基于無線傳輸?shù)膫}庫多點(diǎn)溫度智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要設(shè)計(jì)了一種由ATMEGA16單片機(jī)、無線模塊和DS18B20溫度傳感器構(gòu)成的多點(diǎn)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(shè)計(jì)，適用于復(fù)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(diǎn)。本設(shè)計(jì)由遠(yuǎn)程終端單片機(jī)實(shí)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(yuǎn)程終端單片機(jī)發(fā)出無線信號控制外部降溫設(shè)備的運(yùn)行，保證倉內(nèi)合適的溫度環(huán)境。關(guān)鍵詞ATMEGA16無線模塊DS18B20THEDESIGNOFTHEWAREHOUSEBASEDONTHESYSTEMOFMULTISPOTTEMPERATUREINTELLIGENTMONITORINGOFWIRELESSTRANSMISSIONABSTRACTWEDESIGNEDAMULTIPOINTTEMPERATUREINTELLIGENTSURVEILLANCESYSTEMTHATCONSISTSOFTHEATMEGA16MICROCONTROLLER,WIRELESSMODULEANDTHETEMPERATURESENSORDS18B20THISPAPERPRESENTSITSSYSTEMSTRUCTURE,WORKINGPRINCIPLE,ASWELLASHARDWARECIRCUITANDSOFTWAREDESIGNTHESYSTEMISSUITABLEFORTEMPERATUREMONITORINGFORWAREHOUSEINCOMPLEXENVIRONMENTSITFEATURESASIMPLESTRUCTURE,LOWCOSTANDPOWERCONSUMPTION,AMONGOTHERSTHEDESIGNOFTHEREMOTETERMINALMICROCONTROLLERCOLLECTEDREALTIMETEMPERATUREDATA,THROUGHTHEWIRELESSMODULETOTHEMAINCONTROLCENTER,THEMAINCONTROLCENTERACCORDINGTOTHEMEASUREMENTDATASENTTOTHEREMOTETERMINALMICROCONTROLLERWIRELESSSIGNALSTOCONTROLEXTERNALCOOLINGEQUIPMENTOPERATION,TOENSUREPROPERTEMPERATUREWAREHOUSEENVIRONMENTKEYWORDSATMEGA16WIRELESSMODULEDS18B20目錄第一章緒論411課題設(shè)計(jì)背景和意義412系統(tǒng)功能說明4第二章方案論證521系統(tǒng)總體方案論證522單片機(jī)的選擇523顯示器的選擇624串口通信方案論證625數(shù)據(jù)傳輸方案論證7第三章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)831總體硬件電路設(shè)計(jì)832單片機(jī)主控制電路設(shè)計(jì)8321ATMEGA16單片機(jī)介紹8322ATMEGA16引腳功能9323AVR與其他8位單片機(jī)的比較11324ATMEGA16單片機(jī)最小系統(tǒng)電路1133LCD顯示模塊的設(shè)計(jì)123311602字符液晶簡介123321602管腳說明12333字符集13334顯示地址14335基本的讀寫時序圖153361602與單片機(jī)連接1534無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊的設(shè)計(jì)15341無線模塊的相關(guān)參數(shù)15342XL02232AP1的接口電路說明1735數(shù)據(jù)采集模塊18351溫度傳感器DS18B20簡介18352DS18B20的主要特性19353DS1820使用中注意事項(xiàng)1936聲光電路設(shè)計(jì)20361聲控電路設(shè)計(jì)20362光控電路設(shè)計(jì)2137上位機(jī)接口模塊的設(shè)計(jì)22371串行異步通信22372RS232技術(shù)23373MAX232數(shù)據(jù)操作原理23374MAX232電路設(shè)計(jì)24第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)2541主程序設(shè)計(jì)2542按鍵程序設(shè)計(jì)2543溫度報(bào)警程序設(shè)計(jì)2744上位機(jī)軟件流程設(shè)計(jì)27第五章總結(jié)3051測試環(huán)境及工具3052設(shè)計(jì)總結(jié)30致謝31參考文獻(xiàn)32附錄33整機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行圖片33單片機(jī)部分程序33第1章緒論11課題設(shè)計(jì)背景和意義數(shù)字溫度傳感器廣泛應(yīng)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(xué)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(yuǎn)程智能監(jiān)控具有重要的意義。