基于無線傳感網(wǎng)的冷庫環(huán)境參量監(jiān)控系統(tǒng)電子信息工程畢業(yè)設(shè)計終稿

1、<p>　　本 科 畢 業(yè) 論 文</p><p>　　題目： 基于無線傳感網(wǎng)的冷庫環(huán)境參量監(jiān)控系統(tǒng) </p><p>　　學(xué)院： 電子信息工程學(xué)院 </p><p>　　班級： 電信12-2班 </p><p>　　姓名： 李 杰

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師： 鄧翔宇 職稱： 教授 </p><p>　　完成日期： 年 月 日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　溫度控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于社會生活的各個領(lǐng)域,又由于近年來,數(shù)字家庭、無線通信、無線控制、無線定位、無線

3、組網(wǎng)和移動連接等詞語的頻頻映入我們的眼簾，灌入我們的耳朵。正是由于IT產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展、網(wǎng)絡(luò)的普及、產(chǎn)品的智能化以及單片機強有力的功能拓展，才使得它們逐漸來到我們的身邊，進(jìn)入我們的生活。日益相關(guān)的信息報道足以預(yù)測這些新技術(shù)必將具有強大生命力和廣闊的市場前景。</p><p>　　本文設(shè)計完成的環(huán)境參量監(jiān)測平臺可以針對現(xiàn)實中的眾多場合實施有效地信息監(jiān)測，于遇到一些異常數(shù)據(jù)的情況，可以顯示冷庫信息及時對異常信息報警，并

4、將數(shù)據(jù)實時存儲到數(shù)據(jù)庫中，備日后分析?？傮w來講，該監(jiān)測平臺可靠性高、穩(wěn)定性強、能耗低，操作簡單方便，可應(yīng)用領(lǐng)域廣，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計的要求。</p><p>　　關(guān)鍵詞：冷庫環(huán)境 無線傳感網(wǎng)</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Temperature control system is widely used

5、in various fields of social life, and because in recent years, digital home, wireless communication, wireless control, wireless positioning, wireless network and mobile connection words frequently greet our eyes, poured

6、into our ears. It is because of the rapid development of IT industry, the popularity of the network, the product of intelligent and powerful function of the MCU development, so that they gradually come to our side, into

7、our lives. Increas</p><p>　　In this paper the design of environment parameters monitoring platform can be in view of the reality of the numerous occasions implementation to effectively monitor information, t

8、o meet some abnormal data, can display the cold storage information in a timely manner to the abnormal information of alarm, and real-time data storage to the database, analysis in the future. Generally speaking, the mon

9、itoring platform has high reliability, strong stability, low energy consumption, simple and convenien</p><p>　　Key Words: Cold storage environment Wireless sensor network</p><p><b>　　目

10、 錄</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p><b>　　Abstract</b></p><p><b>　　引言</b></p><p><b>　　1 緒 論</b></p><p>

11、;<b>　　課題背景與意義</b></p><p><b>　　無線傳感網(wǎng)絡(luò)概述</b></p><p>　　1.2.1無線傳感網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p><p>　　1.2.2無線傳感網(wǎng)絡(luò)的特點</p><p>　　1.3基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的研究內(nèi)容</p><p><

12、;b>　　2 系統(tǒng)總體設(shè)計</b></p><p><b>　　2.1系統(tǒng)總體方案</b></p><p>　　2.2冷庫環(huán)境參量采集系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　2.2.1 冷庫溫度的采集</p><p>　　2.2.2 冷庫濕度的采集</p><p>　　2.3 參量的無線

13、傳輸</p><p>　　2.4 系統(tǒng)顯示及控制電路</p><p>　　2.5參量超限報警電路</p><p>　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計與實現(xiàn)</p><p>　　3.1 溫度采集模塊</p><p>　　3.1.1 DS18B20介紹</p><p>　　3.1.2單總線介紹</

14、p><p><b>　　3.2濕度采集模塊</b></p><p>　　3.2.1 HIH3610介紹</p><p>　　3.2.2 A/D轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　3.3 無線收發(fā)模塊</p><p>　　3.3.1無線收發(fā)芯片的選擇</p><p>　　3.3.2

15、PTR8000簡介</p><p>　　3.3.3 PTR8000的工作過程</p><p>　　3.3.4 PTR8000的編程過程</p><p>　　3.4 LCD顯示模塊</p><p>　　3.4.1字符型液晶顯示模塊</p><p>　　3.4.2字符型液晶顯示模塊引腳</p>&

16、lt;p>　　3.5 主控制單元的設(shè)計</p><p>　　3.4.1單片機的選型</p><p>　　3.4.2電源電路設(shè)計</p><p>　　3.4.3 AT89S52復(fù)位電路設(shè)計</p><p>　　3.4.4晶振電路設(shè)計</p><p>　　4 軟件部分的設(shè)計與實現(xiàn)</p>&

17、lt;p>　　4.1 溫度檢測模塊的軟件設(shè)計</p><p>　　4.1.1溫度數(shù)據(jù)的發(fā)送流程圖</p><p>　　4.1.2溫度數(shù)據(jù)的處理方法</p><p>　　4.2 發(fā)射模塊的軟件設(shè)計</p><p>　　4.2.1 PTR8000發(fā)射程序設(shè)計</p><p>　　4.2.2 PTR8000發(fā)

18、射及接收過程</p><p><b>　　結(jié)論與展望</b></p><p><b>　　致 謝</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　附錄A 基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的冷庫環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的原理圖</p><p>　　附錄

19、B 一篇引用的外文文獻(xiàn)及其譯文</p><p>　　附錄C 主要參考文獻(xiàn)的題錄及摘要</p><p><b>　　附錄D 源程序</b></p><p><b>　　第一章 緒 論</b></p><p>　　1.1 課題背景與意義</p><p>　　冷庫是發(fā)展冷藏

20、業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施，也是在低溫條件下貯藏貨品的建筑群。食品保鮮主要以食品冷藏鏈為主，將易腐畜禽、果蔬、水產(chǎn)、速凍食品經(jīng)過預(yù)冷、加工、儲存和冷藏運輸，有效地保持食品的外觀、色澤、營養(yǎng)成分及風(fēng)味物質(zhì)，達(dá)到食物保質(zhì)保鮮，延長食品的保存期為目的，起到調(diào)劑淡、旺季市場的需求并削減生產(chǎn)與銷售過程中經(jīng)濟損耗的作用。隨著市場經(jīng)濟的不斷發(fā)展、現(xiàn)代物流系統(tǒng)的不斷完善，食品冷藏鏈的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展前景十分廣漠。</p><p>　　近幾年來，我國

