基于51单片机粮库无线温度监测系统的设计本科毕业论文

1、基于51单片机粮库无线温度监测系统的设计本科毕业论文 科技学院本科毕业论文基于51单片机粮库无线温度监测系统的设计与实现目录摘要abstract第一章 绪论11.1 引言11.2 现状11.3 目的和意义21.4 本文结构2第二章 方案的比较和论证32.1 温度传感器的选型32.2 无线发送模块的选型42.3 语音芯片的选型52.4 显示模块的选型6第三章 mcs-51单片机的结构与原理简介73.1 mcs-51单片机的内部结构73.1.1 mcs-51单片机的组成73.1.2 cpu73.2 mcs-51单片机外部结构83.2.1 mcs-51单片机引脚功能83.2.2 复位和复位电路103

2、.3 mcs-51单片机的定时器/计数器103.3.1定时器/计数器的结构103.3.2工作方式113.4 mcs-51单片机的中断系统123.4.1中断请求源和中断请求标志123.4.2中断控制13第四章 系统硬件设计154.1 系统硬件框图154.2 单片机模块164.3无线发送模块164.3.1 rf1100-232技术指标174.3.2 rf1100-232端口定义174.3.3 rf1100-232参数设定184.4 温度传感器模块224.4.1 ds18b20的管脚定义及内部结构224.4.2 ds18b20温度数据格式234.4.3 ds18b20温度传感器工作原理234.5显示

3、模块244.5.1 数码管显示244.5.2液晶显示264.6语音报温模284.6.1引脚及功能284.6.2 isd1700典型的应用电路314.7其他模块324.7.1电源模块324.7.2超温报警模块32第五章 系统软件设计335.1系统开发环境简介335.1.1软件功能335.1.2 keil软件使用方法335.2系统软件流程图415.3温度传感器驱动程序设计435.4无线收发模块程序设计465.5液晶显示驱动程序设计48第六章 设计总结53参考文献54附录55致谢68基于51单片机粮库无线温度监测系统的设计与实现摘要 粮食是国家的战略物质,是人民的生活必需品。粮食安全是国家安全的基础

4、。然而,我国粮食霉变事故时有发生,造成巨大的粮食浪费,危害国家粮食安全。为此,本文设计和构建了粮食仓库温度监测系统,主要用于实时监测粮食仓库中各个粮仓的温度。方便粮库管理人员掌控粮情,做好防范措施,防止粮食安全事故的发生。 本文首先从理论上论述了温度监测的重要意义,讨论了粮食仓库中温度的允许变化范围,探讨了测量粮食仓库温度的原理和方法。在此基础上,进行了粮食仓库温度无线监测系统的设计和研制。此系统用51单片机、温度传感器和无线发送模块构成温度检测与发送装置 ;用51单片机、lcd显示装置和无线发送模块构成温度接收与显示装置;用语音芯片构成定时报温与超温报警装置。实现温度信号的无线传输、对仓库内

5、多个点的温度进行实时监测和语音报温报警。 其设计指标:温度检测范围为 -40至60,温度检测误差0.5。温度控制目标范围为-10至30,控制点的间隔为1,超过目标范围时自动报警,以方便管理人员对温度的把握与控制。此系统采用了无线射频技术,有效距离达到200米,完全可以满足中小型粮食仓库的温度监测。关键词:粮库;温度多点监测;无线传输;51单片机 design and implementation of grain depot wireless temperature monitoring system based on 51 mcuabstract food is the national s

6、trategic materials and the daily necessities of the people.so food security is the foundation of national security.however,our country grain-mildewing accidents occur frequently, causing huge waste, endangering national food security.to this end, this paper design and build the grain depot temperatu

7、re monitoring system, mainly used for real-time monitoring the granary of the temperature in the grain warehouse.in order to control the grain situation, complete the prevention measures, and prevent food safety accidents. this paper first theoretically discusses the importance of temperature monito

8、ring and discuss the allowed range of food warehouse temperature.meanwhile,the paper discusses the principle and method of measuring grain warehouse temperature.on this basis, the paper begin to design and implement the wireless temperature monitoring system of the grain warehouse.this system uses m

9、icrocomputer, temperature sensor and wireless sending module to constitute temperature detection and sending device;uses microcomputer, lcd display and wireless sending module to constitute temperature receiving and display device;uses voice chip to constitute temperature-voiced and over temperature