目前應(yīng)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(jī)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(diǎn)傳感器采集的信號送到監(jiān)控中心，系統(tǒng)安裝和拆卸復(fù)雜，而且不具有靈活性，監(jiān)測的位置較為固定。現(xiàn)介紹的利用ATMEGA16單片機(jī)作為控制器，利用微型計(jì)算機(jī)控制和短距離無線通信技術(shù)，設(shè)計(jì)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(diǎn)智能監(jiān)控系統(tǒng)。現(xiàn)在市場上的無線通信系統(tǒng)很多都是復(fù)雜的系統(tǒng)，通常涉及到高頻的領(lǐng)域，設(shè)計(jì)無線數(shù)傳產(chǎn)品往往需要相當(dāng)?shù)臒o線電專業(yè)知識和價格高昂的專業(yè)設(shè)備，傳統(tǒng)的電路方案不是電路繁瑣就是調(diào)試?yán)щy，因而影響了用戶的使用和新產(chǎn)品的開發(fā)，XL02232AP1無線通訊芯片采用具有較強(qiáng)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(shè)計(jì)，由于采用了低發(fā)送功率和高接收靈敏度的設(shè)計(jì)，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(luò)、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(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、無線遙控、生物信號采集、水文氣象監(jiān)控、機(jī)器人控制等系統(tǒng)。目前市場上對于單片機(jī)之間的無線通信很少，高校也沒有相關(guān)的課程，研究的也不多，由于單片機(jī)無線通信系統(tǒng)成本不高，研發(fā)費(fèi)用低而且應(yīng)用廣泛，可見市場前景是很大的。還可以將系統(tǒng)集成化小型化，開發(fā)各種應(yīng)用系統(tǒng)，投入市場，這就是賦予本設(shè)計(jì)的實(shí)際意義。12系統(tǒng)功能說明基本功能說明1采集多點(diǎn)溫度并實(shí)時顯示,同時可以單獨(dú)查看各點(diǎn)的溫度。2設(shè)置溫度上下限，超過范圍做聲光報(bào)警處理。3溫度數(shù)據(jù)的無線傳輸、遠(yuǎn)程顯示及監(jiān)控處理。第二章方案論證21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(guān)實(shí)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(fù)雜，并且控制的方式也不容易實(shí)現(xiàn)。方案二采用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)控制。通過鍵盤的功能鍵控制單片機(jī)實(shí)現(xiàn)各個功能，單片機(jī)軟件編程靈活、自由度大，可編程實(shí)現(xiàn)溫度傳感器的控制及運(yùn)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(dá)到設(shè)計(jì)要求。故相比較而言，采用方案二來實(shí)現(xiàn)此設(shè)計(jì)。整個系統(tǒng)采用ATMEGA16作為主控芯片，通過單片機(jī)的串口TXD和RXD對XL02232AP1無線收發(fā)芯片實(shí)現(xiàn)控制并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入和輸出。為了跟上計(jì)算機(jī)發(fā)展的步伐，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)際應(yīng)用中與PC機(jī)的人機(jī)交互，就必須通過一個電平轉(zhuǎn)換電路，將下位機(jī)的數(shù)據(jù)信息傳輸給上位機(jī)，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(shè)計(jì)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?yàn)閿?shù)量少，所以采用了簡單的獨(dú)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(jī)進(jìn)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(shí)現(xiàn)單片機(jī)的無線串口通信。22單片機(jī)的選擇方案一采用STC89C52單片機(jī)，40腳直插，工作電壓5V，51內(nèi)核兼容性強(qiáng)。