畢業(yè)論文基于無線網(wǎng)絡(luò)的溫度采集系統(tǒng)方案

1、 . PAGE57 / NUMPAGES64畢業(yè)設(shè)計基于無線網(wǎng)絡(luò)的溫度采集系統(tǒng)設(shè)計學(xué)生馬麗學(xué) 號080910140學(xué)院計算機(jī)與電子工程學(xué)院專 業(yè)電子信息工程班 級電信0804指導(dǎo)教師倪文志職 稱實驗師湖 南 商 學(xué) 院2012年6月商學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計誠信聲明本人重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計，是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨立進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權(quán)爭議，除文中已經(jīng)注明引用的容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 本科畢業(yè)設(shè)計作者簽名： 年 月 日容摘要

2、 由于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應(yīng)用圍越來越寬、所涉與到的測量信號和信號源的類型越來越多、對測量的要求也越來越高，國現(xiàn)在已有很多溫度測量和采集的系統(tǒng)，但很多溫度采集系統(tǒng)存在功能單一、采集速率低、穩(wěn)定性不高，操作復(fù)雜，并且對溫度測試環(huán)境要求比較高等等的許多問題。人們需要一種應(yīng)用圍廣、性價比高的溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)?；趩纹瑱C(jī)的溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是由將來自DS18B20數(shù)字溫度傳感器的信號直接傳輸給單片機(jī)從機(jī)，單片機(jī)從機(jī)經(jīng)過信號處并通過nRF2401無線模塊發(fā)送給單片機(jī)主機(jī)，并在主機(jī)上顯示出溫度，同時實現(xiàn)溫度過高或者過低的報警功能，溫度超過50攝氏度時語音報警說明溫度過高，溫度低于20攝氏度時語音報警說明溫度過低。

3、該設(shè)計具有數(shù)據(jù)處理界面友好、功能強(qiáng)大、性價比高、顯示直觀、應(yīng)用廣泛等特點，可以廣泛應(yīng)用于智能家居、機(jī)電一體化、儀表、儀器、工農(nóng)業(yè)控制等許多領(lǐng)域。關(guān)鍵詞無線；溫度采集；單片機(jī)；報警 ABSTRACTsince the wide range ofdata acquisition system,which involves the measurement signaland the type of signal source more and more,Surveyors are increasingly high requirements of the domestic now have a lo

4、t of data acquisition and measurement system But there are many single function systems,collecting less access,low collection rate,complicated operations,and the demands of the test environment andother issuesIt requires abroad scope of application,high reliability and low-cost data acquisition syst

5、emBased on single-chip wireless temperature data acquisition system from the DS18B20 digital temperature sensor signal is transmitted directly to the microcontroller slave microcontroller slave signal processing and temperature nRF2401 wireless module is sent to the microcontroller host and displaye

6、d on the host, whiletemperature is too high or too low alarm function. The design has a powerful data processing, display and intuitive, friendly interface, cost-effective, wide range of applications can be widely used in many areas of industrial control, instrumentation, instrumentation, mechanical

7、 and electrical integration, and smart home.KEYWORDSWireless；TemperatureAcquisition ；Microcontroller ； HYPERLINK app:ds:alerting t _self Alerting目錄 TOC o 1-3 u 1 緒論 PAGEREF _Toc326077834 h 11.1 設(shè)計目的 PAGEREF _Toc326077835 h 11.2 課題的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 PAGEREF _Toc326077836 h 11.2.1 課題的研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc32607783

8、7 h 11.2.2 發(fā)展趨勢 PAGEREF _Toc326077838 h 32 總體方案設(shè)計 PAGEREF _Toc326077839 h 42.1 系統(tǒng)方案比較與選擇 PAGEREF _Toc326077840 h 42.1.1 控制器模塊比較與論證 PAGEREF _Toc326077841 h 42.1.2 溫度傳感器模塊比較與論證 PAGEREF _Toc326077842 h 52.1.3 無線模塊的比較與論證 PAGEREF _Toc326077843 h 52.1.4 鍵盤顯示模塊的比較與論證 PAGEREF _Toc326077844 h 62.1.5 電源模塊比較與論

9、證 PAGEREF _Toc326077845 h 62.2 系統(tǒng)最終方案 PAGEREF _Toc326077846 h 72.3 系統(tǒng)總體設(shè)計 PAGEREF _Toc326077847 h 83 硬件電路的設(shè)計 PAGEREF _Toc326077848 h 103.1 主控模塊的電路設(shè)計 PAGEREF _Toc326077849 h 103.1.1 SPCE061A簡介 PAGEREF _Toc326077850 h 103.1.2 SPCE061A性能 PAGEREF _Toc326077851 h 103.1.3 結(jié)構(gòu)概覽 PAGEREF _Toc326077852 h 113.

10、1.4 芯片的引腳排列和說明 PAGEREF _Toc326077853 h 113.1.5 凌陽開發(fā)板電路 PAGEREF _Toc326077854 h 133.2 電源電路 PAGEREF _Toc326077855 h 143.2.1 外部穩(wěn)壓電路 PAGEREF _Toc326077856 h 143.2.2 凌陽單片機(jī)板穩(wěn)壓電路 PAGEREF _Toc326077857 h 153.2.3 12v防爆聚合物鋰離子蓄電池 PAGEREF _Toc326077858 h 153.2.3 電源自動切換電路 PAGEREF _Toc326077859 h 153.3 溫度采集電路 PAG

11、EREF _Toc326077860 h 163.3.1 DS18B20簡介 PAGEREF _Toc326077861 h 163.3.2 DS18B20的4個主要數(shù)據(jù)部件 PAGEREF _Toc326077862 h 173.3.3 DS18B20的高速緩存存儲器 PAGEREF _Toc326077863 h 183.3.4 電路設(shè)計 PAGEREF _Toc326077864 h 183.4 無線模塊電路 PAGEREF _Toc326077865 h 183.4.1 nRF2401A無線模塊基本特性與參數(shù)指標(biāo) PAGEREF _Toc326077866 h 183.4.2 nRF2

12、401A無線模塊功能簡介 PAGEREF _Toc326077867 h 183.4.3 nRF2401A無線模塊結(jié)構(gòu)示意圖 PAGEREF _Toc326077868 h 193.4.4 nRF2401A 與其外圍電路 PAGEREF _Toc326077869 h 193.4.5 nRF2401A 電源指示電路 PAGEREF _Toc326077870 h 203.4.6 nRF2401A 接口電路 PAGEREF _Toc326077871 h 203.5 鍵盤顯示電路 PAGEREF _Toc326077872 h 213.5.1 LED顯示器件的工作原理 PAGEREF _Toc3

