基于51單片機(jī)和CC1101無線溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計綜述

鑒于51單片機(jī)和CC1101無線溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計序言當(dāng)前，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展日異月新，單片機(jī)等大規(guī)模集成電路的進(jìn)步與發(fā)展，溫度監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用愈來愈寬泛。在傳統(tǒng)微機(jī)化的溫度監(jiān)控系統(tǒng)中，均是以有線方式來實現(xiàn)溫度監(jiān)控。傳統(tǒng)的溫度監(jiān)控系統(tǒng)，其突出的問題是因為有線通訊，線纜傳輸連線麻煩，需要特制接口，很是不便,且適用性不強(qiáng),成本高，造成系統(tǒng)的普及性降低，同時也帶來了制作繁瑣，外頭電路復(fù)雜的弊端。最近幾年來，跟著各種單片機(jī)及無線收發(fā)芯片的出現(xiàn)與推行，使得鑒于CC1101的無線溫度監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)成為可能。溫度是工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常有的和最基本的參數(shù)之一，在生產(chǎn)過程中常需對溫度進(jìn)行檢測和監(jiān)控，采納微型機(jī)進(jìn)行溫度檢測、數(shù)字顯示、信息儲存及及時控制，關(guān)于提升生產(chǎn)效率和產(chǎn)質(zhì)量量、節(jié)儉能源等都有重要的作用。陪伴工業(yè)科技、農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展，溫度丈量需求愈來愈多，也愈來愈重要。可是在一些特定環(huán)境溫度監(jiān)測環(huán)境范圍大,測點距離遠(yuǎn),布線很不方便。這時就要采納無線方式對溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行收集。利用無線技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸比使用傳統(tǒng)的有線電纜有不行比較的長處，如可挪動性、方便靈巧性等多方面都更能知足人們的實質(zhì)需要。實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ǘ喾N多樣，使用高頻無線電技術(shù)、激光技術(shù)、紅外技術(shù)等等均能知足無線傳輸要求。本設(shè)計是以宏晶科技推出的STC89C52RC單片機(jī)作為控制核心，提出以DS18B20的單線散布式溫度收集與控制系統(tǒng),經(jīng)過CC1101無線收發(fā)模塊收發(fā)信息。監(jiān)控點將接收到主控點的信息后，經(jīng)過一些辦理，而后相應(yīng)的監(jiān)控點將收集并發(fā)送數(shù)據(jù)給主控點。主控點經(jīng)過串口將收到的溫度信息回饋到上位機(jī)（PC機(jī)），進(jìn)而遠(yuǎn)程實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的檢測與控制。一．整體方案設(shè)計溫度監(jiān)控系統(tǒng)有著共同的特色：丈量點多、環(huán)境復(fù)雜、布線分別、現(xiàn)場離監(jiān)控室遠(yuǎn)等。若采納一般溫度傳感器收集溫度信號，則需要設(shè)計信號調(diào)治電路、A/D變換及相應(yīng)的接口電路，才能把傳感器輸出的模擬信號變換成數(shù)字信號送到計算機(jī)去辦理。這樣，因為各種要素會造成檢測系統(tǒng)較大的誤差；又因為檢測環(huán)境復(fù)雜、丈量點多、信號傳輸距離遠(yuǎn)及各種擾亂的影響，會使檢測系統(tǒng)的穩(wěn)固性和靠譜性降落。所以在多點溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計中，我們一定正確采納溫度傳感器和收發(fā)端電路的設(shè)計。1.1溫度傳感器在這個系統(tǒng)的設(shè)計中間我們采納數(shù)字溫度傳感器DS18B20丈量溫度，輸出信號全數(shù)字化。因此便于單片機(jī)辦理及控制，省去傳統(tǒng)的測溫方法的好多外頭電路。且該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)固，它能用做工業(yè)測溫元件，此元件線性度較好。在0~100攝氏度時，最大線形誤差小于1攝氏度。DS18B20的最大特色之一采納了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計DS18B20和微控制器STC89C52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(jī)連結(jié)。這樣，測溫系統(tǒng)的構(gòu)造就比較簡單，體積也不大，抗擾亂性強(qiáng)。采納溫度芯片DS18B20丈量溫度，能夠表現(xiàn)系統(tǒng)芯片化這個趨向。部分功能電路的集成，使整體電路更簡短，搭建電路和焊接電路時更快。并且，集成塊的使用，有效地防止外界的擾亂，提升丈量電路的精準(zhǔn)度。所以集成芯片的使用將成為電路發(fā)展的一種趨向。本方案應(yīng)用這一溫度芯片，也是適應(yīng)這一趨向。1.2收發(fā)模塊XL1101-D01微功率無線數(shù)傳模塊，采納Chipcon企業(yè)最新的高性能CC1101CC1101完整兼容CC1100,性能較CC1100更勝一籌）無線通訊芯片，最大傳輸數(shù)率達(dá)500kbps，并可軟件改正波特率，寬闊地傳輸最遠(yuǎn)距離達(dá)到300-500米，擁有無線喚醒等功能，敏捷度達(dá)到-110dBm，靠譜性高，可寬泛應(yīng)用于各種場合的短距離無線通訊領(lǐng)域。XL1101-D01模塊裝備彈簧天線，擁有極高的性價比。因此，無線收發(fā)模塊我們首選CC1101收發(fā)模塊。1.3控制部分我們采納STC89C52單片機(jī)實現(xiàn)。STC89C52RC單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超強(qiáng)抗擾亂的單片機(jī)，指令代碼完整兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)，12時鐘/機(jī)器周期和6時鐘/機(jī)器周期能夠隨意選擇。單片機(jī)軟件編程的自由度大，可經(jīng)過編程實現(xiàn)各種各種的算術(shù)算法和邏輯控制。并且體積小，硬件實現(xiàn)簡單，安裝方便。既能夠獨自對多DS18B20控制工作，還能夠與PC機(jī)通訊.運用主從散布式思想，由一臺上位機(jī)（PC微型計算機(jī)），下位機(jī)（單片機(jī)）多點溫度數(shù)據(jù)收集，構(gòu)成兩級散布式多點溫度丈量的巡回檢測系統(tǒng),實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。此外AT89C51在工業(yè)控制上也有著寬泛的應(yīng)用，編程技術(shù)及外頭功能電路的配合使用都很成熟.圖1主控點電路系統(tǒng)框圖圖2監(jiān)測點電路系統(tǒng)框圖硬件電路的設(shè)計我們所設(shè)計的外頭電路包含：電源電路、溫度收集、晶振電路、復(fù)位電路以及串口等電路。下邊將挨次對各個模塊進(jìn)行說明。2.1電源電路將

