基于单片机与无线技术的仓库温度采集系统概述

61/68目录TOC\o"1-3"\h\u15518摘要 I25022Abstract II22152第一章绪论 410204第二章系统总体设计方案 5205322.1单片机主模块 5163522.1.1AT89S51单片机特点 6157892.1.2最小单片机系统 723072.2温度传感器 759472.2.1温度传感器简介 883442.2.2DS18B20性能特点与内部结构 967562.3无线通信模块介绍 1455072.3.1NewMsg-RF905工作模式 17112822.3.2NewMsg-RF905寄存器配置 18195402.4键盘模块 1932502.5显示报警模块 20167292.6其它模块 2330349第三章软件设计 24383.1主程序流程 24162993.1.1系统温度采集终端主程序实现 2493093.1.2系统主机终端主程序实现 2592083.2温度的采集及数据的处理 2655673.2.1DS18B20初始化 27167863.2.2数据的读取与处理 284663.3无线通信子程序 31246653.3.1NewMsg-NRF905初始化 31265233.3.2寄存器的配置 32100493.3.3数据的发送与接收 34282203.4温度的显示模块 36135583.5按键子程序 3717785第四章总结与展望 3932459参考文献 40摘要随着社会主义现代化的进展，在科学技术突飞猛进的今天，人工智能起不不可忽视的作用。尤其是各种智能化的仪器、仪表在农、工业的广泛应用给社会带来了极大的便利。本文确实是一个利用温度来实现简单智能操纵的例子。它完成了从温度的采集、转换、显示以及操纵的一系列任务。由于时刻关系，本文并未深入探讨温度的具体实例。例如依照温度来操纵热水器、电风扇等与温度有关的设备。然而它提供了一个通过温度来操纵设备的差不多思想和原理。相信能在实际应用中为我们的生活带来更大的便利。本课题提出一种基于单片机的无线温度采集系统方案，该方案是利用单片机操纵DS18B20温度传感器采集温度、操纵LED数码管实时显示温度值、操纵NewMsg-NRF905进行数据的无线传输。本系统中所用到的器件是AT89S51单片机、数字温度传感器DS18B20和无线芯片NewMsg-NRF905，数据接收后由单片机AT89S51作为核心操纵部件译码，由MAX7219驱动的LED数码管显示当前的温度值，外加执行电路来完成系统的报警等预期任务。关键词：单片机；温度采集；NewMsg-NRF905；DS18B20；LED数码管显示；AbstractWiththedevelopmentofsocialisticmodernization,makeaspurtofprogressinscienceandtechnologytoday,artificialintelligencedoesnotplayarolecannotbeignored.Especiallyvariouskindsofintelligentinstruments,instrumentintheagricultural,industrialapplicationhasbroughtgreatconvenience.Thispaperistheuseoftemperaturetoasimpleexampleofintelligentcontrol.Itcompletesthetemperaturefromtheacquisition,conversion,displayandcontrolofaseriesoftasks.Becauseofthetime,thisdidnotdiscussspecificexamplesoftemperature.Forexample,accordingtothetemperaturecontrolwaterheater,electricfanandtemperaturerelatedequipment.Ibelievethatinthepracticalapplicationforourlivesmoreconvenient.ThispaperputsforwardawirelesstemperaturecollectionsystembasedonMCUprogram,theprogramistheuseofmicrocomputercontrolofDS18B20temperaturesensortemperaturecollection,controlLEDdigitaltubedisplayreal-timetemperaturevalue,controlofNewMsg-NRF905wirelessdatatransmission.ThesystemusedinthedeviceistheAT89S51microcontroller,digitaltemperaturesensorDS18B20andNewMsg-NRF905wirelesschip,datareceivedbyAT89S51microcontrollerascorecontrolcomponentdecoding,drivenbyMAX7219LEDdigitaltubedisplaysthecurrenttemperaturevalue,andtheexecutivecircuittocompletethesystemalarmexpectedtask.Keywords:singlechipmicrocomputer;temperatureacquisition;NewMsg-NRF905;DS18B20;LEDdigitaltubedisplay;第一章绪论21世纪的今天，科学技术的进展日新月异，科学技术的进步同时也带动了测量技术的进展，现代操纵设备不同于往常，它们在性能和结构发生了翻天覆地的变化。