基于at89c51單片機的無線溫度監(jiān)控系統(tǒng)應用設計

1、基于 AT89C51 單片機的無線溫度監(jiān)控系統(tǒng)應用設計學生姓名：學生學號：院 （系）： 電氣信息工程學院 年級專業(yè)：指導教師：二一五年五月 摘 要在現(xiàn)代的生活環(huán)境下，溫度扮演著越來越重要的角色。無論你的生活、學習、工作的狀況怎么樣，溫度都無時無刻的伴隨著你。溫度監(jiān)控在工業(yè)生產(chǎn)中占有非常重要的地位,并與工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化有著密切關(guān)系。溫度控制的速度和精度隨著社會的的發(fā)展也會不斷增高。近年來,溫度監(jiān)控領(lǐng)域發(fā)生了巨大的變化,工業(yè)生產(chǎn)的控制不再局限于溫度的近距離傳輸或直接控制,需要遠程控制,這就產(chǎn)生了無線溫度監(jiān)控。本文論述的無線溫度控制是將無線發(fā)送與接收和自動控制相結(jié)合的一種監(jiān)控?；谶@種技術(shù)，本系統(tǒng)以

2、 AT89C51 系列單片機為主控制單元，采用 Dallas 單線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 和無線收發(fā)模塊 NRF24L01 對試驗現(xiàn)場溫度數(shù)據(jù)進行無線傳輸。整個系統(tǒng)包括主控制系統(tǒng)，其中主系統(tǒng)完成發(fā)送機對試驗現(xiàn)場溫度采集、單片機處理和無線傳輸模塊調(diào)制傳輸；接收機完成溫度接受數(shù)據(jù)功能以及數(shù)碼管顯示溫度測量值功能。通過接收機 USB 數(shù)據(jù)線接入上位機，上位機可以接收到接收機傳來的數(shù)據(jù)，從而上位機監(jiān)控系統(tǒng)可以顯示發(fā)送機采集的溫度以及一段時間內(nèi)的溫度曲線。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單實用、造價成本低、功能齊全，通用性較強，占用體積小，可被應用于許多氣象部門、工業(yè)生產(chǎn)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，它可使操作人員與惡劣的工

3、作環(huán)境分離開來，實現(xiàn)生產(chǎn)自動化，提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。 關(guān)鍵詞 AT89C51,溫度傳感器 DS18B20,無線收發(fā)模塊 NRF24L0,上位機監(jiān)控ABSTRACT Under the modern living environment, the temperature plays a more and more important role. No matter hows your life, study, work condition, temperature all the time with you. Temperature monitoring occupies very import

4、ant position in industrial production, and has close relationship with the modernization of industrial production. Temperature control of the speed and accuracy with the development of the society will also be increasing. In recent years, there have been great changes in temperature monitoring areas

5、, industrial production control is no longer limited to the temperature of the close distance transmission or direct control, need to remote control, this creates a wireless temperature monitoring.This paper discusses wireless temperature control is combining the wireless sending and receiving and a

6、utomatic control of a monitoring and control. Based on this technique, this system is given priority to with AT89C51 series single-chip microcomputer control unit, the Dallas single line digital temperature sensor DS18B20 and wireless transceiver module NRF24L01 temperature data for wireless transmi

7、ssion of test on the spot. The whole system including the main control system, including the main system to complete the transmitter to test the temperature acquisition, single chip processing and wireless transmission module modulation transmission; Receiver complete accept data function and the di

8、gital tube display temperature measurement function. By receiver USB cable connected to the PC, PC can receive data from the receiver, and PC monitoring system can display the transmitter collection of temperature and temperature curve of a period of time. The system structure is simple and practica

9、l, low cost, complete function, strong commonality, being a small volume, can be used in many of the meteorological department, industrial production and modern agricultural production areas, it can make the operator and the separation of poor working environment, realize the production automation,

10、improve the production efficiency of enterprises.Keyword AT89C51, the temperature sensor DS18B20, NRF24L0 wireless transceiver module, PC monitor 目 錄摘摘 要要.IABSTRACTABSTRACT.II1 1 緒論緒論.1 1.11.1 選題的目的和意義選題的目的和意義 .1 1.21.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 .1 1.31.3 本設計主要研究內(nèi)容本設計主要研究內(nèi)容 .22 2 設計要求與方案論證設計要求與方案論證.3 2.12.1 設計

11、要求設計要求 .3 2.22.2 系統(tǒng)基本方案選擇和論證系統(tǒng)基本方案選擇和論證 .3 2.2.1 單片機芯片選擇方案與論證 .3 2.2.2 溫度采集模塊選擇方案與論證 .3 2.2.3 無線收發(fā)模塊的選擇方案與論證 .4 2.2.4 顯示模塊的選擇方案與論證 .4 2.32.3 電路設計最終方案的確定電路設計最終方案的確定 .53 3 系統(tǒng)的硬件設計與實現(xiàn)系統(tǒng)的硬件設計與實現(xiàn).6 3.13.1 系統(tǒng)硬件概述系統(tǒng)硬件概述 .6 3.23.2 主要單元電路的設計主要單元電路的設計 .6 3.2.1 單片機主控制系統(tǒng)電路的設計 .6 3.2.2 溫度采集電路的設計 .9 3.2.3 無線溫度傳輸模

12、塊的設計 .12 3.2.4 溫度顯示電路的設計 .13 3.2.5 電路原理及說明 .154 4 系統(tǒng)軟件的設計系統(tǒng)軟件的設計.16 4.14.1 主控制系統(tǒng)的設計主控制系統(tǒng)的設計 .16 4.24.2 溫度采集程序設計溫度采集程序設計 .16 4.34.3 無線溫度傳輸模塊程序的設計無線溫度傳輸模塊程序的設計 .17 4.44.4 溫度顯示程序設計溫度顯示程序設計 .19 4.54.5 KEILKEIL UVISION2UVISION2 編程開發(fā)工具編程開發(fā)工具 .205 5 PCBPCB 設計設計.22 5.15.1 PCBPCB 設計軟件設計軟件 .22 5.1.1 PCB 原理圖設計