13、26077873 h 213.5.2 HD7279A鍵盤顯示電路設(shè)計 PAGEREF _Toc326077874 h 233.5.3 HD7279A芯片簡介 PAGEREF _Toc326077875 h 233.5.4 HD7279A特點 PAGEREF _Toc326077876 h 233.5.5 HD7279A引腳與說明 PAGEREF _Toc326077877 h 244 軟件設(shè)計 PAGEREF _Toc326077878 h 244.1 主控制程序設(shè)計 PAGEREF _Toc326077879 h 254.2無線模塊nRF2401程序設(shè)計 PAGEREF _Toc326077

14、880 h 264.3 HD7279程序設(shè)計 PAGEREF _Toc326077881 h 264.4 DS18B20溫度采集模塊程序設(shè)計 PAGEREF _Toc326077882 h 275 調(diào)試與結(jié)果 PAGEREF _Toc326077883 h 275.1 測試環(huán)境與工具 PAGEREF _Toc326077884 h 275.2 測試方法 PAGEREF _Toc326077885 h 275.3 測試結(jié)果與分析 PAGEREF _Toc326077886 h 285.4 誤差分析 PAGEREF _Toc326077887 h 285.4.1 DS18B20的誤差 PAGERE

15、F _Toc326077888 h 285.4.2 溫度計測量誤差 PAGEREF _Toc326077889 h 285.5 偏差分析 PAGEREF _Toc326077890 h 296 總結(jié) PAGEREF _Toc326077891 h 29參考文獻(xiàn)： PAGEREF _Toc326077892 h 30致 PAGEREF _Toc326077893 h 32附錄1： 61板原理圖 PAGEREF _Toc326077894 h 34附錄2：主機(jī)部分主程序 PAGEREF _Toc326077895 h 35附錄3：從機(jī)部分主程序 PAGEREF _Toc326077896 h 35

16、附錄4：無線模塊nRF2401a程序 PAGEREF _Toc326077897 h 37附錄5：無線模塊nRF2401a通信協(xié)議程序 PAGEREF _Toc326077898 h 46附錄6： HD7279 凌陽驅(qū)動程序 PAGEREF _Toc326077899 h 47附錄7： DS18B20溫度采集模塊程序 PAGEREF _Toc326077900 h 53基于無線網(wǎng)絡(luò)的溫度采集系統(tǒng)設(shè)計1 緒論1.1 設(shè)計目的利用單片機(jī)技術(shù)、無線傳輸技術(shù)、溫度測量技術(shù)等知識設(shè)計一個基于凌陽單片機(jī)控制的無線溫度采集系統(tǒng)，以DS18B20為傳感器，檢測比較精確的溫度信號，并通過無線傳輸模塊將一個點的溫

17、度信號傳到另一個地方。其涉與的知識面較廣，它涵蓋了電子、機(jī)械、軟件學(xué)等領(lǐng)域。通過本次設(shè)計掌握一般自動控制系統(tǒng)的軟件（如C語言、匯編語言），單片機(jī)以與其他芯片和模塊（如SPCE061A、DS18B20、nRF2401、HD7279）的設(shè)計原理與實現(xiàn)方法，能提高對系統(tǒng)設(shè)計的總體試和整體把握能力，熟悉系統(tǒng)的開發(fā)安裝調(diào)試過程，給大學(xué)畫上一個句號。1.2 課題的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢1.2.1 課題的研究現(xiàn)狀21世紀(jì)的今天，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展日新月異，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步同時也帶動了測量技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代測控設(shè)備不同于以前，它們在性能和結(jié)構(gòu)發(fā)生了翻天覆地的變化。我們已經(jīng)進(jìn)入了高速發(fā)展的信息時代，測量技術(shù)是當(dāng)今社會的主流

18、，廣泛地深入到應(yīng)用工程的各個領(lǐng)域。溫度是工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常見以與最基本的參考數(shù)據(jù)之一，在生產(chǎn)過程中常需要對溫度進(jìn)行檢測和控制，采用微型計算機(jī)機(jī)進(jìn)行溫度檢測、信息存儲、數(shù)字顯示與實時自動控制，對于提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率以與節(jié)約能源等都具有特別重要的作用。伴隨農(nóng)業(yè)科技和工業(yè)科技的飛速發(fā)展，溫度測量的需求越來越多，也越來越重要。但是在一些特定的環(huán)境下溫度監(jiān)測圍大,待測點距離遠(yuǎn),布線非常不方便。這時就要采用無線的方式對溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。當(dāng)今無線通信存在于我們?nèi)祟惿畹姆椒矫婷?。短距離通信的有藍(lán)牙、紅外線等。遠(yuǎn)距離通信的有GPS， HYPERLINK :/ dzsc /product/searchfil

19、e/2840.html t _blank 手機(jī)等等。二十一世紀(jì)是無線通信應(yīng)用高速發(fā)展的時代，手機(jī)，GPS導(dǎo)航儀現(xiàn)在尤其火熱，幾乎每人都有手機(jī)，大部分車輛都安裝了GPS導(dǎo)航儀。但是無線溫度測量系統(tǒng)發(fā)展非常緩慢。這是由于電子元器件在溫度過高或者過低的時候無法工作。但是在常規(guī)的溫度測量的實際應(yīng)用當(dāng)中，比如說糧食倉庫環(huán)境或者工業(yè)化學(xué)反應(yīng)的溫度測量等等，無線溫度測量系統(tǒng)還是能夠滿足測量的需求的。就無線溫度測量系統(tǒng)來說，我們僅僅需要在待測點放置一個傳感器和一個能處理傳感器數(shù)據(jù)的單片機(jī)與能發(fā)送數(shù)據(jù)的無線模塊。此時，主機(jī)外圍含有的鍵盤顯示模塊可以起到人為控制的作用，同時可以方便直觀的觀察到溫度數(shù)據(jù)，人在此時可

20、以針對性地作出一些反應(yīng)。無線模塊的使用即節(jié)約了系統(tǒng)的成本，又減少了工作量，同時使用更加長久，因為線路在一定環(huán)境下容易腐蝕和損壞，我們在家里也會常常出現(xiàn)電線被老鼠咬壞的情況，基于更加安全和穩(wěn)定的考慮，在使用的趨勢上會越來越趨向于使用無線模塊，不僅僅是溫度測量系統(tǒng)，其他的更多的系統(tǒng)會更多地應(yīng)用到無線，無線是未來的一個整體趨勢。無線溫度采集系統(tǒng)可被廣泛應(yīng)用于溫度測量或相應(yīng)的可轉(zhuǎn)換為溫度量或供電故障監(jiān)控的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、服務(wù)業(yè)、安全監(jiān)控等工程中，例如：城市路燈故障檢測和供電線路防盜監(jiān)視、環(huán)保工程、大型倉庫溫度檢測、城市居民小區(qū)供熱檢測、大型倉庫溫度檢測、工業(yè)生產(chǎn)測控、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)溫度測控、環(huán)保工程、故障

