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1、单片机无线温度控制系统设计摘要 论文设计了一个基于51系列单片机的无线温度控制系统。其主要内容有：对温度的采集，传输和控制系统的设计思路和整体框架进行分析，然后从系统的硬件和软件两方面进行详细论述。整个系统由两个子系统组成，主控子系统由液晶屏1602，无线收发模块nRF905和主控芯片STC组成，主要进行参数设定，控制信号发送和温度数据接收，实时显示。从控子系统由温度传感器DS18B20，无线收发模块nRF905和从控芯片STC组成，主要进行温度数据采集，发送和设定参数的接收，处理。论文最后对系统进行了整体调试，工作稳定。关键词：DS18B20；短距离；nRF905;无线收发目录摘要IAbst
2、ractI第1章 绪论11.1 背景及应用11.2温度控制系统的现状11.3温度控制系统的发展趋势21.4研究单片机无线温度控制系统的目的和意义31.5本课题要解决的主要问题3第2章 本系统的总体方案设计12.1系统的总体结构12.2 单片机型号的选择方案12.3温度传感器器件的选择方案22.4 无线收发模块选择方案3第3章 系统硬件电路设计13.1系统电源电路设计13.1.1电路设计原理图13.1.2 AMS1117转压芯片工作原理13.2温度采集端硬件电路设计23.2.1温度数据采集硬件接口电路23.2.2数字式温度传感器DS18B2023.2.3 DS18B20的内部结构33.2.5 D
3、S18B20使用过程中需要注意的问题63.3液晶显示电路设计63.3.1 LCD1602液晶显示电路73.4无线收发电路设计73.4.1 nRF905模块设计电路83.4.2 nRF905无线射频收发模块的管脚结构和电气参数说明83.4.3 nRF905无线射频芯片的工作方式103.4.4 nRF905无线射频芯片的工作步骤10第4 章 系统软件设计14.1 温度采集程序设计14.1.1单总线技术（1-Wire）14.1.2 DS18B20温度采集程序设计34.3无线收发程序设计64.3.1 SPI通信64.3.2 nRF905模块发送程序设计94.3.3 nRF905模块接收程序设计10第5
4、章 系统性能调试135.1 系统调试135.2抗干扰措施135.2.1 硬件抗干扰措施135.2.2 软件抗干扰措施13第6章 结论与展望146.1 本论文的主要结论146.2 对以后工作的展望14参考文献15致谢16附录17第1章 绪论 1.1 背景及应用 现代信息技术的三大基础是信息采集(即传感器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)。基于现代信息三大基础技术的系统设计更是属于现代信息技术的前沿产品,尤其是无线智能温控系统被广泛用于研究、生产、生活等领域,数量居于智能温控系统前茅。传统的温度控制通常采用带有线路的有线连接方式，但对于有些场合，如旋转或移动物体的温度测量、环境恶
5、劣人员无法涉足之处、不宜采用有线的环境。随着无线通信技术和智能温控技术的飞速发展，并从节省布线成本考虑，温控技术开始从“有线”向“无线”发展。近年来，基于无线智能测温技术应用的不断增加，特别应用于环境监测、现代化农业生产、工业监控等领域。作为无线产业新领域，短距离无线通信技术显示出强劲的发展势头，在受环境条件限制方面优势明显，甚至在一些特殊情况下，无线数据传输方式是实现数据传输的唯一方式。1.2温度控制系统的现状 目前，在工业和农业应用的温度控制系统中，数据采集大量使用基于物理机制的传感器，且监控和采集的对象多而分散。传统的使用线缆直接连接实现信号传输的方式，将严重限制数据采集点的安放灵活性，
6、设备布线苦难。为了达到实时、无人值守、不需重新布线的目的。因此，通过无线通信的方式传递数据是一种较为理想的选择，它与有线方式相比主要有成本低、携带方便、布线安装简便等特点，特别适用于无线数据传输系统的实现。现阶段温控系统分为以下几类： 1模拟、集成温度控制系统模拟温度控制系统主要包括温控开关、可编程温度控制器。某些增强型集成温度控制系统中还包含了A/D转换器以及固化好的程序，这与智能温控系统有某些相似之处。 2智能温控系统智能温控系统（亦称数字温控系统）是在20世纪90年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶。目前，国际上已开发出多种智能温控系统系列产品。智能温
7、控系统内部都包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器 (CPU)、随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。智能温控系统的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，它是在硬件的基础上通过软件来实现测试控制功能的，其智能化程度也取决于软件的开发水平。3无线与有线温控系统无线温控系统主要是以无线发射模块为载体来实现数据之间的传送，主要优点是不受空间地域、外部条件的影响；相对来说有线温控系统就是以实在的物理线路为载体来实现数据之间的传送，主要有点是数据精度高、可靠性强，可以承载较大数据流量的温度控制。1.3温度控制系统的发展趋势进