21、冷庫扶植成長十分迅速，首要分布在各水果、蔬菜生產(chǎn)區(qū)和大中城市郊區(qū)的蔬菜基地。據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)現(xiàn)有冷凍冷藏能力已達(dá)500 多萬t，此中外資、中外合資和個體冷庫約占50 萬t，國有冷庫450 多萬t，分屬于內(nèi)貿(mào)、農(nóng)業(yè)、外貿(mào)和輕工系，此中內(nèi)貿(mào)系統(tǒng)冷庫容量達(dá)300 多萬t，占國內(nèi)總量的60%以上。我國商業(yè)系統(tǒng)擁有果蔬儲藏庫面積達(dá)200多萬平米，倉儲本領(lǐng)達(dá)130多萬t，此中機械冷藏庫70多萬t，通俗庫為60多萬t。</p><p&

22、gt;　　果品蔬菜保鮮平常采用最低溫度為-2 ℃的高溫庫，水產(chǎn)、肉食類保鮮采用溫度在-18℃以下的低溫庫，而我國的貯藏冷庫大多數(shù)為高溫庫。大型冷庫一般采用以氨為制冷劑的集中式制冷系統(tǒng)，冷卻設(shè)備多為排管，系統(tǒng)復(fù)雜，實現(xiàn)自動化控制難度大。小型冷庫一般采用以氟里昂為制冷劑的分散式或集中式制冷系統(tǒng)。在建造方面以土建冷庫偏多，自動化控制水平普遍較低。裝配式冷庫近幾年來有所發(fā)展。</p><p>　　伴隨著社會的進(jìn)步和生產(chǎn)的

23、需要，利用無線傳輸技術(shù)對環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控傳送的方式已經(jīng)滲透到社會生活生產(chǎn)的每一個角落，溫度測量的準(zhǔn)確度在影響生產(chǎn)效益的同時也在逐步得到社會的重視。 </p><p>　　在冷庫現(xiàn)場，由于存儲環(huán)境因素，工作人員不能長時間停留在現(xiàn)場觀察設(shè)備是否運行正常，就需要采集數(shù)據(jù)并傳輸數(shù)據(jù)到一個環(huán)境相對好的操控室內(nèi)，工作人員可以在這里將控制指令傳輸給現(xiàn)場執(zhí)行模塊進(jìn)行各種操作。這樣就會產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳輸問題，由冷庫廠房大、需要傳輸數(shù)據(jù)多

24、，使用傳統(tǒng)的有線數(shù)據(jù)傳輸方式就需要鋪設(shè)很多很長的通訊線，浪費資源，占用空間，可操作性差，出現(xiàn)錯誤換線困難。而且，當(dāng)數(shù)據(jù)采集點處于運動狀態(tài)、所處的環(huán)境不允許或無法鋪設(shè)電纜時，數(shù)據(jù)甚至無法傳輸，此時便需要利用無線傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行數(shù)據(jù)采集。 </p><p>　　在日常生活中，隨著人們生活水平的提高，居住條件也逐漸變得智能化。如今很多家庭都會安裝室內(nèi)溫度采集控制系統(tǒng)，其原理就是利用無線通信技術(shù)采集室內(nèi)溫度數(shù)據(jù)，并根據(jù)室內(nèi)

25、溫度情況進(jìn)行遙控通風(fēng)等操作，自動調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度濕度，可以更好地改善人們的居住環(huán)境。 </p><p>　　以上只是簡單列舉幾個現(xiàn)實的例子，在現(xiàn)實生活中，這種溫度采集系統(tǒng)已經(jīng)被成功應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測、軍事國防、機器人控制等許多重要領(lǐng)域，而且類似于這種環(huán)境參量采集系統(tǒng)的無線通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到民用和軍事領(lǐng)域。因此，對于如何利用無線通信技術(shù)進(jìn)行冷庫環(huán)境數(shù)據(jù)采集，尤其是如何提高無線數(shù)據(jù)采集的精度等課題的研究就變得

26、非常的有意義。</p><p>　　1.2無線傳感網(wǎng)絡(luò)概述</p><p>　　1.2.1無線傳感網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p><p>　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1.1所示，一般包括傳感器節(jié)點（sensor node）、匯聚節(jié)點（sink node）和管理節(jié)點（management node）。大量傳感器節(jié)點隨機部署在被監(jiān)測區(qū)域內(nèi)或非 ?？拷槐O(jiān)測區(qū)域的地方，通過

27、自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，傳感器節(jié)點將監(jiān)測的數(shù)據(jù)經(jīng)過多跳后路 由傳輸?shù)絽R聚節(jié)點，匯聚節(jié)點通過公共通信網(wǎng)絡(luò)（如互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星等）將數(shù)據(jù)發(fā)送到管理節(jié)點。 監(jiān)測者通過管理節(jié)點對傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理和配置、發(fā)布檢測任務(wù)、收集監(jiān)測數(shù)據(jù)。</p><p>　　圖 1.1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 </p><p>　　傳感器節(jié)點通常是一個微型的嵌入式系統(tǒng)，由于受到體積、價格和電源供給等因素的限制，它的處理能力、存儲

28、能力和通信能力較弱，通常只與自身通信范圍內(nèi)的鄰居節(jié)點交換數(shù)據(jù)， 通過攜帶能量有限的電池供電。要訪問通信范圍以外的節(jié)點，必須使用多跳路由。為了保證采 集到的數(shù)據(jù)信息能夠通過多跳送到匯聚節(jié)點，節(jié)點的分布要相當(dāng)密集。從網(wǎng)絡(luò)功能上看，每個 傳感器節(jié)點都具有信息采集和路由的雙重功能，除了進(jìn)行本地信息收集和數(shù)據(jù)處理外，還要存 儲、管理和融合其他節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)過來的數(shù)據(jù)，同時與其他節(jié)點協(xié)作完成一些特定任務(wù)。</p><p>　　匯聚

29、節(jié)點通常具有較強的處理能力、存儲能力和通信能力，它既可以是一個具有增強功能 的傳感器節(jié)點，有足夠的能量供給和內(nèi)存與計算資源，也可以是沒有監(jiān)測功能僅帶有無線通信</p><p>　　1.2.2無線傳感網(wǎng)絡(luò)的特點</p><p>　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種“智能”網(wǎng)絡(luò)，與目前常見的無線網(wǎng)絡(luò)包括移動通信網(wǎng)、無線局域 網(wǎng)、藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)等有相似之處，但同時也存在很大的差別。傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)的首要設(shè)計目標(biāo)是 提

30、供高服務(wù)質(zhì)量和高效的帶寬利用，其次才考慮節(jié)約能源，而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的首要設(shè)計目標(biāo) 是能源的高效使用。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有以下主要特點：</p><p>　　(1) 傳感器節(jié)點數(shù)目大，密度高 為了獲取精確信息，在監(jiān)測區(qū)域通常部署大量傳感器節(jié)點，傳感器節(jié)點數(shù)量可能達(dá)到成千上萬，甚至更多。大量節(jié)點能夠增大覆蓋的監(jiān)測區(qū)域，減少盲區(qū)。</p><p>　　(2) 傳感器節(jié)點的能量、計算能力和存儲容量有

