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1、. . .基于单片机的无线温度采集系统的设计毕业设计目 录1 绪论11.1 课题背景11.2 数据采集系统简单介绍12 温度采集系统的设计32.1 系统硬件电路构成32.1.1 单片机部分32.1.2 温度传感器部分72.1.3 LED数码管部分152.1.4 NRF24L01无线数据传输部分162.2 系统软件设计292.2.1 DS18B20 程序的设计292.2.2 数码管显示程序的设计313 串口通信363.1 通信简介363.2 单片机串口通信接口373.2.1 单片机串口结构373.2.2 单片机与PC 机之间电平转换硬件接口383.2.3 单片机串口通信设置及程序设计404 上位
2、机程序设计434.1 Visual Basic 语言简介434.2 串口通信的实现434.2.1 MSComm 控件的操控原则444.2.2 MSComm 的属性444.3 上位机程序设计454.4 数据库设计47总结49致谢50参考文献51附录52附录152附录257附录380.参考资料.1 绪论1.1 课题背景在现代社会的生活环境中，信息扮演着极其重要的角色。所谓信息就是人们即时获得对自己有用的数据。无论你生活在哪里，从事什么工作，无时无刻不在与信息打着交道。自18 世纪工业革命以来，工业发展与是否能掌握技术有着密切的联系。在机械、精密制造、化工等行业，可以说那时几乎所有的工业部门都不得不
3、考虑着技术领先的因素。但是进入20 世纪也就是人们说的信息社会的到来技术虽然还是关键的因素，但是获得技术已经不是靠那种人们基本的手工操作了，信息是获得技术的关键所在，这就要求人们能在第一时间获得数据。比如在气象部门、航空航天部门、以及现代农业可以说现代社会生活的各方面都对实时、即时的数据存在着依赖。今天，我们的生活环境和工作环境有越来越多称之为单片机的小电脑在为我们服务。单片机在工业控制、尖端武器、通信设备、信息处理、家用电器等各测控领域的应用中独占鳌头。时下，家用电器和办公设备的智能化、遥控化、模糊控制化己成为世界潮流，而这些高性能无一不是靠单片机来实现的。采用单片机来对数据采集进行控制，不
4、仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控数据的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，成为自动化和各个测控领域中必不可少且广泛应用的器件，尤其在日常生活中也发挥越来越大的作用。温度是环境监测的重要参数,在一些特定的场合常常需要对温度进行监测。很多温度监测环境围大,测点距离远,布线很不方便。本系统中把温度传感器DS18B20 将采集到的温度值送给单片机进行处理,通过nRF24L01 实现远程无线传输,在上位机的控制系统中,采用RS-232口作为计算机与单片机温度数据通信接口。本系统既能准确的测量温度,又能解
5、决测量距离上的问题，基此，本绕基于单片机无线的温度采集系统展开应用研究工作。1.2 数据采集系统简单介绍随着自动控制、监测及远程控制的发展，数据采集越来越被广泛应用，如医疗、工业等方面，数据采集是指将温度，压力，流量，位移等模拟量通过各种传感元件做适当转换后，再经信号调理、采样、量化、编码、传输等步骤采集，转换成数字量后，传给PC 机进行存储，处理，显示或打印的过程，相应的系统称为数据采集系统，可分为以下几种：1.基于通用微型计算机的数据采集系统将采集来的信号通过外部的采样和A/D 转换后的数字信号通过接口电路送入微机进行处理，然后再显示处理结果或经过D/A 转换输出，主要有以下几个特点:(1
6、)系统较强的软、硬件支持。通用微型计算机系统所有的软硬件资源都可以用来支持系统进行工作。(2)具有自开发能力。(3)系统的软硬件的应用配置比较小，系统的成本较高，但二次开发时，软硬件扩展能力较好。(4)在工业环境中运行的可靠性差，对安放的环境要求较高；程序在RAM 中运行，易受外界干扰破坏。2.基于单片机的数据采集系统它是由单片机及其些外围芯片构成的数据采集系统，是近年来微机技术快速发展的结果，它具有如下特点:(1)系统不具有自主开发能力，因此，系统的软硬件开发必须借助开发工具。(2)系统的软硬件设计与配置规模都是以满足数据采集系统功能要求为原则，因此系统的软硬件应用配置具有最佳的性价比。系统
7、的软件一般都有应用程序。(3)系统的可靠性好、使用方便。应用程序在ROM 中运行不会因外界的干扰而破坏，而且上电后系统立即进入用户状态。3.基于DSP 数字信号微处理器的数据采集系统DSP 数字信号微处理器从理论上而言就是一种单片机的形式，常用的数字信号处理芯片有两种类型，一种是专用DSP 芯片，一种是通用DSP 芯片。基于DSP 数字信号微处理器的数据采集系统的特点如下:精度高、灵活性好、可靠性好、容易集成、分时复用等，但其价格不菲。4.基于混合型计算机采集系统这是一种近年来随着8位单片机出现而在计算机应用领域中迅速发展的一种系统结构形式。它是由通用计算机(PC 机)与单片机通过标准总线(例
8、如RS-232-C 标准)相连而成。单片机及其外围电路构成的部分是专为数据采集等功能的要求而配置的，主机则承担数据采集系统的人机对话、大容量的计算、记录、打印、图形显示等任务。混合型计算机数据采集系统有以下特点:(1)通常具有自开发能力；(2)系统配置灵活，易构成各种大中型测控系统；(3)主机可远离现场而构成各种局域网络系统；(4)充分利用主机资源，但不会占有主机的全部CPU时间。2 温度采集系统的设计2.1 系统硬件电路构成身的温度采集系统，系统硬件电路由温度传感器、单片机、NRF24L01、RS-232 串口通信和计算机组成。其原理框图见图2-1。在单片机1的控制下，温度传感器把温度数据传