我们差不多进入了高速进展的信息时代，测量技术是当今社会的主流，广泛地深入到应用工程的各个领域。温度是工业、农业生产中常见的和最差不多的参数之一，在生产过程中常需对温度进行检测和监控，采纳微型机进行温度检测、数字显示、信息存储及实时操纵，关于提高生产效率和产品质量、节约能源等都有重要的作用。伴随工业科技、农业科技的进展，温度测量需求越来越多，也越来越重要。多路无线温度采集系统可被广泛应用于温度测量或相应的可转换为温度量或供电故障监控的工业、农业、环保、服务业、安全监控等工程中，例如：都市路灯故障检测和供电线路防盗监视、都市居民小区供热检测、大型仓库温度检测、工业生产测控、农业生产温度测控、环保工程、故障监控工程等。考虑到许多工业环境中对多点温度进行监控，一般需要测量几十个点以上。本设计是以AT89S51单片机作为操纵核心，提出以DS18B20的单总线分布式温度采集与操纵系统。多个温度传感节点通过单总线与单片机相连形成分布式系统。操纵器通过温度传感器实时检测各节点的温度变化由智能数字温度传感器DS18B20完成对仓库现场温度的多点采集，并由NRF905完成数据的无线通信，数据接收后由单片机AT89S51作为核心操纵部件译为码，由MAX7219驱动的LED数码管显示当前的温度值，外加一定的执行电路来完成系统的报警等预期任务。因为采纳微型机进行温度检测、数字显示、信息存储及实时操纵，关于提高生产效率和产品质量、节约能源等都有重要的作用，同时温度参数对工业生产的重要性，因此温度测量系统的精确度和智能化一直受到企业的重视。因此学习并研究温度测量及相关知识可做为一个较为有用的课题的方向，能获得较有用的知识和方法。同时它应用的领域也相当广泛，能够应用到消防电气的非破坏性温度检测，电力、电讯设备的过热故障预知检测，各类运输工具之组件的过热检测，保全与监视系统之应用，医疗与健诊的温度测试，化工、机械…等设备温度过热检测。因此前景是相当的可观。第二章系统总体设计方案此系统是基于AT89S51单片机并由智能数字温度传感器DS18B20完成对仓库现场温度的多点采集，用NewMsg-NRF905作为无线模块进行无线数据传输，数据接收后由单片机AT89S51作为核心操纵部件译码，并由MAX7219驱动的LED数码管显示当前的温度值，外加执行电路来完成系统的报警等预期任务。系统整体结构：ISM频道数据采集系统ISM频道数据采集系统键盘显示单片机单片机无线发射无线接收图2.1系统整体结构工作流程：1.数据采集设备采集现场数据参数，并由单片机操纵提取。2.单片机将有用数据加入数据位置编码通过无线射频模块发射。3.无线射频模块发射接收数据。4.单片机操纵提取接收到的数据并送至显示模块适时显示当前温度值，并依照键盘预先设定上限温度值报警。2.1单片机主模块主控单片机采纳一片ATMELAT89S51。依照题目要求，充分利用了单片灵巧活操纵的优点，发挥其优势功能，采纳单片机操纵显示信号灯，提高了系统的灵活性，设置方便。AT89S51芯片本身集成了看门狗（WDT）电路，这是为了系统更加的稳定可靠，幸免了系统因为死机而停止工作的情况发生这种做法关于实际上长时刻运行在恶劣状况的交通灯操纵系统来讲是十分必要的。它能够完成自动加载复位，省去人工调整的苦恼，能够做到无人职守。2.1.1AT89S51单片机特点AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kBytesISP(In-systemprogrammable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采纳ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，51系列单片机还具有省电耐用，可多次编程，性能稳定，物美价廉的优点，其次单片机软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑操纵。而且体积小，硬件实现简单，安装方便。既能够单独对多DS18B20操纵工作，还能够与PC机通信.运用主从分布式思想，由一台上位机（PC微型计算机），下位机（单片机）多点温度数据采集，组成两级分布式多点温度测量的巡回检测系统,实现远程操纵。另外AT89C51在工业操纵上也有着广泛的应用，编程技术及外围功能电路的配合使用都专门成熟。AT89S51总结具有如下特点：●与MCS-51单片机产品兼容●4K字节在系统可编程Flash存储器●1000次擦写周期●全静态工作：0Hz—33MHz●32个可编程I/O口线●2个16位定时器/计数器●6个中断源●全双工UART串行通道●低功耗空闲和掉电模式●掉电后中断可唤醒●看门狗定时器●双数据指针●灵活的ISP编程（字或字节模式）●4.05.5V电压工作范围2.1.2最小单片机系统下图是本设计中用到的单片机最小系统：图2.2单片机最小系统系统采纳12MHZ晶振，由于系统对晶振要求不高，能够依照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。