基于無線傳輸?shù)膫}庫多點溫度智能監(jiān)控系統(tǒng)設計

1、基于無線傳輸?shù)膫}庫多點溫度智能監(jiān)控系統(tǒng)設計摘 要：設計了一種由ATMEGA16單片機、無線模塊和DS18B20溫度傳感器構(gòu)成的多點溫度智能監(jiān)控系統(tǒng)，介紹了系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)、工作原理、硬件電路和軟件設計，適用于復雜環(huán)境下的倉庫溫度監(jiān)測，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、功耗低等特點。本設計由遠程終端單片機實時采集溫度數(shù)據(jù)，通過無線數(shù)傳模塊上傳給主監(jiān)控中心，主監(jiān)控中心根據(jù)所測量數(shù)據(jù)向遠程終端單片機發(fā)出無線信號控制外部降溫設備的運行，保證倉內(nèi)合適的溫度環(huán)境。關鍵詞：ATMEGA16 無線模塊 DS18B20The design of the warehouse based on the system of mult

2、i-spot temperature intelligent monitoring of wireless transmissionAbstract：We designed a multi-point temperature intelligent surveillance system that consists of the ATMEGA16 microcontroller, wireless module and the temperature sensor DS18B20.This paper presents its system structure, working princip

3、le,as well as hardware circuit and software design. The system is suitable for temperature monitoring for warehouse in complex environments.It features a simple structure, low cost and power consumption,among others.The design of the remote terminal microcontroller collected real-time temperature da

4、ta,through the wireless module to the main control center, the main control center according to the measurement data sent to the remote terminal microcontroller wireless signals to control external cooling equipment operation, to ensure proper temperature warehouse environment.Keywords: ATMEGA16 wir

5、eless module DS18B20目錄第一章 緒論.41.1 課題設計背景和意義.4 1.2 系統(tǒng)功能說明.4第二章 方案論證.52.1 系統(tǒng)總體方案論證.52.2 單片機的選擇.52.3 顯示器的選擇.62.4 串口通信方案論證.62.5 數(shù)據(jù)傳輸方案論證.7第三章 系統(tǒng)硬件電路設計.83.1 總體硬件電路設計.83.2 單片機主控制電路設計.83.2.1 ATMEGA16單片機介紹.83.2.2 ATMEGA16引腳功能.93.2.3 AVR與其他8位單片機的比較.113.2.4 ATMEGA16單片機最小系統(tǒng)電路.113.3 LCD顯示模塊的設計.123.3.1 1602字符液晶簡

6、介.123.3.2 1602管腳說明.123.3.3 字符集.133.3.4 顯示地址.143.3.5 基本的讀寫時序圖.153.3.6 1602與單片機連接.153.4 無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊的設計.153.4.1 無線模塊的相關參數(shù).153.4.2 XL02-232AP1的接口電路說明.173.5 數(shù)據(jù)采集模塊.183.5.1 溫度傳感器DS18B20簡介.183.5.2 DS18B20的主要特性.193.5.3 DS1820使用中注意事項.193.6 聲光電路設計.203.6.1 聲控電路設計.203.6.2 光控電路設計.213.7 上位機接口模塊的設計.223.7.1 串行異步通信.223

7、.7.2 RS-232技術(shù).233.7.3 MAX232數(shù)據(jù)操作原理.233.7.4 MAX232電路設計.24第四章 系統(tǒng)軟件設計.254.1 主程序設計.254.2 按鍵程序設計.254.3 溫度報警程序設計.274.4 上位機軟件流程設計.27第五章 總結(jié).305.1 測試環(huán)境及工具.305.2 設計總結(jié).30致謝.31參考文獻.32附錄.33整機系統(tǒng)運行圖片.33 單片機部分程序.33第1章 緒論1.1 課題設計背景和意義數(shù)字溫度傳感器廣泛應用于各種監(jiān)測系統(tǒng)中，如工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象、環(huán)保、醫(yī)學等，它們已影響到我們各方面的日常生活。因此，研究溫度傳感器的測量精度和遠程智能監(jiān)控具有重要的意義