13、 .22 5.1.2 PCB 板制作方法 .22 5.25.2 PCBPCB 的的 EMCEMC 設計設計 .23 5.2.1 元器件布局的基本原則 .23 5.2.2 布線設計原則 .236 6 調(diào)試及結(jié)果調(diào)試及結(jié)果.25 6.16.1 軟件調(diào)試軟件調(diào)試 .25 6.26.2 硬件軟件聯(lián)合調(diào)試硬件軟件聯(lián)合調(diào)試 .25 6.36.3 實物調(diào)試實物調(diào)試 .25結(jié)論結(jié)論.29參參 考考 文文 獻獻.30附錄附錄 1 1：無線溫度監(jiān)控系統(tǒng)應用設計源程序代碼：無線溫度監(jiān)控系統(tǒng)應用設計源程序代碼.31附錄附錄 2 2：系統(tǒng)電路原理圖：系統(tǒng)電路原理圖.47附錄附錄 3 3：PCBPCB 板圖板圖.48附錄

14、附錄 4 4：實物展示：實物展示.49致致 謝謝.501 緒論1.1 選題的目的和意義溫度的控制是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、工業(yè)生產(chǎn)中非常常見的被控參數(shù)之一。從日常生活中的食品生產(chǎn)到化工生產(chǎn)，從燃料生產(chǎn)到金屬提煉等等，無不涉及到對環(huán)境溫度的控制，可見，溫度控制在工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)著非常重要的地位，而且隨著工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化，對溫度控制的速度和精度的要求也會越來越高。近年來，溫度控制領(lǐng)域發(fā)生了很大的變化，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、工業(yè)生產(chǎn)中對溫度的控制不再局限于近距離或者直接的控制，而是需要進行遠距離的控制，這就產(chǎn)生了無線溫度控制。溫度控制的常用通信方式有多種，比如通過有線網(wǎng)絡、無線電等等。每一種方式都有其各自優(yōu)勢和缺點。利用無線電

15、通信，方便、靈活，可靠性高而且經(jīng)濟。它不需要像有線網(wǎng)絡控制需要耗費巨大的通信資源，也不受網(wǎng)絡速度的影響。在溫度控制的方法上，傳統(tǒng)的控制方法(包括經(jīng)典控制和現(xiàn)代控制)在處理的過程中具有非線形或不精確特性的被控對象時使溫度的監(jiān)測變得十分困難。而傳統(tǒng)的溫度系統(tǒng)為大滯后系統(tǒng)，較大的純滯后可能會引起系統(tǒng)性能不穩(wěn)定。在溫度采集方法上，通常是利用熱電偶把轉(zhuǎn)化為電信號，再將電信號進行放大就可以進行顯示。這種方法的速度比較慢，而且精度不是特別高。綜合以上的考慮，本次畢業(yè)設計采用了基于無線電通信的無線溫度控制系統(tǒng)。現(xiàn)代工業(yè)設計、農(nóng)業(yè)設計、工程建設及人們的日常生活中常常需要用到溫度控制，早期溫度控制大部分應用于工廠

16、中，例如鋼鐵的水溶溫度，不同等級的鋼鐵要通過不同溫度的鐵水來實現(xiàn)，這樣就可能有效的利用溫度控制來掌握所需要的產(chǎn)品的質(zhì)量或數(shù)量。在現(xiàn)代社會生活環(huán)境中，無線溫度控制不僅應用在工廠生產(chǎn)方面，其作用也在各個方面得到了體現(xiàn)，隨著廣大群眾生活質(zhì)量的提高，酒店廠房及居家用品中都會見到無線溫度控制的影子，無線溫度控制將更好、更廣泛的服務于社會。近年來，單片機發(fā)展十分迅速，單片機又稱單片微處理器，把計算機系統(tǒng)集成到一片芯片，因為單片機簡單可靠而且性能不錯所以單片機已經(jīng)滲透到日常生活中的各個領(lǐng)域。傳統(tǒng)的溫度采集的方法不僅速度較慢，而且精度不夠高，滿足不了各行業(yè)對于溫度數(shù)據(jù)有效性高，設備的抗干擾性強的需求。單片機的

17、出現(xiàn)使得溫度數(shù)據(jù)的采集和處理得到了很好的解決。選擇適當?shù)膯纹瑱C和溫度傳感器以及前端處理電路，可以獲得較高的測量精度，不但方便快捷，造價成本低廉，省事省力，開發(fā)周期短，占用體積小而且大幅度提高了測量精度。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在現(xiàn)代社會的生活環(huán)境中，溫度扮演著非常重要的角色。無論你生活在哪里，目前從事什么工作，無時無刻不與溫度打著交道。自 18 世紀工業(yè)革命以來，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、工業(yè)發(fā)展對是否能掌握溫度有著絕對的聯(lián)系。在冶煉金屬、農(nóng)業(yè)、運輸、食品、制藥、氣象等行業(yè)，可以說幾乎各行各業(yè)都不得不考慮著溫度的因素。雖然有各種溫度測量方法,但在許多情況下,實際的溫度測量在一些特殊條件下,如極端溫度的高溫腐蝕介

18、質(zhì)溫度、空氣溫度、表面溫度、固體的內(nèi)部溫度分布,微觀目標溫度的大小,溫度分布在一個大空間,在體內(nèi)溫度、電磁干擾條件下的溫度測量,為了獲得準確、可靠的結(jié)果是很困難的,需要非常熟悉各種方法的測量原理和特點,結(jié)合測量對象要求選擇合適的測量方法來完成。同時繼續(xù)探索溫度測量的新方法,改進現(xiàn)有的測量技術(shù)來滿足各種條件下的溫度測量的需要。溫度是表征物體冷熱程度的物理量,是國際單位制中七個基本物理量之一,它與人類生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學研究有著密切關(guān)系。隨著科學技術(shù)水平的不斷提高,溫度測量監(jiān)控技術(shù)也得到了不斷的發(fā)展。在傳統(tǒng)的溫度測量監(jiān)控技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的現(xiàn)代測溫技術(shù)主要有紅外非接觸測溫技術(shù)、基于彩色 CCD

