ROM、EPROM、EEPROM或者FLASH都达到几十KB，而数据存储器的RAM也已达到几KB。一般的控制系统要求的功能较多，采用较低端的单片机，由于其内部资源不够，无法实现控制要求，因此需要扩展部件，而扩展部件又会造成系统可靠性降低，所以要在工艺水平提高的基础上，尽量集成较多的部件在单片机内。单片机的特殊部件包括I/O口（并行口和串行口两种）、定时/计数器、A/D和D/A转换器、PWM输出等，通过在内部集成此类部件，可大大增强单片机的控制功能。(3) 寻址范围增加寻址方式的多少直接反映了机器指令系统功能的强弱，寻址方式越多，其功能越强，灵活性越大，

17、这也是衡量单片机性能的重要指标之一。现在已有部分单片机对外部存储器、I/O的寻址范围增加到几MB，甚至有单片机可以选择某些I/O口作为系统的扩展总线使用。(4) 小型化、低功耗在一些智能控制系统中，其整体系统体积较小，功率不大，因此要求单片机的体积和功耗都要在一定范围内，促使单片机向小型化、低功耗的方向发展。3.1.4 单片机编程语言概述单片机应用程序可以通过高级语言（如C语言等）来进行设计，也可通过汇编语言来设计。汇编语言是编写单片机应用程序较常用的语言之一，它是用助记符、符号和数字等来表示指令的程序语言，相对于机器语言容易理解和记忆。它与机器语言指令是一一对应的，与计算机内部的硬件结构有关

18、。使用汇编语言编写程序，一般可分为以下几个步骤。(1) 确定算法：根据系统实现的功能，解决采用何种算法和如何实现等问题。(2) 制定程序流程图：把需要实现的功能，按照程序算法的具体步骤做出流程图。(3) 写出源程序：根据系统的功能要求和流程图，选出适当的指令和结构完成源程序的编制。(4) 上机调试：将编写好的源程序进行汇编后生成可执行代码，根据程序的运行情况，检查程序的错误，对运行结果进行详细分析，直到完全满足系统的功能要求。由于汇编语言与CPU的硬件结构紧密相关，所以其通用性较差，无法实现移植，同时使用汇编语言必须对所使用的CPU结构和性能有所了解，因此对程序设计人员有较高的要求。近些年来，

19、越来越多的人使用C语言来编写单片机应用程序，主要是因为C语言有较好的可移植性和硬件控制能力，并且其表达能力和运算能力也较强。3.2 微处理器的选择该设计采用MSP430F149 单片机作为核心控制模块，其最主要特点为低功耗。MSP430F149 具有双串口的特点，利用其中的一个串行口与PC 机进行通讯时，两者之间必须通过RS 232 电平转换芯片。单片机与无线发射模块nRF24L01 通讯时可通过通用I/ O口模拟串口通讯。现场温度数据的采集是利用PT100热敏电阻通过ADAM3013精密放大后在给A/ D 转换器来将模拟信号转变数字信号，在送给MSP430F149 单片机处理。将按键作为输入

20、模块，用来改变温度报警的上下限。由于设计要求不需要太多内容的显示，考虑到功耗及性价比，可以自制一个简易段码液晶用于显示 ，CPU控制模块引脚如图3.1所示：图3.1 MSP430F149芯片引脚58脚RST/NMI 为430单片机的复位引脚（低电平有效）。1脚DVCC，63脚DVSS 为数字电源接口。64脚AVCC，62脚AVSS 为模拟电源接口。注意：MSP430系列单片机的供电电压为1.8V3.6V。说明（在MSP430小系统中数字电源地与模拟电源地必须通过0欧电阻连接起来以防止数字电路产生的高频信号对模拟电路造成影响）32脚UTXD0，33脚URXD0 的第二功能为MSP430F149单

21、片机两路串口通讯接口中的第一路。 34脚UTXD1，35脚URXD1 的第二功能为MSP430F149单片机两路串口通讯接口中的第二路。29脚SIMO0，30脚SOMI0，31脚UCLK0 的第二功能为MSP430F149单片机两路SPI通讯接口中的第一路。45脚SIMO1，46脚SOMI1，47脚UCLK1 的第二功能为MSP430F149单片机两路SPI通讯接口中的第二路。48脚 的第二功能为MSP430F149单片机MCLK（主系统时钟）的输出端49脚 的第二功能为MSP430F149单片机 SCLK（子系统时钟）的输出端50脚 的第二功能为MSP430F149单片机 ACLK（辅系统时

