基于無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、 編號(hào) 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢畢業(yè)業(yè)論論文文 題目基于 ATmega16 無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名胡海洋 學(xué) 號(hào) 系 部電子工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)電子信息工程技術(shù) 班 級(jí) 指導(dǎo)教師杜鋒 顧問(wèn)教師 二一二年六月 摘摘 要要 設(shè)計(jì)一個(gè)無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以 ATmega16 單片機(jī)為控制核心，制作一個(gè) 終端和 2 個(gè)節(jié)點(diǎn)，整個(gè)系統(tǒng)采用無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)調(diào)制方式，終端能從節(jié)點(diǎn)獲取節(jié) 點(diǎn)的環(huán)境溫度和光照信息，并且節(jié)點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)中繼轉(zhuǎn)發(fā)的功能。實(shí)踐結(jié)果表明， 該系統(tǒng)能夠通過(guò)無(wú)線的方式對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。 環(huán)境監(jiān)測(cè)是指通過(guò)對(duì)影響環(huán)境質(zhì)量因素的代表值的測(cè)定，確定環(huán)境質(zhì)量(或 污染程度)及其變化

2、趨勢(shì)。隨著科技的不斷進(jìn)步，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 的不斷發(fā)展，環(huán)境檢測(cè)由經(jīng)典的化學(xué)分析向儀器與計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方式， 實(shí)現(xiàn)了無(wú)線環(huán)境的檢測(cè)。本文中設(shè)計(jì)了一個(gè)無(wú)線環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng).以 ATmega16 單 片機(jī)為控制核心實(shí)際制作一個(gè)終端和 2 個(gè)節(jié)點(diǎn)，終端能從節(jié)點(diǎn)獲取節(jié)點(diǎn)的環(huán)境 溫度和光照信息，并且節(jié)點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)中繼轉(zhuǎn)發(fā)的功能。整個(gè)系統(tǒng)采用無(wú)線調(diào)制 方式，收發(fā)都使用一個(gè)天線，終端發(fā)射信號(hào)時(shí).將欲傳輸?shù)男畔⑼ㄟ^(guò)串口輸出的 電平控制本振的開(kāi)斷從而實(shí)現(xiàn)無(wú)線調(diào)制，后級(jí)使用丙類(lèi)功放發(fā)射，接收端節(jié)點(diǎn) 將天線上的信號(hào)進(jìn)行放大，然后倍壓檢波，通過(guò)自適應(yīng)比較器解調(diào)出數(shù)據(jù)，最 后再向終端回傳環(huán)境信息。 系統(tǒng)以 A

3、Tmega16 單片機(jī)作為終端和節(jié)點(diǎn)的主控芯片，光照探測(cè)山光敏電 阻來(lái)實(shí)現(xiàn)，溫度可由單片機(jī)內(nèi)部自帶的溫度傳感器得到，數(shù)據(jù)的調(diào)制、接收采 用串口通信，使用 VU 口來(lái)控制天線的收發(fā)模式。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：ATmega16單片機(jī) 1602 液晶顯示 無(wú)線溫度傳感 目目 錄錄 摘摘 要要 .I I 第一章第一章 緒論緒論 .1 1 第二章第二章 總體設(shè)計(jì)方案總體設(shè)計(jì)方案 .3 3 2.1 無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)方案論證 .3 2.2 無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框圖 .3 第三章第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) .5 5 3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) .5 3.1.1 單片機(jī)的選型 .5 3.1.2 ATmega16 性

4、能指標(biāo).5 3.1.3 ATmega16 的引腳 .5 3.1.4 ATmega16 最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) .6 3.2 顯示電路設(shè)計(jì) .7 3.2.1 顯示器件的選擇 .7 3.2.2 1602 管腳功能 .7 3.2.3 ATmega16 與 1602 的接口電路 .8 3.3 無(wú)線監(jiān)測(cè)電路設(shè)計(jì) .9 3.3.1 DS18B20 無(wú)線溫度傳感器 .9 3.3.2 DS18B20 結(jié)構(gòu)框圖 .9 3.3.3 DS18B20 無(wú)線溫度傳感器與單片機(jī)的接口電路 .10 3.4 穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì) .11 3.4.1 穩(wěn)壓電源電路框圖 .11 3.4.2 穩(wěn)壓電源工作原理 .12 第四章第四章 系統(tǒng)軟件