19、三基色的測溫技術(shù)、單總線數(shù)字式測溫技術(shù)和激光測溫技術(shù)等。目前國內(nèi)外涉及到溫度監(jiān)測的研究和應用已經(jīng)非常的廣泛，但有關(guān)于單片機的無線溫度監(jiān)測這方面的研究和應用仍然有非常大的上升空間。無線溫度監(jiān)控不僅可以應用在工廠生產(chǎn)方面，其作用也體現(xiàn)到了農(nóng)業(yè)、國防、氣象各個方面。 1.3 本設計主要研究內(nèi)容 本設計是基于 Atmel 公司生產(chǎn)的 51 單片機的無線溫度控制系統(tǒng)，經(jīng)過大量查閱資料和認真的研究，最終確定采用 AT89C51 單片機為主控制芯片，Dallas 公司生產(chǎn)的 DS18B20 作為溫度采集芯片，新型單片射頻收發(fā)器件 NRF24L01 作為無線接收和發(fā)射模塊，采用 LED 數(shù)碼管進行顯示溫度。該

20、設計由無線發(fā)送系統(tǒng)和接收系統(tǒng)組成，無線發(fā)送系統(tǒng)進行溫度采集以及數(shù)據(jù)發(fā)射，接收系統(tǒng)作為主系統(tǒng)對數(shù)據(jù)接收處理并在數(shù)碼管上顯示出來。該系統(tǒng)上位機監(jiān)控設有按鍵，分別進行溫度高低限定值的選擇、設定。該系統(tǒng)具有操作方便，遠距離操控，精度高，功能多樣，電路簡潔，造價成本低廉，速度快等優(yōu)點，符合現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展趨勢，有非常廣闊的市場前景。經(jīng)過硬件設計和一系列的軟件調(diào)試，測試結(jié)果幾乎達到了該設計預期制定的各項指標，順利地完成了本次畢業(yè)設計的目標。2 設計要求與方案論證2.1 設計要求溫度監(jiān)測范圍：溫度-55125；接收系統(tǒng)顯示溫度實際值，收發(fā)距離：50 米以內(nèi)；可以人工設定報警溫度上、下限定值；觀測值可以直接

21、看到此時的溫度值；用戶可以隨時查詢之前某一時刻的溫度值；人們可以看到整個溫度變化曲線及規(guī)律并且可以大致預測將來某一時刻的溫度； 2.2 系統(tǒng)基本方案選擇和論證2.2.1 單片機芯片選擇方案與論證方案一：使用 FPGA(現(xiàn)場可編程陣列)作為主要控制系統(tǒng)控制器?？梢允褂?FPGA實現(xiàn)各種復雜的邏輯編程,大規(guī)模、高密度,這需要所有設備集成在一個芯片上,減小體積,提高穩(wěn)定性,可用的 EDA 軟件仿真,軟件仿真調(diào)試器很容易進行功能的擴展，,響應速度快。但成本高,因為引腳較多,電路板的布線復雜使電路設計和焊接工作變得困難。方案二：采用 8 位單片機作為主要的控制芯片。8 位單片機具有價格比較合適，并且技術(shù)

22、比較成熟，功耗較低，造價成本低便于購買等優(yōu)點，但是 8 位機程序執(zhí)行速度比較慢，內(nèi)部資源比 16 位單片機少很多?？紤]到本設計對程序運行速度的要求不高以及成本因素，最后選擇用 8 位單片機，由于 AT89C51 單片機比其他 8 位單片機價格合適，并且其內(nèi)部具有豐富的資源，故采用 AT89C51 單片機作為本系統(tǒng)主控制芯片。這樣的一個無線溫度控制系統(tǒng),它采用無線發(fā)送與接收,具有比較強的靈活性,解決了有線傳輸所不能實現(xiàn)的問題。隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展和電子科學技術(shù)的發(fā)展 ,無線溫度控制的應用范圍將不斷的擴大。2.2.2 溫度采集模塊選擇方案與論證方案一： 使用熱敏電阻作為溫度傳感器，溫度的變化轉(zhuǎn)換成電

23、信號的變化。熱敏電阻與相應的阻值的電阻串聯(lián)分壓。利用熱敏電阻阻值隨溫度變化而變化的特性，因此熱敏電阻兩端的電壓發(fā)生變化，收集的電阻變化的兩個分壓值，放大和處理。這種設計需要的 A / D 轉(zhuǎn)換電路，該電路變得更復雜，提高了硬件的成本和熱電阻溫度特性曲線不是嚴格線性的，會產(chǎn)生測量溫度和實際溫度值有更大的測量誤差。因此此方案不可行。方案二：采用 DS18B20。DS18B20 的數(shù)字溫度輸出通過 1-Wire 總線，又稱為“一線”總線， ，它與傳統(tǒng)的熱敏電阻有所不同是，他是直接將被測溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號供微機處理，并且根據(jù)具體要求，通過簡單地編程實現(xiàn)多位的溫度讀數(shù)。具有線路簡單，體積小的特點。因

24、此用它作為一個測溫器件，線路簡單，在一根通信線，它可以并接到多個地址線上與單片機通信。由于每一個 DS18B20 出廠時可有唯一的一個序列號并存入其 ROM 中，因此 CPU 可用簡單的通信協(xié)議就可以識別，從而節(jié)省了大量的引線和邏輯電路。DS18B20 直接輸出數(shù)字溫度值，不需要校正，因此溫度采集選擇此方案。2.2.3 無線收發(fā)模塊的選擇方案與論證方案一：采用 TX315A-T01 和 TX315A-R01 的無線接收發(fā)送模塊。TX315A 可應用于警戒系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳送、自動抄表系統(tǒng)、無線鍵盤操作、無線遙控系統(tǒng)。TX315A 由TX315A-T01 無線發(fā)射模塊和 TX315A-R01 無線接收