2.2温度传感器温度的测量是从金属(物质)的热胀冷缩开始。水银温度计至今仍是各种温度测量的计量标准。但是它的缺点是只能近距离观测，而且水银有毒，玻璃管易碎。代替水银的有酒精温度计和金属簧片温度计，它们尽管没有毒性，但测量精度专门低，只能作为一个概略指示。只是在居民住宅中使用已可满足要求。在工业生产和实验研究中为了配合远传仪表指示，出现了许多不同的温度检测方法，常用的有电阻式、热电偶式、PN结型、辐射型、光纤式及石英谐振型等。它们差不多上基于温度变化引起其物理参数(如电阻值，热电势等)的变化的原理。随着大规模集成电路工艺的提高，出现了多种集成的数字化温度传感器。本设计将要用到的是DS18B20温度传感器。2.2.1温度传感器简介测量温度的关键是温度传感器，温度传感器的进展要紧通过了三个时期：（1）传统的分立式温度传感器（含敏感元件）（2）模拟集成温度传感器操纵器（3）智能温度传感器。模拟集成传感器是采纳硅半导体集成工艺而制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。模拟集成温度传感器是在20世纪80年代问世的，它是将温度传感器集成在一个芯片上，可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用IC。模拟集成温度传感器的要紧特点是功能单一（仅测量温度）、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。它是目前在国内外应用最为普遍的一种集成传感器，典型产品有AD590、AD592、TMP17、LM135等。模拟集成温度操纵器要紧包括温控开关和可编程温度操纵器，典型产品有LM56、AD22105和MAX6509。某些增强型集成温度操纵器例如(TC652/653)中还包含了刀转换器以及固化好的程序，这与智能温度传感器有某些相似之处。但它自成系统，工作时并不受微处理器的操纵，这是二者的要紧区不。智能温度传感器(亦称数字温度传感器)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度传感器系列产品。智能温度传感器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、中央操纵器(CPU)、随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度操纵量，适配各种微操纵器(MCU)；同时它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的，其智能化程度也取决于软件的开发水平。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、从集成化向智能化和网络化的方向飞速进展。数字式温度传感器DS18B20正是朝着高精度、多功能、总线标准化、高可性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速进展。因此，智能温度传感器DS18B20作为温度测量装置己广泛应用于人民的日常生活和工农业生产中。采纳温度芯片DS18B20测量温度，能够体现系统芯片化那个趋势。部分功能电路的集成，使总体电路更简洁，搭建电路和焊接电路时更快。而且，集成块的使用，有效地幸免外界的干扰，提高测量电路的精确度。因此集成芯片的使用将成为电路进展的一种趋势。本方案应用这一温度芯片，也是顺应这一趋势。依照其时序特点给出了DS1820和AT89S51单片机构成的温度测控系统的应用电路如下：图2.3DS18B20典型应用DS18B20采集到的模拟信号通过内部转换为数字信号，通过一总线DQ与单片机直接通信，无需A/D转换，单片机从其寄存器中直接提取数据再做相应处理后，交由无线模块发射。2.2.2DS18B20性能特点与内部结构1、DS18B20的性能特点如下：1)独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；2)多个DS18B20能够并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；3)无须外部器件；4)可通过数据线供电，电压范围为3.0～5.5V；5)零待机功耗；6)温度以3位数字显示；7)用户可定义报警设置；8)报警搜索命令识不并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；9)负电压特性，电源极性接反时，温度计可不能因发热而烧毁，但不能正常工作。2、DS18B20的外形及管脚排列如下图2-4:图2.4DS18B20封装3、DS18B20内部结构要紧由六分组成：1)64位光刻ROM。开始8位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有48位，最后8位是前56位的CRC校验码，这也是多个DS18B20能够采纳一线进行通信的缘故。64位闪速ROM的结构如下：8b检验CRC48b序列号8b工厂代码（10H）MSBLSBMSBLSBMSBLSB图2.5DS18B20内部结构2)非挥发的温度报警触发器TH和TL，可通过软件写入用户报警上下限值。3)高速暂存存储，能够设置DS18B20温度转换的精度。DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的E2PRAM。