5、設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .1313 4.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分析 .13 4.2 ADC 轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì) .13 4.3 顯示程序流程圖.14 第五章第五章 總結(jié)與展望總結(jié)與展望 .1515 致致 謝謝 .1717 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) .1919 附錄附錄 1 1 原理圖原理圖.2121 附錄附錄 2 2 源程序源程序.2323 第一章第一章 緒論緒論 近年來(lái)，隨著無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，以及人們對(duì)于環(huán)境保護(hù)和 環(huán)境監(jiān)督提出的更高要求，越來(lái)越多的企業(yè)和機(jī)構(gòu)都致力于在環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中 應(yīng)用無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究。環(huán)境監(jiān)測(cè)是指通過(guò)對(duì)影響環(huán)境質(zhì)量因素的代表 值的測(cè)定，確定環(huán)境質(zhì)量(或污染程度)及其變化趨勢(shì)。隨

6、著科技的不斷進(jìn)步， 特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，環(huán)境檢測(cè)由經(jīng)典的化學(xué)分析向儀器 與計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)了無(wú)線環(huán)境的檢測(cè)。本文中設(shè)計(jì)了一個(gè)無(wú) 線環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng).以 ATmega16 單片機(jī)為控制核心實(shí)際制作一個(gè)終端和 2 個(gè)節(jié)點(diǎn)， 終端能從節(jié)點(diǎn)獲取節(jié)點(diǎn)的環(huán)境溫度和光照信息，并且節(jié)點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)中繼轉(zhuǎn)發(fā)的 功能。 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量分布的不同規(guī)格和功能的具有感知、計(jì)算和通信 能力的微型傳感器節(jié)點(diǎn)，通過(guò)自組織的方式構(gòu)成的一個(gè)以數(shù)據(jù)為中心的無(wú)線網(wǎng) 絡(luò)。大量傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)相互之間的分工協(xié)作，可實(shí)時(shí)感知、監(jiān)測(cè)和采集分布 區(qū)域內(nèi)的監(jiān)測(cè)對(duì)象或周?chē)h(huán)境的信息。在國(guó)防安全、工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域各種控制、城

7、 市管理、生物醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測(cè)、搶險(xiǎn)救災(zāi)、防恐反恐、危險(xiǎn)區(qū)域遠(yuǎn)程控制等許 多領(lǐng)域都有著重要的科研價(jià)值和實(shí)用價(jià)值，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。 在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，對(duì)環(huán)境的溫度和光照等參數(shù)常常會(huì)提出一些特殊的要求， 甚至要求實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度和光照的實(shí)時(shí)監(jiān)視和控制。 該無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)智能化程度高，可實(shí)現(xiàn)對(duì)周邊環(huán)境溫度和光照信息的 探測(cè)，并實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)，將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存和分析處理，每個(gè)探測(cè)節(jié)點(diǎn) 可與監(jiān)測(cè)終端進(jìn)行無(wú)線傳輸。 第二章第二章 總體設(shè)計(jì)方案總體設(shè)計(jì)方案 2.12.1 無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)方案論證無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)方案論證 方案一： 由于本設(shè)計(jì)是環(huán)境監(jiān)測(cè)電路，可以使用熱敏電阻之類(lèi)的器件利用其感溫效 應(yīng)，在將隨被測(cè)溫

8、度變化的電壓或電流采集過(guò)來(lái)，進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換后，就可以用 單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測(cè)溫度顯示出來(lái)，這種設(shè) 計(jì)需要用到 A/D 轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。 方案二： 考慮到用無(wú)線溫度傳感器，在單片機(jī)電路設(shè)計(jì)中，大多都是使用無(wú)線傳感 器，所以這是非常容易想到的，所以可以采用一只溫度傳感器 DS18B20，此傳 感器，可以很容易直接讀取被測(cè)溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，就可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。 從以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡(jiǎn)單，軟件設(shè)計(jì)也 比較簡(jiǎn)單，故采用了方案二。 2.22.2 無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框圖無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框圖 無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)總體設(shè)計(jì)方框圖如圖 21 所示，控制