10、 alarm device.finally, the system realizes the temperature signal wireless transmission, real-time monitoring of multiple points temperature,temperature-voiced and over temperature alarm. the design indexes: temperature detection range for - 40 to 60 and the temperature detection error 0.5 .the temp

11、erature controls target range for - 10 to 30 . and the system is automatically alarming when the temperature is above target range.thus,it easy to facilitate management staff to grasp and control of the temperature.this system using a wireless radio frequency technique, the effective distance is 200

12、 meters, can completely satisfy the small and medium-sized grain warehouse temperature monitoring.key words:grain depot, multi-points temperature monitoring, wireless transmission,51 mcu 第一章 绪论1.1 引言 我国是一个人口众多的大国, 科学储粮是保障人民粮食供应, 促进社会安定的大事, 粮仓温度的监测在科学储粮中占有重要地位。在大多数粮食存储企业, 目前仍主要靠人工检测粮仓温度。由于粮库占地面积大,粮仓分

13、散,仓内温度测试点多,因而人工监测工作量大,效率低,检测周期长,容易漏检,而且测量器件损坏率高,测试精度难以保证。所以,设计和研制可靠的粮仓温度监测系统十分重要。随着无线技术的日益发展,无线传输技术应用越来越广泛。无线监控技术已经在现代化交通、运输、水利、航运、铁路、治安、消防、边防检查站、森林防火、公园、景区、厂区、小区等领域得到了广泛的应用。同时,作为获取信息的手段?传感器技术得到了显著的进步,其应用十分前景广阔。如家用电器、航空航天 、国防军事 、环境保护、医学诊断、刑事侦查 、交通管理等,这领域都离不开传感器。 本文正是在上述背景下,以单片机控制为核心,结合无线传输技术和传感器技术设计

14、了粮库无线温度监测系统。在此基础上,应用了语音芯片,使温度监测系统更加地完善。本设计系统主要包括单片机模块,无线收发模块,温度传感器模块,显示模块,语音报温模块五个部分。文中对每个部分功能和实现过程作了详细地介绍。然后进行硬件的设计、焊接与组装。最终达到的目标是实现温度信号的无线传输,对仓库内多个点的温度进行实时监测,自动语音报温及超温报警。要求成本低、可靠性高、实用性强,适用于中小型仓库的温度监测。此系统提高了粮库的温度监测速度和监测精度,增强了粮库温度监测的实时性和有效性,有效防止了粮食霉变事故的发生。同时,节省了大量的人力和物力,减轻了粮库管理的工作强度,提高了粮库管理的效率,使粮食管理

15、得到了安全可靠的保障。1.2 现状 随着微型计算机和传感器技术的迅速发展,自动检测领域发生了巨大变化,仓库温度自动监测方面的研究有了明显的进展。我国近年引进了多达16个国家和地区的仓库环境控制系统,对吸收国外先进经验和推动粮库温度自动检测产生了积极的作用,但多因能耗过大、造价高、品种未能配套,未能达到很好的效果。目前,我国许多粮仓对环境温度的测试还停留在人工巡回测试水平上,其工作量大、可靠性差。粮食行业“十二五”发展规划纲要指出,“十二五”时期是加快现代粮食流通产业发展的重要战略机遇期,同时保障国家粮食安全也面临着严峻挑战。提出了完善粮食仓储设施,如配置必要的粮情检测等设备。而粮库温度监测则是

16、粮食安全的重要保障,所以设计并研制性价比较高的粮库温度监测系统势在必行。1.3 目的和意义 粮库温度监测是粮食质量的重要保障,随着微型计算机和传感器技术的飞速发展,传统人工检测的方法费时、费力、精确度低等缺点,已经不能满足当前需要。本文以51单片机控制为核心,设计粮仓温度监测系统,信号采用无线传输,对仓库内多个点的温度进行实时监测,自动语音报温及超温报警,要求成本低、可靠性高、实用性强。适用于中小型仓库的温度监测。 此系统克服了以前靠粮库管理人手工检查、测量粮仓温度的缺点,提高了粮库的温度监测速度和监测精度,增强了粮库温度监测的实时性和有效性。因此,能有效防止粮食霉变事故的发生,同时也节省了大