高速暂存RAM的结构为8字节的存储器，结构如图2-5所示。头2个字节包含测得的温度信息，第3和第4字节TH和TL的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第5个字节，为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。DS18B20工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。它的内部存储器结构和字节定义如图2.2所示。低5位一直为，TM是工作模式位，用于设置DS18B20在工作模式依旧在测试模式。Bye0温度测量值LSB（50H）Byte1温度测量值MSB（50H）E2PROMByte2TH高温寄存器TH高温寄存器Byte3TL低温寄存器TL低温寄存器Byte4配位寄存器配位寄存器Byte5预留（FFH）Byte6预留（0CH）Byte7预留（IOH）Byte8循环冗余码校验（CRC）图2.6DS18B20内部存储器结构DS18B20出厂时该位被设置为0，用户要去改动，R1和R0决定温度转换的精度位数，来设置分辨率。TMR1R011111图2.7DS18B20字节定义由表2.1可见，分辨率越高，所需要的温度数据转换时刻越长。因此，在实际应用中要将分辨率和转换时刻权衡考虑。高速暂存RAM的第6、7、8字节保留未用，表现为全逻辑1。第9字节读出前面所有8字节的CRC码，可用来检验数据，从而保证通信数据的正确性。当DS18B20接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第1、2字节。单片机能够通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以0.0625℃／LSB形式表示。当符号位S＝0时，表示测得的温度值为正值，能够直接将二进制位转换为十进制；当符号位S＝1时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。表2.2是一部分温度值对应的二进制温度数据。表2.1DS18B20温度转换时刻表R1R0分辨率/位温度最大转向时刻/ms00993.750110187.510113751112750表2.2一部分温度对应值表温度/℃二进制表示十六进制表示+125000001111101000007D0H+8500000101010100000550H+25.062500000001100100000191H+10.125000000001010000100A2H+0.500000000000000100008H000000000000010000000H-0.51111111111110000FFF8H-10.1251111111101011110FF5EH-25.06251111111001101111FE6FH-551111110010010000FC90H4)CRC的产生在64bROM的最高有效字节中存储有循环冗余校验码（CRC）。主机依照ROM的前56位来计算CRC值，并和存入DS18B20中的CRC值做比较，以推断主机收到的ROM数据是否正确。另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念，因此读写时序专门重要。系统对DS18B20的各种操作按协议进行。操作协议为：初使化DS18B20（发复位脉冲）→发ROM功能命令→发存储器操作命令→处理数据。5）寄生电源寄生电源有二极管VD1、VD2、寄生电容C和电源检测电路组成，如图所示。电源检测电路用于判定供电方式。DS18B20有两种供电方式：3.0——5.5V的电源供电方式和寄生电源供电方式（直接从数据线猎取电源）。若采纳外部电源给器件供电，外部电源接VCC引脚通过VD2向器件供电，如图所示。寄生电源供电时，VCC端接地，器件从单线总线上猎取电源，如图所示。在I/O线呈低电平常，改由电容C上的典雅接着向器件供电。该寄生电源的优点：第一，检测远程温度时无需本地电源；第二、缺少正常电源时也能读ROM。外部电源供电图2.8外部电源供电寄生电源供电图2.9寄生电源供电2.3无线通信模块介绍随着我国国际地位和科研水平的不断提高，无需导线连接的无线数据系统对用户有着极大的吸引力。无线数据系统采纳了能在局域范围内无线传输信息的数字网络，在不改动原有设施的前提下，将有效的数据信息准确、快速和安全地传送给与会者。因此，无线数据系统设备的设计得到了国内外相关领域厂商的广泛关注，以后，无线数据系统专门有可能代替现有的有线数据系统，成为今后数据传输的主流。要了解无线数据传输，就得先了解无线传输技术。下面大概介绍一下几种常见的无线传输技术：1.U段无线传输技术超高频（UHF-UltraHighFrequency）。UHF波段则是指频率为300~3000MHz的特高频无线电波。具有特点是：1）稳定性高2）写距离远3）讯速率较高但U段技术由于频段多、使用范围广，容易串频和被听，保密性较差。2.红外线技术红外通讯技术的特点：1）它是目前在世界范围内被广泛使用的一种无线连接技术，被众多的硬件和软件平台所支持；2）通过数据电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换实现无线的数据收发。3）要紧是用来取代点对点的线缆连接；4）具有不能穿透障碍物的特性，有效保障了会议信息的安全与保密；5）安装方便快捷，成本低；因此我们依旧需要注意一下红外线技术的一些局限性。