9、器采用單片機(jī) ATmega16，溫度傳感器采用 DS18B20，用 1602 來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度顯示。在整個(gè)系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)過(guò)程中，終點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)都需要一個(gè)主控芯片進(jìn)行處理。主芯片選用 ATmega16 系列單片機(jī)。在信號(hào)調(diào)制方面采用了無(wú)線傳感器調(diào)制方案。 初始化 調(diào)用顯示子程序 1S 到？ 初次上電 讀出溫度值溫度計(jì)算處理 顯示數(shù)據(jù)刷新 ADC 轉(zhuǎn)換開(kāi)始命令 N Y N Y 圖 2-1 主程序流程圖 第三章第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 3.13.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 3.1.13.1.1 單片機(jī)的選型單片機(jī)的選型 ATmega16 作為溫度測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心器件。ATmega

10、16 是基于增強(qiáng)的 AVR RISC 結(jié)構(gòu)的低功耗 8 位 CMOS 微控制器。由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí) 鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間，ATmega16 的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá) 1MIPS/MHz，從而可以緩 減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。 3.1.23.1.2 ATmega16ATmega16 性能指標(biāo)性能指標(biāo) （1）高性能、低功耗的 8 位 AVR 微處理器 （2）先進(jìn)的 RISC 結(jié)構(gòu)：32 個(gè) 8 位通用工作寄存器 （3）非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：可以對(duì)鎖定位進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)用戶(hù)程序的加 密 （4） JTAG 接口：支持?jǐn)U展的片內(nèi)調(diào)試功能 （5）外設(shè)特點(diǎn)：兩個(gè)具有獨(dú)立預(yù)分頻器和比較器功能的 8 位

11、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；兩 個(gè)可編程的串行 USART （6）特殊的處理器特點(diǎn)：片內(nèi)/片外中斷源；6 種睡眠模式：空閑模式、ADC 噪 聲抑制模式、省電模式、掉電模式、Standby 模式以及擴(kuò)展的 Standby 模式 （7）I/0 和封裝：32 個(gè)可編程的 I/0 口 （8）工作電壓： ATmega16L：2.7-5.5V；ATmega16：4.5-5.5V （9）速度等級(jí) 8MHz ATmega16L；0-16MHz ATmega16 （10） ATmega16L 在 1MHz，3V，25時(shí)的功耗 正常模式：1.1mA；空閑模式：0.35mA 3.1.33.1.3 ATmega16ATmega1

12、6 的引腳的引腳 ATmega16 的引腳圖，如圖 3-1 所示。 圖 3-1 ATmega16 的引腳圖 3.1.43.1.4 ATmega16ATmega16 最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) ATmega16 單片機(jī)的最小硬件系統(tǒng)，包括：復(fù)位電路、晶振電路、AD 轉(zhuǎn)換 濾波電路、串口電平轉(zhuǎn)換電路、JTAG 仿真接口，電源。ATmega16 最小系統(tǒng)電 路圖，如圖 3-2 所示。 圖 3-2 ATmega16 最小系統(tǒng)電路圖 ATmega16 內(nèi)置了上電復(fù)位設(shè)計(jì)，并且在熔絲位里可以設(shè)置復(fù)位時(shí)的額外時(shí) 間，故 AVR 外部的復(fù)位線路在上電路時(shí)，可以設(shè)計(jì)的很簡(jiǎn)單：直接拉一只 10K 的電阻到

13、VCC 即可（Rrst） 。為了可靠復(fù)位，再加上一只 0.1uF 的電容(Crst)以消 除干擾、雜波。IN4148(Drst)的作用有兩個(gè)：（1）將復(fù)位輸入的最高電壓鉗在 Vcc+0.5V 左右；（2）系統(tǒng)斷電時(shí)，將 Rrst(10K)電阻短路，讓 Crst 快速放電， 從而當(dāng)下一次通電時(shí)，能產(chǎn)生有效的復(fù)位。在 AVR 單片機(jī)工作期間，按下 S- RST（復(fù)位按鈕）開(kāi)關(guān)再松開(kāi)時(shí)，將在復(fù)位腳產(chǎn)生一個(gè)低電位的復(fù)位脈沖信號(hào)， 觸發(fā) AVR 單片機(jī)復(fù)位。 ATmega16 還內(nèi)置了 RC 振蕩線路，可以產(chǎn)生 1M、2M、4M、8M 的振蕩頻 率。不過(guò)，內(nèi)置的畢竟是 RC 振蕩，在一些對(duì)時(shí)間參數(shù)要求較