31、限 隨著傳感器的微型化，在設(shè)計中大部分節(jié)點的能量靠電池供電，其能量有限，而由于條件限制，難以在使用中給節(jié)點更換電池，所以傳感器節(jié)點的能量限制是整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計 的瓶頸，它直接決定了網(wǎng)絡(luò)的工作壽命；另一方面，傳感器節(jié)點的計算能力和存儲能力都較低， 使得其不能進(jìn)行復(fù)雜的計算和數(shù)據(jù)存儲。</p><p>　　(3) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有自組織能力 在傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，通常情況下傳感器節(jié)點被放置在沒有基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的地方。

32、傳感器節(jié)點的位置不能預(yù)先精確設(shè)定，節(jié)點之間的相互鄰居關(guān)系預(yù)先也不知道，這樣就要求傳感器節(jié)點具 有自組織的能力，能夠自動進(jìn)行配置和管理。</p><p>　　(4) 傳感器節(jié)點具有數(shù)據(jù)融合能力 在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，由于傳感器節(jié)點的數(shù)目大，很多節(jié)點會采集到具有相同類型的數(shù)據(jù)，因而通常要求其中的一些節(jié)點具有數(shù)據(jù)融合能力，能對來自多個傳感器節(jié)點采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行融 合，再送給信息處理中心。數(shù)據(jù)融合可以減少冗余數(shù)據(jù)，從而可以減

33、少在傳送數(shù)據(jù)過程中的能 量消耗，延長網(wǎng)絡(luò)的壽命。</p><p>　　(5) 動態(tài)的的網(wǎng)絡(luò) 傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可能因為下列因素而改變：環(huán)境因素或電能耗盡造成的傳感器節(jié)點出現(xiàn)故障或失效；環(huán)境條件變化可能造成無線通信鏈路帶寬變化，甚至?xí)r斷時通；傳感器網(wǎng)絡(luò) 的傳感器、感知對象和觀察者這三要素都可能具有移動性；新節(jié)點的加入。這就要求傳感器網(wǎng) 絡(luò)系統(tǒng)要能夠適應(yīng)這種變化，具有動態(tài)的系統(tǒng)可重構(gòu)性。</p>&l

34、t;p>　　1.3基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的研究內(nèi)容</p><p>　　本文中我們主要研究了無線傳輸技術(shù)在整個系統(tǒng)中所起的關(guān)鍵作用，對溫度傳感器的選擇，主控單元的設(shè)計以及一些外圍電路的設(shè)計，使之各分模塊能更好的融入整個系統(tǒng)，使系統(tǒng)更協(xié)調(diào)的工作，同時考慮了方案的可行性、可靠性及經(jīng)濟性。</p><p>　　系統(tǒng)的無線收發(fā)模塊采用了nRF905射頻芯片，并有低功耗單片機AT89S52控制實現(xiàn)短

35、距離無線數(shù)據(jù)通信。該接口設(shè)計具有成本低、功耗低、傳輸速率高、軟件設(shè)計簡單以及通信穩(wěn)定可靠等特點。整個系統(tǒng)有發(fā)送和接收二部分，通過nRF905無線數(shù)據(jù)通信收發(fā)模塊來實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸。發(fā)送部分以單片機AT89S52為核心，使用溫度轉(zhuǎn)換芯片DS18B20實時采集溫度數(shù)據(jù)。將采集的溫度數(shù)據(jù)無線傳送給接收部分，然后再在數(shù)碼管上顯示。本系統(tǒng)的核心控制芯片選用的是AT89S52。在完成課題的過程中要做到以下幾點：</p><p&g

36、t;　?。?）明確系統(tǒng)功能，完成系統(tǒng)功能模塊劃分；</p><p>　?。?）在系統(tǒng)需求及設(shè)計技術(shù)指標(biāo)的要求下，對整個系統(tǒng)的實現(xiàn)提出具體的設(shè)計方案；</p><p>　　（3）在方案設(shè)計的基礎(chǔ)上，結(jié)合技術(shù)指標(biāo)及實現(xiàn)的難易程度，確定測溫系統(tǒng)的實現(xiàn)方案及所用的各種軟硬件環(huán)境，包括器件的選型；完成現(xiàn)場控制單元的硬件原理設(shè)計</p><p>　　第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計<

37、/p><p>　　2.1 系統(tǒng)總體方案</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)需要，經(jīng)過分析，系統(tǒng)主要包括溫度傳感器、濕度傳感器、無線收發(fā)模塊、由單片機作為控制器的控制模塊、顯示模塊及驅(qū)動模塊。系統(tǒng)的設(shè)計框圖如圖2.1：</p><p>　　圖2.1系統(tǒng)設(shè)計框圖</p><p>　　2.2 冷庫環(huán)境參量采集系統(tǒng)設(shè)計</p><p>

38、　　2.2.1冷庫溫度的采集</p><p>　　溫度采集模塊是系統(tǒng)設(shè)計的重點之一，直接影響整個系統(tǒng)對環(huán)境溫度變化的反應(yīng)速度、采集準(zhǔn)確度以及精度等指標(biāo)。</p><p>　　采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20測量溫度，輸出信號全數(shù)字化。便于單片機處理及控制，省去傳統(tǒng)的測溫方法的很多外圍電路。且該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測溫元件，此元件線性度較好。測量溫度范圍寬，測量精度高 DS1

39、8B20 的測量范圍為 -55 ℃ ~+ 125 ℃ ； 在 -10~+ 85°C范圍內(nèi)，精度為 ± 0.5°C 。DS18B20的最大特點之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計DS1820和微控制器AT89S52構(gòu)成的溫度測量裝置，它直接輸出溫度的數(shù)字信號，可直接與計算機連接。這樣，測溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就比較簡單，體積也不大，且由于AT89S52可以帶多個DSB1820，因此可以非常容易實現(xiàn)多點測量，輕松的組

40、建傳感器網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　采用溫度芯片DS18B20測量溫度，可以體現(xiàn)系統(tǒng)芯片化這個趨勢。部分功能電路的集成，使總體電路更簡潔，搭建電路和焊接電路時更快。而且，集成塊的使用，有效地避免外界的干擾，提高測量電路的精確度。所以集成芯片的使用將成為電路發(fā)展的一種趨勢。</p><p>　　2.2.2冷庫濕度的采集</p><p>　　濕度采集選用HIH3610濕

41、度傳感器。HIH3610是美國Honeywell公司生產(chǎn)的相對濕度傳感器，該傳感器采用熱固聚酯電容式傳感頭，同時在內(nèi)部集成了信號處理功能電路，因此該傳感器可完成將相對濕度值變換成電容值，再將電容值轉(zhuǎn)換成線性電壓輸出的任務(wù)，同時該傳感器還具有精度高、響應(yīng)快、高穩(wěn)定性、低溫漂、抗化學(xué)腐蝕性能強及互換性好等優(yōu)點。 測量范圍：0~100%RH； 測量精度：-2~+2%RH； 電源電壓：4~5.8V； 電源電流：2