25、模塊兩部分組成，由于它們的頻率幾乎完全相同，所以在使用時可以隨意添加發(fā)射和接收組件，以構(gòu)成所需要的功能系統(tǒng)。此系統(tǒng)用此模塊很好，但是這個模塊的價格太昂貴，所以放棄此方案。方案二：采用 NB9148 和 NB9149 紅外收發(fā)模塊。NB9148 通常采用 CMOS 工藝制造，功率消耗低，工作電壓在 2 到 6V 區(qū)間變化。NB9148 的集成程度高，正常運行時需要的外圍器件較少，其晶體振蕩電路也只需外接 LC 或陶瓷振蕩器即可完成，并支持多鍵組合。另外，NB9148 的位碼可以和其他模式相兼容。但紅外線的波長在 760nm 至1mm 的電磁波，是人的眼睛看不見的光線。因為波長較短，對障礙物的衍射

26、能力比較差，因此紅外收發(fā)模塊適合短距離點對點的直線數(shù)據(jù)傳輸，并且設計起來較復雜所以此方案不可行。方案二：采用一對 NRF24L01 作為無線收發(fā)模塊。NRF24L01 是一款新型單片射頻收發(fā)器件，工作在 2.4 GHz2.5 GHz ISM 頻段。內(nèi)置調(diào)制器、功率放大器、晶體振蕩器、頻率合成器等功能模塊，并融合了增強型 ShockBurst 技術(shù)，其中可通過程序進行配置調(diào)整輸出功率和通信頻道。NRF24L01 功耗低，在以-6dBm 的功率發(fā)射時，工作電流也只有 10mA 以內(nèi)；接收時，工作電流只有 10mA 左右，多種低功率工作模式(掉電模式和空閑模式)使節(jié)能設計變得更加簡單，通信速率高，與

27、 51 單片機接口簡單而且價格相對其他無線模塊較便宜，適合購買，因此選擇此方案。2.2.4 顯示模塊的選擇方案與論證方案一：采用 LCD1602 液晶屏顯示，顯示的內(nèi)容較多，方便組合，可視面積大，畫面效果非常好，抗干擾能力較強，調(diào)用方便簡單，而且可以節(jié)省軟件中斷資源。低壓、微功耗 極低的工作電壓，只要 1V-4V 即可工作，而工作電流一般小于十微安，但是黑暗中不容易觀看溫度數(shù)據(jù)，只是用來顯示數(shù)字溫度顯得浪費。方案二：采用點陣式數(shù)碼管顯示，點陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成。對于顯示文字比較適合，如采用在點陣式數(shù)碼管顯示數(shù)字顯得太浪費，且價格也相對較高,功耗相對較高所以也不用此種作為顯示。

28、方案三：采用 LED 數(shù)碼管顯示，成本比較低、亮度高。數(shù)碼管是一種顯示屏，可以通過對其不同的管腳輸入相對的電流 使其發(fā)亮從而顯示出數(shù)字能夠顯示出所需要的時間、日期、溫度等所有可用數(shù)字或一些簡單字符表示的參數(shù)。因為它的成本低，使用非常簡單，在電器，特別是家用電器領(lǐng)域得到廣泛應用。LED 是被完全的封裝在環(huán)氧樹脂里面，它比燈泡和熒光燈管都堅固。燈體內(nèi)也沒有松動的部分，這些特點使得 LED 數(shù)碼管不易損壞。 節(jié)約能源無污染即為環(huán)保。直流驅(qū)動，超低功耗所以適合本設計顯示數(shù)字與字符。比較上述三種方案，方案三電路簡單、功耗低、顯示信息量大、方便購買能很好的滿足題目要求，因此采用方案三 。2.3 電路設計最

29、終方案的確定由以上討論的各種方案最終得出本次設計的方案為：以 AT89C51 系列單片機為主控制單元，采用 Dallas 單線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 和無線收發(fā)模塊 NRF24L01 對試驗現(xiàn)場溫度數(shù)據(jù)進行無線傳輸，4 位數(shù)碼管作為顯示模塊。工作過程中接收機將溫度檢測出來并顯示在數(shù)碼管上，然后通過無線發(fā)送模塊 NRF24L01 將溫度數(shù)據(jù)發(fā)送出去，然后接收機通過的無線接收模塊 NRF24L01 芯片將發(fā)送機發(fā)送的數(shù)據(jù)接收通過單片機處理顯示在接收機上的數(shù)碼管上。通過接收機 USB 數(shù)據(jù)線接入上位機，上位機可以接收到接收機傳來的數(shù)據(jù)，從而上位機監(jiān)控系統(tǒng)可以顯示發(fā)送機采集的溫度以及一段時間內(nèi)

30、的溫度曲線。3 系統(tǒng)的硬件設計與實現(xiàn) 系統(tǒng)硬件電路主要分為：單片機 AT89C51 主控制系統(tǒng)、DS18B20 溫度采集電路、NRF24L01 無線接收和發(fā)送模塊電路、LED 數(shù)碼管顯示電路。設計總框圖如圖 3.1 所示，系統(tǒng)設計總原理圖見附錄 1。DS18B20溫度采集NRF24L01無線發(fā)送AT89C51單片機處理數(shù)碼管顯示NRF24L01無線接收AT89C51單片機處理上位機監(jiān)控圖 3.1 總設計框圖3.1 系統(tǒng)硬件概述硬件電路是由單片機芯片 AT89C51 為控制核心，單片機芯片體積小、成本低，可廣泛的嵌入到工業(yè)控制單元及各種通信產(chǎn)品中。DS18B20 數(shù)字溫度傳感器達拉斯公司生產(chǎn)的

