基于无线传输技术的数据采集装置设计

1、 学校代码： 10128学 号： 201010203005 本科毕业说明书（题 目： 基于无线传输的数据采集装置设计学生姓名：田羽学 院：信息工程系 别：电子信息工程专 业：电子信息工程班 级：电子10-1指导教师：荀延龙 副教授二一四年六月 内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 摘 要数据采集系统作为沟通模拟域与数字域的必不可少的桥梁在工作自动化仪表等诸多领域起着非常重要的作用。在诸多工业控制场合需要对环境的温度、湿度、压力、液位等等进行监控，为了监控设备的运行情况，巡检人员和维修人员经常需要到现场查看信息。由于现场的分散性和其运行环境的危险性等诸多因素，为减少工时损失和营造舒适的工作环境，需要

2、采集现场信息监控设备。而数据采集是系统的核心部分，其性能直接影响着系统的性能。 本文采用单片机和ADC0809和光敏电阻设计实现了一款LED状态采集及数据传输显示系统。本文介绍的重点是数据采集系统，而该系统硬件部分的重心在于单片机。数据采集与通信控制采用了单片机AT89C52来实现，硬件部分是以单片机为核心，还包括数据采集模块，并将采集到的数据通过nRF905无线通信模块传输出去。完成了系统和方案论证到硬件和软件的全部设计，并采用proteus仿真软件对设计电路的采集数据和传输数据显示数据部分进行仿，在无线传输过程中用有线串口传输代替无线串口传输进行仿真，达到了预定的数据采集-数据记录-数据传

3、送-数据显示功能。关键字：数据采集、单片机、模数转换器、数码显示。 Abstract Data acquisition system as a communication analog domain and digital domain essential bridge plays a very important role in the work of automated instrumentation and many other areas. In many industrial control applications need to ambient temperature, humi

4、dity, pressure, level, etc. are monitored, in order to monitor the operation of the equipment, inspection and maintenance personnel often need to view information on the site. Because the field of dispersion and its dangerous operating environment and other factors, to reduce lost work time and crea

5、te a comfortable working environment, the information to be collected on-site monitoring equipment. The data acquisition is a core part of the system, its performance directly affects the performance of the system. In this paper, microcontroller and ADC0809 and photoresistor design and implement a L

6、ED status display collection and transmission system. Focus of this paper is the data acquisition system, and the hardware part of the center of gravity of the system lies in the microcontroller. Data acquisition and communication control using AT89C52 microcontroller to implement the hardware part

7、is a microcontroller core, also includes data acquisition module, and the collected data out through the nRF905 wireless communication module. Complete systems and demonstration program to all of the hardware and software design and use proteus simulation software for data collection and transmissio

8、n of data display circuit design data portion imitation, in the wireless transmission process using wired instead of wireless serial transmission serial transmission simulation, reached a predetermined data acquisition - data Logging - data Transfer - data display.Keywords: data acquisition, SCM,. A

9、nalog to digital converter, digital display. 目 录绪 论11课题研究的背景意义12相关技术的研究现状13论文的主要工作1第一章 系统的方案选择与论证21.1设计任务和要求21.2设计总体方案论证21.3系统设计原则21.3.2系统软件设计原则31.4选择器件41.4.1光敏电阻41.4.2单片机的选择51.4.3模数转换器的选择51.4.4无线通信模块的选择61.4.5显示装置7第二章 系统硬件设计82.1无线传输数据采集系统介绍82.2AT89C52单片机的硬件结构92.2.1AT89C52概述：92.2.2主要性能参数：102.2.3引脚说明：

10、102.3供电电路模块设计132.3.1单片机的供电电路132.3.2 NRF905供电电路142.4复位和晶振电路模块设计152.5  数据采集模块162.5.1光敏电阻的介绍以及以及接法：162.5.2ADC0809的介绍和接法：182.6 NRF905通信设计212.7LED显示电路如图2.15显示部分232.8.本章小结23第三章 单片机软件设计24结 论27参考文献28附 录30设计原理图：301发送端原理图：302接收端原理图：31源程序：311从机程序：312主机接受程序：343AD子程序：354串口子程序：38谢 辞40绪 论1课题研究的背景意义信