8、。目前應用于倉庫的溫度監(jiān)測系統(tǒng)大多由溫度傳感器、AD轉(zhuǎn)換器及單片機等組成。這種系統(tǒng)需要在倉庫內(nèi)布置大量的電纜才能把現(xiàn)場各點傳感器采集的信號送到監(jiān)控中心，系統(tǒng)安裝和拆卸復雜，而且不具有靈活性，監(jiān)測的位置較為固定?，F(xiàn)介紹的利用ATMEGA16單片機作為控制器，利用微型計算機控制和短距離無線通信技術(shù)，設計了一種成本低、功耗低、結(jié)構(gòu)簡單和便于安裝的倉庫溫度多點智能監(jiān)控系統(tǒng)?，F(xiàn)在市場上的無線通信系統(tǒng)很多都是復雜的系統(tǒng)，通常涉及到高頻的領域，設計無線數(shù)傳產(chǎn)品往往需要相當?shù)臒o線電專業(yè)知識和價格高昂的專業(yè)設備，傳統(tǒng)的電路方案不是電路繁瑣就是調(diào)試困難，因而影響了用戶的使用和新產(chǎn)品的開發(fā)，XL02-232AP1無

9、線通訊芯片采用具有較強抗干擾能力的FSK調(diào)制方式，工作頻率穩(wěn)定可靠，功耗低，適合于便攜式及手持式產(chǎn)品的設計，由于采用了低發(fā)送功率和高接收靈敏度的設計，因而可以滿足無線管制要求，無需使用許可證，是目前低功率無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)睦硐脒x擇，可廣泛用于控制、遙測、小型無線網(wǎng)絡、無線抄表、門禁系統(tǒng)、小區(qū)傳呼、工業(yè)數(shù)據(jù)采集、無線標簽、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、無線遙控、生物信號采集、水文氣象監(jiān)控、機器人控制等系統(tǒng)。目前市場上對于單片機之間的無線通信很少，高校也沒有相關的課程，研究的也不多，由于單片機無線通信系統(tǒng)成本不高，研發(fā)費用低而且應用廣泛，可見市場前景是很大的。還可以將系統(tǒng)集成

10、化小型化，開發(fā)各種應用系統(tǒng)，投入市場，這就是賦予本設計的實際意義。1.2 系統(tǒng)功能說明 基本功能說明：1. 采集多點溫度并實時顯示,同時可以單獨查看各點的溫度。2. 設置溫度上下限，超過范圍做聲光報警處理。3. 溫度數(shù)據(jù)的無線傳輸、遠程顯示及監(jiān)控處理。第二章 方案論證2.1 系統(tǒng)總體方案論證方案一：采用數(shù)字電路方式，利用邏輯電路構(gòu)成控制部分，開關實現(xiàn)數(shù)值的輸入，而且由于整個系統(tǒng)采用數(shù)字信號控制方式，僅僅顯示部分的硬件就非常龐大，可見整個系統(tǒng)的硬件電路非常的復雜，并且控制的方式也不容易實現(xiàn)。方案二：采用單片機來實現(xiàn)控制。通過鍵盤的功能鍵控制單片機實現(xiàn)各個功能，單片機軟件編程靈活、自由度大，可編程