31、1-Wire 器件，它與傳統(tǒng)的熱敏電阻有所不同是，他是直接將被測溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號供微機處理，并且根據(jù)具體要求，通過簡單地編程實現(xiàn)多位的溫度讀數(shù)。具有線路簡單，體積小的特點。無線收發(fā)模塊用 NRF24L01，工作于 2.4GHz2.5GHz ISM 頻段。NRF24L01 功耗低，在以-6dBm 的功率發(fā)射時，工作電流也低于 10mA;接收時，工作電流一般在 10mA 左右。多種低功率工作模式(掉電模式和空閑模式)使節(jié)能設計變得更容易；溫度顯示部份由 LED 數(shù)碼管來完成。 3.2 主要單元電路的設計3.2.1 單片機主控制系統(tǒng)電路的設計單片機是一種集成電路芯片，它是一種把具有數(shù)據(jù)處理能力

32、的中央處理器 CPU、隨機存儲器 RAM、只讀存儲器 ROM、多種 I/O 口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。單片機的全稱是單片微型計算機（Single Chip Microcomputer） 。為了使用方便，它把組成計算機的主要功能部件：中央處理器（CPU） 、數(shù)據(jù)存儲器（RAM） 、程序存儲器（ROM、EPROM、E2PROM 或FLASH） 、定時/計數(shù)器和各種輸入/輸出接口電路等都集成在一塊半導體芯片上，構(gòu)成了一個完整的計算機系統(tǒng)，因此它又被稱為微控制器（Microcontroller） 。AT89C51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低

33、電壓，高性能 CMOS8 位單片機。片內(nèi)含 4KB的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和 128 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM） ，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準 MCS-51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（CPU）和 Flash 存儲單元，功能強大AT89C51 單片機的功能強大可提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領(lǐng)域，單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 3.2 所示。圖 3.2 單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖AT89C51 單片機為 40 引腳雙列直插芯片，管腳說明如下：VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口：8 位，漏極開路的雙向 I

34、/O 口。當 AT89C51 擴展外部存儲器及 I/O 接口芯片時，P0 口作為地址總線（低 8 位）及數(shù)據(jù)總線的時分復用端口。P0 口也可作為通用的 I/O 口使用，但需加上拉電阻，這時為準雙向口。當作為通用的 I/O 口輸入時，應先向端口輸出鎖存器寫入 1。 P0 口可驅(qū)動八個 LS 型 TTL 負載。P1 口：8 位，準雙向 I/O 口，具有內(nèi)部上拉電阻。P1 口是專為用戶使用的準雙向 I/O 口。當作為通用的 I/O 口輸入時，應先向端口輸出鎖存器寫入 1。P0 口可驅(qū)動4 個 LS 型 TTL 負載。P2 口：8 位，準雙向 I/O 口，具有內(nèi)部上拉電阻。當 AT89C51 擴展外部

35、存儲器及I/O 時，P2 口作為地址總線（高 8 位）輸出高 8 位地址。P2 口也可作為通用的 I/O口使用，當作為通用的 I/O 口輸入時，應先向端口輸出鎖存器寫入 1。 P2 口可驅(qū)動4 個 LS 型 TTL 負載。P3 口：8 位，準雙向 I/O 口，具有內(nèi)部上拉電阻。P3 口也可作為通用的 I/O 口使用，當作為通用的 I/O 口輸入時，應先向端口輸出鎖存器寫入 1。 P3 口可驅(qū)動 4個 LS 型 TTL 負載。P3 口還可提供第二功能。 ；P3.0 RXD（串行數(shù)據(jù)輸入口） ；P3.1 TXD（串行數(shù)據(jù)輸出口） ；P3.2 /INT0（外部中斷 0 輸入） ；P3.4 T0（定時

36、器 0 外部計數(shù)輸入） ；P3.5 T1（記時器 1 外部計數(shù)輸入） ；P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通輸出） ；P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通輸出） ；P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。XTAL2：片內(nèi)反向振蕩放大器的輸出端。RST（RESET）：復位信號輸入端，高電平有效。在此引腳加上持續(xù)時間大于 2 個機器周期的高電平，就可以使單片機復位。當看門口定時器溢出輸出時，該引腳將輸出長達 96 個時鐘振蕩周期的高電平。由 Atmel 公司生產(chǎn)的 AT89C51 單片機有四個 I/O 口 P0 口,P1 口,P2 口,P3 口,每一個 I/O 端口都可獨立地作為輸出

37、端或輸入端。AT89C51 單片機具有以下標準功能：4KBFlash，256BRAM，4 個 8 位 I/O 口的外部引腳，看門狗定時器。2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位定時器/計數(shù)器，一個 6 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶體振蕩電路及時鐘復位電路。單片機主控制電路既包括單片機的晶體振蕩電路也包括復位電路。本系統(tǒng)采用的是內(nèi)部晶體振蕩電路。單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高放大倍數(shù)反相放大器，18 引腳 XTAL1 是晶體振蕩器反向放大器的輸入端，19 引腳 XTAL2 是片內(nèi)晶體振蕩器反向放大器的輸出端，這兩個引腳之間跨接的石英晶體和微調(diào)電容作為反饋元件一起構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器

38、。9 引腳 RESET 是 AT89C51 單片機的復位輸入端，接上電容，電阻及電阻和按鈕實現(xiàn)手動復位電路，如圖 3.3 所示。圖 3.3 單片機復位和晶振電路3.2.2 溫度采集電路的設計由達拉斯公司生產(chǎn)的 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器 1-Wire 線器件。它與傳統(tǒng)的熱敏電阻不同的是，他是將直接測得的溫度轉(zhuǎn)換為用于計算機處理的串行數(shù)字信號，并根據(jù)具體的要求，通過以上簡單編程來實現(xiàn)溫度讀數(shù)。特點具有電路簡單，體積小。因此，使用它作為一個溫度測量裝置，該電路很簡單，在一根通信線上，它可以并接到多個地址線上與單片機的實現(xiàn)通信。由于每個 DS18B20 出廠只能有一個序列號，并存儲在 ROM 中