11、号采集与控制系统以工业生产中的各种参数为控制目的，实现各种过程控制。在工业控制领域，相比传统的有线方式的数据采集系统，无线数据采集系统具有明显的优势，尤其是在不好布线的场合或采集点经常发生变化的场合，低功耗的无线通信系统在工业控制和测量领域已经有了广泛的应用，基于这种实际需要的考虑，本文采用单片机技术设计一款无线数据采集系统。2相关技术的研究现状数据采集系统是通过采集传感器输出的模拟信号并转换成数字信号，并进行分析、处理、传输、显示、存储和显示。目前在2.4GHz非授权频段上,云集了蓝牙、Wi-Fi、Zigbee等多个标准无线协议。具有带宽高（ 2Mbps），双向传输，抗干扰性强，传输距离远（

12、短距离无线技术范围），耗电少的优点，用于无线键鼠等室内场合。但是2.4G频率的无线电波的衍射性能差。nRF905无线芯片是有挪威NORDIC公司出品的低于1GHz无线数传芯片，主要工作于433MHz、868MHz和915MHz的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。本文设计的模块具有简单、成本低和可扩展性好等优点。非常适合于低功耗、低成本的系统设计1。3论文的主要工作本文的工作主要是设计一款基于单片机的无线数据采集系统，作者在进行了大量的文献阅读之后，设计了系统的整体方案，并将设计方案在Proteus中进行了仿真验证。在

13、论文中作者主要做了如下具体的工作：(1) 阅读了大量参考文献，了解了该设计的现实意义和课题当前研究现状。(2) 通过对设计要求的分析，给出了该设计的整体方案。(3) 完成了系统各个模块的硬件设计。(4) 完成了系统的软件设计。(5) 实现了系统在Protues中仿真验证。第一章 系统的方案选择与论证1.1设计任务和要求 设计一个数据采集装置，具有采集LED、七段数码管、多段数码管及点阵LED状态具有数据记录、显示、数据远传等功能。工作温度范围-20-100。1.2设计总体方案论证本设计要实现的功能是：实时监测现场设备的LED显示状态，并且具有数据采集、数据记录、数据传输、数据远端显示功能，用以

14、监测环境复杂地区设备信息和现场状态，做到在远端根据监测数据实时监测设备运行状况的功能。本系统主要分为以下三个模块：数据采集模块、数据传输模块、数据显示模块。数据采集模块使用光敏电阻配合电压比较器和温度传感器配合ADC0809模数转换器将采集到的电压值传给单片机。数据传输模块主要由两块无线传输模块通过无线传输方式实现数据的传输。数据显示采用LED显示当前LED工作状态和温度。采集端单片机，主要任务是把采集到的模拟量经AD转换器送先送给LED现场记录，然后把数据送给无线收发模块。无线收发模块负责传输数据将数据传送到远端单片机，最后通过LED进行显示，这样可以根据数据分析现场设备的工作情况。1.3系

15、统设计原则1.3.1 系统硬件设计原则(1) 注重设计成本注重设计成本就要求设计师在满足设计指标的基本前提下，尽可能的降低设计成本，使设计系统具有最高的性价比，因为只有高性价比的设计才有实用价值，这是硬件设计中优先考虑的一个主要因素，也是一个产品争取市场的主要因素之一。(2) 高可靠性由于设计产品使用的环境各不相同，由于本设计是一款自动化仪表，所以需要考虑环境的温度、压力、湿度和粉尘要求。以保认在规定的下作环境下系统能可靠的温度工作。需要考虑将额设计、过载保护、防误操作损坏器件、还要主要防止交流强电对于弱点系统的干扰，从而保证系统具有要求的精度。 (3) 器件常见在同样能满足条件的情况下，优先