21、監(jiān)控工程等?？紤]到許多工農(nóng)業(yè)環(huán)境中對多點溫度進(jìn)行監(jiān)控，一般需要測量幾十個點以上。本文設(shè)計多點無線溫度采集系統(tǒng)。本設(shè)計是以凌陽公司的SPCE061A單片機(jī)作為控制核心，以DS18B20為采集終端的溫度采集與控制系統(tǒng)。設(shè)定與鍵盤和顯示部分相連的單片機(jī)為主機(jī)，每個溫度傳感器對應(yīng)一個單獨的單片機(jī)，設(shè)為從機(jī)。主機(jī)與從機(jī)之間通過無線模塊建立通信?？刂破魍ㄟ^溫度傳感器實時檢測各節(jié)點的溫度變化，并在LED上顯示各點溫度的變化，并實現(xiàn)溫度超過限定值報警的功能。因為對環(huán)境進(jìn)行溫度檢測、數(shù)字顯示、與實時控制，對于提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源等都有重要的作用，并且溫度參數(shù)對工業(yè)生產(chǎn)的十分重要，所以溫度測量系統(tǒng)的精

22、確度和智能化一直受到企業(yè)的重視。所以學(xué)習(xí)并研究溫度測量與相關(guān)知識可做為一個較為實用的課題的方向，能獲得較實用的知識和方法。因此溫度測控技術(shù)是一個很實用、也很重要的技術(shù)，值得去研究掌握。它應(yīng)用的領(lǐng)域也相當(dāng)廣泛，可以應(yīng)用到消防電氣的非破壞性溫度檢測，電力、電訊設(shè)備的過熱故障預(yù)知檢測，空調(diào)系統(tǒng)的溫度檢測，各類運輸工具之組件的過熱檢測，保全與監(jiān)視系統(tǒng)之應(yīng)用，醫(yī)療與健診的溫度測試，化工、機(jī)械等設(shè)備溫度過熱檢測。因此前景是相當(dāng)?shù)目捎^。1.2.2 發(fā)展趨勢溫度是一個十分重要的物理量，因為它直接影響烘烤、燃燒、煅燒、蒸餾、結(jié)晶、空氣流動、溫度漂移等各種化學(xué)過程和物理過程。溫度控制失誤就可能引起產(chǎn)品產(chǎn)量低下，產(chǎn)

23、品質(zhì)量不過關(guān)甚至導(dǎo)致生產(chǎn)安全以與威脅人們生活安全等一系列問題。從而溫度的檢測是必不可少的一個課題，而如何讓它在社會生活中發(fā)展得越來越完善，為人們的生產(chǎn)生活帶來更多更大的方便就需要我們當(dāng)代青年來不斷的探求和摸索。溫度采集控制系統(tǒng)在科學(xué)研究、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以與人們的生活領(lǐng)域中，得到了廣泛應(yīng)用。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，很多時候都需要對溫度進(jìn)行非常嚴(yán)格的檢測和控制，以使得生產(chǎn)能夠順利的進(jìn)行，讓產(chǎn)品的質(zhì)量得到充分的保證。使用無線溫度采集系統(tǒng)可以對生產(chǎn)環(huán)境的溫度進(jìn)行與時而方便的察覺，從而做出反應(yīng)。實際生活生產(chǎn)當(dāng)中，人們經(jīng)常將此設(shè)計應(yīng)用在智能控制中，從而保證生產(chǎn)的自動化、智能化能夠順利而安全進(jìn)行，從而提高生產(chǎn)效率。

24、在過去的一段時間，觸摸開關(guān)風(fēng)靡一時。觸摸開關(guān)正是通過溫度信號的檢測來控制開關(guān)的狀態(tài)。只是一般的居民地區(qū)沒有必要用到無線傳輸，這樣也不劃算。但是在工農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用還是特別多的，而且越來越先進(jìn)，功能越來越強(qiáng)大，測溫圍也越來越大，最重要的是大都趨向于無人全自動機(jī)械化，大大節(jié)約了人力成本，而且安全性與保證性也更大了?，F(xiàn)在推出了新型環(huán)保家居的設(shè)想，雖然在社會上并沒有完全普與，但是這個想法將會是人們未來生活的預(yù)景。全智能的環(huán)保家居系統(tǒng)當(dāng)中也很大程度上需要溫度檢測系統(tǒng)來完成部分功能，然后對溫度數(shù)據(jù)做出反應(yīng)，比如說智能打開窗戶或者空調(diào)，當(dāng)沒有人在系統(tǒng)中出現(xiàn)的關(guān)閉所有應(yīng)該關(guān)閉的電源來節(jié)約能源，以達(dá)到環(huán)保的效果。總

25、之溫度是與我們?nèi)祟惿罡鱾€方面密切相關(guān)的一個方面，本設(shè)計方案旨在用合適的方法更加精準(zhǔn)地采集溫度數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)無線傳輸。突出在無線這一方面。所以此設(shè)計的應(yīng)用面十分廣，應(yīng)用前景也是無可計量的。2 總體方案設(shè)計溫度檢測系統(tǒng)有許多共同的特點：環(huán)境復(fù)雜、測量點多、布線分散、現(xiàn)場離監(jiān)控地點很遠(yuǎn)等等。如果使用一般溫度傳感器采集溫度數(shù)據(jù)，就必須設(shè)計信號A/D 轉(zhuǎn)換電路、調(diào)理電路以與對應(yīng)的接口電路，才能將傳感器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再將數(shù)字信號送到單片機(jī)去處理。這樣，由于外圍電路過多會使整個檢測系統(tǒng)穩(wěn)定性不高，系統(tǒng)收集最終數(shù)據(jù)偏差較大；又由于檢測環(huán)境的復(fù)雜、測量點又多、信號傳輸距離較遠(yuǎn)與各種其他干擾的影響

26、，隨著時間的推移，檢測系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性逐日下降 。所以溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計的關(guān)鍵在于下面三部分：主控單元的設(shè)計和溫度傳感器的選擇以與無線模塊的選擇。2.1 系統(tǒng)方案比較與選擇為了更好的實現(xiàn)系統(tǒng)的可靠性與高性價比，我針對以上這些模塊分別提出幾種方案以供選擇。2.1.1控制器模塊比較與論證單片機(jī)是本系統(tǒng)的控制核心，其性能的優(yōu)劣將從根本上影響整個系統(tǒng)的性能。針對本系統(tǒng)，特提出以下二種方案以供選擇方案一：采用AT89S52八位單片機(jī)。AT89S52單片機(jī)的軟件編程自由度比較大，可通過編程實現(xiàn)各種算法以與邏輯控制。并且體積較小，引腳不多，方便安裝使用?？梢詥为殞?shù)字溫度傳感器DS18B20進(jìn)行控制，另