該芯片內(nèi)部存儲器為8KBROM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(jī)響應(yīng)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(jī)，性價比遠(yuǎn)高于51，高速、RISC結(jié)構(gòu)，主頻最高達(dá)20MHZ；低功耗，寬電壓，18V55V，最低全速運(yùn)行功耗32停止位數(shù)據(jù)位校驗(yàn)位起始位LSBMSB空閑下一字符起始位空閑一個字符幀圖316數(shù)據(jù)傳送時序圖374MAX232電路設(shè)計(jì)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5V工作，額定電流為300A，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(jī)連接時只需分別與單片機(jī)的RXD和TXD相連即可；TIOUT和RIIN分別與計(jì)算機(jī)的COM口相連。下圖317為MAX232的電路連接圖。圖317MAX232電路連接圖第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)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(bào)警部分。41主程序設(shè)計(jì)下圖41為主程序流程設(shè)計(jì)圖圖41主程序流程設(shè)計(jì)圖42按鍵程序設(shè)計(jì)按鍵在閉合和斷開時，觸點(diǎn)會存在抖動現(xiàn)象，如圖42，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(jìn)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43；另一種是軟件消抖。判斷按鍵是否按下初始化顯示子程序開始調(diào)用相應(yīng)界面處理函數(shù)返回NY圖42按鍵抖動圖43硬件消抖此處，我采用了延時和上升沿觸發(fā)來實(shí)現(xiàn)軟件消抖，程序如下/按鍵掃描子程序/VOIDKEYSCAN_STOPUCHARJDDRD|BITPD5PORTD|BITPD5DDRDJPINDJ/00100000IFJ0DELAY5JPINDJ/00000100IFJ0FLAG_START1WHILEPIND43溫度報(bào)警程序設(shè)計(jì)下圖44為溫度報(bào)警流程設(shè)計(jì)圖圖44溫度報(bào)警流程設(shè)計(jì)圖44上位機(jī)軟件流程設(shè)計(jì)開始初始化讀取溫度顯示子程序溫度是否超限聲光報(bào)警顯示子程序返回NY通過查閱相關(guān)資料，將傳到串口助手上的數(shù)據(jù)經(jīng)過在VISUALBASIC的相關(guān)控件中編寫代碼就能將數(shù)據(jù)通過VISUALBASIC軟件顯示出來，并且能實(shí)現(xiàn)管理人員對倉庫運(yùn)作情況的一個遠(yuǎn)程控制。在具體編寫中，涉及到VISUALBASIC中的一個MSCOMM通信控件。因?yàn)橹挥幸粋€串口上傳，需要將上傳的字符區(qū)分出來。下圖45為上位機(jī)軟件流程設(shè)計(jì)圖圖45上位機(jī)軟件流程設(shè)計(jì)圖MSCOMM的代碼PRIVATESUBFORM_LOADMSCOMM1SETTINGS“9600,N,8,1“MSCOMM1COMMPORT4MSCOMM1INBUFFERSIZE16開始初始化串口初始化無線模塊初始化上位機(jī)發(fā)生數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)返回MSCOMM1OUTBUFFERSIZE2MSCOMM1RTHRESHOLD16MSCOMM1STHRESHOLD1MSCOMM1INPUTLEN0MSCOMM1INPUTMODECOMINPUTMODETEXTMSCOMM1INBUFFERCOUNT0TEXT1TEXT“00“TEXT2TEXT“00“ENDSUB下圖46為上位機(jī)運(yùn)行圖圖46上位機(jī)運(yùn)行圖第五章總結(jié)51測試環(huán)境及工具PROTEUSISIS是英國LABCENTER公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它可以仿真、分析SPICE各種模擬器件和集成電路。在完成單片機(jī)及其外圍電路系統(tǒng)仿真，確認(rèn)電路可行后，制作硬件。鑒于本設(shè)計(jì)是無線傳輸調(diào)試，硬件實(shí)際效果至關(guān)重要。常見問題VCC，GND是否接入對應(yīng)電路，是否共地。單片機(jī)晶振是否起振。周圍電磁場是否干擾顯示欠缺由于主程序設(shè)計(jì)過于冗長，導(dǎo)致顯示程序調(diào)用間隔過長，從而出現(xiàn)上圖的不良效果，在之后的程序調(diào)試中采用只刷數(shù)據(jù)不刷界面的方法解決該問題。52設(shè)計(jì)總結(jié)本次設(shè)計(jì)是以ATMEGA16單片機(jī)為核心的無線數(shù)據(jù)傳輸。在低功耗方面遠(yuǎn)比51等8位單片機(jī)性能高。通過上位機(jī)采集顯示及下傳相關(guān)數(shù)據(jù),達(dá)到同時監(jiān)測和控制倉庫內(nèi)各個點(diǎn)的實(shí)時溫度信息，完成智能化管理。