16、考虑产量大，最常见的电子元器件。这是因为常见的元器件由于产量大，往往成本会低。另外在系统的在产品维修和更换元器件的时候会很方便。(4) 可扩展性系统设计要给产品的升级换代留有一定的空间，不至于在每次产品换代的时候都完全重新设计硬件规划，而且要多系统软件的扩展留有空间。1.3.2系统软件设计原则(1) 结构合理程序应该采用结构模块化设计。这不仅有利于程序的进一步扩充，而且也有利于程序的修改和维护。在程序编序时，要尽量使得程序的层次分明，易于阅读和理解，同时还可以简化程序，减少程序对于内存的使用量。当程序中有经常需要加以修改或变化的参数时，应该设计成独立的参数传递群序，避免程序的频繁修改。(2)

17、操作性能好操作性能好简单的说就是操作简单，不需要特别的专业知识，使用者就能轻松的学会操作，这就要求程序在开发的时候应该考虑如何降低对操作人员的专业知识的要求，这一点对于本系统尤其重要。(3) 可自动纠错可自动纠错要求设计具有一点的检验和定位故障的能力，对于重要的数据信息应该及时做好存储和备份，防止系统突然掉电而造成重要数据丢失。 (4) 代码格式规范编写出的程序代码格式要清晰，另外给出必要的程序说明。这样对日后的修改和他人的阅读都有巨大帮助，亦方便团队合作。1.4选择器件1.4.1光敏电阻光敏电阻又称光敏电阻器或光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作

18、材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。光敏电阻器是利用半导体的光电导效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器，又称为光电导探测器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。还有另一种入射光弱，电阻减小，入射光强，电阻增大 光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换2。根据光敏电阻的光谱特性，可分为三种光敏电阻器：紫外光敏电阻器、红外光敏电阻器、可见光光敏电阻器。光敏电阻的主要参数是：1、光电流、亮电阻。光敏电阻器在一定的外加电压下，当有光照射时，流过的电流称为光电流，外加电压与光电流之比称为亮电阻，常用“100LX”表示。2、暗电流、暗电阻。光敏电阻在一定的外加电压下，

19、当没有光照射的时候，流过的电流称为暗电流。外加电压与暗电流之比称为暗电阻，常用“0LX”表示。3、灵敏度。灵敏度是指光敏电阻不受光照射时的电阻值（暗电阻）与受光照射时的电阻值（亮电阻）的相对变化值。4、光谱响应。光谱响应又称光谱灵敏度，是指光敏电阻在不同波长的单色光照射下的灵敏度。若将不同波长下的灵敏度画成曲线，就可以得到光谱响应的曲线。5、光照特性。光照特性指光敏电阻输出的电信号随光照度而变化的特性。从光敏电阻的光照特性曲线可以看出，随着的光照强度的增加，光敏电阻的阻值开始迅速下降。若进一步增大光照强度，则电阻值变化减小，然后逐渐趋向平缓。在大多数情况下，该特性为非线性。6、伏安特性曲线。伏

20、安特性曲线用来描述光敏电阻的外加电压与光电流的关系，对于光敏器件来说，其光电流随外加电压的增大而增大。7、温度系数。光敏电阻的光电效应受温度影响较大，部分光敏电阻在低温下的光电灵敏较高，而在高温下的灵敏度则较低。8、额定功率。额定功率是指光敏电阻用于某种线路中所允许消耗的功率，当温度升高时，其消耗的功率就降低。1.4.2单片机的选择目前单片机主要包括8位机，16位机和32位机，根据设计的要求和系统的复杂程度，考虑到设计成本的问题，采用8位单片机，在8位机中最经典的51系列单片机完全能胜任这个任务，所有采用51系列的单片机。而考虑到系统的稳定性和安全性要选用工业级的AT89C52。核心控制部分选

21、择AT89C52单片机，AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用9。 1.4.3模数转换器的选择这里选用ADC0809做模数转换器，ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D模数转换器10。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通

22、8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换，转换时间位100us左右。主要特性：1）8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位。2）具有转换起停控制端。3）转换时间为100s(时钟为640KHz时)，130s（时钟为500KHz时）。4）单个+5V电源供电。5）模拟输入电压范围0+5V，不需零点和满刻度校准。6）工作温度范围为-40+85摄氏度。7）低功耗，约15mW。 1.4.4无线通信模块的选择目前较为常用的无线通信模块包括NRF24L01、Si4432以及NRF905。NRF24L01是一款单片射频收发芯片，该芯片工作在2.4 GHz2.5 GHz频段。芯片内部集成了频率合成器、晶体振荡