17、量的人力和物力,减轻了粮库管理的工作强度,从而提高了粮库管理的效率,使粮食管理得到了安全可靠的保障。1.4 本文结构 本文通过对无线发送模块和温度传感器等基本原理阐述,详细地介绍了基于51单片机粮库无线温度监测系统的开发过程。 第一章:绪论。本章阐述了本课题的背景、现状及研究意义。 第二章:方案的比较和论证。本章通过分析和比较,选择最佳的元器件。 第三章:mcs-51单片机的结构及原理。单片机是温度监测系统最核心的部分。本章简要地介绍了单片机的结构和原理。 第四章:系统硬件设计。本章对各个模块中使用到的主要器件的原理和使用方法进行了详细地介绍,并进行了硬件的设计。 第五章:系统软件设计。介绍系

18、统软件的开发环境,并进行了主要模块的软件设计。 第六章:设计总结。本首先对整个设计过程进行总结,然后指出了系统设计中的不足和改进的方向。第二章 方案的比较和论证2.1 温度传感器的选型 方案一:采用ad590,如图2.1所示,它的测温范围在-55+150之间。精度高,非线形误差为0.3。ad590可以承受44v正向电压和20v反向电压,因而器件反接也不会损坏。应用时,无需线性化电路、精密电压放大器、电阻测量电路和冷结补偿。ad590可以裸片形式提供适合受保护环境下的混合电路和快速温度测量。但是ad590采集的是模拟信号,没有自动转换为数字信号的功能,而单片机只能处理数字信息,所以使用使必须配置

19、模数转换器(adc),电路复杂,成本高。而且需要校准,测温点数量少,对线阻有要求。 图2.1 ad590外形 方案二:采用ds18b20,如图2.2所示,它的测温范围在-55+125之间。其精度较高,适应电压范围宽,电压范围:3.05.5v。ds18b20不仅具有独特的单线接口方式,在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;也具有负压特性,电源极性接反时,芯片不会因发热而烧毁1。而且,ds18b20支持多点组网功能,多个ds18b20可以并联在唯一的三线上,实现组网多点测温。此外,它与ad590相比最大的优点是电路简单,不需要单独的ad转换,测量结果直接输出数

20、字温度信号,且具有极强的抗干扰纠错能力。可以看出,ds18b20的优点弥补了ad590的缺点。综合比较方案一与方案二,方案二更适合本设计系统中温度传感器的要求。 图2.2 ds18b20外形2.2 无线发送模块的选型 方案一:采用nrf2401 ,如图2.3所示,它工作于2.42.5ghz ism频段,芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块,输出功率和通信频道可通过程序进行配置。芯片的能耗低,以-5dbm的功率发射时,工作电流为10.5ma,接收时工作电流为18ma,它有多种低功率工作模式,节能设计方便。其duoceivertm技术使nrf2401可以使用同一天线,同时接

21、收两个不同频道的数据。nrf2401适用于多种无线通信的场合,如无线数据传输系统、无线鼠标、遥控开锁、遥控玩具等。其缺点是,当它和单片机的i/o口直接连接时,会导致数据的传输速度下降,而成为整个系统传输速度的颈瓶。 图2.3 nrf2401外形 方案二:采用rf1100-232 ,如图2.4所示,它工作于433mhz 频段免许可证使用。rf1100-232具有高抗干扰能力和低误码率,它是基于fsk的调制方式,采用高效前向纠错和信道交织编码技术,提高了数据抗随机干扰和突发干扰的能力,在信道误码率为 10-2时,可得到实际误码率 10-510-6。传输距离远,直线可视情况下,天线放置高度2 米,9

22、600bps可靠传输距离大于 100mber10-3/9600bps;1200bps传输距离最大可达 200mber10-3/1200bps。此外,rf1100-232支持透明数据传输,提供透明的数据接口,能适应任何标准或非标准的用户协议。自动过滤掉空中产生的假数据,使用简单无需编程,大大方便应用。综合比较方案一与方案二,方案二具有抗干扰能力强、误码率低、使用简单无需编程等优点,所以选择方案二。 图2.4 rf1100-232外形2.3 语音芯片的选型 方案一: 采用isd1420,如图2.5所示,其单片录放时间为20秒,音质较好。选址处理达160段信息,eeprom可重复擦写。单电源供电,典