22、钟）的输出端。52脚，53脚 为外部高频时钟晶振输入端（程序中说明一般用XT2CLK或HF XTAL表示）。8脚， 9脚 为外部低频时钟晶振输入端（程序中说明一般用LFXTICLK表示）。59脚TA0，60脚TA1，61脚TA2，2脚A3，3脚A4，4脚A5，5脚A6，6脚A7 的第二功能为8路的内部12位ADC模拟电压输入端口。54脚TDO/TDI，55脚TDI/TCLK，56脚TMS，57脚TCK 为JTAG接口（同时拥有仿真器和编程器的功能），用于下载程序并实现硬件在线仿真。3.3 温度采集模块用铂电阻PT100作为传感器测量外界温度，采用4线制接到研华公司的ADAM-3014电阻温度探

23、测器模块，尤其完成温度信号变成电压信号。ADAM-3013是一款可在电阻导轨上安装的输入信号调节模块,在1000VDC下在输入,输出和功率间它有三条独立的通道.开关结构的输入,输出为铂热电阻和镍热电阻提供了灵活的,宽范围的能力.ADAM-3013的电阻输入能被设定为任意的1到14的定义范围温度和2个为OEM定义的范围.输出与电阻温度输入成线性化并能被设置为05V,010V或020mA.ADAM-3014是最经济的，可现场进行配置的隔离信号调节装置，可在周围的有害作用，发动机噪声和其他电磁干扰的情况下用于在保护程序信号。ADAM-3014的最新的光学分离技术这一特点支持了在低功率消耗以及极其精准

24、的宽范围操作环境下的1000DVC隔离。由于样品两端电压为微伏级别，而标准电阻两端为毫伏级别，因此为了节省成本，只在样品电压输入通道上安置电压隔离IO模块ADAM-3014，而标准电阻的通道则省去。ADAM-3014主要参数及引脚图如下图3.2所示： I/O ：Accuracy ±0.1% of full range (typical) Common Mode > 100 dB 50 Hz/60 Hz Rejection Current Input Bipolar: ±20 mA Unipolar: 0 20 mA Input impedance: 250 Curre

25、nt Output 0 20 mA Stability 150 ppm (typical) (Temperature Drift) Voltage Input Bipolar input: ±10 mV, ±50 mV, ±100 mV, ±0.5 V, ±1.0 V, ±5 V, ±10 V Unipolar input: 0 10 mV, 0 50 mV, 0 100 mV, 0 0.5 V, 0 1 V, 0 5 V, 0 10 V Input impedance: 2 M Input bandwidth: 2.4 k

26、Hz (typical) Voltage Output Bipolar: ±5 V, ±10 V Unipolar: 0 10 V Impedance: < 50 Drive: 10 mA max. General ：Certifications CE, FM Connectors Screw terminal Enclosure ABS Indicators Power LED indicator Isolation 1,000 VDC (Three-way) Power 0.85 W (voltage output) Consumption 1.2 W (curr

27、ent output) Power Input 24 VDC ±10% Operating -10 70° C (14 158° F) Temperature Storage -25 85° C (-13 185° F) Temperature图3.2 ADAM-3013引脚图3.4 运算放大器该部分由仪用放大器INA128完成。仪用放大器由三个运放组成，具有高共模抑制比、高电压增益、低噪声、高输入阻抗的主要特点，主要运用于工业测量、医疗仪器中测量微弱的差模信号。本次选用的INA128为低功耗、高精度的通用仪用放大器，提供外接电阻来改变增益倍数

28、，具体公式为： (3-1)图3.3运算放大器G为增益倍数，RG为用来改变增益的外接电阻值。通过调节RG可以很方便的在不同通路得到不同的增益倍数。为消除地线回路干扰，进一步提高其精确度，在通路始端增设了ISO124精密隔离放大器。ISO124是一款集成了一种新的占空比调制解调技术的精密隔离放大器。信号传输数字化形式跨越一个2pF的电容的隔离。数字隔离调制不影响信号的完整性，因此信号通过隔离有卓越的可靠性和良好的高频瞬变脉冲抗干扰度。对于微伏级别的样品电压信号，在始端增设隔离放大是很有必要的。3.5 无线通信模块设计nRF24L01 是一款新型单片射频收发器件，工作于2. 4 2. 5 GHz I