11、實現(xiàn)溫度傳感器的控制及運行；并且程序都模塊化，方便利用。硬件電路方面與方案一相比較非常簡單，在硬件確定的情況下，只要修改程序就能使整個系統(tǒng)達到設計要求。故相比較而言，采用方案二來實現(xiàn)此設計。整個系統(tǒng)采用ATMEGA16作為主控芯片，通過單片機的串口TXD和RXD對XL02-232AP1無線收發(fā)芯片實現(xiàn)控制并實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入和輸出。為了跟上計算機發(fā)展的步伐，能夠?qū)崿F(xiàn)實際應用中與PC機的人機交互，就必須通過一個電平轉(zhuǎn)換電路，將下位機的數(shù)據(jù)信息傳輸給上位機，而這個電平轉(zhuǎn)換電路采用電平轉(zhuǎn)換電路芯片MAX232。另外的設計部分還有顯示和按鍵，顯示部分采用了低功耗、使用方便的LCD1602液晶屏，按鍵部分因

12、為數(shù)量少，所以采用了簡單的獨立式按鍵，方便程序的編寫。將各個部分連接起來就構(gòu)成了系統(tǒng)的硬件部分，軟件部分主要是對單片機進行編程，主要編寫各個子程序，例如鍵盤子程序、數(shù)據(jù)收發(fā)子程序、顯示程序和一些控制程序，將硬件和軟件結(jié)合并通過調(diào)試就可以實現(xiàn)單片機的無線串口通信。2.2 單片機的選擇方案一：采用STC89C52單片機，40腳直插，工作電壓5V，51內(nèi)核兼容性強。該芯片內(nèi)部存儲器為8KB ROM 存儲空間，同樣具有89C51的功能，且具有在線編程可擦除技術(shù)，用MAX232下載程序。但是此單片機響應速度稍慢，無法完成個別快速顯示的需要。方案二：采用ATMEGA16單片機，性價比遠高于51，高速、RI

13、SC結(jié)構(gòu)，主頻最高達20MHz；低功耗，寬電壓，1.8V5.5V，最低全速運行功耗300uA；IO口驅(qū)動能力強，推拉電流能力均達30mA，可以直接驅(qū)動蜂鳴器、繼電器等；片內(nèi)資源豐富，外部中斷、定時/計數(shù)器、UART、SPI、IIC、ADC、模擬比較器；型號齊全，而且40腳以下的AVR均具有DIP的封裝形式。因AVR的時鐘源（晶振、內(nèi)部RC等）不經(jīng)過分頻直接提供給CPU使用，而51的CPU主頻等于晶振的12分頻，同等條件下響應速度較快，因此選用ATMEGA16作為主控單片機。2.3 顯示器件的選擇方案一：采用LED數(shù)碼管顯示。LED數(shù)碼管也稱半導體數(shù)碼管，是目前數(shù)字電路中最常用的顯示器件。它是以

14、發(fā)光二極管作筆段并按共陰極方式或共陽極方式連接后封裝而成的。數(shù)碼管只能顯示固定數(shù)字和字母，而且其接口及驅(qū)動電路比較復雜，如圖2.1。圖2.1 數(shù)碼管與單片機連接圖方案二：采用LCD顯示。LCD顯示具有接口簡單，可顯示文字、圖形，輸出信息相當豐富，并具有一屏輸出多路信息的特點，比較適合本設計，同時對液晶的控制口線也不多。由于LED數(shù)碼顯示器顯示方面的局限性，不能提供文字畫面顯示。而LCD靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成人機交互圖形界面，低電壓低功耗是其又一顯著特點。綜上所述：同時考慮到本設計要顯示多路數(shù)字信息，采用LCD顯示信息比較方便。故采用LCD液晶屏顯示。2.4 串行通信方案論

15、證方案一：RS232串口通信方案。利用RS232串口通信及現(xiàn)場總線技術(shù)，可方便地實現(xiàn)1臺微機與多臺機器的近距離通信，通用性好，成本低。方案二：RS485串口通信方案。RS485半雙工異步通信總線是一種被廣泛使用的數(shù)據(jù)通信總線。它具有通信距離遠、通信速度高、成本低等特點。在遠程監(jiān)控系統(tǒng)中，由于設備數(shù)量多，分布較遠，現(xiàn)場的各種干擾也較大，往往通信的可靠性及質(zhì)量不高。RS485收發(fā)器采用的平衡發(fā)送和差分接收具有抑制共模干擾的功能，加上收發(fā)器具有很高的靈敏度，能檢測低達200mV的電壓。因此，傳輸信號可在千米以外得到恢復。因為這次課題并不是運用在真正的實際運作當中，所以我采用了方案一。如果是在實際場合