14、高的場(chǎng)合，比如有 要使用 AVR 單片機(jī)的 UART 與其它的單片機(jī)系統(tǒng)或 PC 機(jī)通信時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)高 速可靠的通信，就需要比較精確時(shí)鐘來(lái)產(chǎn)生精確的通信波特率，這時(shí)就要使用 精度高的片外晶體振蕩電路作為 AVR 單片機(jī)系統(tǒng)的工作時(shí)鐘。 3.23.2 顯示電路設(shè)計(jì)顯示電路設(shè)計(jì) 3.2.13.2.1 顯示器件的選擇顯示器件的選擇 顯示電路使用 1602 液晶顯示模塊，它有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： （1）顯示質(zhì)量高：由于液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)后就一直保持那種 色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線顯示器那樣需要不斷刷新新亮點(diǎn)。因 此，液晶顯示器畫(huà)質(zhì)高且不會(huì)閃爍。 （2）數(shù)字式接口：液晶顯示器是數(shù)字式的，和

15、單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡(jiǎn)單 可靠，操作更加方便。 （3）體積小、重量輕：通過(guò)顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來(lái)得到顯示 的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。 （4）功耗低：液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng) IC 上， 因而耗電量比其它顯示器要少得多。 3.2.23.2.2 16021602 管腳功能管腳功能 1602 的管腳圖，如圖 3-3 所示。 圖 3-3 1602 的管腳圖 1602 字符型 LCD 通常有 14 條引腳線或 16 條引腳線的 LCD，多出來(lái)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

16、 完全一樣， 其中由表 3.1 可見(jiàn)。 表 3.1 引腳與功能 引引腳腳符符號(hào)號(hào)功功能能說(shuō)說(shuō)明明 1VSS 一般接地 2VDD 接電源（+5V） 3V0 液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最 高（對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè) 10K 的電位器調(diào) 整對(duì)比度）。 4RS RS 為寄存器選擇，高電平 1 時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平 0 時(shí)選擇指令寄存 器。 5R/W R/W 為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平(1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平(0)時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。 6E E(或 EN)端為使能(enable)端，下降沿使能。 7DB0 底 4 位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 0 位（最低

17、位） 8DB1 底 4 位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 1 位 9DB2 底 4 位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 2 位 10DB3 底 4 位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 3 位 11DB4 高 4 位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 4 位 12DB5 高 4 位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 5 位 13DB6 高 4 位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 6 位 14DB7 高 4 位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 7 位（最高位）（也是 busy flag） 15BLA 背光電源正極 16BLK 背光 電源負(fù)極 寄存器選擇控制表 ，由表 3.2 可見(jiàn) 表 3.2 寄存器選擇控制表 R RS SR R/ /W W 操作說(shuō)明操作說(shuō)明 00 寫(xiě)入指令寄存器（

18、清除屏等） 01 讀 busy flag（DB7），以及讀取位址計(jì)數(shù)器（DB0DB6）值 10 寫(xiě)入數(shù)據(jù)寄存器（顯示各字型等） 11 從數(shù)據(jù)寄存器讀取數(shù)據(jù) 注：關(guān)于 E=H 脈沖開(kāi)始時(shí)初始化 E 為 0，然后置 E 為 1，再清 0。 busy flag（DB7）：在此位為被清除為 0 時(shí)，LCD 將無(wú)法再處理其他的指 令要求。 3.2.33.2.3 ATmega16ATmega16 與與 16021602 的接口電路的接口電路 ATmega16 與液晶模塊 1602 的接口電路，如圖 3-4 所示 圖 3-4 液晶顯示 1602 與 ATmega16 的接口電路 3.33.3 無(wú)線監(jiān)測(cè)電路設(shè)

19、計(jì)無(wú)線監(jiān)測(cè)電路設(shè)計(jì) 3.3.13.3.1 DS18B20DS18B20 無(wú)線溫度傳感器無(wú)線溫度傳感器 DS18B20 溫度傳感器是美國(guó) DALLAS 半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智 能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比，它能直接讀出被測(cè)溫度， 并且可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn) 912 位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20 的性能特點(diǎn)如下： （1）多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能； （2）無(wú)須外部器件； （3）可通過(guò)數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為 3.05.5； （4）零待機(jī)功耗； （5）溫度以 9 或 12 位數(shù)字； （6）用戶(hù)可定義報(bào)警設(shè)置； （7）負(fù)電壓特