39、，所以用的 CPU 簡單的通信協(xié)議是可以識別，從而節(jié)省大量的引線和邏輯電路。DS18B20 的引腳封裝如圖 3.4 所示。圖 3.4 DS18B20 的引腳封裝DS18B20 的單總線技術(shù)具有電路簡單，硬件體積小，成本低，易于總線擴展和維護等優(yōu)點。單總線適用于單片機系統(tǒng)中，主機可以是一個微控制器，機器也可以是單總線器件，他們的數(shù)據(jù)交換只通過一條信號線便可實現(xiàn)，DS18B20 產(chǎn)品的特點如下：所有的應用模塊都集中在一個和普通三極管大小相同的芯片內(nèi)，只需要一個端口即可實現(xiàn)通信；具有 3 至 5.5V 很廣范圍的工作電壓并且可以使用寄生電容供電的方式，此時只需只要在數(shù)據(jù)線上連接一個電容即可完成供電；

40、實際應用中不需要任何外部元器件即可實現(xiàn)測溫；測量溫度范圍在-55+125C，其中在-1085 度的區(qū)間內(nèi)測量精度為 0.5 攝氏度；內(nèi)部有溫度上下、限警告設置；在中的每個器件都有獨一無二的序列號；溫度以 9 或 12 位數(shù)字，在 9 位精度是轉(zhuǎn)化過程僅耗時 93.75ms，在 12 為精度時則需要 750ms；支持在同一條 1-wire 總線上掛多個 DS18B20 器件形成多點測試，在數(shù)據(jù)傳輸過程中可以跟隨 CRC 效驗。本設計是使用 51 單片機驅(qū)動 DS18B20 進行溫度采集，51 單片機使用 P3.7 引腳擴展了一個 DS18B20 溫度傳感器。DS18B20 的溫度傳感器應用電路如

41、圖 3.5 所示。圖 3.5 DS18B20 溫度傳感器應用電路51 單片機和 DS18B20 一線(單線)總線連接,只有物理電纜,傳輸時鐘,而且傳輸數(shù)據(jù),和溝通是雙向的,也可以使用總線設備完成供電任務。1-wire 總線接口的外部器件通過一個漏極開路的三態(tài)端口連接到總線上，這樣使得這些期間在不使用總線的時候可以釋放總線一邊與其它器件使用。由于漏級開路，所以這些器件都要在總線上拉一個電阻到 VCC，并且如果使用寄生方式供電，為了保證器件在所有的工作狀態(tài)下都有足夠的電量，在總線上還可以連接一個 MOSFET 管以儲存電能。如上圖所示，51 單片機使用 P3.7 引腳擴展了一個 DS18B20 傳

42、感器采集當前溫度。操作簡介：DS18B20 工作時需要接收特定的指令來完成相應功能（指令：可以簡單的理解為可以被識別并有相應意義的一系列高低電平信號） ，它的指令可分為 ROM 指令和 RAM指令；ROM 指令主要對其內(nèi)部的 ROM 進行操作，如查所使用 DS18B20 的序列號等，如果只使用一個 DS18B20，ROM 操作一般就可以直接跳過了；RAM 指令主要是完成對其內(nèi) RAM 中的數(shù)據(jù)進行操作，如讓其開始進行數(shù)據(jù)采集、讀數(shù)據(jù)等。DS18B20 數(shù)字溫度傳感器是單總線器件，數(shù)據(jù)的讀寫只通過一條數(shù)據(jù)線進行并且這一條線上允許掛很多該傳感器；這樣對器件進行讀寫指令時就會麻煩一些，必須應用特定時

43、序來識別高低電平信號（如寫高電平 1，并不是把數(shù)據(jù)線直接拉高，而是用有一定時序關(guān)系的高低電平來代表寫 1） ，所以指令表中的 0、1 在寫給 DS18B20 時就得變成代表 0、1 電平的時序段序列。同樣，從 DS18B20 讀數(shù)據(jù)時，也是由特定的時序來完成數(shù)據(jù)讀取。DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 3.6 所示。ROM和1-WIRE總 線 接 口CRC校驗和生成器溫度傳感器配置寄存器低溫觸發(fā)器高溫觸發(fā)器存儲器和控制器高速緩存圖 3.6 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20 的工作過程：復位操作 執(zhí)行 ROM 操作的 5 條指令之一：1）讀 ROM，2）匹配 ROM，3）搜索 ROM，4）跳

44、過 ROM，5）報警搜索。 存儲器操作命令：溫度轉(zhuǎn)換、讀取溫度、設定上下限溫度值等指令 讀取溫度數(shù)據(jù)：主機讀取溫度數(shù)據(jù)后進行數(shù)據(jù)處理。 可以初始化數(shù)據(jù)精度，按芯片手冊寫入固定指令。數(shù)據(jù)位數(shù)可設置成9、10、11、12 位，其中 7 位為溫度整數(shù)部分，1 位表示溫度正負，其余位數(shù)為小數(shù)。如 9 位數(shù)據(jù)時，有 1 位為小數(shù)，精度為 0.5。 ROM 操作指令： 讀 ROM 指令。Read ROM 33h。這個命令允許總線控制器讀到 DS18B20 的 8 位系列編碼、唯一的序列號和 8 位 CRC 碼。只有在總線上存在單只 DS18B20 的時候才能使用這個命令。如果總上有不止一個從機，當所有從機

45、試圖同時傳送信號時就會發(fā)生數(shù)據(jù)沖突（漏極開路連在一起開成相與的效果） 。 匹配 ROM 指令：Match ROM 55h。匹配 ROM 命令，后跟 64 位 ROM 序列，讓總線控制器在多點總線上定位一只特定的 DS18B20。只有和 64 位 ROM 序列完全匹配的 DS18B20 才能響應隨后的存儲器操作命令。所有和 64 位 ROM 序列不匹配的從機都將等待復位脈沖。這條命令在總線上有單個或多個器件時都可以使用。 跳過 ROM 指令:Skip ROM CCh。這條命令允許總線控制器不用提供 64 位 ROM 編碼就使用存儲器操作命令，在單點總線情況下右以節(jié)省時間。如果總線上不止一個從機，