23、器、调制器等功能模块、功率放大器，并采用了ShockBurst技术，可以配置输出功率和通信频道。NRF24L01工作的频率为2.4G，它具有较高的传输速率，但是由于频率较高改模块的衍射性能较差11。另外传输距离也比较近。所以本设计中没有采用NRF24L01。Si4432是一款低于1GHz高性能射频收发器。其主要针对工业、科研和医疗(ISM)以及短距离无线通信设备(SRD)。SI4432输出功率可达+20dBm，接收灵敏度达到-121dBm，可提供对数据包处理、数据缓冲FIFO、接收信号强度指示(RSSI)、空闲信道评估(CCA)、唤醒定时器、低电压检测、温度传感器、8位AD转换器和通用输入/输

24、出口等功能的硬件支持。Si4432的主要特性如下：工作频段： 240.0MHz930.0MHz、最大发射功率：20dBm、支持0.123kbps256kbps的数据传输速率、支持多种调制模式(OOK、FSK、GFSK)。提供对同步字检测、地址校验、灵活的数据包长度以及自动CRC处理的支持。Si4432具有较高的传输距离。也具有较好的衍射效果，但是Si4432配置过程比较复杂。Si4432更适合点对点通信，组网能力较差。考虑到设计中对于组网的考虑。本设计中选择了更适合组网的NRF905芯片。nRF905无线芯片是有挪威NORDIC公司出品的低于1GHz无线数传芯片，主要工作于433MHz、868

25、MHz和915MHz的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12。非常适合于低功耗、低成本的系统设计。该模块的性能参数如下：422.4473.5MHz工作频段；512个通讯频道，满足多点通讯、分组、跳频等应用需求，通道切换时间6us；发射功率可设置为：10dBm、6dBm、-2dBm和-10dBm；通过SPI接口与MCU连接；支持50kbps传输速率；ShockBurst传输模式，自动生成前导码和CRC校验码。工作电压范围：1.9V3.6V，待机模式下电流仅为12.5A；工作温度范围：-40+85。nRF905采用Nord

26、ic公司的VLSI ShockBurst技术。ShockBurst技术使nRF905能够提供高速的数据传输，而这种高速的传输的时钟不依赖于MCU13。MCU只需要按照自己的速度通过SPI接口将数据传递给NRF905，剩下的数据打包和发送全都都由NRF905来完成6。这样极大的减少了MCU的工作，能让MCU有更多的时间去完成其他工作。另外NRF905也大大的降低了应用电流，提高了系统的可靠性。同时NRF905能通过时分复用的方法完成半双工无线通信。NRF905的一大特点是能采用ShockBurst的工作模式。在这种模式下，NFR905在发送数据的时候。芯片自动在数据前添加前导码和地址码在数据后面

27、添加CRC校验码。而在接收端数据自动匹配地址，完成CRC校验和数据的提取。大大提高的无线通信的效率。缩短系统开发时间7。综上所述选择NRF905芯片更适合本系统。1.4.5显示装置 采用LED显示器位显示，共阳极接法，并且采用动态扫描显示。第二章 系统硬件设计2.1无线传输数据采集系统介绍无线传输数据采集系统由两大部分构成，即采集发送模块和接收显示模块。采集发送模块负责采集处理数据传送给发送端单片机显示；接收显示模块负责接收发送端发送过来的数据并送显示。在环境较为复杂的地区通过这些模块系统可以采集远端的工作情况，以便实时监测。系统框图如下图2-1发送端框图和图2-2接收端框图。单片机数据采集转

28、换电源晶振复位显示无线发送电压比较器光敏电阻图2-1发送端框图单片机电源晶振复位无线接收显示图2-2接收端框图2.2AT89C52单片机的硬件结构2.2.1AT89C52概述：AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。AT89C52具有以下标准功能：8K字节Flash，256字节RAM，32位I