20、性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正 常工作。 3.3.23.3.2 DS18B20DS18B20 結(jié)構(gòu)框圖結(jié)構(gòu)框圖 DS18B20 采用 3 腳 PR35 封裝，其框圖如圖 3-5 所示。 DS18B20 1 2 3 GND I/O VDD 圖 3-5 PR35 封裝 DS18B20 有三個(gè)主要數(shù)字部件：1）64 位激光 ROM，2)溫度無(wú)線傳感器， 3）非易失性溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL。 表 3.3 DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間表 由表 3.3 可見(jiàn)，DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換的時(shí)間比較長(zhǎng)，而且分辨率越高，所需 要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間越長(zhǎng)。因此，在實(shí)際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)

21、換時(shí)間權(quán)衡 考慮。 當(dāng)符號(hào)位 S=0 時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為 十進(jìn)制；當(dāng)符號(hào)位 S=1 時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為負(fù)值，要先將補(bǔ)碼變成原碼， 再計(jì)算十進(jìn)制數(shù)值。 DS18B20 的測(cè)溫原理是這樣的,器件中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的 影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器 1 高溫度系數(shù)晶振隨 溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器 2 的脈沖輸入。 器件中還有一個(gè)計(jì)數(shù)門(mén)，當(dāng)計(jì)數(shù)門(mén)打開(kāi)時(shí)，DS18B20 就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn) 生的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)進(jìn)而完成溫度測(cè)量。計(jì)數(shù)門(mén)的開(kāi)啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振 蕩器來(lái)決定，每次測(cè)量前，首先將55所對(duì)應(yīng)

22、的一個(gè)基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù) 器 1、溫度寄存器中，計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在55所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù) 值。 另外，由于 DS18B20 單線通信功能是分時(shí)完成的，它有嚴(yán)格的時(shí)隙概念， 因此讀寫(xiě)時(shí)序很重要。系統(tǒng)對(duì) DS18B20 的各種操作按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為： 初使化 DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖）發(fā) ROM 功能命令發(fā)存儲(chǔ)器操作命令處 理數(shù)據(jù)。 R1R0 分辨率/位溫度最大轉(zhuǎn)向時(shí)間/ms 00993.75 0110187.5 1011375 1112750 3.3.33.3.3 DS18B20DS18B20 無(wú)線溫度傳感器與單片機(jī)的接口電路無(wú)線溫度傳感器與單片機(jī)的接口電路 DS18B20

23、可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時(shí) DS18B20 的 1 腳接地，2 腳作為信號(hào)線，3 腳接電源。另一種是寄生電源供電方 式，如圖 3-6 所示單片機(jī)端口接單線總線，為保證在有效的 DS18B20 時(shí)鐘周期 內(nèi)提供足夠的電流，可用一個(gè) MOSFET 管來(lái)完成對(duì)總線的上拉。 圖 3-6 DS18B20 與單片機(jī)的接口電路 當(dāng) DS18B20 處于寫(xiě)存儲(chǔ)器操作和溫度 A/D 轉(zhuǎn)換操作時(shí)，總線上必須有強(qiáng)的 上拉，上拉開(kāi)啟時(shí)間最大為 10us。采用寄生電源供電方式時(shí) VDD 端接地。由于 單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。 3.43.4 穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì) 3

24、.4.13.4.1 穩(wěn)壓電源電路框圖穩(wěn)壓電源電路框圖 穩(wěn)壓電源電路框圖，如圖 3-7 所示 啟 動(dòng) 電 路 基 準(zhǔn) 電 壓 誤 差 放 大 短路保護(hù) 過(guò)熱保護(hù) 恒流源調(diào)整管安全 工作區(qū)保護(hù) 輸入 地 輸 出 Rsc RA RB 圖 3-7 穩(wěn)壓電源電路框圖 3.4.23.4.2 穩(wěn)壓電源工作原理穩(wěn)壓電源工作原理 穩(wěn)壓電源電路主要由電源變壓器、橋式整流電路、電容及三端穩(wěn)壓器組成。 三端穩(wěn)壓器采用 LM7805 集成穩(wěn)壓器。 如圖 3-8 所示電路為輸出電壓+5V、輸出電流 1.5A 的穩(wěn)壓電源。它由電源 變壓器 T1，橋式整流電路 D1D4，濾波電容 C1、C3，防止自激電容 C2、C3 和 一