23、型电压+5v,电路断电后语音内容不会丢失。其控制方式:并口或按键。isd1420模块芯片采用cmos技术,内含振荡器、话筒前置放大、自动增益控制、防混淆滤波器、平滑滤波器、扬声器驱动及 eeprom 阵列。其外围元件简单,需少量阻容元件、麦克风即可组成一个完整录放系统;操作简单,无需专用编程器及语音开发器。它的采样频率从5.3、6.4到8.0khz,对音质有轻微影响。此外,isd1420的稳定性较差,价格稍贵。图2.5 isd1420外形 方案二:采用isd1760,如图2.6所示,其单片录放时间40120秒,音质好。可利用震荡电阻来自定芯片的采样频率,来决定芯片的录放间和录放音质。其控制方式

24、:按键模式和mcu串行控制模式spi协议 。该芯片提供多项新功能,包括内置专利的多信息管理系统,新信息提示,双运作模式,以及可定制的信息操作指示音。芯片内部包含有自动增益控制、麦克风前置扩大器、扬声器驱动线路、振荡器与内存等的全方位整合系统功能。isd1760的独立按键工作模式录放电路非常简单,而且功能强大,不仅有录、放功能,还有快进、擦除、音量控制、直通放音和复位等功能。这些功能仅仅通过按键就可完成。同时,它具有电压范围宽,稳定性好,工作状态提示丰富多样,可处理多达 255 段以上信息,宽价廉物美,应用灵活等优点。综合比较方案一与方案二,方案二更适合本系统设计的要求。 图2.6 isd176

25、0外形2.4 显示模块的选型 方案一:采用led数码管,如图2.7所示,它是设备常用简易显示电子元器件之一。led数码管的主要优点如下:1能在低电压、小电流条件下驱动发光,能与cmos、itl电路兼容。2发光响应时间极短,高频特性好,单色性好,亮度高。3体积小,重量轻,抗冲击性能好。4寿命长,使用寿命在10万小时以上,甚至可达100万小时。(5)成本低,使用简单方便。然而,led也有缺点的:(1)其散热性能稍差(2)用单片机控制时需要配置恒流驱动芯片(3)容易出现光衰甚至“死灯”现象。(4)只能显示数字,而不能显示简单的字符。基于上述特点,led数码管常用于设备简易的数字显示中。 图2.7 l

26、ed数码管外形 方案二:采用lcd 1602a,如图2.8所示,其为标准型16x2液晶显示字符模块。lcd 1602a的特点如下:(1)机身薄,节省空间:与比较笨重的crt显示器相比,液晶显示器只要前者三分之一的空间。(2)省电,不产生高温:属于低耗电产品,可以做到完全不发烫,相对与crt显示器,因显像技术不可避免产生高温。(3)无辐射,益健康:液晶显示器完全无辐射,这对于整天在电脑前工作的人来说是一个福音。(4)画面柔和不伤眼:不同于crt技术,液晶显示器画面不会闪烁,可以减少显示器对眼睛的伤害,眼睛不容易疲劳。lcd 1602a能现显示简单的字符。其也存在缺点,如价格较贵,可视角度小,反应

27、时间较慢等。综合比较方案一与方案二,数码管作为温度检测的显示,lcd1602a 作为温度接收的显示。图2.8 lcd1602a外形mcs-51单片机的结构与原理简介 作为单片机市场的主流产品,51系列单片机具有省电耐用、可多次编程、性能稳定、物美价廉等优点,所以选择mcs-51单片机作为此温度监测系统的控制核心 。本章将对其结构及原理进行简要的介绍。3.1 mcs-51单片机的内部结构3.1.1 mcs-51单片机的组成 mcs-51单片机是在一块芯片上集成cpu、ram、rom、定时器/计数器和i/o口等基本功能部件。单片机内部包含以下几个部件: (1)一个8位cpu(2)一个片内振荡器及时