29、/O口线，3个16位定时器/计数器，一个响亮2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89C52可降至0HZ静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。AT89C52单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且廉价的方案。故此选用AT89C52单片机 AT89C52单片机的内部结构与MCS-51系列单片机的构成基本相同。CPU是由运算器和控制器所构成的。运算器主要用来对操作数进行算术、逻辑运算和位操作的。控

30、制器是单片机的指挥控制部件，主要任务的识别指令，并根据指令的性质控制单片机各功能部件，从而保证单片机各部分能自动而协调地工作。它的程序存储器为8K字节可重擦写Flash闪速存储器，闪烁存储器允许在线+5V电擦除、电写入或使用编程器对其重复编程。数据存储器比51系列的单片机相比大了许多为256字节RAM。AT89C52单片机的指令系统和引脚功能与MCS-51的完全兼容。AT89C52的硬件结构如图2-3硬件结构所示： 图2-3硬件结构2.2.2主要性能参数：1、兼容MCS51指令系统；2、32个双向I/O口；3、8kB的可反复擦写FLASH ROM；4、1000次的可擦写周期；5、256x8bi

31、t的内部RAM；6、时钟频率0-24MHz；7、3个16位可编程定时/计数器中断；8、2个外部中断源，共8个中断源；9、2个串行中断，可编程UART串行通道；10、有2个读写中断口线，3级加密位；11、有低功耗空闲和掉电模式，还有软件设置睡眠和唤醒功能；12、有PQFP、PDIP、TQFP以及PLCC等几种封装形式，方便适应不同产品的需求。2.2.3引脚说明： 单片机AT89C52的引脚图2-4 C52引脚图所示： 图2-4 C52引脚图Vcc：电源电压 GND：接地 P0口：P0口是一组有8位漏极开路型双向I/O口，也可以说是地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位可以

32、用吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，作为高阻抗输入端用时，P0写“1”。在访问程序存储器或外部数据存储器时，这组口线分时转换地址（低8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻3。 在Flash 编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1口：P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动4个TTL 逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。与AT89C

33、51 不同之处是，P1.0 和P1.1 还可分别作为定时/计数器2 的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX），见表2-1 P1.0和P1.1口第二功能。表2-1 P1.0和P1.1口第二功能P2口：P2是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。端口P2作输入口时，写“1”，然后通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平；作输入口时，因为内部存在上拉电阻，所以某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流()。  在访问16 位地址的外部数据存储器或外部程序存储器时，P2

34、口将送出高8 位的地址数据。在访问8 位地址的外部数据存储器（如执行MOVX RI 指令）时，P2口输出P2 锁存器的内容。 。P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL 逻辑门电路。作为输入端口时，对P3口写“1”，同时被内部上拉电阻拉高。此时，被外部拉低的P3口会由上拉电阻输出电流（）。  P3口除了具有作为一般的I/O口线的功能外，更重要的是它的第二功能，如表2-2 P3口的第二功能 所示。除此之外，P3 口还接收一些用于Flash闪速

35、存储器编程和程序校验的控制信号。 表2-2 P3口的第二功能PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，也就是说输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚会出现两个机器周期以上高电平使单片机复位。EA/VPP：外部访问允许。欲使CPU 仅访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），EA 端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1 被编程，复位时内部会锁存EA端

36、状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU 则执行内部程序存储器中的指令。Flash 存储器编程时，该引脚加上+12V 的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V 编程电压Vpp。ALE/PROG： 当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6 输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对Flash 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。

37、 如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH 单元的D0 位置位，可禁止ALE 操作。该位置位后，只有一条MOVX 和MOVC指令才能将ALE 激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE 禁止位无效。XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。 XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。2.3供电电路模块设计电源模块作为任何一个设计都不可回避的部分，在各个设计中其中很重要的作用，考虑到使用方便的原因，本设计中采用5V电池的直流供电。2.3.1单片机的供电电路1供电电路如图

38、2.5图2-52 LM7805介绍：7805 系列为 3 端正稳压电路,TO-220 封装，能提供多 种固定的输出电压，内含过流、过热和过载保护电路。带散热片时，输出电流可达 1A。此外它具有5个特点：输出电流可达 1A ，输出电压有：5V ，过热保护， 短路保护 ，输出晶体管 SOA 保护。由于本系统使用小容量直流电源,所以选用线性电源LM7805比选用开关电源更合适。引脚：VIN：输入电压GND：接地VOUT：输出线性电压。2.3.2 NRF905供电电路由于设计中的nrf905需要3.3V供电，而其他包括单片机在内的部分需要5V供电，所以在该部分设