在进行系统安装时，设备距离红外信号收发器的距离通常比较短，大都在10米内，且应远离其它红外光源（如日光灯，等离子屏等），以幸免干扰。3.WAP技术WAP是WirelessApplicationProtocol（即无线应用协议）的缩写。无线应用协议也称为无线应用程序协议，目前应用广泛，是在数字移动电话、Internet及其他个人数字助理机PDA、计算机应用之间进行通信的开放性全球标准。在工作方面，关于日理万机、经常与时刻竞赛的商务人士，WAP更能为用户提供市场上最新的第一手信息，完全配合用户的业务和工作需要。在生活方面，不管用户身在何处，都能够通过WAP上网，进行各项线上银行服务，在娱乐方面，WAP也为用户提供了崭新的消费模式，不管您走到那儿，都能够为所欲为地与朋友甚至其他WAP用户，一起上网、玩游戏，一起分享WAP的乐趣。BOSCH的DCN无线讨论系统采纳的确实是该无线技术。通过倍受赞誉的无线介入点能够为方圆40米（164英尺）左右的空间提供稳固如一的强大连接。WAP既可部署在会议室中心以获得最佳的覆盖率，也能够移动到会议室中最适合的位置。尽管WAP有其强大的优势，然而也必须指出WAP在技术角度上的局限性，要紧存在于两个方面：1）WAP设备和WAP承载网络：2）WAP设备受CPU、随机访问存储器（RAM）、只读存储器（ROM）和处理速度的限制。3）WAP承载网络是低功率的网络，一般在办公环境中的带宽多为11M，。WAP承载网络的固有特性是可靠性不高、稳定性不高和不可。4.2.4G频射技术2.4G无线技术，其频段处于2.405GHz-2.485GHz之间。因此简称为2.4G无线技术。那个频段里是国际规定的免费频段，是不需要向国际相关组织缴纳任何费用的。这就为2.4G无线技术可进展性提供了必要的有利条件。而且2.4G无线技术不同于之前的27MHz无线技术，它的工作方式是全双工模式传输，在抗干扰性能上要比27MHz有着绝对的优势。那个优势决定了它的超强抗干扰性以及最大可达10米的传输距离。此外2.4G无线技术还拥有理论上2M的数据传输速率，比蓝牙的1M理论传输速率提高了一倍。这就为以后的应用层提高了可靠的保障。2.4G有着自己独到的优势所在。相比蓝牙它的产品制造成本更低，提供的数据传输速率更高。相比同样免费的27MHz无线技术它的抗干扰性、最大传输距离以及功耗都远远超出。据上介绍，因此那个地点就运用了无线通信模块（NewMsg-RF905）。NewMsg-RF905芯片是挪威Nordic公司推出的的单片射频收发器。芯片工作电压DC1.9～3.6V，32引脚QFN封装，内置硬件CRC检错和点对多点通信地址操纵，工作在433/868/915MHz三个ISM频段，频段之间收发模式切换时刻<650us。其引脚讲明如表1所示：表2.3引脚讲明针号功能讲明缩写1电源＝3.3V~3.6VDCVCC2TX_EN＝1为TX模式，TX_EN＝0为RX模式TX_EN3发送或接收数据使能TRX_CE4芯片上电PWR_UP5时钟输出（不用）uCLK6载波检测CD7地址匹配AM8接收或发送数据完成DR9SPI输出MISO10SPI输入MOSI11SPI时钟SCK12SPI使能CSN13接地GND14接地GND2.3.1NewMsg-RF905工作模式NewMsg-RF905由PWR、TRX_CE、TX_EN组成操纵四种工作模式：两种活动RX/TX模式和两种节电模式。（1）ShockBurst模式ShockBurstTM收发模式下，使用片内的先放先出堆栈区，数据低速从微操纵器送入，但高速发射，如此能够尽量节能，因此，使用低速的微操纵器也能得到专门高的射频数据发射速率，与射频协议相关的所有高速信号处理都在片内进行，这种做法有三大好处：尽量节能；低的系统费用；数据在空中停留的时刻短，抗干扰性高。在ShockBurstTM收发模式下，RF905自动处理字头和CRC校验码。在接收数据时，自动把字头和 CRC校验码移去。在发送数据时自动加上字头和CRC校验码，当发送完成后，DR引脚通知微处理器数据发送完毕。（2）节能模式RF905的节能模式包括关机模式和节能模式。在关机模式，RF905的工作电流最小，一般为2.5uA。进入关机模式后，RF905保持配置字中的内容，但可不能接收或发送任何数据。空闲模式有利于减小工作电流，其从空闲模式到发送模式或接收模式的启动时刻也比较短。在空闲模式下，RF905内部的部分晶体振荡器处于工作状态。2.3.2NewMsg-RF905寄存器配置NewMsg-RF905的所有配置都通过SPI接口进行。SPI接口由5个寄存器组成，一条SPI指令用来决定进行什么操作。SPI接口只有在掉电模式和Standby模式是激活的。1）、状态寄存器（Status-Register）寄存器包含数据就绪DR和地址匹配AM状态。2）、RF配置寄存器（RF-ConfigurationRegister）寄存器包含收发器的频率、输出功率等配置信息。3）、发送地址（TX-Address）寄存器包含目标器件地址，字节长度由配置寄存器设置。4）、发送有效数据（TX-Payload）寄存器包含发送的有效ShockBurst数据包数据，字节长度由配置寄存器设置。5）、接收有效数据（TX-Payload）寄存器包含接收到的有效ShockBurst数据包数据，字节长度由配置寄存器设置。在寄存器中的有效数据由数据预备就绪DR指示。射频寄存器的各位的长度是固定的。