我們采納USB供電，可是因為CC1101模塊的使用電壓為5V電壓轉(zhuǎn)為3.3V給CC1101模塊供電。詳細(xì)電路以下：

3.3V，所以我們用

LM1117-3.3圖3電源電路圖2.2溫度收集溫度芯片DS18B20是Dallas企業(yè)生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，擁有3引腳TO－92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(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出。丈量溫度范圍為-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，也可采納寄生電源方式產(chǎn)生。CPU只要一根端口線就能與諸多DS18B20通訊，占用微辦理器的端口較少，可節(jié)儉大批的引線和邏輯電路。因為每一個DS18B20都有獨一系列號，所以多個DS18B20能夠存在同一條單總線上。這同意很多不一樣地方擱置溫度敏捷器件。此特征的應(yīng)用范圍包含HAVC環(huán)境控制，建筑物、設(shè)施或機(jī)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。圖4溫度收集電路圖2.3晶振電路圖5晶振電路2.4復(fù)位電路圖6復(fù)位電路2.5串口電路圖7串口電路2.6主控點電路圖8主控點電路2.7監(jiān)測點電路圖9監(jiān)測點電路2.8STC89C52RC單片機(jī)圖10STC89C52RC引腳圖STC89C52RC引腳功能說明VCC（40引腳）：電源電壓VSS（20引腳）：接地P0端口（P0.0～P0.7，39～32引腳）：P0口是一個漏極開路的8位雙向I/O口。作為輸出端口，每個引腳能驅(qū)動8個TTL負(fù)載，對端口P0寫入“1時”，能夠作為高阻抗輸入。在接見外面程序和數(shù)據(jù)儲存器時，P0口也能夠供給低8位地點和8位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線。此時，P0口內(nèi)部上拉電阻有效。在FlashROM編程時，P0端口接收指令字節(jié)；而在校驗程序時，則輸出指令字節(jié)?？甲C時，要求外接上拉電阻。P1端口（P1.0～P1.7，1～8引腳）：P1口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P1的輸出緩沖器可驅(qū)動（汲取或許輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫入1時，經(jīng)過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸進(jìn)口。P1口作輸入口使用時，因為有內(nèi)部上拉電阻，那些被外面拉低的引腳會輸出一個電流（）。別的，P1.0和P1.1還能夠作為準(zhǔn)時器/計數(shù)器2的外面技術(shù)輸入（P1.0/T2）和準(zhǔn)時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），詳細(xì)拜見下表：在對FlashROM編程和程序校驗時，P1接收低8位地點。表XX