25、只固定式三端穩(wěn)壓器（7805）極為簡(jiǎn)捷方便的搭成的。 T 1 V inV out G N D L M 7805 V D 1-V D 4 C 1 C 3 C 2C 4 A C 220V 50H z N 1N 2 + 5V 圖 3-8 穩(wěn)壓電路圖 220V 交流市電通過(guò)電源變壓器變換成交流低壓，再經(jīng)過(guò)橋式整流電路 D1D4 和濾波電容 C1 的整流和濾波，在固定式三端穩(wěn)壓器 LM7805 的 Vin 和 GND 兩端形成一個(gè)并不十分穩(wěn)定的直流電壓（該電壓常常會(huì)因?yàn)槭须婋妷旱牟?動(dòng)或負(fù)載的變化等原因而發(fā)生變化） 。此直流電壓經(jīng)過(guò) LM7805 的穩(wěn)壓和 C3 的 濾波便在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了精度高

26、、穩(wěn)定度好的直流輸出電壓。本穩(wěn)壓 電源可作為 TTL 電路或單片機(jī)電路的電源。三端穩(wěn)壓器是一種標(biāo)準(zhǔn)化、系列化 的通用線性穩(wěn)壓電源集成電路，以其體積小、成本低、性能好、工作可靠性高、 使用簡(jiǎn)捷方便等特點(diǎn)，成為目前穩(wěn)壓電源中應(yīng)用最為廣泛的一種單片式集成穩(wěn) 壓器件。 第四章第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 4.14.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分析系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分析 利用無(wú)線傳感器對(duì)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，無(wú)線溫度傳感器是與 ATmega16 單片機(jī) 進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的無(wú)線傳感器。需要通過(guò)軟件設(shè)計(jì)與分析才能進(jìn)行無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)。 軟件部分主要包括：1602 顯示轉(zhuǎn)換程序、ADC 轉(zhuǎn)換程序、LCD 初始化程序。主 程序的主要功能是負(fù)

27、責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示、讀出并處理 DS18B20 的測(cè)量的當(dāng)前溫 度值，溫度測(cè)量每 1s 進(jìn)行一次。這樣可以在一秒之內(nèi)測(cè)量一次被測(cè)溫度。 4.24.2 ADCADC 轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì) 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開(kāi)始命令，當(dāng)采用 12 位分辨率時(shí)轉(zhuǎn) 換時(shí)間約為 750ms，在本程序設(shè)計(jì)中采用 1s 顯示程序延時(shí)法等待轉(zhuǎn)換的完成。 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖如圖 4-1 所示 發(fā) DS18B20 復(fù)位命令 發(fā)跳過(guò) ROM 命令 發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開(kāi)始命令 結(jié)束 圖 4-1 ADC 轉(zhuǎn)換流程圖 轉(zhuǎn)換程序 /* 函數(shù)功能：初始化 ADC 入口參數(shù)：無(wú) 返回值：無(wú) */ void init_ADC(v

28、oid) ADMUX=0 x40;/內(nèi)部 5v 基準(zhǔn)電源，ADC 轉(zhuǎn)換結(jié)果右對(duì)齊，單端輸入 ADC0 ADCSRA=0 xff;/ADC 使能，開(kāi)始轉(zhuǎn)換，自動(dòng)觸發(fā)，中斷標(biāo)志，中斷使能， 128 預(yù)分頻 SFIOR=(0ADTS2)|(0ADTS1)|(0ADTS0);/連續(xù)轉(zhuǎn)換模式 /* 函數(shù)功能：數(shù)據(jù)處理 入口參數(shù)：adc_datah,adc_datal 返回值：無(wú) */ void data_do(uint adc_datadh,uint adc_datadl) uint temp_1,temp_2,temp_3; temp_1=adc_datadh*256; temp_2=adc_data