16、中使用，建議采用方案二。2.5 數(shù)據(jù)傳輸方式方案論證方案一：電纜傳輸方案。電纜數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕锰幱校?.數(shù)據(jù)傳輸速度快；2.數(shù)據(jù)不易丟失，可靠性強。方案二：無線傳輸方案。無線數(shù)據(jù)傳輸解決了地域的局限性，解決了拉線拉網(wǎng)的煩惱，具有很強的發(fā)展空間和運用前景。雖然電纜的傳輸速率高、可靠性強，但價格昂貴。而無線傳輸成本低，沒有地域限制，所以我采用方案二。第三章 系統(tǒng)硬件電路設計3.1 總體硬件電路設計系統(tǒng)總體電路主要由單片機單片機主控制電路，LCD顯示模塊，按鍵控制電路，無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，數(shù)據(jù)采集模塊以及聲光顯示模塊部分。下圖3.1為系統(tǒng)部分電路圖。數(shù)據(jù)終端包含4個區(qū)，分別是：MAX232電平轉(zhuǎn)換模塊

17、，無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，上位機接口模塊，聲光顯示模塊。圖3.1 系統(tǒng)部分電路圖3.2 單片機主控制電路設計3.2.1 ATMEGA16單片機介紹ATMEGA16是基于增強的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間，ATMEGA16的數(shù)據(jù)吞吐率高達1MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。ATMEGA16 AVR 內(nèi)核具有豐富的指令集和32個通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與算邏單元(ALU)相連接，使得一條指令可以在一個時鐘周期內(nèi)同時訪問兩個獨立的寄存器。這種結(jié)構(gòu)見圖3.2大大提高了代碼效率，并且具有比普通的CISC微控

18、制器最高至10 倍的數(shù)據(jù)吞吐率。圖3.2 ATMRGA16內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖ATMEGA16有如下特點:16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash(具有同時讀寫的能力，即RWW)，512字節(jié)EEPROM，1K字節(jié)SRAM，32個通用I/O口線，32個通用工作寄存器，用于邊界掃描的JTAG接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，三個具有比較模式的靈活的定時器/ 計數(shù)器(T/C),片內(nèi)/外中斷，可編程串行USART，有起始條件檢測器的通用串行接口，8路10位具有可選差分輸入級可編程增益(TQFP封裝)的ADC，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器，一個SPI串行端口，以及六個可以通過軟件進行選擇的省電模式。本芯片是以Atmel高

19、密度非易失性存儲器技術(shù)生產(chǎn)的。片內(nèi)ISP Flash允許程序存儲器通過ISP串行接口，或者通用編程器進行編程，也可以通過運行于AVR內(nèi)核之中的引導程序進行編程。引導程序可以使用任意接口將應用程序下載到應用Flash存儲區(qū)(ApplicationFlash Memory)。在更新應用Flash存儲區(qū)時引導Flash區(qū)(Boot Flash Memory)的程序繼續(xù)運行，實現(xiàn)了RWW 操作。通過將8 位RISC CPU與系統(tǒng)內(nèi)可編程的Flash集成在一個芯片內(nèi)，ATMEGA16成為一個功能強大的單片機，為許多嵌入式控制應用提供了靈活而低成本的解決方案。3.2.2 ATMEGA16引腳功能端口A(P

20、A7.PA0)端口A做為A/D轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端。端口A為8位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口A處于高阻狀態(tài)。端口B(PB7.PB0)端口B為8位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口B處于高阻狀態(tài)。端口B也可以用做其他不同的特殊功能。端口C(PC7.PC0)端口C