28、钟电路 (3)4 kb rom程序存储器 (4)128 b ram数据存储器 (5)两个16位定时器/计算器 (6)可寻址64 kb外部数据存储器和64 kb外部程序存储器空间的控制电路 (7)32条可编程的i/0线(8)一个可编程全双工串行接口 (9)具有5个中断源、两个优先级嵌套中断结构3.1.2 cpu cpu是单片机的核心部件,它由运算器和控制器等部件组成。 运算器 运算器的功能是进行算述运算和逻辑运算。可以对半字节、单字节等数据进行操作。例如能完成加、减、乘、除、bcd码十进制调整等操作。此外,8051运算器还包含有一个布尔处理器,用来处理位操作。 2)程序计数器pc 程序计数器pc

29、用来存放即将要执行的指令地址,共16位,可对64kb的程序存储器直接寻址。执行指令时,pc内容的低8位p0口输出,高8位经p2口输出。 3)指令寄存器 指令寄存器中存放指令代码。cpu执行指令时,由程序存储器中读取的指令代码送入指令寄存器,经译码后由定时与控制电路发出相应的控制信号,完成指令功能2。 4)定时与控制部件 (1)时钟电路 8051片内设有一个由反向放大器所构成的振荡电路,xtal1和xtal2分别振荡电路的输入和输出端,时钟可以由内部方式产生。内部方式时钟电路如图3.1所示。外部方式的时钟很少用,若要用时,只要将xtal1接地,xtal2接外部振荡器即可。 图3.1内部方式时钟电

30、路 (2)时序 mcs-51典型的指令周期为一个机器周期,一个机器周期由6个状态个振荡周期组成。每个状态又被分成两个时相进行。如图3.2所示,为8051单片机的取指令和执行指令的定时关系。 图3.2 8051时序3.2 mcs-51单片机外部结构3.2.1 mcs-51单片机引脚功能 mcs单片机都采用40引脚的双列直插封装方式,其引脚功能如下: 1)主电源引脚vss和vcc vss接地;vcc正常操作时为+5v电源。 2)外接晶振引脚xtal1和xtal2 xtal1内部振荡电路反相放大器的输入端,是外接晶体的一个引脚。当采用外部振荡器时,此引脚接地。 xtal2内部振荡电路反相放大器的输出

31、端。是外接晶体的另一端。当采用外部振荡器时,此引脚接外部振荡源。 3)控制或与其他电源利用引脚rst/vpd,ale/prog,psen和ea/vpp (1)rst/vpd 当振荡器运行时,在此引脚上出现两个机器周期的高电平,将使单片机复位。 在vcc掉电期间,在引脚可接上备用电源,由vpd向内部提供备用电源,以保持内部ram中的数据。 (2)ale/prog 正常操作时为ale功能提供把地址的低字节锁存到外部锁存器,ale引脚以不变的频率周期性地发出正脉冲信号。因此,它可用作对外输出的时钟,或用于定时目的。 (3)psen 外部程序存储器读选通信号输出端,在从外部程序存储器取指令或数据期间,

32、psen在每个机器周期内两次有效。 (4)ea/vpp ea/vpp为内部程序存储器和外部程序存储器选择端。当ea/vpp为高电平时,访问内部程序存储器;当ea/vpp为低电平时,访问外部程序存储器。 4)输入输出引脚p0.0p0.7,p1.0p1.7,p2.0p2.7,p3.0p3.7 p0口(p0.0p0.7)是一个8位漏极开路型双向i/o口,在访问外部存储器时,它分时传送低字节地址和数据总线,p0口以吸收电流的方式驱动8个lsttl负载。 p1口(p1.0p1.7)是一个带有内部提升电阻的8位准双向i/o口。能驱动4个lsttl负载。 p2口(p2.0p2.7)是一个带有内部提升电阻的8

33、位准双向i/o口,在访问外部存储器时,它输出高8位地址。p2口可以驱动4个lsttl负载。 p3口(p3.0p3.7)是一个带有内部提升电阻的8位准双向i/o口。能驱动4个lsttl负载。3.2.2 复位和复位电路 在单片机系统中,复位电路是非常关键的,当程序跑飞或死机时,就需要进行复位。mcs-5l 系列单片机的复位引脚rst 出现2个机器周期以上的高电平时,单片机就执行复位操作。mcs-51单片机的复位电路如图3.3所示: 图3.3开关复位电路 在reset(图中表示为rst)输入端出现高电平时实现复位和初始化。复位后,各内部寄存器状态如表3.1所示:表3.1内部寄存器初始状态寄存器内容寄