系統(tǒng)以有線和無線技術(shù)相結(jié)合，可根據(jù)需要靈活增置遠(yuǎn)程終端節(jié)點(diǎn)。實(shí)際測試表明，系統(tǒng)各監(jiān)控點(diǎn)工作穩(wěn)定，無線數(shù)據(jù)傳送距離達(dá)300米左右，且誤碼率低，溫度測量精度達(dá)01C。致此本人的設(shè)計(jì)完成了預(yù)期的目標(biāo)，系統(tǒng)在軟件仿真、硬件測試、實(shí)時顯示方面做的較為理想。致謝在此我很感謝畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師王立巍老師，在百忙之中抽出寶貴的時間為我指導(dǎo)，給了我許多的資料和輔導(dǎo)。為此設(shè)計(jì)指出了許多不足之處，并建議了一些有效可行的改進(jìn)方案。他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)和精益求精的治學(xué)態(tài)度給我留下了深刻的印象。在此對王老師表示崇高的敬意和衷心的感謝。本畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利完成離不開院系領(lǐng)導(dǎo)老師的大力支持和幫助。同時還要感謝在設(shè)計(jì)制作過程中，社團(tuán)小組成員給予我的支持與幫助。由衷的感謝物電學(xué)院的所有老師，感謝這4年來每一位不辭勞苦的向我傳授知識的老師，你們精心的栽培為我以后的學(xué)習(xí)工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。謝謝你們電子技術(shù)正在飛速發(fā)展，人們總是處在不斷學(xué)習(xí)階段，再加上我水平有限，所以本設(shè)計(jì)肯定存在許多不盡如人意的地方，歡迎廣大老師和同學(xué)批評指正。最后衷心感謝在百忙之中抽出時間來評閱我的論文和參加答辯的各位老師。參考文獻(xiàn)1張迎新等編著單片機(jī)初級教程北京航天航空大學(xué)出版社2000年6月第一版2何立明編著單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)配置與接口技術(shù)北京航天航空大學(xué)出版社1990年1月第一版3謝維成，楊加國單片機(jī)原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計(jì)M北京，清華大學(xué)出版社，2006年8月第1版4紀(jì)宗南單片機(jī)外圍器件實(shí)用手冊M北京北京航空航天大學(xué)出版社，1998年78825張友德等編著單片機(jī)微型機(jī)原理、應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)復(fù)旦大學(xué)出版社2003年第四版附錄整機(jī)系統(tǒng)圖片單片機(jī)部分程序INCLUDEINCLUDEINCLUDEDEFINEUCHARUNSIGNEDCHARDEFINEUINTUNSIGNEDINTUCHARFLAG_QH,FLAG_START0,FLAG_AB,FLAG_FIR,FLAG_SET0UINTTEMP1,TEMP2UCHARKEY_NUM,TEMPA_H,TEMPA_L,TEMPB_H,TEMPB_LUCHARJ1,K1,J2,K2INTTA_H350,TA_L200INTTB_H350,TB_L200VOIDDELAYUINTMSUINTI,JFORI0I1UCHARDS18B20B_READ_BYTEVOID/從低位讀進(jìn)來UCHARI,VALUEFORI0I1DQB_OUTDQB_CLRDELAY_10USDQB_SETDQB_INIFDQB_RVALUE|0X80DELAY_50USRETURNVALUE/串口通信程序/DEFINEMCLK7372800PRAGMAINTERRUPT_HANDLERUART_RX12UCHARRDATAVOIDUART_INITUINTBAUDUINTUBRRUCSRB0X00UCSRA0X00/控制寄存器清零UCSRC18/設(shè)置波特率UCSRB1TA_H|TEMP1TB_H|TEMP2TA_LVOIDMAIN/中間變量聲明/UCHARITEMPA_HTA_H/10TEMPA_LTA_L/10TEMPB_HTB_H/10TEMPB_LTB_L/10/系統(tǒng)初始化/DDRB0XFF/LED燈關(guān)PORTB0DDRD|BITPD6/蜂鳴器關(guān)PORTD|BITPD6UART_INIT9600/9600BPS/1602LCD初始化/DDRA0XFFDDRC|BIT5|BIT6|BIT7PORTCWRITE_COM0X38DELAY5WRITE_COM0X01DELAY5WRITE_COM0X0CDELAY5WRITE_COM0X06DELAY5/系統(tǒng)登錄/DELAY2000WRITE_COM0X800X10DELAY5FORI0I16IWRITE_DATTABLE1IDELAY5WRITE_COM0X800X5ADELAY5FORI0I6IWRITE_DATTABLE2IDELAY5FORI0I16IWRITE_COM0X18DELAY500DELAY2000WRITE_COM0X01/清屏DELAY5/FIR_DISPL/溫度采集/WHILE1DOWENDUA_CJWENDUB_CJUART_TAU