27、外AT89S52在工農(nóng)業(yè)控制上也有著比較廣泛的應(yīng)用，編程技術(shù)和外圍電路的配合使用都相當(dāng)成熟。但是使用51或者52單片機(jī)該系統(tǒng)的外圍電路較多，實際操作比較麻煩，一次只能處理八位數(shù)據(jù)，計算比較繁瑣。方案二：使用SPCE061A凌陽16位單片機(jī)。SPCE061A是凌陽科技經(jīng)典的一款16位的具有語音處理結(jié)構(gòu)的微控制器。SPCE061A采用SOC架構(gòu)，其核是凌陽科技公司自主研究開發(fā)的nSP架構(gòu)核，該芯片自帶硬件乘法器，可以實現(xiàn)乘法，積等各種復(fù)雜的運算。它運算能力強(qiáng)，處理速度快，單周期最高能達(dá)到49MHz置的專用MIC接口和雙路10bitDAC，使得它非常適合開發(fā)語音電子產(chǎn)品。凌陽單片機(jī)SPCE061A嵌

28、32k字Flash程序存儲器和2路16位定時器、8通道10bitADC、UART接口、2K的SRAM、看門狗、電壓檢測以與時基輸出等模塊。豐富的外部資源和優(yōu)秀的檢測機(jī)制使芯片性能穩(wěn)定、功能豐富，可作為通用的微控制器，廣泛而深入地應(yīng)用于智能家電、工業(yè)控制、家居安防等多領(lǐng)域。在溫度數(shù)據(jù)采集上，利用IO口連接數(shù)字溫度傳感器DS18B20的數(shù)據(jù)引腳，顯示上用HD7279控制鍵盤和顯示，單片機(jī)控制喇叭可實現(xiàn)語音報警。2.1.2 溫度傳感器模塊比較與論證溫度傳感器用來進(jìn)行溫度采集，我們把采集到的數(shù)據(jù)送到單片機(jī)上，單片機(jī)處理后把數(shù)據(jù)通過一個無線模塊發(fā)送到另一個無線模塊。所以在這個系統(tǒng)中溫度傳感器的作用是至關(guān)

29、重要的。我們需要做到數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確，并且能夠保持系統(tǒng)的穩(wěn)定。有以下幾個方案可以供選擇：方案一：采用熱敏電阻，可滿足40攝氏度至90攝氏度測量圍，但熱敏電阻精度、重復(fù)性、可靠性較差，對于檢測1攝氏度的信號是不適用的。方案二：采用單片模擬量的溫度傳感器，比如AD590,LM35等。但這些芯片輸出的都是模擬信號，必須經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后才能送給單片機(jī)，這樣就使得測溫裝置的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。另外，這種測溫裝置的一根線上只能掛一個傳感器，不能進(jìn)行多點測量。即使能實現(xiàn)，也要用到復(fù)雜的算法，一定程度上也增加了軟件實現(xiàn)的難度。方案三：采用DS18B20來測量待測電的溫度，數(shù)字溫度傳感器DS18B20輸出的信號全數(shù)字化。

30、方便單片機(jī)處理與控制，省去傳統(tǒng)的測溫系統(tǒng)的很多外圍電路。且該芯片的物理化學(xué)性都很穩(wěn)定，它能作為工業(yè)測溫元件。此元件線性度好，在0到100時，最大線形偏差小于1。DS18B20的最大特點是單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計DS18B20和微控制器SPCE061A構(gòu)成的溫度采集系統(tǒng)，它可以直接輸出溫度的數(shù)字信號，而且直接顯示在數(shù)碼管上。因此該溫度采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就比較簡單，體積也較小。2.1.3 無線模塊的比較與論證無線傳輸模塊主要是用于主機(jī)和從機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸，主機(jī)先發(fā)送信號給從機(jī)，從機(jī)接收到主機(jī)發(fā)送的信號后給主機(jī)發(fā)送溫度數(shù)據(jù)。方案一：采用紅外收發(fā)芯片NB9148、NB9149。NB9148是通用紅外

31、遙控發(fā)射器集成芯片，該器件與NB9149配合使用可完成10個功能控制。NB9148采用CMOS工藝制造，功耗極低，工作電壓可在2.5-5.5V之間變化，NB9148的集成度高，工作時所需外圍元件少，其振蕩電路只需外接LC或瓷震蕩器即可起振，并支持多鍵組合。此外NB9148的位碼可與其他模式相兼容。方案二：采用nRF2401無線模塊。無線芯片nRF2401是單片射頻收發(fā)芯片，工作于2.42.5GHz ISM頻段，芯片嵌晶體振蕩器、地址解碼器、時鐘處理器、調(diào)制器、低噪聲放大器、GFSK濾波器、功率放大器和頻率合成器等功能模塊，通信頻道和輸出功率可通過程序進(jìn)行調(diào)配。芯片能耗相當(dāng)?shù)?，?5dBm的功率

32、發(fā)射的時侯，工作的電流只有10.5mA，接收的時侯工作電流只有18mA。該無線模塊有多種低功率工作模式，設(shè)計節(jié)能而且使用更為方便。無線芯片nRF2401置了相當(dāng)多的功能模塊，外圍電路需要得很少，因此使用起來相當(dāng)方便。2.1.4 鍵盤顯示模塊的比較與論證鍵盤和顯示是整個系統(tǒng)人機(jī)交互的橋梁。選擇好的鍵盤顯示模塊能夠更簡單、更方便、更直觀的實現(xiàn)人機(jī)交互。方案一：單片機(jī)控制鍵盤、液晶顯示屏（LCD）顯示溫度數(shù)據(jù)。液晶顯示屏（LCD）具有顯示清晰、輕薄短小、無輻射危險、低耗電量，影像穩(wěn)定不閃爍以與平面直角顯示等優(yōu)點，可視面積較大，畫面效果較好，分辨率較高，抗干擾能力較強(qiáng)等特點。但由于只顯示溫度數(shù)據(jù)，信息