46、在 Skip ROM 命令之后跟著發(fā)一條讀命令，由于多個從機同時傳送信號，總線上就會發(fā)生數(shù)據(jù)沖突（漏極開路下拉效果相當于相與） 。 搜索 ROM 指令:Search ROM F0h。當一個系統(tǒng)初次啟動時，總線控制器可能并不知道單線總線上有多少器件或它們的 64 位 ROM 編碼。搜索 ROM 命令允許總線控制器用排除法識別總線上的所有從機的 64 位編碼。 復位時序:DS18B20 需要嚴格的協(xié)議以確保數(shù)據(jù)的完整性。協(xié)議包括幾種單線信號類型：復位脈沖、存在脈沖、寫 0、寫 1、讀 0 和讀 1。所有這些信號，除存在脈沖外，都是由總線控制器發(fā)出的。和 DS18B20 間的任何通訊都需要以初始化序

47、列開始，初始化序列見上圖。一個復位脈沖跟著一個存在脈沖表明 DS18B20 已經(jīng)準備好發(fā)送和接收數(shù)據(jù)（適當?shù)?ROM 命令和存儲器操作命令） 。3.2.3 無線溫度傳輸模塊的設計NRF24L01 是一款新的單片射頻收發(fā)器，為 2.4GHz2.5GHz 的 ISM 頻段工作。內(nèi)置頻率合成器，功率放大器，晶體振蕩器，調(diào)制器，如功能模塊，并結(jié)合增強ShockBurs 技術(shù)，包括輸出功率和通信頻道可以由程序來配置。 NRF24L01 低能耗，在 - 6 dBM 功率發(fā)射，工作電流僅為 9 毫安;接收時，工作電流 12.3 毫安，各種低功耗模式（掉電模式和空閑模式） ，設計更方便。NRF24L01 主要

48、特性有 GFSK 調(diào)制：硬件集成 OSI 鏈路層；具有自動應答和自動再發(fā)射功能；片內(nèi)自動生成報頭和 CRC 校驗碼；數(shù)據(jù)傳輸率為 lMb/s 或 2Mb/s；SPI 速率為 0 Mb/s10 Mb/s；125 個頻道：與其他 NRF24 系列射頻器件相兼容；QFN20 引腳 4mm4mm 封裝；供電電壓為1.9V3.6V。NRF14L01 的引腳排列如圖 3.7 所示。CE1CSN2SCK3M OSI4M ISO5VDD_PA11ANT112ANT213VSS14VDD1516VSSVSSDVDD18VDD1719IREF2076VSSVDD8XC1XC2IRQ109圖 3.7 NRF24L0

49、1 管腳圖發(fā)射數(shù)據(jù)時，首先將 NRF24L01 配置為發(fā)射模式：接著把接收節(jié)點地址 TX_ADDR和有效數(shù)據(jù) TX_PLD 按照時序由 SPI 口寫入 NRF24L01 緩存區(qū)，TX_PLD 必須在 CSN 為低時連續(xù)寫入，而 TX_ADDR 在發(fā)射時寫入一次即可，然后 CE 置為高電平并保持至少10s，延遲 130s 后發(fā)射數(shù)據(jù)；若自動應答開啟，那么 NRF24L01 在發(fā)射數(shù)據(jù)后立即進入接收模式，接收應答信號（自動應答接收地址應該與接收節(jié)點地址 TX_ADDR 一致） 。如果收到應答，則認為此次通信成功，TX_DS 置高，同時 TX_PLD 從 TX FIFO 中清除；若未收到應答，則自動

50、重新發(fā)射該數(shù)據(jù)(自動重發(fā)已開啟)，若重發(fā)次數(shù)(ARC)達到上限，MAX_RT 置高，TX FIFO 中數(shù)據(jù)保留以便在次重發(fā)；MAX_RT 或 TX_DS 置高時，使 IRQ 變低，產(chǎn)生中斷，通知 MCU。最后發(fā)射成功時，若 CE 為低則 NRF24L01 進入空閑模式 1；若發(fā)送堆棧中有數(shù)據(jù)且 CE 為高，則進入下一次發(fā)射；若發(fā)送堆棧中無數(shù)據(jù)且 CE 為高，則進入空閑模式 2。 接收數(shù)據(jù)時，首先將 NRF24L01 配置為接收模式，接著延遲 130s 進入接收狀態(tài)等待數(shù)據(jù)的到來。當接收方檢測到有效的地址和 CRC 時，就將數(shù)據(jù)包存儲在 RX FIFO中，同時中斷標志位 RX_DR 置高，IRQ

51、 變低，產(chǎn)生中斷，通知 MCU 去取數(shù)據(jù)。若此時自動應答開啟，接收方則同時進入發(fā)射狀態(tài)回傳應答信號。最后接收成功時，若 CE變低，則 NRF24L01 進入空閑模式 1。 SPI 口為同步串行通信接口，最大傳輸速率為 10Mb/s，傳輸時先傳送低位字節(jié)，再傳送高位字節(jié)。但針對單個字節(jié)而言，要先送高位再送低位。與 SPI 相關(guān)的指令共有 8 個，使用時這些控制指令由 NRF24L01 的 MOSI 輸入。相應的狀態(tài)和數(shù)據(jù)信息是從MISO 輸出給 MCU。 NFR24L01 模塊采用 3.3V 電壓供電， 1 引腳是 NFR24L01 的 CE 數(shù)字輸入端與單片機的 P1.1 引腳相接，2 引腳