39、计需要生成3.3V电源，电源芯片采用AMS1117。具体的设计电路如下图2-6 nrf905供电图所示：图2-6 nrf905供电图1Asm1117介绍：asm1117是一个正向低压降稳压器，在1A的电流下压降为1.2V。它的固定输出电压为1.5V、1.8V、2.5V、2.85V、3.0V、3.3V、5V和可调版本，同时它就有限流功能，过热切断8。工作温度范围：-40度125度2.4复位和晶振电路模块设计复位电路和晶振电路是单片机工作的最基本电路，如下图2-7单片机最小系统：图2-7 单片机最小系统单片机工作的时间基准是有时钟电路提供的。在单片机的  XTAL1和 

40、;XTAL2 管脚，按图 2-7所示接上晶振和电容就够成了单片机的时钟电路。图中电容C2、C3对晶振频率有微调的作用，通常的取值范围为（30+10pf）。石英晶体选择 12MHz，选择不同的石英晶体，其结果只是机器周期不同。本系统采用晶振时钟电路17。外部晶振以及电容C1和C2构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。对外接电容的值虽然没有严格要求，但电容的大小多少会影响振荡器频率的高低，振荡器的稳定性，起振的快速性和稳定性。外接晶振时，C1和C2通常选择30pf,晶振采用12MHz。上电复位原理：VCC上电时,C充电,100K电阻上出现电压,使得单片机复位；几毫

41、秒C充满,100K电阻上电流降0,电压也0,使得单片机进入工作状态手动复位原理：工作期间,按下K,C放电,K松手,C又充电,10K电阻上出现电压,使得单片机复位,几毫秒,单片机进入工作状态2.5  数据采集模块 数据采集模块是将将光敏电阻配合电压比较器采集到的状态和温度压力等模拟量两端电压通过ADC0809将测得的模拟量转换成数据量，然后送给单片机处理。如图2-8光敏电阻图：2.5.1光敏电阻的介绍及接法：图2-8 光敏电阻图光敏电阻的介绍：光敏电阻原理：光敏电阻又称光导管，是根据半导体的光电导效应制成的光电器件。某些半导体在没有光线作用时，阻值很高；当有光线作用时，导电性

42、能提高，阻值下降，并且光照越强，阻值下降越多，这种现象称为光导效应。光敏电阻的参数：光敏电阻在室温照射条件下，没有光线作用时测得的稳定电阻值称为暗电阻。此时流过光敏电阻的电流称为暗电流；亮电阻与亮电流：光敏电阻在某一光线作用时所测得的稳定电阻值，称为该光照下的亮电阻，此时流过光敏电阻的电流称为亮电流；光电流：亮电流与暗电流之差称为光电流。光电流越大，光敏电阻灵敏度越高。光敏电阻的特性：光敏电阻具有非线性的光照特性，随着光强度增大，光敏电阻灵敏度下降。光敏电阻在电压下，光强越大，光敏电阻的光电流就越大。光敏电阻在温度升高时，暗电流和灵敏度随之下降。2光敏电阻的连接：采用光敏电阻分压电路，先将光敏

43、电阻与固定电阻串联，然后将光敏电阻的的一端和电压比较器相连如图2-9连接图.图2-9连接图3对光敏电阻的说明：光敏电阻电压的计算公式：RX:固定电阻=UX：（5-UX） ，其中RX为光敏电阻，UX是光敏电阻的电压，固定电阻可知。2.5.2ADC0809的介绍和接法：图2-10ADC0809原理图1对ADC0809的介绍：ADC0809的原理图如图2-10所示，内部逻辑结构图如图2-11所示。图2-11 ADC0809逻辑结构图图中多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用一个A/D转换器进行转换，这是一种经济的多路数据采集方法。地址锁存与译码电路完成对A、B、C 3个地址位进行锁