29、SM 频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块，并融合了增强型ShockBurst 技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。nRF24L01 功耗低，有多种低功率工作模式( 掉电模式和空闲模式) 使节能设计更方便，图3.4为它的应用电路。 图3.4 NRF24L01 应用电路从单片机控制的角度来看，只需要将图3 中左边的6 个控制和数据信号与单片机通用I/ O 口相连。3.5.1引脚功能及描述引脚名称引脚功能描述1CE数字输入RX或TX模式选择2CSN数字输入SPI片选信号3SCK数字输入SPI时钟4MOSI数字输入从SPI数据输入脚5MISO数字输出从SPI数据

30、输出脚6IRQ数字输出可屏蔽中断脚7VDD电源电源（+3V）8VSS电源接地（0V）9XC2模拟输出晶体振荡器2脚10XC1模拟输入晶体振荡器1脚/外部时钟输入脚11VDD-PA电源输出给RF的功率放大器提供的+1.8V电源12ANT1天线天线接口113ANT2天线天线接口214VSS电源接地（0V）15VDD电源电源（+3V）16IREP模拟输入参考电流17VSS电源接地（0V）18VDD电源电源（+3V）19DVDD电源输出去耦电路电源正极端20VSS电源接地（0V）表 （1）3.5.2工作模式通过配置寄存器可将nRF241L01配置为发射、接收、空闲及掉电四种工作模式，如表1所示。 模式

31、PWR_UPPRIM_RXCEFIFO寄存器状态接收模式111-发射模式101数据在TX FIFO 寄存器中发射模式1010停留在发送模式，直至数据发送完待机模式2101TX FIFO 为空待机模式11-0无数据传输掉电0-表 （2）待机模式1主要用于降低电流损耗，在该模式下晶体振荡器仍然是工作的; 待机模式2则是在当FIFO寄存器为空且CE=1时进入此模式； 待机模式下，所有配置字仍然保留。 在掉电模式下电流损耗最小，同时nRF24L01也不工作，但其所有配置寄存器的值仍然保留。3.5.3工作原理 时，首先将nRF24L01配置为发射模式：接着把接收节点地址TX_ADDR和有效数据TX_PL

32、D按照时序由SPI口写入nRF24L01缓存区，TX_PLD必须在CSN为低时连续写入，而TX_ADDR在发射时写入一次即可，然后CE置为高电平并保持至少10s，延迟130s后发射数据;若自动应答开启，那么nRF24L01在发射数据后立即进入接收模式，接收应答信号（自动应答接收地址应该与接收节点地址TX_ADDR一致）。如果收到应答，则认为此次通信成功，TX_DS置高，同时TX_PLD从TX FIFO中清除;若未收到应答，则自动重新发射该数据(自动重发已开启)，若重发次数(ARC)达到上限，MAX_RT置高，TX FIFO中数据保留以便在次重发;MAX_RT或TX_DS置高时，使IRQ变低，产

33、生中断，通知MCU。最后发射成功时,若CE为低则nRF24L01进入空闲模式1;若发送堆栈中有数据且CE为高，则进入下一次发射;若发送堆栈中无数据且CE为高，则进入空闲模式2。 接收数据时,首先将nRF24L01配置为接收模式，接着延迟130s进入接收状态等待数据的到来。当接收方检测到有效的地址和CRC时，就将数据包存储在RX FIFO中，同时中断标志位RX_DR置高，IRQ变低，产生中断，通知MCU去取数据。若此时自动应答开启，接收方则同时进入发射状态回传应答信号。最后接收成功时，若CE变低，则nRF24L01进入空闲模式1。3.6 LED数码显示管数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八

34、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）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管；按发光二极管单元连接方式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

35、，相应字段就不亮。 3.6.1 驱动方式数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。 3.6.2 静态显示驱动静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要5×840根I/O端口来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个呢：），实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电

36、路的复杂性。 3.6.3 动态显示驱动动态显示驱动：数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱

37、动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。设计选用七段LED数码管（图3.6），这种数码管是利用7个LED（发光二极管）外加一个小数点的LED组合而成的显示设备，可以显示09等10个数字和小数点。设计采用共阳极数码管，如图3.7所示。图中的8个LED分别与上面那个图中的ADP各段相对应，通过控制各个LED的亮灭来显示数字。 图3.5 图3.6 图3.7 实际的数

38、码管的引脚排列.对于单个数码管来说，从它的正面看进去，左下角那个脚为1脚，以逆时针方向依次为110脚，左上角那个脚便是10脚了，上面两个图中的数字分别与这10个管脚一一对应。3脚和8脚是连通的，这两个都是公共脚。3.7 LED数码显示管在温度采集过程中，由于系统随时需要将采集到的温度数值通过PC 机上的VC 界面进行显示，因此需要在PC 机和单片机之间进行相互通信。由于PC 机的RS 232 电平与单片机的TTL 电平不同，因此用MAX232 芯片实现电平的相互转换，这样就可以实现单片机与PC 机之间的相互通信。 图3.83.7.1引脚介绍 第一部分电路。由1、2、3、4、5、6脚和2电容构成

39、。功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。 第二部分是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道。 8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。 TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头；DB9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。 第三部分是供电。15

40、脚GND、16脚VCC（+5v）。3.7.2主要特点 1、符合所有的RS-232C技术标准2、只需要单一 +5V电源供电 3、片载电荷泵具有升压、电压极性反转能力，能够产生+10V和-10V电压V+、V- 4、功耗低，典型供电电流5mA 5、内部集成2个RS-232C驱动器 6、高集成度，片外最低只需4个电容即可工作3.8 AD转换芯片由于MSP430单片机自身所带的AD芯片位数不高，所以采用16位的AD976，该芯片具有100/200kSPS的高通过率，且片内集成ADC、参考电源和时钟，采用了开关电容/电荷重分布结构，其内部的自动校正逻辑可以校正内部的非线性，从而使其性能整体上得到了优化。芯

41、片提供了8位与16位两种数据接口供选用。其引脚图如下： 图3.9AD976主要引脚功能如下：位数据转换结果输出引脚：模拟电压输入，输入电压范围为±；：参考电压输入输出引脚，该引脚可接内部的参考电压，也可选用外部的参考源。通常需在和引脚之间连接一个的钽电容；：参考缓冲输出，在和引脚之间也需连接一的钽电容；：模拟电源引脚，通常接；：模拟地，用于引脚的参考点；：模拟地；：数字电源引脚，通常接；：数字地； ：读转换输入，当引脚为低电平时，可在 引脚的下降沿使内部采样保持器进入保持状态并起动一次转换；：片选信号输入，当 引脚为低电平时，可在引脚的下降沿起动一次转换；当 引脚为高电平时，在引脚的

42、下降沿输出数据位有效；当引脚为高电平时，输出数据位将呈高阻状态；：状态输出；：字节选择引脚，为低电平时，引脚上的数据为高字节，引脚上的数据为低字节；当为高电平时，引脚上的数据为低字节，引脚上的数据为高字节。4 硬件电路设计4.1 温度检测电路前置端热电偶放置于被测点将检测的温度信号传给ADAM-3014电阻温度探测器模块，将模拟温度信号转换成数字信号，其ADAM-3014自身所带的放大作用能有效的减小误差，增加设备的有效性，其进一步放大电路电路图如下：图4.1放大电路4.2 电源电路根据芯片资料，稳压管7805输入输出与地之间应当接0.33微法和0.11皮法的电容，但由于器件的限制，实际电路中

43、直接用9V电池的正极作为稳压管7805的输入，电池负极接地，实测输出电压为5.01V，符合要求。实际的电源电路如图4.2所示。4.2.1 7805概述 图4.2电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出的78 ×× 系列和负电压输出的79××系列。顾名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。它的样子象是普通的三极管，TO- 220 的标准封装，也有9013样子的TO-92封装。 用78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而

44、且价格便宜。该系列集成稳压IC型号中的78或79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如7806表示输出电压为正6V，7909表示输出电压为负9V。 因为三端固定集成稳压电路的使用方便，电子制作中经常采用。4.2.2 注意事项 在实际应用中，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器（当然小功率的条件下不用）。当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。 当制作中需要一个能输出1.5A以上电流的稳压电源，通常采用几块三端稳压电路并联起来，使其最大输出电流为N个1.5A，但应用时需注意：并联使用的集成稳压电路应采用同一厂家、同一批 号的产品，以保证参数的一致。另外在输出电流上留有一定的余量