33、量比較少，但是液晶工作量較大，控制器的資源占用較多，使得系統(tǒng)效率變低，而且使用液晶顯示器的成本偏高。方案二：使用單片機(jī)控制鍵盤和傳統(tǒng)的數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管具有：低能耗、低損耗、低壓，對外界環(huán)境要求低，易于維護(hù)，同時其精度比較高，稱量快，精確可靠，操作簡單。數(shù)碼管是采用BCD編碼顯示數(shù)字，編程容易，資源占用較少。方案三： HD7279A控制鍵盤與LED顯示。HD7279A是一個具有串行接口的智能顯示與鍵盤驅(qū)動芯片。它可以同時驅(qū)動8位共陰數(shù)碼管，還能同時連接多達(dá)64鍵的鍵盤矩陣，單片就可完成LED數(shù)據(jù)顯示和鍵盤驅(qū)動的全部功能。HD7279A置譯碼器，可直接接受BCD碼以與16進(jìn)制碼，并同時具備2種譯

34、碼方式，此外還它還具有多種控制指令 ，如左移、右移、消隱、段尋址和閃爍等。HD7279A具有片選信號，可非常方便地實現(xiàn)多位LED顯示和鍵盤驅(qū)動。2.1.5 電源模塊比較與論證方案一：采用穩(wěn)壓源提供正負(fù)5V的電壓。穩(wěn)壓源可以提供多種不同的電壓，為單片機(jī)、信號處理電路供電。 方案二：采用4節(jié)五號電池串聯(lián)給整個系統(tǒng)供電。但經(jīng)過實驗驗證，當(dāng)電池為直流電機(jī)供電時，單片機(jī)、傳感器的工作電壓不夠，性能不穩(wěn)定。方案三：采用12V蓄電池變壓后為系統(tǒng)供電。蓄電池具有較強(qiáng)的電流驅(qū)動能力以與穩(wěn)定的電壓輸出性能，并且移動方便，成本低。采用此種供電方式后，單片機(jī)和各部分電路工作穩(wěn)定，易于安裝，能夠滿足系統(tǒng)的要求。方案四：

35、采用穩(wěn)壓電源12V經(jīng)過濾波穩(wěn)壓為5V后給系統(tǒng)供電，同時使用12V蓄電池變壓為5V后為系統(tǒng)提供備用電源。2.2 系統(tǒng)最終方案經(jīng)過反復(fù)比較與論證，最終確定了如下方案：采用單凌陽單片機(jī)SPCE061A作為控制核心；由于系統(tǒng)要求精度高且性價比高，經(jīng)綜合考慮后選用凌陽16位單片機(jī)SPCE061A實現(xiàn)本系統(tǒng)。凌陽SPCE061A單片機(jī)算術(shù)運算功能強(qiáng)，軟件編程靈活，自由空間大，可用軟件編程實現(xiàn)各種算法和邏輯控制，并且由于其功耗低，體積小，技術(shù)成熟和成本低的優(yōu)點，使其在各個領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。相比之下51單片機(jī)就遜色很多，51單片機(jī)不僅部資源很少，而且它的部寄存器只能處理8位數(shù)據(jù)，所以具有很大的局限性和不穩(wěn)定性。且

36、在學(xué)校有凌陽開發(fā)板可供使用，大大方便了我的設(shè)計。采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20來采集溫度數(shù)據(jù)；采用溫度溫度傳感器DS18B20測量溫度，體現(xiàn)了系統(tǒng)芯片化這個發(fā)展趨勢。部分外圍電路的集成，使總體電路更加簡潔，搭建電路以與焊接電路時更加方便快捷。集成塊能有效的避免外界干擾，提高系統(tǒng)的精確度，所以集成芯片的普與使用時電路發(fā)展的一種趨勢。本方案應(yīng)用這一數(shù)字溫度芯片DS18B20，也是順應(yīng)系統(tǒng)芯片化的趨勢。采用與凌陽配套的低功耗芯片nRF2401做無線傳輸； 采用與凌陽單片機(jī)配套的nRF2401模塊來搭建系統(tǒng)，使用起來更加方便，各方面性能都比較優(yōu)秀。而主機(jī)和從機(jī)之間進(jìn)行無線通信時，信號傳輸?shù)目煽啃耘c元

37、器件的低功耗非常重要，所以無線傳輸模塊采用方案二。采用HD7279鍵盤顯示芯片控制鍵盤和LED顯示；由于控制器模塊選擇的是16位的凌陽單片機(jī)，所以選擇方案三可以使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，并且選擇方案三線路跟外圍電路都比較少，所以減少了線路出錯的的幾率。使系統(tǒng)的可靠性增加。（5） 采用5V的穩(wěn)壓電源給系統(tǒng)供電，同時使用12V電池來作為備用電源，即選擇方案四。采用方案四可以在保障系統(tǒng)長期穩(wěn)定的同時，保障系統(tǒng)在停電或者斷電以與其他突發(fā)情況下能照常運行，從可行性上來考慮，應(yīng)選擇方案四。2.3 系統(tǒng)總體設(shè)計 系統(tǒng)的硬件分為兩個分開的部分，在測溫點放置的是從機(jī)，用于檢測溫度并傳輸數(shù)據(jù)。主機(jī)放置在離人近或者方便看見的

38、地方，用于接收數(shù)據(jù)并顯示溫度，同時實現(xiàn)不在限溫圍報警的功能（超過50即報警還有低于20即報警）。系統(tǒng)采用凌陽單片機(jī)為處理控制器，主機(jī)從機(jī)都有各自的控制器。由于凌陽單片機(jī)自帶報警電路，所以只需接一個喇叭就可以直線報警的功能，在圖中就沒有畫出來。nRF2401無線模塊是在可以直接應(yīng)用到凌陽單片機(jī)上的應(yīng)用模塊，使用方便，可實現(xiàn)發(fā)射與接收功能的半雙工無線模塊。鍵盤顯示電路都是由HD7279和單片機(jī)實現(xiàn)控制。溫度傳感器DS18B20來實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的獲取，并直接傳輸給從機(jī)單片機(jī)。本系統(tǒng)采用單凌陽單片機(jī)，完全滿足系統(tǒng)需求，充分利用了各項資源，使得本設(shè)計更趨向智能化，人性化。圖2.1 主機(jī)硬件組成框圖 圖2.