34、存器内容pc0000htmop00hacc00htcon00hb00hth00hpsw00htl00hsp07hth00hdptr0000htl00hp0p30ffhscon00hip00000sbuf不定ie000000pcon03.3 mcs-51单片机的定时器/计数器3.3.1定时器/计数器的结构 1) 特殊功能寄存器tmod 特殊功能寄存器tmod为定时器的方式控制寄存器,寄存器中每位的定义如图3.4所示。其中m1、m0用来确定所选的工作方式,如表3.2所示:d7d6d5d6d3d2d1d0gatec/tm1m0gatec/tm1m0图3.4 tmod寄存器各位定义表3.2 工作方式选

35、择m1m0方式说明00013位定时器/计数器01116位定时器/计数器102自动装入时间常数的8位定时器/计数器113对t0分为两个8位独立计数器;对t1置方式3时停止工作 (1)c/t 定时器方式或计数器方式选择位。c/t1时,为计数器方式;c/t0时,为定时器方式。 (2)gate 定时器/计数器运行控制位,用来确定对应的外部中断请求引脚,是否参与t0或t1的操作控制。 2定时器控制寄存器tcon 特殊功能寄存器tcon用于控制定时器的操作及对定时器中断的控制。其各位定义如图3.5所示:d7d6d5d4d3d2d1d0tf1tr1tf0tr0ie1it1ie0it0用于外部中断 图3.5

36、tcon寄存器各位定义 1tr0 t0的运行控制位。该位置1或清0用来实现启动计数或停止计数。 2tf0 t0的溢出中断标志位。当t0计数溢出时由硬件自动置1;在cpu中断处理时由硬件清为0。 3tr1 t1的运行控制位,功能同tr0。 4tf1 t1的溢出中断标志位,功能同tf0。3.3.2工作方式 mcs-51片内的定时器/计数器可以通过对特殊功能寄存器tmod中的控制位c/t的设置来选择定时器方式或计数器方式;通过对m1m0两位的设置来选择4种工作方式,以t0为例加以说明3。 1方式0 当m1m0设置为00时,定时器选定为方式0工作。在这种方式下,16位寄存器只用了13位,tl0的高3位

37、未用。由th0的8位和tl0的低5位组成一个13位计数器。当gate0时,只要tcon中的tr0为1,tl0及th0组成的13位计数器就开始计数;当gate1时,此时仅tr01仍不能使计数器计数,还需要int0引脚为1才能使计数器工作。 2方式1 方式1和方式0的工作相同,唯一的差别是th0和tl0组成一个16位计数器。 3方式2 方式2把tl0配置成一个可以自动恢复初值的8位计数器,th0作为常数缓冲器,th0由软件预置值。当tl0产生溢出时,一方面使溢出标志tf0置1,同时把th0中的8位数据重新装入tl0中。 4方式3 方式3对定时器t0和定时器t1是不相同的。若t1设置为方式3,则停止

38、工作。所以方式3只适用于t0。方式3使mcs-51具有3个定时器/计数器。当t0设置为方式3时,将使tl0和tf0成为两个相互独立的8位计数器,tl0利用了t0本身的一些控制(c/t,gate,tr0,into和tf0)方式,它的操作与方式0和方式1类似。3.4 mcs-51单片机的中断系统3.4.1中断请求源和中断请求标志 1)定时器控制寄存器tcon tcon是定时器/计数器0和1的控制寄存器,它同时也用来锁存t0,t1的溢出中断请求源和外部中断请求源。tcon寄存器中与中断有关的位如图3.6所示:d7d6d5d4d3d2d1d0tf1tf0ie1it1ie0it0图3.6 tcon寄存器

39、各位定义 其中: (1)tf1定时器/计数器1(t1)的溢出中断标志。当t1从初值开始加1计数到计数满,产生溢出时,由硬件使tf1置“1”,直到cpu响应中断时由硬件复位。 (2)tf0定时器/计数器(t0)的溢出中断标志。其作用同tf1。 3ie1外中断1中断请求标志。如果it11,当外中断1引脚int1上的电平由1变0时,ie1由硬件置位,外中断1请求中断。在cpu响应该中断时由硬件清0。 4it1外部中断1int1触发方式控制位。如果it1为1,则外中断1为负边沿触发方式;如果it1为0,则外中断1为电平触发方式。 5ie0外中断0中断请求标志。如果it0置1,则当int0上的电平由1变