P1.0和P1.1引腳復(fù)用功能引腳號

功能特征P1.0

T2（準(zhǔn)時器/計數(shù)器2外面計數(shù)輸入），時鐘輸出P1.1

T2EX（準(zhǔn)時器

/計數(shù)器2捕捉/重裝觸發(fā)和方向控制）P2端口（P2.0～P2.7，21～28引腳）：

P2口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的

8位雙向I/O端口。P2的輸出緩沖器能夠驅(qū)動（汲取或輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫入1時，經(jīng)過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，這時可用作輸進(jìn)口。P2作為輸進(jìn)口使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外面信號拉低的引腳會輸出一個電流（）。在接見外面程序儲存器和16位地點的外面數(shù)據(jù)儲存器（如履行“MOVX@DPTR”指令）時，P2送出高8位地點。在接見8位地點的外面數(shù)據(jù)儲存器（如履行“MOVX@R1”指令）時，P2口引腳上的內(nèi)容（就是專用存放器（SFR）區(qū)中的P2存放器的內(nèi)容），在整個接見時期不會改變。在對FlashROM編程和程序校驗時期，P2也接收高位地點和一些控制信號。P3端口（P3.0～P3.7，10～17引腳）：P3是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P3的輸出緩沖器可驅(qū)動（汲取或輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫入1時，經(jīng)過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸進(jìn)口。P3做輸進(jìn)口使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外面信號拉低的引腳會輸入一個電流（）。在對FlashROM編程或程序校驗時，P3還接收一些控制信號。P3口除作為一般I/O口外，還有其余一些復(fù)用功能，如下表所示：表XXP3口引腳復(fù)用功能引腳號復(fù)用功能P3.0（串行輸進(jìn)口）RXDP3.1TXD（串行輸出口）P3.2（外面中止0）P3.3（外面中止）1P3.4（準(zhǔn)時器的外面輸入）T00P3.5T1（準(zhǔn)時器1的外面輸入）P3.6（外面數(shù)據(jù)儲存器寫選通）P3.7（外面數(shù)據(jù)儲存器讀選通）RST（9引腳）：復(fù)位輸入。當(dāng)輸入連續(xù)兩個機(jī)器周期以上高電平常為有效，用來達(dá)成單片機(jī)單片機(jī)的復(fù)位初始化操作?？撮T狗計時達(dá)成后，RST引腳輸出96個晶振周期的高電平。特別存放器AUXR（地點8EH）上的DISRTO位能夠使此功能無效。DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。ALE/（30引腳）：地點鎖存控制信號（ALE）是接見外面程序儲存器時，鎖存低8位地點的輸出脈沖。在Flash編程時，此引腳（）也用作編程輸入脈沖。在一般狀況下，ALE以晶振六分之一的固定頻次輸出脈沖，可用來作為外面準(zhǔn)時器或時鐘使用。但是，特別重申，在每次接見外面數(shù)據(jù)儲存器時，ALE脈沖將會跳過。