21、為8位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口C處于高阻狀態(tài)。如果JTAG接口使能，即使復位出現(xiàn)引腳PC5(TDI)、PC3(TMS)與PC2(TCK)的上拉電阻被激活。端口C也可以用做其他不同的特殊功能。端口D(PD7.PD0)端口D為8位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起

22、振，端口D處于高阻狀態(tài)。端口D也可以用做其他不同的特殊功能。RESET復位輸入引腳。持續(xù)時間超過最小門限時間的低電平將引起系統(tǒng)復位。持續(xù)時間小于門限間的脈沖不能保證可靠復位。XTAL1反向振蕩放大器與片內(nèi)時鐘操作電路的輸入端。XTAL2反向振蕩放大器的輸出端。AVCC AVCC是端口A與A/D轉(zhuǎn)換器的電源。不使用ADC時，該引腳應直接與VCC連接。使用ADC時應通過一個低通濾波器與VCC連接。AREF A/D的模擬基準輸入引腳。 下圖3.3為ATMEGA16引腳功能圖圖3.3 ATMEGA16引腳功能圖3.2.3 AVR與其他8位單片機的比較1. 哈佛結(jié)構(gòu)，具備1MIPS/MHz的高速運行處理

23、能力；2. 超功能精簡指令集（RISC），具有32個通用工作寄存器，克服了如8051 MCU采用單一ACC進行處理造成的瓶頸現(xiàn)象；3. 快速的存取寄存器組、單周期指令系統(tǒng)，大大優(yōu)化了目標代碼的大小、執(zhí)行效率，部分型號FLASH非常大，特別適用于使用高級語言進行開發(fā)；4. 作輸出時與PIC的HI/LOW相同，可輸出40mA（單一輸出），作輸入時可設置為三態(tài)高阻抗輸入或帶上拉電阻輸入，具備10mA-20mA灌電流的能力；5. 片內(nèi)集成多種頻率的RC振蕩器、上電自動復位、看門狗、啟動延時等功能，外圍電路更加簡單，系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠；6. 大部分AVR片上資源豐富：帶E2PROM，PWM，RTC，SPI

24、，UART，TWI，ISP，AD，Analog Comparator，WDT等；7. 大部分AVR除了有ISP功能外，還有IAP功能，方便升級或銷毀應用程序。3.2.4 ATMEGA16單片機最小系統(tǒng)電路下圖3.4為ATMEGA16單片機最小系統(tǒng)典型電路圖，主要由時鐘電路及復位電路組成。圖3.4 ATMEGA16單片機最小系統(tǒng)電路圖3.3 LCD顯示模塊的設計3.3.1 1602字符液晶簡介字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式LCD，工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示16X2即32個字符（16列2行）。注：為了表示的方便 ，后文皆以1表示高電平，0表示低電平。一般1602字符

25、型液晶顯示器實物如圖3.5。 圖3.5 1602實物圖3.3.2 1602管腳說明1602字符型LCD通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD，多出來的2條線是背光電源線，VCC(15腳)和地線GND(16腳)，其控制原理與14腳的LCD完全一樣。具體管腳說明見下表3.1。表3.1 1602管腳定義表3.3.3 字符集1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM)已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是B（41H），顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，

26、我們就能看到字母“A”。因為1602識別的是ASCII碼，試驗可以用ASCII碼直接賦值，在單片機編程中還可以用字符型常量或變量賦值，如A。下圖3.6是1602的16進制ASCII碼圖：圖3.6 1602的ASCII碼圖讀的時候，先讀上面那列，再讀左邊那行，如：感嘆號的ASCII為0x21，字母B的ASCII為0x42（前面加0x表示十六進制）。3.3.4 顯示地址下圖3.7為1602顯示地址圖圖3.7 1602顯示地址圖3.3.5 基本的讀寫時序圖讀寫操作時序如圖3.8所示：圖3.8 1602讀寫操作時序圖3.3.6 1602與單片機連接下圖3.9為連接圖圖3.9 1602與單片機連接圖3.