42、00uA； 輸出范圍：0.8~3.9V； 工作溫度范圍：-40~+85℃。</p><p>　　2.3 參量的無線傳輸</p><p>　　無線接收發(fā)射是系統(tǒng)設(shè)計的重點之一，它是連接監(jiān)測端和被監(jiān)測端的橋梁。無線模塊對環(huán)境比較敏感，同時，無線模塊的功耗、傳輸距離也是影響系統(tǒng)可用度的一個因素。所以必須選用能自己檢測傳輸錯誤，并且功耗較小、傳輸距離長的無線模塊。</p>

43、;<p>　　采用PRT8000進(jìn)行溫度的發(fā)送和接收，該方案具有模塊體積超小型，超低功耗，高速率，抗干擾能力強，開闊地時的使用距離最遠(yuǎn)可達(dá)1000米。</p><p>　　2.4 系統(tǒng)顯示及控制電路</p><p>　　為了能夠直觀的得到冷庫環(huán)境的實時參量數(shù)據(jù)，包括冷庫環(huán)境的溫度、濕度等，系統(tǒng)顯示模塊采用的是LCD液晶顯示屏，它是以若干個5×10點陣塊組成，能顯示英

44、文字符和數(shù)字，具有低功耗、長壽命、高可靠性、清晰、體積小等特點。</p><p>　　控制電路方面，系統(tǒng)采用的是AT89S52 單片機，具有低功耗，高性能CMOS 8位的特點，片內(nèi)含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集

45、成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S52可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。AT89S52具有如下特點：40個引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器，128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。 <

46、/p><p>　　2.5 參量超限報警電路</p><p>　　水果蔬菜保鮮通常采用最低溫度為-2 ℃的高溫庫，水產(chǎn)、肉食類保鮮采用溫度在-18℃以下的低溫庫。所以根據(jù)冷庫類型的不同，可事先設(shè)定符合食品儲藏的溫度范圍，當(dāng)所檢測到冷庫內(nèi)環(huán)境的溫、濕度超過或者低于所設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)值時，報警電路便發(fā)出報警，提醒工作人員對濕度進(jìn)行控制。</p><p>　　本次設(shè)計采用蜂鳴器報警。蜂

47、鳴器俗稱喇叭，是廣泛運用于各種電子產(chǎn)品的一種元器件，它用于提示、報警、音樂等許多運用場合。</p><p>　　第3章 硬件系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)</p><p>　　3.1 溫度采集模塊</p><p>　　3.1.1 DS18B20介紹</p><p>　　溫度芯片DS18B20是Dallas公司生產(chǎn)的單線式數(shù)字溫度傳感器，具有3引腳TO－92

48、小體積封裝形式。測溫分辨率可達(dá)0.0625℃，被測溫度用符號擴展的16位數(shù)字量方式串行輸出。測量溫度范圍為 -55℃～+125℃，在-10℃～+85℃范圍內(nèi)，精度為±0.5℃。其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生。CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。由于每一個DS18B20都有唯一系列號，因此多個DS18B20可以存在同一條單總線上。這允許許多不同

49、地方放置溫度靈敏器件。此特性的應(yīng)用范圍包括HAVC環(huán)境控制，建筑物、設(shè)備或機械內(nèi)的溫度檢測，以及過程監(jiān)控和控制中的溫度檢測等。DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 DS18B20方框圖</p><p>　　DS18B20有4個主要的數(shù)據(jù)部件：</p><p>　　A、64位激光ROM。64位激光ROM從高位到低位依次為8位CRC、4

50、8位序列號和8位家族代碼(28H)組成。</p><p><b>　　B、溫度靈敏元件。</b></p><p>　　C、非易失性溫度報警觸發(fā)器TH和TL?？赏ㄟ^軟件寫入用戶報警上下限值。</p><p>　　D、配置寄存器。配置寄存器為高速暫存存儲器中的第五個字節(jié)。其中R0、R1：溫度計分辨率設(shè)置位，其對應(yīng)四種分辨率如下表所列，出廠時R0、R

51、1置為缺省值：R0=1，R1=1（即12位分辨率），用戶可根據(jù)需要改寫配置寄存器以獲得合適的分辨率。</p><p>　　表3-1分辨率關(guān)系表</p><p>　　高速暫存存儲器由9個字節(jié)組成，其分配如表3-1所示。當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補碼形式存放在高速暫存存儲器的第0和第1個字節(jié)。單片機可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式如表3-1所示

52、。對應(yīng)的溫度計算：當(dāng)符號位S=0時，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)S=1時，先將補碼變?yōu)樵a，再計算十進(jìn)制值。</p><p>　　表3-2 DS18B20存儲器</p><p>　　DS18B20的工作時序DS18B20嚴(yán)格遵循單總線協(xié)議，工作時，主機先發(fā)一復(fù)位脈沖，使總線上的所有DS18B20都被復(fù)位，接著發(fā)送ROM操作指令，使序列號編碼匹配的DS18B20被激活，準(zhǔn)備接受下面的RA

53、M訪問指令。RAM訪問指令控制選中的DS18B20工作狀態(tài)，完成整個溫度轉(zhuǎn)換，讀取等工作。在ROM命令發(fā)送之前,RAM命令不起作用。表3-3列出了所有操作命令。</p><p><b>　　表3-3命令表</b></p><p>　　DS18B20對時序及電特性參數(shù)要求較高，必須嚴(yán)格按照DS18B20的時序要求去操作。它的數(shù)據(jù)讀寫主要由主機讀寫特定的時間片來完成，包括

54、復(fù)位（初始化）、讀時間片和寫時間片。1 、復(fù)位時序使用DS18B20時,首先需將其復(fù)位,然后才能執(zhí)行其它命令。復(fù)位時,主機將數(shù)據(jù)線拉為低電平并保持480us～960us,然后釋放數(shù)據(jù)線,再由上拉電阻將數(shù)據(jù)線拉高15us～60us,等待DS18B20發(fā)出存在脈沖,存在脈沖有效時間為60us～240us，這樣，就完成了復(fù)位操作。其復(fù)位時序如圖3.5所示。</p><p><b>　　圖3.2復(fù)位時序&l

55、t;/b></p><p>　　2 、“寫”時序 在主機對DS18B20寫數(shù)據(jù)時,先將數(shù)據(jù)線置為高電平,再變?yōu)榈碗娖?該低電平應(yīng)大于1us。在數(shù)據(jù)線變?yōu)榈碗娖胶?5us內(nèi),根據(jù)寫“1”或?qū)憽?”使數(shù)據(jù)線變高或繼續(xù)為低。DS18B20將在數(shù)據(jù)線變成低電平后15us～60us內(nèi)對數(shù)據(jù)線進(jìn)行采樣。要求寫入DS18B20的數(shù)據(jù)持續(xù)時間應(yīng)大于60us而小于120us,兩次寫數(shù)據(jù)之間的時間間隔應(yīng)大于1us。寫時