9、至单片机1进行判断、显示，并控制NRF24L01无线模块1把数据发射出去。无线模块2收到数据后，把数据通过SPI通信传至单片机2，单片机2在对数据进行再判断与显示。最后单片机2再把有效的数据通过RS-232串口传至计算机，计算机对收到的数据进行采集和存储。单片机主要是对温度传感器DS18B20 进行控制，读取温度传感器的温度值，并把温度值通过串口通信送入计算机。NRF24L01主要对数据进行无线传输。由于STC89 系列单片机与MCS-51 系列单片机兼容，并支持在线下载，线路简单，所以本系统采用STC89C52单片机。2.1.1 单片机部分（一）单片机发展单片机又称“MCU”，其发展历程主要
10、经历了以下五个阶段7:第一阶段:单片机的探索阶段。这一阶段以Intel 公司的MCS-48 为代表。MCS-48 的推出是在工控领域的探索，参与这一探索的公司还有Motorola,ZiLong 等，都取得了满意的效果。第二阶段:单片机完善阶段。Intel 公司在MCS-48 基础上推出了完善的、典型的MCS-51单片机系列。它在以下几个方面奠定了典型的通用总线单片机体系结构。(1)完善的外部总线。设置了经典的8 位单片机的总线结构。(2)CPU 外围功能单元的集中管理模式。(3)体现工控特性的位地址空间、位操作方式。(4)指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令。第三阶段:8
11、位单片机巩固发展及16 位单片机推出阶段，也是向微控制器发展的阶段。Intel 公司推出的MCS-96 系列单片机中，将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监测器、脉宽调制器等纳入片中，体现了单片机的微控制器特征。第四阶段:微控制器的全面发展阶段。随着单片机在各个领域全面深入的发展和应用，出现了高速、大寻址围、强运算能力的8 位、16 位、32 位通用型单片机，以及小型廉价的专用型单片机。第五阶段即现行阶段。单片机的首创公司Intel 将其MCS-51 系列中的80C51 核使用权以专利互换或出售形式转让给世界许多著名IC 制造厂商，如Atmei、Philips、NEC等，这样80C51 就
12、变成有众多制造厂商支持的发展出上百种品种的大家族，现统称为8051系列，也有人简称为51 系列。虽然世界上的MCU 品种繁多，功能各异，开发装置也互不兼容，但是客观发展表明:80C51 系列单片机已成为单片机发展的主流。在单片机家族中，80C51 系列是其中的佼佼者。1998 年以后系列单片机又出现了一个新的分支，称为系列单片机。这种单片机是由美国Atmel 公司率先推出的，它的最突出优点是把快擦写存储器应用于单片机中。这使得在系统开发过程中修改程序十分容易，大大缩短了系统的开发周期。同时，在系统工作过程中，能有效地保存数据信息，即使断电也不会丢失信息。除此，AT系列单片机的引脚和80C51
13、是一样的，所以，当用89 系列单片机取代80C51 时可以直接进行代换，并且也可以不更换仿真机。（二）STC89C52 的特点及工作原理STC89C52 完全兼容MCS-51 系列单片机的所有功能，并且本身带有2K 的存储器，可以在编程器上实现闪烁式的电擦写达几万次以上，比以往惯用的8031CPU 外加EPROM为核心的单片机系统在硬件上具有更加简单方便等优点，具体如下5：STC89C52 单片机是最早期也最典型的产品，低功耗、高性能、采用CHMOS 工艺的8位单片机。它在硬件资源和功能、软件指令及编程上与Intel 80C3X 单片机完全相同。在应用中可直接替换。在STC89C52 部有FL
14、ASH 程序存储器，既可用常规的编程器编程，也可用在线使之处于编程状态对其编程。编程速度很快，擦除时也无需紫外线，非常方便。STC89C5X 系列可认为是Intel 80C3X 的核与STC FLASH 技术的结合体。它为许多嵌入式控制系统提供了灵活、低成本的解决方案。1.主要性能与MCS-51 产品指令系统完全兼容；片集成4KB 的FLASH 存储器，可反复编程/擦除1000 次；数据保留时间：10 年；全静态设计，时钟频率围为024MHz、33MHz；三个程序存储器位；1288 字节的部RAM；32 条可编程的I/O 口线；2 个可工作于4 种模式的16 位定时/计数器；5 个中断源/2
15、个中断优先级；可编程串行通道；具有4 种工作模式的全双工串行口；低功耗的待机工作模式和掉电工作模式；片振荡器和时钟电路；具有4 种工作模式的全双工串行口；低功耗的待机工作模式和掉电工作模式；片振荡器和时钟电路；图2-2 STC89C52 引脚图2.管脚说明VCC：供电电压。GND：接地。P0 口：P0 口为一个8 位漏级开路双向I/O 口，每脚可吸收8 个TTL 门电流。当P1口的管脚第一次写“1”时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FLASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当FLASH 进行校验时，P0 输出原码，此时P0 外部必须被拉高。P1 口：P1 口是一个部提供上拉电阻的8 位双向I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出4 TTL 门电流。P1 口管脚写入1 后，被部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于部上拉的缘故。在FLASH 编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收。P2 口：P2 口为一个部