45、，以避免个别集成稳压电路失效时导致其他电路的连锁烧毁。 在78 * 、79 * 系列三端稳压器中最常应用的是TO-220 和TO-202 两种封装。这两种封装的图形以及引脚序号、引脚功能如附图所示。 从正面看引脚从左向右按顺序标注，接入电路时脚电压高于脚，脚为输出位。如对于78*正压系列，脚高电位，脚接地，；对与79*负压系列，脚接地，脚接负电压，输出都是脚。如附图所示。 此外，还应注意，散热片总是和接地脚相连。这样在78*系列中，散热片和脚连接，而在79*系列中，散热片却和脚连接。4.3 晶振电路图10 晶体振荡器的简称，在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络，电

46、工学上这个网络有两个谐振点，以频率的高低分其中较低的频率是串联谐振，较高的频率是并联谐振。由于晶体自身的特性致使这两个频率的图4.3晶振电路距离相当的接近，在这个极窄的频率范围内，晶振等效为一个电感，所以只要晶振的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电路。由电容串联电阻构成，当系统一上电，RST脚将会出现高电平，并且，这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定。典型的单片机当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位，所以，适当组合RC的取值就可以保证可靠的复位。原则就是要让RC组合可以在RST脚上产生不少于2个机周期的高电平。晶振电路如图4.3所示。4.4 上电复位电路图4.4上电复位电路

47、在RST引脚上输入2个机器周期以上的高电平，机器便进入复位状态，此时ALE、PSEN、P0、P1、P2、P3输出高电平，RST上输入返回低电平以后，便退出复位状态开始工作。上电复位电路如图4.4所示。4.5 与上位机通信电路上位机通信部分完成与上位机之间的输入输出功能。包括传达上位机指令与传输测得的数据。该部分使用串口通信，常用的芯片为MAX232。该芯片是由德州仪器公司(TI)推出的一款兼容RS232标准的芯片。由于电脑串口rs232电平是-10v +10v，而一般的单片机应用系统的信号电压是ttl电平0 +5v,max232就是用来进行电平转换的,该器件包含2驱动器、2接收器和一个电压发生

48、器电路提供TIA/EIA-232-F电平。在本系统中只需使用其中一路。该器件符合TIA/EIA-232-F标准，每一个接收器将TIA/EIA-232-F电平转换成5-V TTL/CMOS电平。每一个发送器将TTL/CMOS电平转换成TIA/EIA-232-F电平。图4.54.6掉电保护电路掉电保护指在正常供电电源掉电时，迅速用备用直流电源供电，以保证在一段时间内信息不会丢失，当主电源恢复供电时，又自动切换为主电源供电。掉电保护的数据暂存芯片使用AT24C02。该芯片是一个2k的位串行CMOS E2PROM。在非正常掉电时，CPU会把当时的数据与状态存入AT24C02。这时，滤波的电容起着为 C

49、PU供电的作用。等到下一次上电时， 图4.6掉电保护电路 系统会重新读取AT24C02中的数据与状态，以继续上次未完成的工作。4.7滤波电路图4.7滤波电路对于单片机应用系统来说，工作环境中会遇到各种干扰，主要有三种：空间干扰，如电磁辐射；供电系统干扰，如电网的欠压或过压等；过程通道干扰，如测量通道中的干扰。其中供电系统的干扰最为严重。大部分嵌入式系统的直流电源都是通过市电经过整流、稳压、滤波后提供的，然而电网电压受电气设备的通断、故障跳闸等影响，往往会造成电源电压的波动。本系统中有5V的TTL电压，还有多路±12V的输入输出设备的电压，因此要通过电容滤波来减少这些电平之间的相互影响

50、13。我们主要采取以下措施：(1)用压敏电阻抑制尖峰、浪涌压敏电阻两端的电压如超过其限定值时，电流会迅速增大，呈短路状态，利用这一特点，可以用它吸收瞬间的尖峰、浪涌电压。压敏电阻并联在电源变压器的初、次级，加入压敏电阻后，电源干扰造成单片机程序失控的可能性减小。(2)滤波器抑制高频干扰市电中含有多种高次谐波，它们很容易经电源进入单片机应用系统，另外一些射频发射、电磁波等也会由电源线感应反馈入单片机系统造成干扰，电源干扰可以以“共模”或“差模”方式存在。(3)电路抗干扰设计微处理器系统的设计常常面临上电慢、稳定慢、外部负载引起供电电压有毛刺等一系列问题。为保证系统正常工作，要求微处理系统上电时能