56、隙的時序如圖3.6所示。“讀”時序機理類似，不再贅述。</p><p>　　圖3.3寫時隙的時序</p><p>　　DS18B20芯片封裝圖（圖3.4）及引腳定義。</p><p>　　圖3.4 DS18B20引腳圖</p><p>　　(1)DQ為單數(shù)據(jù)總線，是數(shù)字信號輸入/輸出端； </p><p>　　(2)G

57、ND為電源地； </p><p>　　(3)VDD為外接供電電源</p><p>　　3.1.2單總線介紹</p><p>　　1－WIRE BUS單總線是Maxim全資子公司Dallas的一項專有技術(shù)。與目前多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)串行數(shù)據(jù)通信方式,如SPI/ IIC/ MICROWIRE不同,它采用單根信號線,既傳輸時鐘,又傳輸數(shù)據(jù),而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的。它具有節(jié)省I/O口線資

58、源、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、便于總線擴展和維護(hù)等諸多優(yōu)點。在實際應(yīng)用中還可以使用一個MOSFET將I/O口線直接和電源相連，起到上拉的作用。電路如圖：</p><p>　　圖3.5單總線原理圖</p><p>　　3.2 濕度采集模塊</p><p>　　3.2.1 HIH3610介紹</p><p>　　濕度采集選用HIH3610濕度傳感器。H

59、IH3610是美國Honeywell公司生產(chǎn)的相對濕度傳感器，該傳感器采用熱固聚酯電容式傳感頭，同時在內(nèi)部集成了信號處理功能電路，因此該傳感器可完成將相對濕度值變換成電容值，再將電容值轉(zhuǎn)換成線性電壓輸出的任務(wù)，同時該傳感器還具有精度高、響應(yīng)快、高穩(wěn)定性、低溫漂、抗化學(xué)腐蝕性能強及互換性好等優(yōu)點。</p><p>　　3.2.2 A/D轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　本系統(tǒng)中，濕度為緩變信號，

60、而且轉(zhuǎn)換成的電平信號為低電平緩變信號，對A/D轉(zhuǎn)換的要求不高，所以選用較為廉價的ADC0809。該芯片完全可以滿足設(shè)計需要，并且可以根據(jù)需要擴展檢測電路。ADC0809是采樣頻率為8位的、以逐次逼近原理進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址譯碼后的信號，只選通8個單端模擬輸入信號中的一個進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。濕度采集及A/D轉(zhuǎn)換電路圖如圖所示。</p><p>　　濕度采集及A/D轉(zhuǎn)換電路<

61、;/p><p>　　3.3 無線收發(fā)模塊</p><p>　　根據(jù)本設(shè)計的要求，為實現(xiàn)單片機和PC機之間的無線數(shù)據(jù)傳輸，首先需要選擇合適的無線收發(fā)的器件或者是模塊，其次需要了解該器件或者是模塊如何與單片機以及PC機連接。</p><p>　　3.3.1無線收發(fā)芯片的選擇</p><p>　　由于無線收發(fā)芯片的種類和數(shù)量比較多，如何在設(shè)計中選擇所需

62、要的芯片非常關(guān)鍵。正確的選擇可以使開發(fā)工作少走彎路，以下幾點是在選擇芯片或者模塊時所需要注意的問題：</p><p>　　1）收發(fā)芯片數(shù)據(jù)傳輸?shù)木幋a方式</p><p>　　采用曼徹斯特編碼的芯片，在編程上會需要較高的技巧和經(jīng)驗，需要更多的內(nèi)存和程序容量，并且曼徹斯特編碼大大降低數(shù)據(jù)的傳輸效率，一般僅能達(dá)到標(biāo)稱速率的1/3。而采用串口傳輸?shù)男酒鏽RF401系列的芯片，應(yīng)用及編程非常簡單

63、，傳送的效率很高，標(biāo)稱速率就是實際速率，因為串口的編程相對簡單，編程開發(fā)工作也很方便。</p><p><b>　　2) 外圍元件數(shù)量</b></p><p>　　芯片外圍元件的數(shù)量決定了模塊的體積和重量，以及整個系統(tǒng)的復(fù)雜性，因此應(yīng)該選擇外圍元件少的收發(fā)芯片。這方面nRF401是一個較為理想的選擇。外圍元件僅10個左右，無需聲波濾波器、變?nèi)莨艿劝嘿F的元件，只需要便宜

64、且易于獲得的4MHz晶體收發(fā)天線合一。</p><p><b>　　3) 功耗</b></p><p>　　由于無線收發(fā)芯片是應(yīng)用在測控系統(tǒng)上，因此功耗非常重要，應(yīng)該根據(jù)需要選擇綜合功耗較小的模塊。</p><p><b>　　4) 發(fā)射功率</b></p><p>　　在同等條件下，為了保證有效和

65、可靠的通信，應(yīng)該選用發(fā)射功率較高的產(chǎn)品。</p><p>　　5) 收發(fā)芯片的封裝和管腳數(shù)</p><p>　　較少的引腳以及較小的封裝，有利于減少PCB面積。nRF401僅20腳，是管腳和體積最小的。</p><p>　　表3-4芯片的比較和選擇</p><p>　　從表3-4中芯片的對比可以看出，目前較為流行的無線收發(fā)芯片中，無論是從使用

66、的方便性、傳輸速度還是輸出功率等各個方面，nRF401以及nRF905都是較為理想的無線數(shù)傳芯片，而PTR2000是一款基于nRF401芯片的無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，PTR8000是一款基于nRF905的無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊。</p><p>　　3.3.2 PTR8000簡介</p><p>　　PTR8000是以挪威Nordic公司的nRF905芯片為核心的無線收發(fā)模塊。模塊工作在433/868

67、/915MHz 無線頻段, 屬于國際開放的ISM頻段, 無需向?qū)I(yè)部門申請使用許可。PTR8000內(nèi)置環(huán)形天線, 最大發(fā)射功率為+10dBm,采用高抗干擾的GFSK調(diào)制, 數(shù)據(jù)傳輸速率為50Kbps, 具備獨特的載波檢測輸出CD、地址匹配輸出AD、數(shù)據(jù)就緒輸出DR, 自動產(chǎn)生前導(dǎo)碼和CRC,使用SPI接口與MCU通信。PTR8000工作電壓為1.9~3.6V,功率很低, 發(fā)射電流11mA, 接收電流為12.5mA, 待機電流2.5μA。

68、PTR8000傳輸數(shù)據(jù)時為非實時方式, 即發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù), 接收端將接收到的數(shù)據(jù)先暫存與nRF905芯片的存儲器內(nèi), 需要時MCU再從芯片中讀取。PTR8000芯片專為點對多點無線通信設(shè)計，內(nèi)置數(shù)據(jù)協(xié)議和CRC檢錯，無亂碼輸出，載波監(jiān)測輸出，點對多點通信硬件控制，全面升級替代PTR2000系列無線模塊。</p><p>　　1.PTR8000芯片的產(chǎn)品特性如下所示：</p><p>　　1