8、入21世纪后，智能温控系统正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、研制单片温控系统等高科技的方向迅速发展。下面就对以上这几个发展方向进行阐述： （1）提高测温精度和分辨力发展方向 在20世纪90年代中期最早推出的智能温控系统，采用的是8位A/D转换器，其测温精度较低，分辨力只能达到2C。目前，国外已相继推出多种高精度、高分辨力的智能温度系统，所用的是912位A/D转换器，分辨力一般可达0.50.0625C。为了提高多通道智能温控系统的转换速率，也有的系统采用高速逐次逼近式A/D转换器。 （2）增加测试功能发展方向智能温控系统正从单通道向多通道的方向发展，这就为以后研制和开发多路的智
9、能温度测控系统创造了良好条件。智能温控系统都具有多种工作模式可供选择，对于某些智能温控系统而言，主机(外部微处理器或单片机)还可通过相应的寄存器来设定其A/D转换速率、分辨力、最大转换时间等参数。 （3）总线技术的标准化与规范化发展方向 目前，智能温控系统的数据传输总线技术也实现了标准化、规范化，所采用的总线主要有单线(1-Wire)总线、I2C总线、SMBus总线和SPI总线。采用的温度传感器可直接通过专用总线接口与主机进行通信。 （4）单片温控制系统发展方向 单片系统(System On Chip)是21世纪一项高新科技产品。它是在芯片上集成一个系统或子系统，其集成度将高达108109元件
10、/片，这将给IC产业及IC应用带来时代的进步。半导体工业协会(SIA)对单片系统集成所作的预测见（表1-1）。目前，国际上一些著名的IC厂家已开始研制单片测温系统，相信在不久的将来即可面市。表1-1年 份2010201220142016最小线宽（微米）包含晶体管数量（片）成本（晶体管/毫美分）芯片尺寸(平方毫米)电源电压（伏）芯片I/O数0079108002 14000948000061.1109001615000850000051.4109001316000752000041.710900117000656001.4研究单片机无线温度控制系统的目的和意义 根据所学的相关理论知识, 结合当前智
11、能温控系统的现状,提出了本次设计的题目基于单片机无线智能温度控制系统，该系统采用了目前较先进的智能单总线数字温度传感器DS18B20，搭配市场上最普遍的51系列单片机，来实现对温度的采集和智能控制，并通过无线传感器nRF905来对系统进行数据传输，使系统硬件简单，具有测量精度高、抗干扰性强、灵活性强等优点。现阶段相对而言智能温控系统固然不少，但把智能化仪器和无线数据传输领域交叉渗透的系统还比较少，特别是既有经济优势，又有性能优势的系统就更少，因此提出了这个设计题目。这一系统的提出不但拥有很高的性价比，而且拥有十分广阔的现实意义。1.5本课题要解决的主要问题本课题主要研究的是短距离无线数据采集，
12、无线温度控制系统的具体应用。主要研究内容有一下几个方面：（1）系统采用智能温度传感器DS18B20，仪器可靠性高，抗干扰能力强，安置灵活，支持单总线技术，信号易于处理和传送，降低了系统维护费用。(2) 系统采用无线数据的采集和处理，采用跳频技术有效避免同频段无线信号的干扰，增加了数据传输的安全性，提高了系统的灵活性和效率。 第2章 本系统的总体方案设计2.1系统的总体结构继电器键盘液晶显示单片机无线模块传感器单片机无线模块 图 2-1-1 从控子系统 图 2-1-2 主控子系统图2-1 系统整体结构 本论文提出的单片机无线温度控制系统，由从控子系统（如图2-1-1）和主控子系统（如图2-1-2
13、）组成。从控子系统由传感器，单片机，继电器和无线收发模块组成，单片机将传感器采集到的数据送给无线收发模块发出，接受到主控子系统的数据，按相应的通信协议取出有效数据，并通过处理来控制继电器的工作情况。主控子系统由无线模块，单片机，键盘，液晶组成，单片机接收到从控子系统的数据，按相应的通信协议取出有效数据，实时在液晶屏上显示出实测温度和按键设定的温度，并且将实测温度和设定温度对比处理的信号送给无线收发模块发出，如此反复。系统总体结构如图2-1所示。2.2 单片机型号的选择方案单片机型号的选择根据温度控制系统的目标，功能，性价比，精度和速度等来共同决定的。51系列单片的使用最为广泛，能兼容的外围芯片
14、也很多，其中STC单片机是一款增强型51单片机，完全兼容MCS-51，还增加了新功能，新增两级中断优先级，多一个外中断，内置EEPROM，硬件看门狗，具有掉电模式，512B 内存，支持ISP在线编程，不用编程器，程序可擦写10万次。管脚完全兼容，性能更好，驱动能力更强；超强抗干扰能力；功耗更低；价格也比传统的89系列低。STC单片机主要性能：（1）高速：1 个时钟/ 机器周期，增强型8051 内核，速度比普通8051 快812 倍（2）宽电压：5.53.8V，2.43.8V（STC12LE5410AD 系列）（3）低功耗设计：空闲模式，掉电模式（可由外部中断唤醒）（4）工作频率：035MHz，相当于普通8051：0420MHz（5）时钟：外部晶体或内部RC 振荡器可选，在ISP 下载编程用户程序时设置（6）12K/10K/8K/6K/4K/2K 字节片内Flash 程序存储器，擦写次数10 万次以上（7） ISP / IAP，在系统可编程/ 在应用可编程,无需编程器/ 仿真器（8） 2个16位定时器，兼容普通8051的定时器T0/T1（9）硬件看门狗（WDT）（10）全双工异步串行口（UART），兼容普通8051，可以当2个串口使用