29、dl; temp_3=temp_1+temp_2; temp_4=(long)(temp_3 * 5) / 1.024; 4.34.3 顯示程序流程圖顯示程序流程圖 N Y N 無(wú)線溫度顯示寄存器 十位數(shù) 0？ 百位數(shù) 0？ 十位數(shù)顯示符號(hào)百 位數(shù)不顯示 百位數(shù)顯示數(shù)據(jù) （不顯示符號(hào)） 結(jié)束 Y 圖 4-2顯示流程圖 第五章第五章 總結(jié)與展望總結(jié)與展望 經(jīng)過(guò)將近一個(gè)月的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，終于完成了我的無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)，雖然沒(méi)有完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但從心底里說(shuō)，還是高興的，通過(guò)自己的 努力完成畢業(yè)設(shè)計(jì)！ 在本次設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問(wèn)題，雖然以前還做過(guò)這樣的設(shè)計(jì)但 這次設(shè)計(jì)真的讓我長(zhǎng)進(jìn)了

30、很多，單片機(jī)課程設(shè)計(jì)重點(diǎn)就在于軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)， 需要有很巧妙的程序算法，雖然以前也有編寫(xiě)過(guò)幾次程序，但我覺(jué)的寫(xiě)好一個(gè) 程序并不是一件簡(jiǎn)單的事，有好多的東西，只有我們?nèi)ピ囍隽?，才能真正?掌握，只學(xué)習(xí)理論有些東西是很難理解的，更談不上掌握。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 讓我更多的學(xué)會(huì)了去收集資料，去自主的學(xué)習(xí)。不但能掌握學(xué)習(xí)技巧還能學(xué)到 課外知識(shí)，更加豐富了我的大學(xué)生活。 從這次的課程設(shè)計(jì)中，我真真正正的意識(shí)到，在以后的學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián) 系實(shí)際，把我們所學(xué)的理論知識(shí)用到實(shí)際當(dāng)中，學(xué)習(xí)單機(jī)片機(jī)更是如此，程序 的設(shè)計(jì)只有在經(jīng)常的寫(xiě)與讀的過(guò)程中才能提高，硬件的操作只有一次次的試驗(yàn) 才能成功，這就是我在這次課程設(shè)

31、計(jì)中的最大收獲。 致致 謝謝 在論文完成之際，我首先向關(guān)心幫助和指導(dǎo)我的指導(dǎo)老師杜鋒老師表示衷 心的感謝并致以崇高的敬意！ 在論文工作中，遇到了很多的困難，一直得到杜鋒老師的親切關(guān)懷和悉心 指導(dǎo)，使我克服了這些。杜鋒老師以其淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、求實(shí)的 工作作風(fēng)和他敏捷的思維給我留下了深刻的印象，我將終生難忘。再一次向他 表示衷心的感謝，感謝他為學(xué)生營(yíng)造的濃郁學(xué)術(shù)氛圍，以及學(xué)習(xí)、生活上的無(wú) 私幫助! 值此論文完成之際，謹(jǐn)向杜鋒老師致以最崇高的謝意! 在學(xué)校的學(xué)習(xí)生活即將結(jié)束，回顧兩年多來(lái)的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，面對(duì)現(xiàn)在的收獲， 我感到無(wú)限欣慰。為此，我向熱心幫助過(guò)我的所有老師和同學(xué)表示由衷的感謝!

32、特別感謝我的師兄、師姐以及班主任對(duì)我的學(xué)習(xí)和生活所提供的大力支持 和關(guān)心!還要感謝一直關(guān)心幫助我成長(zhǎng)的室友（、 、 、 ） 在我即將完成學(xué)業(yè)之際，我深深地感謝我的家人給予我的全力支持！ 最后，衷心地感謝在百忙之中評(píng)閱論文和參加答辯的各位專(zhuān)家、教授! 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 1.1.彭同明，徐學(xué)勤.單片機(jī)原理及應(yīng)用M.北京:中國(guó)電力出版社，2005 2.2.潘勇，孟慶斌.基于 DSl 8B20 的多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)電子量技術(shù)，2008 3.3.昂志截,金海紅.基于 ATmega16 的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)與通信實(shí)現(xiàn)J.現(xiàn) 代電子技術(shù)，2007 4.4.李文伸，段朝玉.短距離無(wú)線數(shù)據(jù)通信入門(mén)與實(shí)戰(zhàn)