69、) 430/868/915Mhz高性能嵌入式無線模塊，多頻道多頻段，1.9～3.6V低電壓工作，待機功耗2μA；</p><p>　　2) 超小體積，內(nèi)置環(huán)形天線，性能穩(wěn)定且不受外界影響，對電源不敏感，距離更遠(yuǎn)；</p><p>　　3) 最大發(fā)射功率+10dBm，高抗干擾GFSK調(diào)制，可跳頻，數(shù)據(jù)速率50Kbps，獨特的載波監(jiān)測輸出，地址匹配輸出，數(shù)據(jù)就緒輸出；</p>&

70、lt;p>　　4) 內(nèi)置完整的通信協(xié)議和CRC，只需通過SPI即可完成所有的無線收發(fā)傳輸，無線通信如同SPI通信一樣方便；</p><p>　　PTR8000的應(yīng)用領(lǐng)域為：遙控、遙測、無線抄表、門禁系統(tǒng)、小區(qū)傳呼、工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無線標(biāo)簽、身份識別、非接觸RF智能卡、小型無線數(shù)據(jù)終端、安全防火系統(tǒng)、無線遙控系統(tǒng)、生物信號采集、水文氣象監(jiān)控、機器人控制、信息家電、無線232、無線422/485數(shù)據(jù)通信等。&

71、lt;/p><p>　　2.PTR8000基本電氣特性</p><p>　　表3-5 PTR8000基本電氣特性</p><p>　　3.PTR8000的硬件接口及管腳功能</p><p>　　如圖3-6所示，為PTR8000的用戶接口，表3-6為PTR8000的引腳說明，用戶接口由10個數(shù)字輸入/輸出I/O組成，按照工作可分三組：</p&

72、gt;<p><b>　　1) 模式控制</b></p><p>　　該接口由TRX_CE，TX_EN，PWR組成，控制PTR8000的四種工作模式：掉電和SPI編程模式；待機和SPI編程模式；發(fā)射模式；接收模式；各種模式的控制模式表。</p><p>　　圖3.6 PTR8000引腳圖</p><p>　　表3-6 PTR800

73、0的引腳說明</p><p>　　表3-7四種控制模式</p><p><b>　　說明：</b></p><p>　?、俅龣C模式下功耗約為，此時發(fā)射/接收電路均關(guān)閉，只有SPI接口工作；40μA</p><p>　?、诘綦娔Ｊ较鹿募s為，此時所有電路關(guān)閉，進(jìn)入最省電狀態(tài)；2.5μA</p><p&g

74、t;　?、墼诖龣C和掉電模式下PTR8000均不能接收、發(fā)射數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行配置</p><p><b>　　2) SPI接口</b></p><p>　　SPI接口SCK、MISO、MOSI以及CSN組成：</p><p>　?。?）在配置模式下，單片機通過SPI接口配置PTR8000的工作參數(shù)；</p><p>　?。?

75、）在發(fā)射/接收模式下，單片機SPI接口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　3) 狀態(tài)輸出接口</b></p><p>　　提供載波檢測輸出CD，地址匹配輸出AM，數(shù)據(jù)就緒輸出DR。</p><p>　　3.3.3 PTR8000的工作過程</p><p>　　上電后CPU首先對PTR8000模塊進(jìn)行配置。先將P

76、WR、TX_EN、TRX_CE設(shè)為配置模式，通過SPI把配置字寫入相應(yīng)的寄存器。在掉電和待機模式下，配置內(nèi)容仍然有效，只有當(dāng)電源撤除了之后PTR8000中的數(shù)據(jù)才會丟失。當(dāng)CPU有數(shù)據(jù)要發(fā)射時，首先把PWR、TX_EN置高，然后把接收節(jié)點地址和有效數(shù)據(jù)通過SPI先寫入PTR8000，再通過TRX_CE的一個上升沿來啟動傳輸。之后PTR8000內(nèi)部要進(jìn)行無線系統(tǒng)加電、數(shù)據(jù)打包和編碼發(fā)射等處理。當(dāng)TRX_CE為低時，PTR8000結(jié)束數(shù)據(jù)傳

77、輸并自動進(jìn)入待機模式。接收數(shù)據(jù)時，首先要通過把TRX_CE置高、TX_EN置低來使PTR8000進(jìn)入接收模式。模塊等待650us后檢測空中的信息。如果發(fā)現(xiàn)與接收頻率一致的載波時，載波檢測(CD)輸出高電平。如果接收到地址于本機地址一致時，地址匹配(AM)輸出高電平。如果接收到的數(shù)據(jù)包校驗正確，是有效數(shù)據(jù)包時，PTR8000會去掉前導(dǎo)碼、地址和CRC校驗位，然后把數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒(DR)置為高電平。CPU可以通過SPI接口讀出數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)讀出后

78、，AM和DR自動變?yōu)榈碗娖健?lt;/p><p>　　PTR8000的SPI配置</p><p>　　用于SPI 接口的有用命令見下表當(dāng)CSN 為低時SPI 接口開始等待一條指令任何一條新指令均由CSN 的由高到低的轉(zhuǎn)換開始。</p><p>　　表3-8 SPI指令配置</p><p>　　表3-9 RF配置寄存器RF-Configuratio

79、n-Register說</p><p>　　表3-10重要的時序數(shù)據(jù)在PTR8000工作時必須遵守下面的時序</p><p>　　3.3.4 PTR8000的編程過程</p><p>　　由于與RF協(xié)議相關(guān)的高速信號處理部分已經(jīng)嵌入在模塊內(nèi)部PTR8000可與各種低成本單片機配合使用也可以與DSP等高速處理器配合使用PTR8000 提供一個SPI接口速率由微控制器自

80、己設(shè)定的接口速度決定在RX模式中地址匹配AM和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒DR信號通知MCU一個有效的地址和數(shù)據(jù)包已經(jīng)各自接收完成微控制器即可通過SPI 讀取接收的數(shù)據(jù)在TX模式中PTR8000自動產(chǎn)生前導(dǎo)碼和CRC校驗碼數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒DR信號通知MCU數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)完成這意味著降低MCU的存儲器需求也就是降低MCU成本同時縮短軟件開發(fā)時間</p><p><b>　　1、配置編程</b></p>

81、<p>　?。?）上電以后MCU首先配置PTR8000模塊先將PWR、TXEN、TRX_CE設(shè)為配置模式見表3-8</p><p>　?。?）MCU通過SPI將配置數(shù)據(jù)移入PTR8000模塊在掉電和待機模式工作后配置內(nèi)容仍然有效配置數(shù)據(jù)只有當(dāng)電源撤除后才會丟失</p><p><b>　　2、發(fā)射模式</b></p><p>　?。?/p>