44、存和译码，其译码输出用于通道选择，其转换结果通过三态输出锁存器存放、输出，因此可以直接与系统数据总线相连。表2-3为通道选择表。                            表2-3通道选择表 对ADC0809主要信号引脚的功能说明如下16： IN7IN0模拟量输入通道 ALE地址锁存允许信号。对应ALE上跳

45、沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。 START转换启动信号。START上升沿时，复位ADC0809；START下降沿时启动芯片，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持 低电平，转换时间为左右。本信号有时简写为ST.A、B、C地址线。 通道端口选择线，A为低地址，C为高地址，引脚图中为ADDA，ADDB和ADDC。其地址状态与通道对应关系见表9-1。CLK时钟信号。ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚。通常使用频率为500KHz的时钟信号EOC转换结束信号。EOC=0,正在进行转换；EOC=1,转换结束。使用中该状态信号即可作为查询的

46、状态标志，又可作为中断请求信号使用。D7D0数据输出线。为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。D0为最低位，D7为最高OE输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0，输出数据线呈高阻；OE=1，输出转换得到的数据。Vcc +5V电源。Vref参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。其典型值为+5V(Vref(+)=+5V, Vref(-)=-5V). 2ADC0809的接法如图2-12：2-12ADC0809和单片机连接图2.6 NRF905通信设计设计中采用NRF905作为无线通信模块，NRF905采用单独的一个子

47、板设计，俩个NRF905分别做发送端和接收端，当TX_EN=1,TRX_CE=0时为选定发送数据功能；当TX_EN=0,TRX_CE=1时选定接受数据功能4，如图2-13 NRF905原理图。图2-13 NRF905原理图NRF905外围电路如图2-14外围电路所示：图2-14 外围电路1对NRF905的说明：NRF905是一款单片型射频收发芯片，其工作于433/868/915MHz的ISM频段14。芯片内置集成频率合成器、解调接收链、功率放大器、晶体振荡器和调制器以等功能模块5。l工作电压：1.93.6V l工作电流：接收:12.5 mA；发射:11 mA -10 dBm RF输出功率；30

48、mA+10dBm RF输出功率；待机:2.5uANRF905的电路参数如表2-4参数表：表2-4参数表参数值单位最小电源电压1.9V最大发射功率10dBm数据传输速率50kbps发射中提供电流（传输功率为- 10dBm）9mA接收中提供电流12.5mA温度范围-40+85典型灵敏度-100dBm在掉电模式下电流2.5uA引脚如下：GND：接地 VCC:1.93.6 power TX_EN：设置接收发送模式，TX_EN=”1”TX mode, TX_EN=”0”RX mode 高电平为发送模式，低电平为接收TRE_CE：接收和发送使能POW_UP：上电UPCLK：输出时钟CD ：载波检测AM：地

49、址匹配DR：接收和发送数据准备MISO：SPI输出MOSI：SPI输出SCK：SPI时钟CSN：SPI使能（低电平有效）2 NRF905接法: 除电源VCC和接地端，其余脚都可以直接和普通的5V单片机IO口直接相连，无需电平转换。与51系列单片机P0口连接时候，需要加10K的上拉电阻，与其余口连接不需要。2.7LED显示电路如图2-15显示部分图2-15 显示部分显示部分采用共阳极接法，通过三极管驱动LED动态扫描显示。2.8.本章小结在本章中完成了系统各个模块的设计，包括电源模块、单片机最小系统、采集模块、LED显示功能、和NRF905电路设计。本章是后面软件设计的基础 第三章 单片机软件设

50、计本系统的软件设计主要完成数据采集、数据记录和数据传输和显示功能，数据采集部分就是通过模拟数据通过ADC0809转换成数字量，然后将采集到的数据在主机显示，然后通过无线收发NRF905传送数据到接受端单片机，并且送数码管显示。其系统程序框图如下3-1主程序图和3-2AD转换子程序图主程序初始化配置串口AD转换子程序串口发送数据主机初始化判断是否接到信号中断并接收数据是否 接受完关闭中断主机显示数据显示数据3-1主程序图选择通道P11置为输入口选通道口采数据开始AD转换AD转换暂停是否转换8次否是AD转换结束是否OE=1是否输出数据3-2 AD转换子程序图结 论本文的工作主要是设计一款基于单片机