然而，在ShockBurstTM收发过程中，TX_PAYLOAD、RX_PAYLOAD、TX_ADDRESS和RX_ADDRESS4个寄存器使用字节数由配置字决定。RF905进入关机模式或空闲模式时，寄存器中的内容保持不变。NewMsg-RF905与AT89S51单片机构成的温度测控系统的应用电路如下：图2.10NewMsg-NRF905发射与接收电路它采纳SPI接口与ATS89S51串行通信，ATS89S51能够用一般I/O口来SPI接口，只需添加代码模拟SPI时序即可。本设计确实是采纳一般I/O口模拟SPI接口的。2.4键盘模块基于本系统按键较少，采纳矩阵式键盘，电路复杂且会加大编程难度。因此那个地点采纳独立式按键电路，每个按键单独占有一根I/O接口线,每个I/O口的工作状态互不阻碍，此类键盘采纳端口直接扫描方式。电路设计简单，且编程极其容易采纳独立式按键电路。按键硬件设计本设计中，按键差不多有两种功能，一是完成温度上限的设定，二是完成测量点的选择，二者工作不冲突，故为节约资源，可利用中断的不同让按键工作于两种模式下，即采纳按键复用。如此并能实现按键功能实时性的要求。其硬件电路如下所示：图2.11按键电路如图中所示，K0为按键模式1（上限温度设定）的中断触发信号：K5为按键模式2（温度显示点选择）的中断触发信号，K1、K2、K3、K4为复用键，在模式1时分不为调节位选上调下调完成功能；在模式2时分不为显示1号、2号、3号测量点温度及模式结束键。如此便完成了按键预期功能。2.5显示报警模块本系统中要求显示数据简单且亮度较大，采纳LCD显示价格较高，且在强光下亮度一般不足。而采纳LED显示器在亮度、可视角度和刷新速率等方面，都更具优势。在强光下也能够照看不误，同时对温度适应性较强。由于单片机的I/O有限，为了更好的分配资源，显示模块要求用串行传输。MAX7219是MAXIM公司的7段共阴极LED数码管专用驱动器，每一片MAX7219最多可驱动8位LED，完全满足本设计的要求，且集BCD码译码器、多路扫描器、段驱动和位驱动电路于一体，内含8×8位双口静态SRAM，可保存8位LED数据，不仅使用方便，连线简单，而且还可串联，大大简化了硬件电路设计，减少软件的工作量。MAX7219直接与单片机相连如下图所示：图2.12MAX7219显示驱动电路MAX7219具有典型的三线串行接口，命令与数据组成16位字串，从DOUT引脚输出，当每一个CLK脉冲上升沿到来时，串行数据从DIN引脚进入MAX7219内部移位寄存器，最先收到的是高位。在第16个CLK上升沿，LOAD引脚若变为高电平，则数据就会被锁存到内部寄存器中。下图为MAX7219的时序图。图2.13MAX7219时序图如图所示，DIN为串行数据输入端，当CLK为上升沿时，数据载入16位内部移位寄存器；CLK为串行时钟输入端，最大工作频率为10MHz；LOAD为片选端，当LOAD为低电平常，该器件接收来自DIN的数据，接收完毕，LOAD返回高电平常，接收的数据将锁定；DIG0～DIG7为汲取显示器共阴极电流的位驱动线，其最大值。可达500mA，在关闭状态时，输出＋V；SEGA～SEGG和DP为驱动显示器7段及小数点的输出电流，约40mA，可软件调整，关闭状态时，接入GND；DOUT为串行数据输出端，通常直接接入下一片MAX7219的DIN端。本设计中未用到DOUT端。通过V+引脚和ISET引脚之间所接的外部电阻RSET操纵MAX7219，RSET越大，段电流越小，然而其为9530Ω。现在为典型段电流37mA。为了减少外界干扰，在MAX7219的V+引脚与GND引脚之间接一个0.1μF的涤纶电容和一只10μF的钽电容。MAX7219所能直接驱动的是共阴微小电流LED显示器，它不能直接驱动共阳极LED显示器，否则会损坏器件。为了报警达到目的，直到工作人员采纳相应措施改善温度条件，故采纳了蜂鸣器置的方法报警。其硬件电路如下所示：图2.14报警电路当温度超过上限时，置位P37使报警电路工作，可通过开关S0关掉报警，但当报警作用起到后，为了不让它在处理温度问题同时不接着报警，故加上一个单刀双掷开关和一个反指示灯，可人工先择报警状态，或为蜂鸣器或为指示灯工作。2.6其它模块电源模块本系统中除了NRF905使用3.3V电压外，其它均采纳5V电压。要紧是因为NRF905电源电压是3.3V~3.6VDC，而在3.3V时性能最佳。考虑到系统的特点，采纳220V交流供电，故需要以下电压变换：图2.15220V交流变5V直流电源电路图2.165V直流变3.3V直流第三章软件设计本章要紧介绍单片机通过NRF905模块及DS18B20检测温度的软件实现方法，包括温度的采集，采样点的识不，数据的处理及发射与接收，以及温度的显示的操纵。3.1主程序流程设计中要完成按键设定温度报警上限值（按键模式1），按键更改显示不同测量点的温度（按键模式2），但单片机不能一直处于查询状态，那样太白费单片机资源，又不利于系统整体流程的复杂程度，故采纳了中断方式。考虑到本系统的开关机次数可不能太多，为了节约成本，未对单片机ROM区的资源进行扩展，而温度的上下限值保存于RAM区没定的变量中，系统开机或重启时要首先对温度上下限进行设定。要紧包括发射端与接收端主程序如下：3.1.1系统温度采集终端主程序实现发射端的要紧任务确实是温度采集，并通过无线模块发送出去，并对读取的温度值了相应处理，分离出小数、整数，加入了测量点代码。具体流程如下:图3.1温度采集端主程序流程图3.1.2系统主机终端主程序实现接收端要紧完成把发送端发送的数据接收，并送到MAX7219显示出来，中途接收按键中断，设定温度报警上限值（按键模式1），更改显示不同测量点温度（按键模式2），模式的切换通过不同的外部中断来区不。