27、4 無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊的設計3.4.1 無線模塊的相關參數(shù)XL02-232AP1 是UART 接口半雙工無線傳輸模塊，可以工作在433MHz 公用頻段。此模塊專為用于各種串口之間的無線通訊，如電腦，單片機，各種機器設備串口等，完全兼容有線通訊串口協(xié)議，使用簡單方便靈活。XL02-232AP1 的各項參數(shù)及技術(shù)指標（表3.2）：工作頻率在428.8435.1MHz（默認433.92MHZ ）可設置ID：范圍065535默認ID:12345串口速率1.2K-115.2KBPS (默認9.6KBPS)數(shù)據(jù)格式8N1表3.2 XL02-232AP1參數(shù)及技術(shù)指標表工作頻率428.5435.1MHz調(diào)制方

28、式FSK發(fā)射功率0dBm /5dBm /10dBm /15dBm(默認15dBm)接收靈敏度-110dBm工作電壓+5V諧波-60dBc雜散-60dBm串口速率1.2k/2.4k/4.8k/9.6k/19.2k/38.4k/57.6k/115.2k發(fā)射電流24mA0dBm、29mA5dB、38mA10dBm、45mA15dBm接收電流16mA接口數(shù)據(jù)格式8N1用戶接口方式TTL工作溫度-3070工作濕度10%90%相對濕度，無冷凝外形尺寸24mm40mm3.4.2 XL02-232AP1的接口電路說明下圖3.10為無線模塊的接口連接電路圖。該模塊共7個引腳，各引腳定義如下：引腳1：VCC，接+

29、5V引腳2：GND，接地引腳3：TXD，串口信號發(fā)送端，接單片機的RXD引腳4：RXD，串口信號接收端，接單片機的TXD引腳5：SET，模塊內(nèi)部參數(shù)設置端，低電平有效引腳6：GND，接地引腳7：NC，空腳圖3.10 無線模塊的接口連接電路圖3.5 數(shù)據(jù)采集模塊3.5.1 溫度傳感器DS18B20簡介DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有3引腳TO92小體積封裝形式，溫度測量范圍為55125,可編程為9位12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達0.0625，被測溫度用符號擴展的16位數(shù)字量方式串行輸出，其工作電源既可在遠端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生，多個DS18B20可

30、以并聯(lián)到3根或2根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信(每個溫度傳感器的ROM里有不同的識別號碼），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。以上特點使DS18B20非常適用于遠距離多點溫度檢測系統(tǒng)。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.11所示，主要由4部分組成：64位ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管腳排列如圖3.12所示，DQ為數(shù)字信號輸入輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端。ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼，每個DS18B20的64位序列號均不相同，RO

31、M的作用是使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20的目的。 圖3.11 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖3.12 DS18B20管腳圖3.5.2 DS18B20的主要特性（1）適應電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。 （2）獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。 （3）DS18B20支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫。 （4）DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的

32、集成電路內(nèi)。 （5）溫范圍55125，在-10+85時精度為0.5。 （6）可編程的分辨率為912位，對應的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實現(xiàn)高精度測溫。 （7）在9位分辨率時最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快。 （8）測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以一線總線串行傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力。 （9）負壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。3.5.3 DS1820使用中注意事項DS1820雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線

33、少等優(yōu)點。 但在實際應用中也應注意以下幾方面的問題： 較小的硬件開銷需要相對復雜的軟件進行補償，由于DS1820與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對DS1820進行讀寫編程時，必須嚴格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。在使用PL/M、C等高級語言進行系統(tǒng)程序設計時，對DS1820操作部分最好采用匯編語言實現(xiàn)。 在DS1820的有關資料中均未提及單總線上所掛DS1820數(shù)量問題，容易使人誤認為可以掛任意多個DS1820，在實際應用中并非如此。當單總線上所掛DS1820超過8個時，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動問題，這一點在進行多點測溫系統(tǒng)設計時要加以注意。 連接DS1820的總線電纜是有