51、的无线数据采集系统，作者在进行了大量的文献阅读之后，设计了系统的整体方案。文章主要分为三个模块：数据采集模块，数据传输模块和数据显示模块。采集模块用光敏电阻采集LED状态，用ADC0809去测现场的电压温度等数据。用NRF905无线传输模块去进行数据传输，同时用LED动态扫描进行显示。基本完成了设计电路图，可以实现采集传输数据的基本功能。设计具有实时监测现场设备的LED显示状态，并且具有数据采集、数据记录、数据传输、数据远端显示功能，用以监测环境复杂地区设备信息和现场状态，做到在远端根据监测数据实时监测设备运行状况的功能。这样可以及时的去检测可能发生的事故及时去处理，发现问题，解决问题由于本文

52、作者水平有限，在论文中并没有将采集具体参数以及采集范围体现出来，并且许多电路参数没有进行细致的研究，在本论文的基础上也可以在与PC机的传输中也可以通过RS232电平转换电路这样可以建立由数据采集到数据处理的端口。文中无线模块应用的NRF905相比GPRS技术具有一些不足，例如GPRS的传输距离比较远，对本设计来讲更适合应用。参考文献1 高章飞,朱善安. 基于MSP430和nRF905的多点无线通讯模块J. 2006,9:6-8 2 邓海龙.传感器与己检测技术M.北京.中国纺织出版社.2000:82833 裴岩,刘利民.单片机系统综合设计与实践M. 内蒙古.内蒙古大学出版社.2002:784 李

53、稢,杨剑,张文根,邹忠. 基于nRF24E1的无线射频数据采集系统设计J. 工 业控制计算机. 2006年,3:7-8 5 赵发,姜月秋,潘成胜. 基于PTR2000的无线数据采集系统设计J. 计算机与网络. 2007,6:7-9 6 张宝. 基于nRF905和DS18B20的无线温度采集系统设计J. 中国新技术新产品. 2010,6:3-47 周新淳. 基于NRF24L01&C8051F021的无线数据采集系统设计J. 科技信息. 2010,3:7-8 8 廖惜春. 基于nRF2401的无线数据采集系统J. 五邑大学学报(自然科学版). 2006,7：22-23 9 赵晓安. MCS

54、-51单片机原理及应用M. 天津.天津大学出版社.1996: 10 10 鞠训光,于洪珍. 基于蓝牙的煤矿电机车数据采集系统J. 仪器仪表学报. 2006,9:20-22 11 杨旭,李德敏,张谦益. 基于nRF24L01的一种无线通信协议设计J. 通信技术. 2011,7:8 12 戴宏亮,张鸣. 基于蓝牙技术的嵌入式数据采集系统设计J. 长春工业大学学报(自然科学版). 2007,3:0413 马金祥,何一鸣. 基于nRF905模块的AT89S单片机无线收发系统设计J. 通信技术. 20092:914 关可,盛惠兴,王海滨,殷明. 基于nRF905的无线数据传输系统设计J. 信息安全与通信

55、保密. 2009,7:03 15 何立民从Cygnal 80C51F看8位单片机发展之路J 单片机与嵌入式系统应用，2002,5:5-816 夏继强. 单片机实验与实践教程. 北京：北京航空航天大学出版社,.2001:1217 徐惠民、安德宁 单片微型计算机原理接口与应用.北京：北京邮电大学出版社.1996:1818 V. Yu. Teplov,A. V. Anisimov. Thermostatting System Using a Single-Chip Microcomputer and Thermoelectric Modules Based on the Peltier EffectJ ,2002 :2-419 Yeager Brent.How to troubleshoot your electronic scaleJ. Powder and Bulk Engineering. 1995 :6-820 Meehan Joanne,Muir Lindsey.SCM in Merseyside SMEs:Benefits and barriersJ. TQM Journal. 2008:10 附 录设计原理图：1发送端原理图：2接收端原理图：源程序：1从机程序：/头文件#include <reg