82、1）當(dāng)MCU有數(shù)據(jù)需要發(fā)往規(guī)定節(jié)點時接收節(jié)點的地置TX-address和有效數(shù)據(jù)TX-payload通過SPI 接口傳送給PTR8000應(yīng)用協(xié)議或MCU設(shè)置接口速度</p><p>　?。?）MCU設(shè)置TRX_CE TX_EN為高來啟動傳輸</p><p>　　3、PTR8000內(nèi)部處理</p><p>　　(1) 無線系統(tǒng)自動上電</p><

83、p>　　(2) 數(shù)據(jù)包完成加前導(dǎo)碼和CRC校驗碼</p><p>　　(3) 數(shù)據(jù)包發(fā)送100kbps GFSK曼切斯特編碼</p><p>　　4、如果AUTO_RETRAN被設(shè)置為高PTR8000將連續(xù)地發(fā)送數(shù)據(jù)包直到TRX_CE被設(shè)置為低</p><p>　　5、當(dāng)TRX_CE被設(shè)置為低時PTR8000結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸并將自己設(shè)置成待機模式</p>

84、;<p><b>　　圖3.7發(fā)射時序圖</b></p><p><b>　　接收模式</b></p><p>　?。?）通過設(shè)置TRX_CE高TX_EN低來選擇RX模式</p><p>　?。?）650us 以后PTR8000 監(jiān)測空中的信息</p><p>　?。?）當(dāng)PTR800

85、0 發(fā)現(xiàn)和接收頻率相同的載波時載波檢測（CD）被置高</p><p>　?。?）當(dāng)PTR8000 接收到有效的地址時地址匹配（AM）被置高</p><p>　?。?）當(dāng)PTR8000 接收到有效的數(shù)據(jù)包（CRC校驗正確）時PTR8000去掉前導(dǎo)碼地址和CRC 位數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒（DR）被置高</p><p>　?。?）MCU設(shè)置TRX_CE低電位進(jìn)入standby模式（

86、待機模式）</p><p>　?。?）MCU可以以合適的速率通過SPI接口讀出有效數(shù)據(jù)</p><p>　?。?）當(dāng)所有的有效數(shù)據(jù)被讀出后PTR8000將AM和DR置低</p><p><b>　　圖3.8接收時序圖</b></p><p>　　綜上所述，此收發(fā)模塊與單片機的基本連接電路圖如圖3.9所示</p>

87、;<p>　　圖3.9單片機與PTR8000的通信電路</p><p>　　3.4 LCD顯示模塊</p><p>　　本顯示模塊使用比較通用的LCD1602液晶屏，，它是以若干個5 X 10點陣塊組成，具有清晰、快速、可靠等特點。</p><p>　　本系統(tǒng)采用單片機P0口作為LCD1602的數(shù)據(jù)端口，E使能端使用單片機的P2.3口，RW使用單片機的

88、P2.2口，RS使用單片機的P2.1口，VO背光接地，電源采用+5v。排阻RR1為單片機P0口的上拉電阻。</p><p>　　3.4.1字符型液晶顯示模塊</p><p>　　字符型液晶顯示模塊是一類專門用于顯示字母，數(shù)字，符號等的點陣式液晶顯示模塊。在顯示器件上的電極圖型設(shè)計，它是由若干個5*7或5*11等點陣符位組成。每一個點陣字符位都可以顯示一個字符。點陣字符位之間有一空點距的間隔

89、起到了字符間距和行距的作用。</p><p>　　3.4.2字符型液晶顯示模塊引腳</p><p>　　VSS為地電源，VDD接5V正電源，VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度。RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。RW為讀寫信號線，高電平時進(jìn)行讀操作，低

90、電平時進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平RW為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)RS為高電平RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。DB0~DB7為8位雙向數(shù)據(jù)線，BLK和BLA是背光燈電源[7]。模塊引腳如表3-11。</p><p>　　表3-11字符型液晶顯示模塊引腳</p><p>　　綜上所述，此

91、顯示模塊的基本連接電路圖如圖3.10所示</p><p>　　圖3.10顯示模塊電路圖</p><p>　　3.5 主控制單元的設(shè)計</p><p>　　3.5.1單片機的選型</p><p>　　本課題設(shè)計的溫度控制系統(tǒng)主控制芯片選型為AT89S52單片機，其特點如下：</p><p>　　1.AT89S52單片機簡

92、介</p><p>　　目前，52系列單片機在工業(yè)檢測領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，因此我們可以在許多單片機應(yīng)用領(lǐng)域中，配接各種類型的語音接口，構(gòu)成具有合成語音輸出能力的綜合應(yīng)用系統(tǒng)，以增強人機對話的功能。AT89S52單片機是在一小塊芯片上集成了一個微型計算機的各個組成部分。每一個單片機包括：一個8位的微型處理器CPU；一個512K的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM；4K片內(nèi)程序存儲器；四個8位并行的I/O接口P0-P3，每個接

93、口既可以輸入，也可以輸出；兩個定時器/記數(shù)器；五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)；一個全雙工UART的串行I/O口；片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高允許振蕩頻率是12MHZ。以上各個部分通過內(nèi)部總線相連接。</p><p>　　2.AT89S52單片機時序</p><p>　　AT89S52單片機的一個執(zhí)器周期由6個狀態(tài)(s1—s6)組成，每個狀態(tài)又持續(xù)2個震蕩周期，分為

94、P1和P2兩個節(jié)拍。這樣，一個機器周期由12個振蕩周期組成。若采用12MHz的晶體振蕩器，則每個機器周期為1us，每個狀態(tài)周期為1／6us；在一數(shù)情況下，算術(shù)和邏輯操作發(fā)生在N期間，而內(nèi)部寄存器到寄存器的傳輸發(fā)生在P2期間。對于單周期指令，當(dāng)指令操作碼讀人指令寄存器時，使從S1P2開始執(zhí)行指令。如果是雙字節(jié)指令，則在同一機器周期的s4讀人第二字節(jié)。若為單字節(jié)指令，則在52期間仍進(jìn)行讀，但所讀入的字節(jié)操作碼被忽略，且程序計數(shù)據(jù)也不加1。在

95、加結(jié)束時完成指令操作。多數(shù)AT89S52指令周期為1-2個機器周期，只有乘法和除法指令需要兩個以上機器周期的指令，它們需4個機器周期。 對于雙字節(jié)單機器指令，通常是在一個機器周期內(nèi)從程序存儲器中讀人兩個字節(jié)，但Movx指令例外，Movx指令是訪問外部數(shù)據(jù)存儲器的單字節(jié)雙機器周期指令，在執(zhí)行Movx指令期間，外部數(shù)據(jù)存儲器被訪問且被選通時跳過兩次取指操作。</p><p>　　3.AT89S52單片機引腳介紹<