39、2 從機(jī)硬件組成框圖系統(tǒng)主控模塊的主機(jī)電路方框圖如圖3.1所示，凌陽單片機(jī)控制無線模塊接收和發(fā)送信號的半雙工狀態(tài)，主機(jī)接收從機(jī)從溫度傳感器DS18B20傳來的溫度信號，控制鍵盤顯示模塊。無線模塊之間的最大無障礙距離約50m 最大有障礙距離約20m。無線模塊IOB0IOB7IOB15凌陽單片機(jī)2溫度傳感器模塊最大無障礙距離約50m 最大有障礙距離約20m鍵盤顯示模塊無線模塊IOA12IOA15IOB0IOB7凌陽單片機(jī)1圖2.3 系統(tǒng)總電路框圖3 硬件電路的設(shè)計本系統(tǒng)的硬件電路包括主控模塊和其他外圍電路，外圍電路又包括：穩(wěn)壓電路、溫度采集電路、鍵盤顯示電路等，下面將依次對各個模塊進(jìn)行說明。3.1

40、 主控模塊的電路設(shè)計3.1.1 SPCE061A簡介SPCE061A 是繼nSP 系列產(chǎn)品SPCE500A 等之后凌陽科技推出的一款16位結(jié)構(gòu)微型控制器。與 凌陽SPCE500A 不同之處在于，在存儲器資源方面考慮到用戶較少資源需求同時方便程序調(diào)試等功能，凌陽SPCE061A 里嵌32K 字的閃存，它的比較高的處理速度使nSP 能夠非?？焖俣菀椎靥幚硐鄬?fù)雜的各種數(shù)字信號。 3.1.2 SPCE061A性能表3.1 SPCE061A的特性參數(shù)3.1.3結(jié)構(gòu)概覽SPCE061A 的結(jié)構(gòu)如圖3.1 所示：圖3.1 SPCE061A 的結(jié)構(gòu)圖3.1.4芯片的引腳排列和說明SPCE061A有兩種封裝

41、片，一種為84個引腳，PLCC84封裝形式；它的排列如圖3.2所示；另一種為80個引腳，LQFP80封裝。它的排列如圖所示。圖3.2 SPCE061 封裝引腳排列圖表3.2 芯片的引腳說明3.1.5 凌陽開發(fā)板電路凌陽最小系統(tǒng)電路包括電源電路，晶振電路，倍頻電路，濾波電路，復(fù)位電路。如下圖所示：圖 3.3 凌陽小系統(tǒng)電路圖凌陽開發(fā)板的外圍電路有A/D電路,D/A電路，下載電路,I/O口，鍵盤電路等，如圖3.4所示。圖 3.4 凌陽板總外圍電路圖3.2 電源電路從穩(wěn)壓電源接出12V的電壓，經(jīng)過外部穩(wěn)壓電路，得到5V的穩(wěn)定電壓，可為傳感器或者鍵盤顯示模塊供電。5V的穩(wěn)定電壓經(jīng)過凌陽單片機(jī)自帶的穩(wěn)壓

42、電路后，得到3.3V的穩(wěn)定電壓，給單片機(jī)供電。同時12V的電池電源接上一個二極管，再通過穩(wěn)壓模塊后作為系統(tǒng)備用電源。3.2.1 外部穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路原理如圖3.5所示。電源12V電壓輸入，經(jīng)過濾波穩(wěn)壓電路后輸出穩(wěn)定的5V給單片機(jī)供電。圖3.5 穩(wěn)壓電路原理圖3.2.2 凌陽單片機(jī)板穩(wěn)壓電路凌陽單片機(jī)SPCE061A部自帶穩(wěn)壓電路，如圖3.6所示。5V輸入，3.3V輸出。圖3.6 凌陽單片機(jī)板穩(wěn)壓電路圖3.2.3 12V防爆聚合物鋰離子蓄電池輸入電壓：12.6VDC輸出電壓：12.6-10.8VDC電池容量：3000 mAh輸出插頭參數(shù)：公頭，DC 外徑5.5mm，徑 2.1mm體積大約：100

43、*60*19 mm充電器 上面標(biāo)1A電流，實測700mA充電電流，輸出電壓12.6V3.2.3 電源自動切換電路將穩(wěn)壓電源跟串聯(lián)了二極管的電池一起并聯(lián)接入，作為總的電源電路。系統(tǒng)在正常情況下是使用外部的穩(wěn)壓電源，但是當(dāng)外部的穩(wěn)壓電源出現(xiàn)狀況，比如說電源損壞，斷電等等，這時跟電池串聯(lián)的二極管就導(dǎo)通了，此時由電池供電。這樣的模式有效的避免了突發(fā)情況而導(dǎo)致應(yīng)用的失敗。也讓整個系統(tǒng)更加穩(wěn)定，使用長久。3.3 溫度采集電路3.3.1 DS18B20簡介數(shù)字溫度傳感器DS18B20是Dallas公司生產(chǎn)的一線式溫度傳感器，測溫分辨率可達(dá)0.0625，被測溫度用帶符號擴(kuò)展的16位二進(jìn)制數(shù)字量方式串行輸出。測

44、量溫度圍為 -55+125，在-10+85圍，其精度為0.5。單片機(jī)只需一根端口線就能與DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和其他邏輯電路。DS18B20數(shù)字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應(yīng)用于多種場合，如磁鐵吸附式，螺紋式，不銹鋼封裝式，管道式，型號多種多樣，有LTM8874，LTM8877等等。主要根據(jù)應(yīng)用場合的不同來改變其外觀。封裝后的DS18B20可用于農(nóng)業(yè)大棚測溫，機(jī)房測溫，鍋爐測溫，電纜溝測溫，潔凈室測溫，高爐水循環(huán)測溫，彈藥庫測溫等各種非極限溫度的場合。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域。DS18B20的部結(jié)

45、構(gòu)如圖3.7所示。圖3.7 DS18B20部結(jié)構(gòu)圖3.3.2DS18B20的4個主要數(shù)據(jù)部件A、 64位激光ROM。64位激光ROM從高位到低位依次為8位CRC、48位序列號和8位家族代碼(28H)組成。B、 溫度靈敏元器件。表3.3 DS18B20溫度數(shù)據(jù)表溫度/二進(jìn)制表示十六進(jìn)制表示+125 +25.0625+10.125+0.50-0.5-10.125-25.0625-5500000111 1101000000000001 1001000100000000 1010001000000000 0000100000000000 0000000011111111 111110001111111

46、1 0101111011111110 0110111111111100 1001000007D0H0191H00A2H0008H0000HFFF8HFF5EHFE6FHFC90HC、 非易失性溫度報警觸發(fā)器TH和TL。可以通過軟件寫入用戶報警上限值和下限值。D、 配置寄存器。配置寄存器是高速暫存存儲器中第五個字節(jié)。其中R0、R1是溫度計分辨率設(shè)置位，其對應(yīng)四種分辨率如表3.2所列， R0、R1置是缺省值，R0=1，R1=1（即12位分辨率），可根據(jù)需要改寫配置寄存器來獲得合適的分辨率。表3.4 分辨率關(guān)系表R0R1分辨率/bit最大轉(zhuǎn)換時間/us00993.750110187.51011375