34、長度限制的。試驗中，當采用普通信號電纜傳輸長度超過50m時，讀取的測溫數(shù)據(jù)將發(fā)生錯誤。當將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達150m，當采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離進一步加長。這種情況主要是由總線分布電容使信號波形產(chǎn)生畸變造成的。因此，在用DS1820進行長距離測溫系統(tǒng)設計時要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。在DS1820測溫程序設計中，向DS1820發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS1820的返回信號，一旦某個DS1820接觸不好或斷線，當程序讀該DS1820時，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán)。這一點在進行DS1820硬件連接和軟件設計時也要給予

35、一定的重視。3.6 聲光電路設計3.6.1 聲控電路設計蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應用于計算機、打印機、復印機、報警器、電子玩具、汽車電子設備、電話機、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成，當接通電源后（1.515V直流工作電壓），多諧振蕩器起振,輸出1.52.5kHZ的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā)聲。 電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號電流通過電磁

36、線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場，振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發(fā)聲。下圖3.13為聲控電路圖。 圖3.13 聲控電路圖 3.6.2 光控電路設計發(fā)光二極管簡稱LED，采用砷化鎵、鎵鋁砷、和磷化鎵等材料制成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)為一個PN結(jié)，具有單向?qū)щ娦?。當在發(fā)光二極管PN結(jié)上加正向電壓時，PN結(jié)勢壘降低，載流子的擴散運動大于漂移運動，致使P區(qū)的空穴注入到N區(qū)，N區(qū)的電子注入到P區(qū)，這樣相互注入的空穴與電子相遇后會產(chǎn)生復合，復合時產(chǎn)生的能量大部分以光的形式出現(xiàn)，因此而發(fā)光。發(fā)光二極管在制作時，使用的材料有所不同，那么就可以發(fā)出不同顏色的光。發(fā)光二極管的發(fā)光顏色有：紅色光、黃色光、綠色光、紅

37、外光等。發(fā)光二極管的外形有：圓形、長方形、三角形、正方形、組合形、特殊形等。常用的發(fā)光二極管應用電路有四種，即直流驅(qū)動電路、交流驅(qū)動電路、脈沖驅(qū)動電路、變色發(fā)光驅(qū)動電路。使用LED作指示電路時，應該串接限流電阻，該電阻的阻值大小應根據(jù)不同的使用電壓和LED所需工作電流來選擇。 發(fā)光二極管的壓降一般為1.52.0 V，其工作電流一般取1020 mA為宜。下圖3.14為光控電路設計。圖3.14 光控電路圖3.7 上位機接口模塊的設計如果在傳遞字節(jié)的過程中組成字節(jié)的所有比特在總線上一個接一個地順序傳輸，這種方式叫串行通信。串行通信又分為異步串行通信和同步串行通信，異步方式下，每發(fā)送一個字節(jié)都需要在接

38、收和發(fā)送方進行數(shù)據(jù)同步，因此速度低，但可靠性高。而同步串行通信則分面向字符、面向比特和面向字節(jié)三種，一次傳遞一個由若干字節(jié)（或比特、字符）組成的數(shù)據(jù)塊，并且具有通信控制字。3.7.1 串行異步通信在異步通信中，連接線不包括時鐘線，時鐘信號由發(fā)送端和接收端各自提供。因為連接的每一端都提供自己的時鐘信號，所以每個中斷的時鐘頻率必須保持一致，否則將產(chǎn)生失步。每個傳輸?shù)淖止?jié)都用一個起始位來與時鐘同步，以及一個或幾個停止位來表示傳輸字節(jié)的結(jié)束。串口通信中大多采用異步通信，如PC上的RS-232C端口所使用的就是異步通信方式。異步通信有很多種格式，最通用的是8-N-1，在這種方式中，發(fā)送端以一個起始位表示