假如需要，經(jīng)過將地點位8EH的SFR的第0地點“1，”ALE操作將無效。這一位置“1，”ALE僅在履行MOVX或MOV指令時有效。不然，ALE將被輕微拉高。這個ALE使能標(biāo)記位（地點位8EH的SFR的第0位）的設(shè)置對微控制器處于外面履行模式下無效。（29引腳）：外面程序儲存器選通訊號（）是外面程序儲存器選通訊號。當(dāng)AT89C51RC從外面程序儲存器履行外面代碼時，在每個機(jī)器周期被激活兩次，而接見外面數(shù)據(jù)儲存器時，將不被激活。/VPP（31引腳）：接見外面程序儲存器控制信號。為使能從0000H到FFFFH的外面程序儲存器讀取指令，一定接GND。注意加密方式1時，將內(nèi)部鎖定位RESET。為了履行內(nèi)部程序指令，應(yīng)當(dāng)接VCC。在Flash編程時期，也接收12伏VPP電壓。XTAL1（19引腳）：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2（18引腳）：振蕩器反相放大器的輸入端。特別功能存放器在STC89C52RC片內(nèi)儲存器中，80H～FFH共128個單元位特別功能存放器SFR），SFR的地點空間以下表1所示。并不是全部的地點都被定義，從80H～FFH共128個字節(jié)只有一部分被定義。還有相當(dāng)一部分沒有定義。對沒有定義的單元讀寫將是無效的，讀出的數(shù)值將不確立，而寫入的數(shù)據(jù)也將丟掉。不該將“1寫”入不決義的單元，因為這些單元在未來的產(chǎn)品中可能給予新的功能，在這類狀況下，復(fù)位后這些單元數(shù)值老是“0?！盨TC89C52RC除了有準(zhǔn)時器/計數(shù)器0和準(zhǔn)時器/計數(shù)器1以外，還增添了一個一個準(zhǔn)時器/計數(shù)器2.準(zhǔn)時器/計數(shù)器2的控制和狀態(tài)位位于T2CON（見表2）和T2MOD（見表4）。準(zhǔn)時器2是一個16位準(zhǔn)時/計數(shù)器。經(jīng)過設(shè)置特別功能存放器T2CON中的C/T2位，可將其作為準(zhǔn)時器或計數(shù)器（特別功能存放器T2CON的描繪如表2所列）。準(zhǔn)時器2有3種操作模式：捕捉、自動從頭裝載（遞加或遞減計數(shù)）和波特率發(fā)生器，這3種模式由T2CON中的位進(jìn)行選擇（如表2所列）。表1STC89C52RC的特別功能存放器表2特別功能存放器T2CON的描繪表3準(zhǔn)時/計數(shù)器2控制存放器各位功能說明符號功能TF2準(zhǔn)時器2溢出標(biāo)記。準(zhǔn)時器2溢出時，又由硬件置位，一定由軟件請0.當(dāng)RCLK=1或TCLK=1時，準(zhǔn)時器2溢出，不對TF2置位。準(zhǔn)時器2外面標(biāo)記。當(dāng)EXEN2=1，且當(dāng)T2EX引腳上出現(xiàn)負(fù)跳變而出現(xiàn)捕捉或重裝載時，EXF2置位，申請中止。此時假如同意準(zhǔn)時器2中EXF2斷，CPU將響應(yīng)中止，履行準(zhǔn)時器2中止服務(wù)程序，EXF2一定由軟件消除。當(dāng)準(zhǔn)時器2工作在向上或向下計數(shù)方式時（DCEN=1），EXF2不可以激活中止。接收時鐘同意。RCLK=1時，用準(zhǔn)時器2溢出脈沖作為串口（工作于RCLK工作方式1或3時）的接收時鐘，RCLK=0，用準(zhǔn)時器1的溢出脈沖作為接收脈沖發(fā)送時鐘同意。