51、够正常启动，能够自动检测系统发生的错误，减少故障造成的影响，并在无人干预的情况下，系统能自动恢复正常。监控芯片是监控和维护这些系统运行的低价、有效的办法。5 系统软件设计及抗干扰措施5.1系统软件设计进行微机测量控制系统设计时，除了系统硬件设计外，大量的工作就是如何根据每个测量对象的实际需要设计应用程序。因此，软件设计在微机测量控制系统设计中占重要地位。对于本系统，软件设计更为重要。在单片机测量控制系统中，大体上可分为数据处理、过程控制两个基本类型。数据处理包括：数据的采集、数字滤波、标度变换等。过程控制程序主要是使单片机按一定的方法进行计算，然后再输出，以便达到测量控制目的。软件设计主要是对

52、温度进行采集、显示,因此，整个软件可分为温度采集子程序、显示子程序、及系统主程序。5.2 数据采集子程序设计该子程序功能是把来自热电偶传感器的模拟信号转换为数字信号，完成的操作有启动AD转换器、延时等待AD转换器转换结束，读取转换结果并将其存入RAM等，程序框图如图所示。图5.15.3 数据处理程序设计本处理采用数据滤波子，在微机应用系统的输入信号中，一般都含有种种噪声和干扰，它们主要来源于被测信号本身、传感器或外界的干扰。为了提高信号的可靠性，减小虚假信息的影响，可采用软件方法实现数字滤波。在本程序设计中，采用了取极值平均滤波的办法，该方法有效地去除了随机干扰和传感器不稳定引起的失真。滤波子

53、程序框图见图图5.25.4 无线模块控制流程无线通信模块分为发送和接收两个，发送模块接收来自单片机处理后的温度数据信号，并将其发送的给接收模块。当接收模块检测到发送模块发送的信号后，上传到PC机。其具体流程图入图所示：图5.36 结论本系统基于实际的调研，提出了电气设备温度检测的设计要就，根据设计要完成相应的自动检测系统的硬件设计和软件编制工作。该系统在符合自动化水平上、技术指标上及上下位机通讯软件的实用性、可控性基本上都达到设计要求。开题报告定下来之后，我便立刻在学校的图书馆着手资料的收集工作中，当时面对众多网络资料库的文章真是有些不知所措，不知如何下手。我将这一困难告诉了指导老师，在老师的

54、细心的指导下，终于使我了解了应该怎么样利用学校的浩瀚的资源找到自己需要的青春文学方面的资源，找了大概20篇左右相关的论文，认真的阅读，总结笔记，为自己的论文打好基础。主要是为了发现过去那些论文之中的观点，然后避免有重复的观点出现，争取从一个全新的角度去研究频率特性在搜集资料后，我在电脑中都进行分类的整理，然后针对自己不同部分的写作内容进行归纳和总结。尽量使我的资料和论文的内容符合，这有利于论文的撰写。然后及时拿给老师进行沟通，听取老师的意见后再进行相关的修改。老师的意见总是很宝贵的，可以很好的指出我的资料收集的不足以及需要什么样的资料来完善文章。附录A无线接收发送模块程序#include &l

55、t;reg51.h>/<nRF2401_Pins 对应引脚>sbit MISO =P13;sbit MOSI =P14;sbit SCK =P15;sbit CE =P16;sbit CSN =P37;sbit IRQ =P12;sbit LED2 =P35;sbit LED1 =P34;sbit KEY1 =P30;sbit KEY2 =P31;/ SPI(nRF24L01) commands#define READ_REG 0x00 / Define read command to register#define WRITE_REG 0x20 / Define write command to register#define RD_RX_PLOAD 0x61 / Define RX payload register address#define WR_TX_PLOAD 0xA0 / Define TX payload register address#define FLUSH_TX 0xE1 / Define flush TX register command#define FLUSH_RX 0xE2 / Define flush RX register command#define REUSE_TX_PL 0xE3 / Define re