40、0时,ie0由硬件置位。在cpu把控制转到中断服务程序时由硬件使ie0复位。 (6)it0外部中断源0触发方式控制位。其含义同it1。 2串行口控制寄存器scon 串行口控制寄存器scon中的低2位用做串行口中断标志,如图3.7所示:d7d6d5d4d3d2d1d0tiri 其中: ri串行口接收中断标志。在串行口方式0中,每当接收到第8位数据时,由硬件置位ir;在其他方式中,当接收到停止位的中间位置时置位ri。r1必须由软件来复位。 t串行口发送中断标志。在方式0中,当每发送完8位数据时由硬件置位t1;在其他方式中于停止位开始时置位。t1必须由软件来复位。3.4.2中断控制 1中断允许和禁止

41、 在mcs-51中断系统中,中断允许或禁止是由片内的中断允许寄存器ie控制的,ie中的各位定义如图3.8所示:d7d6d5d4d3d2d1d0eaeset1ex1et0ex0图3.8 ie寄存器各位定义 其中: ea:cpu中断允许标志。ea0,cpu禁止所有中断,;ea1,cpu开放中断。但每个中断源的中断请求是允许还是被禁止,还需由各自的允许位确定。 es:串行口中断允许位。es1,允许串行口中断。 et1:定时器/计数器1的溢出中断允许位。et11,允许t1中断;et10,禁止t1中断。 ex1:外部中断1中断允许位。ex11,允许外部中断1中断;ex10禁止外部中断1中断。 et0:定

42、时器/计算器0的溢出中断允许位。et01,允许t0中断;et00,禁止t0中断。 ex0:外部中断0中断允许位。ex01,允许外部中断0中断;ex00,禁止外部中断0中断。 2中断优先级控制 mcs-51中断系统提供两个中断优先级,对于每一个中断请求源都可以编程为高优先级中断源或低优先级中断源,以便实现二级中断嵌套。中断优先级是由片内的中断优先级寄存器ip控制的。ip寄存器中各位定义如图3.9所示:d7d6d5d4d3d2d1d0pspt1px1pt0px0 其中: ps:串行口中断优先级控制位。ps1,串行口定义为高优先级中断源;ps0,串行口定义为低优先级中断源。 pt1:t1中断先级控制

43、位。pt11,定时器/计数器1定义为高优先级中断源;pt10,定时器/计数器1定义为低优先级中断源。 px1:外部中断1中断优先级控制位。px11,外中断1定为高优先级中断源;px10,外中断1定义为低优先级中断源。 pt0:定时器/计数器0(t0)中断优先级控制位,功能同pt1。 px0:外部中断0中断优先级控制位。功能同px1。第四章 系统硬件设计4.1 系统硬件框图 此无线温度监测系统使用的元器件主要有单片机at89s51、无线发送模块rf11000?232、温度传感器ds18b20、语音芯片isd1760、液晶显示lcd1602a、数码管、蜂鸣器、双向驱动芯片74ls234等。其硬件框

44、图如图4.1、4.2、4.3所示: 图4.1温度发送模块a 图4.2温度发送模块b4.2 单片机模块 使单片机能运行程序、正常工作的最简单的电路系统,称为单片机的最小系统。单片机最小系统一般由单片机、时钟电路和复位电路组成4。如图4.4所示,是本设计中用到的单片机最小系统。 系统采用12mhz晶振,由于系统对晶振要求不高,可以根据情况适当改变晶振频率;另外系统的复位可上电复位,也可手动复位5。4.3无线发送模块 在电子市场上,有很多无线发送模块,其中rf1100-232具有抗干扰能力强,使用简单无需编程等特点,得到了广泛的应用。本节将详细介绍rf1100-232的技术指标、端口定义及参数设定的

45、方法6。4.3.1 rf1100-232技术指标 rf1100-232技术指标如表4.1所示: 表4.1 rf1100-232技术指标 指标参数调制方式fsk工作频段433mhz接口数据格式8n1无校验发射功率10mw接收灵敏度-110dbm1200bps信道速率固定串口波特率4800、9600、19200bps 可选工作温度-40+85电源2.7vdc5.5vdc推荐 5vdc模块尺寸41 * 21 * 1mm(尺寸不含天线座和天线)发射电流30ma接收电流20ma待机电流2-3ma天线接口sma-50 欧姆工作湿度10%90%相对湿度,无冷凝 4.3.2 rf1100-232端口定义 rf