TCLK=1時，用準(zhǔn)時器2溢出脈沖作為串口（工作于TCLK工作方式1或3時）的發(fā)送時鐘，TCLK=0，用準(zhǔn)時器1的溢出脈沖作為發(fā)送脈沖準(zhǔn)時器2外面同意標(biāo)記。當(dāng)EXEN2=1時，假如準(zhǔn)時器2未用于作串行EXEN2口的波特率發(fā)生器，在T2EX端口出現(xiàn)負(fù)跳變脈沖時，激活準(zhǔn)時器2捕捉或許重裝載。EXEN2=0時，T2EX端的外面信號無效。TR2準(zhǔn)時器2啟動/停止控制位。TR2=1時，啟動準(zhǔn)時器2.C/準(zhǔn)時器2準(zhǔn)時方式或計數(shù)方式控制位。C/=0時，選擇準(zhǔn)時方式，C/=1時，選擇對外面事件技術(shù)方式（降落沿觸發(fā)）。捕捉/重裝載選擇。CP/=1時，如EXEN2=1，且T2EX端出現(xiàn)負(fù)跳變脈沖時發(fā)生捕捉操作。CP/=1時，若準(zhǔn)時器2溢出或EXEN2=1條件下，CP/T2EX端出現(xiàn)負(fù)跳變脈沖，都會出現(xiàn)自動重裝載操作。當(dāng)RCLK=1或TCLK=1時，該位無效，在準(zhǔn)時器2溢出時強(qiáng)迫其自動重裝載。表4準(zhǔn)時器2工作方式RCLK+TCLKCP/TR2模式00116位自動重裝01116位捕捉1X1波特率發(fā)生器XX0（封閉）2.9CC1101收發(fā)模塊圖11外面引腳俯視圖外引腳概括外面組件一覽表（不包含電源去耦電容）圖12典型應(yīng)用和評估電路程序設(shè)計3.1系統(tǒng)概括整個系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合程序來實現(xiàn)的，當(dāng)硬件基本定型后，軟件的功能也就基本定下來了。程序分為三大類：一是主控點程序，它是整個控制系統(tǒng)的重點部分，上位機(jī)主要經(jīng)過主控點向各個監(jiān)測點發(fā)出信息，主控點收到監(jiān)測點的信息后返回給上位機(jī)。二是監(jiān)測點程序，當(dāng)檢測點收到主控點的信息后，讀取此中的地點碼和命令碼，看地點碼與當(dāng)?shù)氐攸c能否一致，假如一致，則履行相應(yīng)的命令，假如不一致，則不履行相應(yīng)的命令。三是上位機(jī)軟件，用戶能夠在該軟件上選擇需要收集數(shù)據(jù)的點以及收集的方式（多點收集和單點收集），選好后由該軟件經(jīng)過串口向主控點發(fā)出相應(yīng)的信息，并且也由串口接受主控點返回的信息。全部的監(jiān)測點都有獨一的一個地點碼，我們早先給每個監(jiān)測點設(shè)置不一樣的地點碼，因此每個監(jiān)測點即便都收到主控點的信息，可是只有與自己的地點碼相同時候才會履行相應(yīng)的命令。當(dāng)使用多點收集的方式時，上位機(jī)在一準(zhǔn)時間間隔內(nèi)分別發(fā)送信息（每次發(fā)送的信息包含8個字節(jié)，此中包含地點碼（一個字節(jié)），命令碼（一個字節(jié)），還有六個保存不用，能夠拿來擴(kuò)展。主控點之在上位機(jī)兩次發(fā)送信息的時間間隔中將監(jiān)測點收集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)的，所以，在設(shè)置兩次發(fā)送信息的時間間隔時候，一定保證監(jiān)測點有充分的時間收集并發(fā)送數(shù)據(jù)信息。3.2程序設(shè)計流程圖上位機(jī)流程圖圖13上位機(jī)流程圖主控點流程圖圖14主控點流程圖注：信息1與信息2的地點碼是同樣的，指示命令碼不一樣。監(jiān)測點流程圖圖15