33、M.北京:北京航空航天大 學(xué)出版社，2006 5.5.李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)（簡(jiǎn)明修訂版）.杭州：北京航空航天大學(xué) 出版社，1998 6.6.李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1994 7.7.廖常初.現(xiàn)場(chǎng)總線概述J.電工技術(shù)，1999 8.8. 謝自美.電子線路綜合設(shè)計(jì)M.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2007 9.9. 夏繼強(qiáng).單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)培訓(xùn)教程實(shí)踐篇M.北京：北京航空航天大學(xué) 出版社，2008 10.10. 王毅.單片機(jī)器件應(yīng)用手冊(cè)M.人民郵電出版社，1995 11.11. 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分） （第五版）M.武漢：華中科技大學(xué)出 版社，2007 附錄

34、附錄1 1 源程序源程序 /* 8M 晶振條件 */ #include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define nop() asm(nop) #define Ds18b20_Port PORTB #define Ds18b20_DDR DDRB #define Ds18b20_PIN PINB #define SIO 7 /* DS18B20 操作定義 */ #define CLR_DS18B20Ds18b20_Porti+); /* 函數(shù)功能：延時(shí) 1ms (3j+2)*i=(333+2)1

35、0=1010(微秒)，可以認(rèn)為是 1 毫秒 */ void delay1ms() unsigned char i,j; for(i=0;i10;i+) for(j=0;j33;j+) ; /* 函數(shù)功能：延時(shí)若干毫秒 入口參數(shù)：n */ void delay(unsigned char n) unsigned char i; for(i=0;in;i+) delay1ms(); /* 函數(shù)功能：判斷液晶模塊的忙碌狀態(tài) 返回值：result。result=1，忙碌;result=0，不忙 */ unsigned char BusyTest(void) unsigned char result;

36、DDRD=0X00; RS_0; /根據(jù)規(guī)定，RS 為低電平，RW 為高電平時(shí)，可以讀狀態(tài) RW_1; E_1; /E=1，才允許讀寫(xiě) _nop_(); /空操作 _nop_(); _nop_(); _nop_(); /空操作四個(gè)機(jī)器周期，給硬件反應(yīng)時(shí)間 result=PIND; /將忙碌標(biāo)志電平賦給 result result=result E_0; return result; /* 函數(shù)功能：將模式設(shè)置指令或顯示地址寫(xiě)入液晶模塊 入口參數(shù)：dictate */ void WriteInstruction (unsigned char dictate) while(BusyTest();

37、/如果忙就等待 DDRD=0XFF; RS_0; /根據(jù)規(guī)定，RS 和 R/W 同時(shí)為低電平時(shí)，可以寫(xiě)入指 令 RW_0; E_0; /E 置低電平(根據(jù)表 8-6，寫(xiě)指令時(shí)，E 為高脈 沖， / 就是讓 E 從 0 到 1 發(fā)生正跳變，所以應(yīng)先置 0 _nop_(); _nop_(); /空操作兩個(gè)機(jī)器周期，給硬件反應(yīng)時(shí)間 PORTD=dictate; /將數(shù)據(jù)送入 P0 口，即寫(xiě)入指令或地址 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); /空操作四個(gè)機(jī)器周期，給硬件反應(yīng)時(shí)間 E_1; /E 置高電平 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_

38、(); /空操作四個(gè)機(jī)器周期，給硬件反應(yīng)時(shí)間 E_0; /當(dāng) E 由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊 開(kāi)始執(zhí)行命令 函數(shù)功能：初始化 ADC 入口參數(shù)：無(wú) 返回值：無(wú) */ void init_ADC(void) ADMUX=0 x40;/內(nèi)部 5v 基準(zhǔn)電源，ADC 轉(zhuǎn)換結(jié)果右對(duì)齊，單端輸入 ADC0 ADCSRA=0 xff;/ADC 使能，開(kāi)始轉(zhuǎn)換，自動(dòng)觸發(fā)，中斷標(biāo)志，中斷使能， 128 預(yù)分頻 SFIOR=(0ADTS2)|(0ADTS1)|(0ADTS0);/連續(xù)轉(zhuǎn)換模式 /* 函數(shù)功能：數(shù)據(jù)處理 入口參數(shù)：adc_datah,adc_datal 返回值：無(wú) */ void data_do(uint adc_datadh,uint adc_datadl) uint temp_1,temp_2,temp_3; temp_1=adc_datadh*256; temp_2=adc_datadl; temp_3=temp_1+temp_2; temp_4=(long)(t