46、1100-232 提供 1*6 针排孔,其定义及与终端的连接方法如表4.2所示:表4.2 rf1100-232端口定义管脚定义说明连接到终端备注1sleep休眠此功能暂时不具备2reset复位引脚可不连3vcc电源+2.7v5.5v推荐+4.5+5.5v4rxd数据输入串口数据输入ttl 电平5txd数据输出串口数据输出ttl 电平6gndgnd地 gnd端口位置图如图4.5所示:图4.5 rf1100-232 管脚位置和尺寸图4.3.3 rf1100-232参数设定 rf1100-232 模块的参数设定有两种方法: 1)通过飞拓电子提供的无线模块设置软件进行设置,如图4.6所示: setp1

47、: 把 rf1100-232 无线模块通过 usb-ttl 转接板连到 pc 的usb 接口上。 step2: 启动设置软件,选择正确的串口和波特率,就可以设置参数了。 step3: 点击“读取”,则软件显示该模块的参数。图4.6无线模块设置软件 2)通过串口工具发送命令对模块参数进行设置 (1)通信信道设定,如表4.3所示: 表4.3通信信道设定文字命令码信道说明长度2bytes1bytes信道取值可以从 0x000xee,共计 238 个信道。格式hexhex信道取值可以从 0x000xee,共计 238 个信道。固定a7,7a00串口调试工具设置图例如图4.7所示: 图4.7串口调试工具

48、 步骤: step1:把 a7 7a 06 输到上图所示的数据框中(间隔一位) step2:选“十六进制发送” step3:按“手动发送”,信道参数设置完成 (2)串口波特率设定,如表4.4所示:表4.4串口波特率设定文字命令码波特率说明长度2bytes2bytes01:480002:960003:1920001:480002:960003:1920001:480002:960003:19200格式hexhex固定a3,3a01 3发送功率设定,如表4.5所示:表4.5发送功率设定文字命令码功率说明长度2bytes1bytes功率可以是 0、5、7、10dbm格式hexhex功率可以是 0、5

49、、7、10dbm。固定ab,ba00功率可以是 0、5、7、10dbm。 4模块 id 设置,如表4.6所示:表4.6模块 id 设置文字命令码模块 id说明长度2bytes2bytes如果 id 号是 10 进制数则需要转换为 16 进制数后用两个字节表示。格式hexhex如果 id 号是 10 进制数则需要转换为 16 进制数后用两个字节表示。固定a9,9a00 09如果 id 号是 10 进制数则需要转换为 16 进制数后用两个字节表示。 5读取模块的参数,如表4.7所示:表4.7读取模块参数文字命令码无参数说明长度2bytes该命令用来读取模块的参数。格式hex该命令用来读取模块的参数

50、。固定a6,6a该命令用来读取模块的参数。 其参数说明,如表4.8所示:表4.8读取模块参数说明表4.8参数说明4.4 温度传感器模块 传感器ds18b20具有体积小、精度高、适用电压宽、采用一线总线、可组网等优点,在实际应用中取得了良好的测温效果。4.4.1 ds18b20的管脚定义及内部结构 1dq为数字信号输入/输出端。4.4 温度传感器模块 传感器ds18b20具有体积小、精度高、适用电压宽、采用一线总线、可组网等优点,在实际应用中取得了良好的测温效果。4.4.1 ds18b20的管脚定义及内部结构 dq为数字信号输入/输出端。 gnd为电源地。 3vdd为外接供电电源输入端(在寄生电源接线方式时接地)。 图4.8 ds18b20的引脚图 2 ds18b20内部结构,如图4.9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,高速暂存器。 图4.9 ds18b20内部结构4.4.2 ds18b20温度数据格式 ds1820温度测量是通过对门开通期间低温度系数振荡器经历的周期个数来测量温度的。在ds1820中,转换温度值是以9位二进制1/2 lsb最低有效位形式表示的,而输出温度则是以16位符号扩展的二进制补码读数形式提供。采用办法是将低8位用补码表示,第9位以符号扩展形式扩展至其他7位。