96、;/p><p>　　AT89S52單片機的40個引腳中有2個專用于主電源引腳，2個外接晶振的引腳，4個控制或與其它電源復(fù)用的引腳，以及32條輸入輸出I/O引腳。</p><p>　　下面按引腳功能分為4個部分?jǐn)⑹鰝€引腳的功能。</p><p>　?。?）電源引腳Vcc和Vss</p><p>　　Vcc（40腳）：接+5V電源正端；</p&

97、gt;<p>　　Vss（20腳）：接+5V電源正端。</p><p>　　（2）外接晶振引腳XTAL1和XTAL2</p><p>　　XTAL1（19腳）：接外部石英晶體的一端。在單片機內(nèi)部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成采用外部時鐘時，對于HMOS單片機，該引腳接地；對于CHOMS單片機，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。</p><p&g

98、t;　　XTAL2（18腳）：接外部晶體的另一端。在單片機內(nèi)部，接至片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸出端。當(dāng)采用外部時鐘時，對于HMOS單片機，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。對于CHMOS芯片，該引腳懸空不接。</p><p>　?。?）控制信號或與其它電源復(fù)用引腳</p><p>　　控制信號或與其它電源復(fù)用引腳有RST/VPD、ALE/P、PSEN和EA/VPP等4種形式。</p&g

99、t;<p>　?。ˋ）RST/VPD（9腳）：RST即為RESET，VPD為備用電源，所以該引腳為單片機的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端。當(dāng)單片機振蕩器工作時，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個機器周期的高電平，就可實現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機復(fù)位到初始狀態(tài)。</p><p>　　當(dāng)VCC發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值或掉電時，該引腳可接上備用電源VPD（+5V）為內(nèi)部RAM供電，以保證RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。</p>

100、<p>　?。˙）ALE/ P（30腳）：當(dāng)訪問外部存儲器時，ALE（允許地址鎖存信號）以每機器周期兩次的信號輸出，用于鎖存出現(xiàn)在P0口的低</p><p>　?。–）PSEN(29腳):片外程序存儲器讀選通輸出端,低電平有效。當(dāng)從外部程序存儲器讀取指令或常數(shù)期間，每個機器周期PESN兩次有效，以通過數(shù)據(jù)總線口讀回指令或常數(shù)。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器期間，PESN信號將不出現(xiàn)。</p>&l

101、t;p>　?。―）EA/Vpp（31腳）：EA為訪問外部程序儲器控制信號，低電平有效。當(dāng)EA端保持高電平時，單片機訪問片內(nèi)程序存儲器4KB（MS-52子系列為8KB）。若超出該范圍時，自動轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部程序存儲器的程序。當(dāng)EA端保持低電平時，無論片內(nèi)有無程序存儲器，均只訪問外部程序存儲器。對于片內(nèi)含有EPROM的單片機，在EPROM編程期間，該引腳用于接21V的編程電源Vpp。</p><p>　?。?）輸入

102、/輸出（I/O）引腳P0口、P1口、P2口及P3口</p><p>　　(A) P0口（39腳～22腳）：P0.0～P0.7統(tǒng)稱為P0口。當(dāng)不接外部存儲器與不擴展I/O接口時，它可作為準(zhǔn)雙向8位輸入/輸出接口。當(dāng)接有外部程序存儲器或擴展I/O口時，P0口為地址/數(shù)據(jù)分時復(fù)用口。它分時提供8位雙向數(shù)據(jù)總線。</p><p>　　對于片內(nèi)含有EPROM的單片機，當(dāng)EPROM編程時，從P0口輸入

103、指令字節(jié)，而當(dāng)檢驗程序時，則輸出指令字節(jié)。</p><p>　　(B) P1口（1腳～8腳）：P1.0～P1.7統(tǒng)稱為P1口，可作為準(zhǔn)雙向I/O接口使用。對于MCS—52子系列單片機，P1.0和P1.1還有第2功能：P1.0口用作定時器/計數(shù)器2的計數(shù)脈沖輸入端T2；P1.1用作定時器/計數(shù)器2的外部控制端T2EX。對于EPROM編程和進(jìn)行程序校驗時，P0口接收輸入的低8位地址。</p><p

104、>　　(C) P2口（21腳～28腳）：P2.0～P2.7統(tǒng)稱為P2口，一般可作為準(zhǔn)雙向I/O接口。當(dāng)接有外部程序存儲器或擴展I/O接口且尋址范圍超過256個字節(jié)時，P2口用于高8位地址總線送出高8位地址。對于EPROM編程和進(jìn)行程序校驗時，P2口接收輸入的8位地址。</p><p>　　(D) P3口（10腳～17腳）：P3.0～P3.7統(tǒng)稱為P3口。它為雙功能口，可以作為一般的準(zhǔn)雙向I/O接口，也可以將

105、每1位用于第2功能，而且P3口的每一條引腳均可獨立定義為第1功能的輸入輸出或第2功能。P3口的第2功能見下表 </p><p>　　表3-12單片機P3.0管腳含義</p><p>　　綜上所述，MCS-52系列單片機的引腳作用可歸納為以下兩點：</p><p>　　1).單片機功能多，引腳數(shù)少，因而許多引腳具有第2功能；</p><p&

106、gt;　　2).單片機對外呈3總線形式，由P2、P0口組成16位地址總線；由P0口分時復(fù)用作為數(shù)據(jù)總線。</p><p>　　3.5.2電源電路設(shè)計</p><p>　　控制系統(tǒng)主控制部分電源需要用5V直流電源供電，把頻率為50Hz、有效值為220V的單相交流電壓轉(zhuǎn)換為幅值穩(wěn)定的5V直流電壓。其主要原理是把單相交流電經(jīng)過電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓。

107、

108、 </p><p>　　由于輸入電壓為電網(wǎng)電壓，一般情況下所需直流電壓的數(shù)值和電

109、網(wǎng)電壓的有效值相差較大，因而電源變壓器的作用顯現(xiàn)出來起到降壓作用。降壓后還是交流電壓，所以需要整流電路把交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓。由于經(jīng)整流電路整流后的電壓含有較大的交流分量，會影響到負(fù)載電路的正常工作。需通過低通濾波電路濾波，使輸出電壓平滑。穩(wěn)壓電路的功能是使輸出直流電壓基本不受電網(wǎng)電壓波動和負(fù)載電阻變化的影響，從而獲得穩(wěn)定性足夠高的直流電壓。本電路使用集成穩(wěn)壓芯片7805解決了電源穩(wěn)壓問題。</p><p>　

110、　圖3.11電源部分連線圖</p><p>　　3.5.3 AT89S52復(fù)位電路設(shè)計</p><p>　　單片機在開機時都需要復(fù)位，以便中央處理器CPU以及其他功能部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。52的RST引腳是復(fù)位信號的輸入端。復(fù)位電平是高電平有效，持續(xù)時間要有24個時鐘周期以上。</p><p>　　【方案一】：上電復(fù)位電路</p&