图3.2系统主机终端主程序流程图3.2温度的采集及数据的处理在本设计中采纳DS18B20作为温度采集设备，它与单片机通过一总线通信，有严格的时序要求，为了方便接收端数据的处理，温度采集后并对其数据进行了处理，并加入测量点识不码；故其软件设计过程要紧包括温度的读取与数的处理，具体流程如下所示：3.2.1DS18B20初始化图3.3温度采集初始化流程图如上图所示DS18B20的初始化要完成以下工作：（1）先设置好初始化成功标志，将数据线置高电平“1”。（2）延时（该时刻要求的不是专门严格，然而尽可能的短）（3）数据线拉到低电平“0”。（4）延时750微秒（该时刻的时刻范围能够从480到960微秒）产生复位脉冲。（5）数据线拉到高电平“1”,释放总线。（6）延时等待（假如初始化成功则在15到60毫秒时刻之内产生一个由DS18B20所返回的低电平“0”。据该状态能够来确定初始化成功与否。）3.2.2数据的读取与处理由于设计中选用的的温度传感器芯片要写入命令字来操纵相应的动作，且有严格的时序要求，因此需要有相应的子程序；由于本设计中要求对不同的温度点加以区不，并显示出来，故采纳自行给编码比较容易实现，那个地点的编码必须由温度采集点给出，才能达到区不的目的，因此在发射击的温度值中直接加入相应编码，与温度值一同发出，并在接收端解码、显示出其编码信息，与其温度值相对应的出现在LED显示屏上。本文此处介绍DS18B20读一字节子程序，写一字节子程序，和读取温度值及数据处理子程序。以下是用于向DS18B20写写一字节子程序流程：图3.4DS18B20写命令字的写字节子程序流程图如上图所示，DS18B20的写时序有严格的要求DS18B20的写操作。（1）数据线先置低电平“0”，写时序开始。（2）延时确定的时刻为15微秒。（3）把要写入的数据按从低位到高位的顺序按位发送字节。（4）延时时刻为60到120微秒，使写时刻片结束。（5）将数据线拉到高电平释放总线。（6）重复上（1）到（6）的操作到所有的字节全部发送完。（7）最后将数据线拉高，返回。下是从DS18B20中读取一个字节子程序：图3.5DS18B20中读取一个字节子程序流程图如上图所示，读操作同样也有严格的时序要求DS18B20的读操作（1）将数据线拉低“0”，读时刻片开始。（2）在1到15微秒内，数据线拉高，释放总线，读走数据。（3）按先低位后高位的顺序依次读入8位。（4）将数据线拉高“1”。（5）延时至60微秒使读时刻片结束。（6）拉高返回。以下是读取温度值及数据处理子程序图3.6读取温度值及数据处理子程序流程图如上图所示，读取温度值及数据处理应包括以下过程：（1）对DS18B20初始化。（2）跃过读序列号，并启动温度转换。（3）再对DS18B20初始化。（4）跃过读序列号，并写入读取温度命令字。（5）赶忙读取温度值。（6）数据处量，包括分离出小数部分，整数部分，以及加入编码部分。3.3无线通信子程序本设计中采纳了NewMsg-NRF905射频模块完成数据传输。单片机通过SPI接口与NewMsg-NRF905相接，并完成对其操纵。故软件设计中要紧包括NewMsg-NRF905初始化，寄存器的配置，发射与接收程序，其具体流程分不如下所示：3.3.1NewMsg-NRF905初始化初始化的过程确实是对无线模块进配置的过程，其中相关配置的参数见附录。以下是无线模块的初始化流程：图3.7无线模块的初始化流程图由于无线模块是通过SPI与单片机进行通信的，因此要先打开SPI接口，在循环写入相关的十字节的配置信息，写入完成后，关闭SPI，以便其它操作。3.3.2寄存器的配置如上所述，无线模块是通过SPI与单片机进行通信的，所有配置字差不多上通过SPI接口送给RF905。必须进行SPI读写才能完成对无线模块的相关配置，以及数据的读取。下面要先介绍SPI的读写操作，再介绍相关配置字的选择。配置字差不多上通过SPI接口送给RF905。下面是SPI的写子程序流程图：图3.8SPI的写子程序流程图步骤一：MOSI线预备好需要发送的数据位。步骤二：SCK置高，器件读取MOSI线上的数据。步骤三：SCK置低，预备发送数据的下一位。以上步骤循环执行8次，通过SPI向器件发送数据完成。单片机也是通过SPI接口从RF905中读取数据的，下面是SPI的读子程序流程图：图3.9SPI的读子程序流程图步骤一：MISO线预备好需要读取的数据位。步骤二：SCK置高，主机读取MISO线上的数据。步骤三：SCK置低，预备接收数据的下一位。以上步骤循环执行8次，通过SPI向器件发送数据完成！3.3.3数据的发送与接收所有的SPI操作差不多上为了数据的接收与发送，那个地点介绍数据通过无线模块发送接收的软件实现。下面是通过无线模块接收两个字节的子程序流程图：图3.10无线模块接收两个字节的子程序流程图步骤一：TRX_CE=0;必须将此引脚置低，使905进入standby模式。步骤二：发送RRP指令。步骤三：循环调用SpiRead函数，读取接收到的数据。步骤四：等待DR和AM引脚复位为低电平。（中间夹有CSN电平变化）。数据包接收完成！下面是通过无线模块发送两个字节的子程序流程图：图3.11无线模块发送两个字节的子程序流程图步骤一：通过SpiWrite函数发送WTP命令，预备写入TX有效数据。步骤二：循环调用SpiWrite向TX-Payload寄存器写入TX有效数据。（中间夹有CSN电平变化）步骤三：延时。