47、11127503.3.3DS18B20的高速緩存存儲器高速緩存存儲器由9個字節(jié)組成，其分配如表3.5所示。當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)出后，溫度值轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制的補(bǔ)碼形式，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的數(shù)據(jù)存放在高速暫存存儲器的第0和第1個字節(jié)。單片機(jī)可通過單線接口讀去到該數(shù)據(jù)，讀取時先低位，后高位。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(bǔ)碼變?yōu)樵a，再轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制值。表3.5 DS18B20存儲器溫度LSB溫度MSBTHTL保留保留計數(shù)寄存器計數(shù)寄存器8位CRC3.3.4 電路設(shè)計本系統(tǒng)為多點溫度測試。DS18B20采用外部供電方式，單片機(jī)的多個I/O來驅(qū)動DS18B20。使用一個上拉電阻將I/O口

48、線直接和電源相連。電路如圖3.8圖3.8 溫度傳感器DS18B20原理圖3.4 無線模塊電路無線傳輸模組以nRF2401A芯片為核心，提供了一路的無線發(fā)射和兩路的無線接收功能，該模組通一個10Pin接口直接插接到61板上，方便使用。3.4.1nRF2401A無線模塊基本特性與參數(shù)指標(biāo)工作電壓：3.3V 模塊尺寸：27mm*31mm3.4.2nRF2401A無線模塊功能簡介可以進(jìn)行無線數(shù)據(jù)發(fā)送和接收可以開發(fā)無線的電子產(chǎn)品：如無線遙控器、無線麥克、無線耳機(jī)、無線的文件傳輸系統(tǒng)等3.4.3nRF2401A無線模塊結(jié)構(gòu)示意圖圖 3.9 無線傳輸模組結(jié)構(gòu)示意圖3.4.4nRF2401A 與其外圍電路nR

49、F2401A與其外圍電路如圖 3.10所示 ，包括nRF2401A芯片部分、晶振部分、晶振部分、天線部分和穩(wěn)壓部分。電壓VDD經(jīng)過電容C1、C2、C3濾波處理后為芯片提供工作電壓；晶振部分包括C9、C10和Y1，晶振Y1允許值為：4 MHz 、8 MHz 、12 MHz和16 MHz，當(dāng)需 1 Mbps 的通信速率時必須選擇 16 MHz的晶振。天線部分包含電感 L1和 L2，用來將nRF2401A芯片ANT1和ANT2 管腳產(chǎn)生的 2.4G 電平信號轉(zhuǎn)為電磁波信號，或?qū)㈦姶挪ㄐ盘栟D(zhuǎn)換為電平信號輸入芯片的ANT1與ANT2 管腳。圖3.10 nRF2401A 與其外圍電路3.4.5nRF240

50、1A電源指示電路電路板上提供了一個電源指示燈，其電路如圖 3.11。圖 3.11 電源指示電路3.4.6nRF2401A接口電路為方便與凌陽61 板的連接，模組提供了兩個接口J1 和J2 ，其中J1 為nRF2401A 的控制端口和通道1 的收發(fā)通道，J2 為預(yù)留端口，是通道 2 的接收通道。J1 接口為10Pin 的插孔，其布局和 61 板的I/O 端口布局一致，可以直接插接到 61 板的 I/O 端口使用。J2 預(yù)留，需要采用雙通道接收時，可將J2 對應(yīng)的3 根信號線引出，接到單片機(jī)的I/O 上即可。圖 3.12 接口電路對應(yīng)的I/O連接和功能描述如表 3.6 所示。表 3.6 芯片管腳連

51、接與功能描述3.5 鍵盤顯示電路3.5.1LED顯示器件的工作原理LED是一種電流發(fā)光器件它不但能夠工作在恒定電流狀態(tài)，而且能夠工作在脈沖電流狀態(tài)。平均電流一樣時，脈沖工作狀態(tài)可產(chǎn)生較直流工作狀態(tài)更強(qiáng)的亮度，一般每秒鐘可以導(dǎo)通100500次，每次為幾個毫秒：LED有單個發(fā)光二極管、七段(或八段)LED顯示器和LED點陣顯示器等類型。發(fā)光顏色有紅、綠、黃等。LED顯示器每段正常發(fā)光需直流電流10-20mA，發(fā)光二極管發(fā)光時其正向?qū)▔航禐?.7v左右。七段LED顯示器是由7個LED按定的圖形排列組成，如圖3-13(a)所示，七段LED顯示器的各個二極管分別稱為a、b、c、d、e、f、g段，有些七

52、段顯示器增加一個dp段表示小數(shù)點，也稱為八段LED顯示器。七段LED顯示器有兩種結(jié)構(gòu)：共陰極七段LED顯示器和共陽極七段LED顯示器，如圖3-13(b)、(c)所示。所有二極管的陰極接在一起的稱為共陰極七段LED顯示器；所有二極管的陽極接在一起的稱為共陽極七段LLD顯示器。共陽極七段LED顯示器工作時，二極管的公共陽極接向電平“1”各段的陰極接與共陽七段碼相對應(yīng)的低電平。共陰極七段LED顯示器工作時，其公共極接到低電平，各段的陽級接與共陰七段碼相對應(yīng)的高電平。在實際應(yīng)用中，除公共極外，其他各極應(yīng)串接一個電阻后再接到相應(yīng)電平。電阻的作用是限制流過LED中的電流以保證在發(fā)光時二極管不因電流過大而被

53、燒壞。LED的顯示有靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式。在靜態(tài)顯示方式下，N塊顯示器件都處于選通狀態(tài)；每一塊顯示器件的段選線和一個8位的并行口相連，只要控制顯示位的段選碼，就可顯示出相應(yīng)的字符。由于顯示器件由不同的I/O控制，所以靜態(tài)顯示方式中的每一位都可以獨立顯示，在同一時刻每一位顯示的字符可以各不一樣。LED動態(tài)顯示就是將所有顯示位的段選線并聯(lián)在一起，有一個8位I/O口控制，而位選線則有其他的I/O口控制，通過程序控制，不斷循環(huán)輸出相應(yīng)的段選碼和位選碼，由于人的視覺暫留效應(yīng)，就可以獲得視覺穩(wěn)定的顯示狀態(tài)。將數(shù)碼管的引腳和單片機(jī)的數(shù)據(jù)輸出口相連，控制輸出的數(shù)據(jù)可以使數(shù)碼管顯示不同的數(shù)字和字符，通常稱