39、傳輸開始，后跟8位數(shù)據(jù)，并以一個停止位表示一個字節(jié)傳輸結(jié)束。當接收端辨認出起始位后，就知道一個字節(jié)的傳輸開始了，并利用自己的時鐘讀取后面的8位數(shù)據(jù)，當接收到停止位后，就停止讀取，并把接收的數(shù)據(jù)送往接收緩沖。8-N-1中的N表示傳輸不使用奇偶校驗位。8-N-1異步傳輸時序圖如圖3.15所示。 圖3.15 異步傳輸時序圖3.7.2 RS-232技術(shù)RS232C是1969年EIA制定的在數(shù)據(jù)終端設備DTE和數(shù)據(jù)通訊設備（DCE）之間的串行的二進制數(shù)據(jù)交換的接口，全稱是EIA-RS-232-C協(xié)議，也稱EIA-232，最初采用DB-25作為連接器，包含雙通道，但是現(xiàn)在也有采用DB-9的單通道接口連接。

40、RS232的通訊信號電平為正負515V，這不同于數(shù)字電路的03V或05V，所以要以RS232的方式進行通訊，源信號需要進行電平轉(zhuǎn)換。典型應用是微型計算機的串行接口。由于計算機通信用的是RS-232電平，單片機使用的是CMOS/TTL電平，要想實現(xiàn)單片機與計算機之間的數(shù)據(jù)傳輸，就需要將單片機進行RS-232電平轉(zhuǎn)換。如下表3.7.1為RS-232電平與CMOS/TTL電平的對比表。表3.3 RS-232電平與CMOS/TTL電平的對比表 邏輯值 RS-232/V CMOS/TTL/V 0 +3+15V 3.23.7.3 MAX232數(shù)據(jù)操作原理MAX232數(shù)據(jù)傳送方式和時序分析，數(shù)據(jù)傳送時序如圖

41、3.16所示。圖3.16 數(shù)據(jù)傳送時序圖3.7.4 MAX232電路設計MAX232芯片的結(jié)構(gòu)和引腳都非常簡單,內(nèi)部含有驅(qū)動器和接收器。采用單一電源+5 V工作，額定電流為300 A，采用半雙工通訊方式。它完成將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS232電平的功能。RIOUT和TIIN端分別為接收器的輸出和驅(qū)動器的輸入端，與單片機連接時只需分別與單片機的RXD和TXD相連即可；TIOUT和RIIN分別與計算機的COM口相連。下圖3.17為MAX232的電路連接圖。圖3.17 MAX232電路連接圖第四章 系統(tǒng)軟件設計整個軟件程序分為四個部分：主程序部分、按鍵部分、顯示部分、報警部分。4.1 主程序設計下圖4.

42、1為主程序流程設計圖開始 初始化顯示子程序 N判斷按鍵是否按下Y調(diào)用相應界面處理函數(shù)返回圖4.1 主程序流程設計圖4.2 按鍵程序設計按鍵在閉合和斷開時，觸點會存在抖動現(xiàn)象，如圖4.2，鍵盤的抖動時間一般為510ms,抖動現(xiàn)象會引起CPU對一次鍵操作進行多次處理，從而可能產(chǎn)生錯誤。消除抖動不良后果的方法有兩種：一種是硬件消抖，如圖4.3；另一種是軟件消抖。 圖4.2 按鍵抖動 圖4.3 硬件消抖此處，我采用了延時和上升沿觸發(fā)來實現(xiàn)軟件消抖，程序如下：/*按鍵掃描子程序*/void keyscan_stop() uchar j; DDRD|=BIT(PD5); PORTD|=BIT(PD5); DDRD&=BIT(PD5); j=PIND; j&=0x20;/ if(j=0) delay(5);j=PIND; j&=0x20;/if(j=0) flag_start=1;while(!(P