步骤四：通过SpiWrite函数发送WTA命令，预备写入TX地址。步骤五：循环调用SpiWrite向TX-Address寄存器写入TX地址。步骤六：TRX_CE=1;开始发送数据。延时，nRF905数据发送完成。3.4温度的显示模块同样节约了I/O接口资源，MAX7219和AT89s51采纳串行方式传输数据，数据格式为16位，发送到DIN端的串行数据在每个CLK的上升沿移至内部16位移位寄存器中,然后在LOAD的上升沿，将数据锁存到数字或操纵寄存器中。通过移位寄存器传送DIN端的数据，D8～D11是寄存器地址;D0～D7为数据;D12～D15为无关位;MAX7219接收的第1位为D15。MAX7219中共有14个数据和操纵寄存器。MAX7219与AT89s51的编程，要紧为初始化子程序。程序流程如下：图3.12MAX7219初始化子程序流程图如上图所示，所有向MAX7219中写的数据差不多上DIN预备好，在CLK上升沿时送入相应寄存器。数据送到相应寄存器后，其输出就会有相应动作。3.5按键子程序另外通过中断来设定温度报警上限值（按键模式1）；通过按键复用更改显示不同测量点的温度（按键模式2）；其软件设计流程如下：按键模式1：图3.13按键设定温度报警上限值子程序流程图为了利用外部中断的不同来区不不同的模式，故采纳了单独的触发按键，本模式由外部中断0（INT0）端触发，另外，为了调节的需要，设置了上调、下调改变调节位按键，另外为了系统使用的方便，专门增加的中断结束按键。按键模式2：图3．14温度检测点选择子程序流程图同样为了利用外部中断的不同来区不不同的模式，采纳了单独的触发按键，本模式由外部中断1（INT1）端触发，另外，为了多点检测的需要，设置了1号、2号、3号温度检测终端选择按键，为节约资源，以上4键分不为上调、下调、改变调节位与中断返回按键的复用；另外为了系统使用的方便，专门增加的中断结束按键。第四章总结与展望本文采纳单片机和无线处理技术，分析研究了智能仓库温度监控系统中总线技术和无线传输技术完成数据的采集和监控。对其中的一些难点问题进行了重点研究，并设计出了稳定可靠智能的温度监控系统，在实验过程中取得了良好的效果。为此，本文研究所取得的创新性成果有：(l)研究了国内仓库温度采集系统的进展现状，分析了国内对此系统的需求方向。依照单片机和无线处理技术，分析了系统使用的软件硬件平台特点，针对功能需求设计了仓库温度采集系统的硬件和软件组成。(3)研究设计了功能齐全、简单有效、易于操作的温度采集操纵系统的应用程序。本文尽管对仓库温度采集系统做了相关的研究，但由于时刻和本人知识水平有限，仍然有许多问题需要深入的研究以及进一步的改进和完善，要紧有以下几个方面：（1）在进行系统安装时，设备距离红外信号收发器的距离通常比较短，大都在10米内，而且容易被其它红外光源干扰。因此在这一方面还待加强。（2）由于本系统的开关机次数可不能太多，为了节约成本，未对单片机ROM区的资源进行扩展。随着单片机和无线操纵技术的快速进展，国内外的相关研究学者将会对基于单片机和无线的智能操纵系统进行更加深入的研究，使其技术也越来越成熟，并在工业生产中发挥越来越重要的作用。参考文献[1]51单片机C语言常用模块与综合系统设计.电子工业出版社，2007[2]孙育才.MCS-51系列单片微型计算机及其应用.第4版，东南大学出版社，2004[3]于永.51单片机C语言常用模块与综合系统设计实例精讲.电子工业出版社，2007[4]刘军.单片机原理与接口技术.华东理工大学出版社，2006[5]赵亮.单片机C语言编程与实例.人民邮电出版社，2003[6]模拟电子技术基础.高等教育出版社，2006[7]先锋工作室.单片机程序设计实例[M].清华大学出版社,2002.[8]冯建华.赵亮.单片机应用系统设计与产品开发[M].人民邮电出社,2004.11[9]谢维成,杨加国,董秀成.单片机原理与应用及C51程序设计[M].清华大学出版社,2006.8[10]沈兰荪.数据采集与处理[M]北京:能源出版社,1987.1[11]徐玮,徐富军,沈建良.C51单片机高效入门[M].机械工业出版社，2001.3[12]徐玲.小信号数据采集及处理[N].广东民族学院学报,1995(4).[13]何立民.MCS—51系列单片机应用系统设计.北京:北京航空航天大学出版，2003.7[14]张毓芬.数据采集器同计算机的一种接口方法.声学与电子工程[15]石东海.单片机数据通信技术从入门到精通[M].西安西安电子科技大学出版社,2002[16]刘和平.单片机原理及应用[M].重庆大学出版社[17]李华.MCS51系例单片机有用接口技术[M].北京航空航天大学出版社[18]李兰友.单片机开发应用十例[M].电子工业出版社,1994.2[23]Richardc.Dorf.modernconctrolsysterm.BEIJINGSciencePublishingHouse，2002.[24]DonaldA.Neamen.Electroniccircuitanalysisanddesign.TsinghuaUniversityPressandSpringerVerlag.2002.致谢在此要特不感谢李老师对我的无限督促，从2011年12月份开会后开始！李老师经常调查论文进度，同时要求我们把预备好的资料，源程序等都得发有两给他批阅，这对我来讲，无疑特不重要，因为我是那种读书不是专门自觉的人。短短的五个多月论文设计，在李老师的要求下，上报论文进度不下于二十次。在李老师的督促下！我在网上找了