54、控制發(fā)光二極管的8位字節(jié)數(shù)據(jù)為段選碼。7段LED段選碼如表3-1所示?？梢钥闯?，共陽極和共陰極的段選碼互為補(bǔ)數(shù)。 （a）典型的七段LED器件 （b）共陽極LED顯示器 （c）共陰極LED顯示器圖3.13 七段LED顯示器的結(jié)構(gòu)原理3.5.2HD7279A鍵盤顯示電路設(shè)計圖3.14 HD7279鍵盤顯示電路圖3.5.3HD7279A芯片簡介HD7279A是一片具串行接口的智能顯示與鍵盤驅(qū)動芯片。它可以同時驅(qū)動8位共陰式數(shù)碼管，還能同時連接多達(dá)64鍵的鍵盤矩陣，單片就可完成LED數(shù)據(jù)顯示和鍵盤驅(qū)動的全部功能。HD7279A置譯碼器，可直接接受BCD碼以與16進(jìn)制碼，并同時具備2種譯碼方式，此外還它

55、還具有多種控制指令 ，如左移、右移、消隱、段尋址和閃爍等。HD7279A具有片選信號，可非常方便地實現(xiàn)多位LED顯示和鍵盤驅(qū)動。3.5.4HD7279A特點串行接口，無需過多的外圍元件，并可以可直接驅(qū)動LED各位具有獨立控制譯碼/不譯碼以與消隱和閃爍的屬性具有段尋址指令，方便控制獨立的LED數(shù)碼管顯示64鍵鍵盤控制器，置去抖動電路具有DIP和SOIC兩種封裝形式可供選擇3.5.5 HD7279A引腳與說明圖 3.15 HD7279A引腳圖表3.7 HD7279A引腳說明4 軟件設(shè)計采用unSP IDE集成開發(fā)環(huán)境，C語言編寫程序。所有的軟件程序都在該開發(fā)環(huán)境中編譯通過。采用模塊化的設(shè)計方法，系

56、統(tǒng)主要功能模塊有：主程序模塊、無線控制程序模塊、溫度采集模塊等。整個設(shè)計的功能是通過硬件電路配合軟件程序來達(dá)到設(shè)計目的的，當(dāng)硬件的設(shè)計基本完成后，軟件的功能即能確定了，此時再根據(jù)軟件的功能來進(jìn)行軟件編程。從軟件的各部分功能不同可分為五大類:主機(jī)程序：控制系統(tǒng)的核心部分，用來協(xié)調(diào)鍵盤顯示和無線模塊的運行。從機(jī)程序：是控制系統(tǒng)的非常重要的部分，協(xié)調(diào)溫度采集與無線模塊的運行。鍵盤顯示程序：完成實質(zhì)性的功能，按鍵跟顯示。溫度采集程序：采集溫度數(shù)據(jù)，傳送給單片機(jī)。無線模塊程序：驅(qū)動無線模塊的運行，同時協(xié)調(diào)收發(fā)之間的關(guān)系。無線傳輸協(xié)議：無線模塊之間專用的通信協(xié)議。4.1 主控制程序設(shè)計本系統(tǒng)控制模塊采用一

57、塊16位凌陽單片機(jī)SPCE061A，完成以下功能：7279檢測按鍵是否按下，如果按下，單片機(jī)將通過無線模塊nRF2401向從機(jī)發(fā)送信號，當(dāng)從機(jī)發(fā)來數(shù)據(jù)時，無線模塊nRF2401接收數(shù)據(jù)，通過單片機(jī)處理后送給HD7279A,HD7279A來完成LED的顯示功能，此時溫度數(shù)據(jù)就顯示在LED上。主機(jī)程序流程圖如圖4.1。從機(jī)部分控制模塊采用一塊16位凌陽單片機(jī)SPCE061A，完成以下功能：從機(jī)檢測無線模塊nRF2401數(shù)據(jù)看主機(jī)是否發(fā)來開始的信號，如果發(fā)來開始的信號，溫度傳感器開始工作，并將溫度數(shù)據(jù)傳輸給從機(jī)單片機(jī)，從機(jī)單片機(jī)通過無線模塊nRF2401將數(shù)據(jù)發(fā)送給主機(jī)單片機(jī)。從機(jī)程序流程圖如圖4.

58、2圖4.1 主機(jī)程序流程圖 圖4.2 從機(jī)程序流程圖4.2 無線模塊nRF2401程序設(shè)計系統(tǒng)所使用的無線模塊的通信是半雙工的，即一個在發(fā)送的時候，另一個必須是接收的狀態(tài)，但是一個無線模塊可以有兩種狀態(tài)，即發(fā)送狀態(tài)和接收狀態(tài)。通過程序來判斷模塊的模式是接收模式還是發(fā)送模式，從而執(zhí)行接收數(shù)據(jù)或發(fā)總數(shù)據(jù)的操作。圖 4.3 無線模塊nRF2401程序流程圖4.3 HD7279程序設(shè)計在本系統(tǒng)中，鍵盤顯示采用了專用鍵盤、顯示接口擴(kuò)展芯片HD7279，它具有自動完成鍵盤輸入和顯示控制兩種功能，有專門的指令與讀寫時序。其鍵盤掃描與顯示的流程圖分別如圖4.4和圖4.5 所示。 圖4.4 HD7279按鍵程序

59、流程圖 圖4.5 HD7279 LED顯示程序流程圖 4.4 DS18B20溫度采集模塊程序設(shè)計根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：在每一次讀寫前都要對DS18B20進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功之后發(fā)送一條ROM指令，再發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進(jìn)行操作。DS18B20之后將溫度數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)，再由單片機(jī)處理傳來的溫度數(shù)據(jù)。其程序流程圖分別如圖4.6所示。圖4.6 DS18B20溫度采集程序流程圖 5 調(diào)試與結(jié)果5.1 測試環(huán)境與工具測試溫度：0100攝氏度（模擬多點不同溫度值環(huán)境）。測試儀器與軟件：數(shù)字萬用表，溫度計0100攝氏度。測試方法

60、：目測。5.2 測試方法使系統(tǒng)運行，觀察系統(tǒng)硬件檢測是否正常（包括單片機(jī)最小系統(tǒng)，鍵盤電路，顯示電路，溫度測試電路等）。系統(tǒng)自帶測試表格數(shù)據(jù)，觀察顯示數(shù)據(jù)是否相符合即可。采用溫度傳感器和溫度計同時測量多點水溫變化情況（取溫度值不同的多點），目測顯示電路是否正常。并記錄各點溫度值，與實際溫度值比較，得出系統(tǒng)的溫度指標(biāo)。使用串口調(diào)試助手與單片機(jī)通訊，觀察單片機(jī)與串口之間傳輸數(shù)據(jù)正確否。5.3 測試結(jié)果與分析表5.1 測試結(jié)果對比數(shù)據(jù)數(shù)碼管顯示溫度28303538溫度計目測溫度28.230.135.338.2誤差+0.2+0.1+0.3+0.2誤差百分比7%3.3%8.5%5.2%自檢正常，各點溫度