52、CSN 是 NFR24L01 的 SPI 片選信號數(shù)字輸入端與單片機的P3.2 引腳，3 引腳 SCK 是 NFR24L01 的 SPI 時鐘數(shù)字輸入端與單片機的 P1.2 引腳相連，引腳 4 是 NFR24L01 的 MOSI 的 SPI 數(shù)據(jù)輸入腳與單片機的 P1.4 引腳相連，5 引腳是NFR24L01 的 MISO 的 SPI 數(shù)據(jù)輸入腳與單片機的 P1.3 引腳相接，其應用電路如圖 3.8所示圖 3.8 NRF24L01 應用電路3.2.4 溫度顯示電路的設計本設計采用的是四位共陽極八段數(shù)碼管，它是一種半導體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管，數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八

53、段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點顯示） 。由八個的發(fā)光二極管組成，通過點亮不同的發(fā)光二級管組合來顯示數(shù)字 0 至 9，字符A、b、C、d、F、H、L、P、R、Y、E，符號“-”及小數(shù)點“.” 。能顯示 4 個數(shù)字或字符的數(shù)碼管叫四位數(shù)碼管。共陽極 8 段數(shù)碼管的共陽極直接連接的 VCC，8 段數(shù)據(jù)引腳通過限流電阻直接連接單片機的 P1 引腳。陽極數(shù)碼管在公共極 COM 接到+ 5 v，當一個字段發(fā)光二極管陰極接到低電平時相應的字段是亮的。當一個陰極為高電平時相應的字段不亮。相比之下,共陰極數(shù)碼管是發(fā)光二極管陰極一起形成共陰極(COM)數(shù)字控制。共陰極數(shù)碼管在公共極 COM

54、 接到地線 GND 上，發(fā)光二極管陽極為高電平時,相應的字段是點亮的。當一個字段的陽極是低電平時相應的字段不亮。本設計中 4 位數(shù)碼管的驅(qū)動方式是動態(tài)驅(qū)動。數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的 8 個顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極 COM 增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的 I/O 線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM 端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)

55、碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的 COM 端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間為 12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示能夠節(jié)省大量的 I/O 端口，而且功耗更低。數(shù)碼管的引腳如圖 3.9 所示。圖 3.9 數(shù)碼管的引腳圖（共陽極）在 51 單片機的應用系統(tǒng)中常常需要顯示多位數(shù)字或簡單字母，本設計只需要顯示數(shù)字溫度和字符攝氏度。此時使用 4 個獨立的八段數(shù)碼管拼接成的 4 位數(shù)碼管，其好處是布局簡單，引線

56、簡單即只有一套八段驅(qū)動引腳，價格也便宜并且市場容易購買。集成好的 4 位，第一位顯示十位，第二位顯示個位，第三位顯示一位小數(shù)緊接著是溫度單位 C（攝氏度） 。 4 位一體數(shù)碼管，其內(nèi)部段已連接好，引腳如圖所示（正面朝自己，小數(shù)點在下方） 。a、b、c、d、e、f、g、dP 為段引腳，COM1、COM2、COM3、COM4 分別表示四個數(shù)碼管的位引腳。本設計采用的是 4 位共陽極集成數(shù)碼管來顯示采集的溫度值，小數(shù)點后保留一位小數(shù)，4 位數(shù)碼管的位選分別接單片機的 P2.0, P2.1, P2.2 ,P2.3 引腳，其中每一個數(shù)碼管的段選與單片機的 P0 口相連，如圖 3.10 所示。圖 3.10

57、 數(shù)碼管應用電路3.2.5 電路原理及說明將以上各個電路模塊連接起來，即構(gòu)成基于 51 單片機的無線控制系統(tǒng)，總設計的系統(tǒng)工作原理如下：由 Dallas 公司生產(chǎn)的 DS18B20 溫度傳感器對實驗現(xiàn)場的溫度進行采集，主控制芯片 AT89C51 對采集溫度數(shù)據(jù)進行簡單的分析和處理，將有用數(shù)據(jù)送給無線發(fā)射模塊 NRF24L01。主系統(tǒng)的接受無線模塊 NRF24L01 接受數(shù)據(jù)送給主控芯片 AT89C51，AT89C51 對數(shù)據(jù)進行分析處理，對現(xiàn)場所測量的溫度值在 LED 數(shù)碼管上進行顯示。另外，可以人工通過上位機對所測溫度進行監(jiān)控，先設定好規(guī)定的溫度范圍。當檢測溫度在設定范圍內(nèi)時，系統(tǒng)正常工作，

58、每一時刻都顯示著現(xiàn)場的溫度測量值，并可以通過上位機監(jiān)控系統(tǒng)查詢以前某一時刻的溫度甚至于整個過程中溫度在某一時間段的變化規(guī)律并預測將來某一時刻的溫度值。4 系統(tǒng)軟件的設計4.1 主控制系統(tǒng)的設計在硬件電路設計的基礎(chǔ)上，全面闡述各部分軟件的設計思想和具體實現(xiàn)方法。整個軟件采用模塊化設計結(jié)構(gòu)，并利用 C 語言編制。主程序包括主控制系統(tǒng)設計，DS18B20 溫度采集設計，NRF24L01 無線溫度傳輸模塊設計。主系統(tǒng)程序負責鍵盤設定值的檢測，可通過上下門限設定溫度值的顯示。發(fā)送機負責對溫度的數(shù)據(jù)采集并交給 51 單片機，經(jīng)過 51 單片機數(shù)據(jù)處理后通過無線模塊NRF24L01 發(fā)送出去。接收機無線模塊

59、接收發(fā)送來的數(shù)據(jù)并顯示在數(shù)碼管上。主系統(tǒng)程序流程圖如圖 4.1 所示。NRF24L01發(fā)送溫度值發(fā)送機 進行溫度值處理DS18B20溫度采集數(shù)碼管進行溫度顯示接收機 進行溫度值處理NRF24L01接收溫度值上位機監(jiān)控圖 4.1 主系統(tǒng)流程圖 4.2 溫度采集程序設計數(shù)字溫度計設計采用美國 DALLAS 半導體公司推出的一種改進型智能溫度傳感器DS18B20 作為檢測元件，與傳統(tǒng)的熱敏電阻不同，DS18B20 可直接將被測溫度轉(zhuǎn)換為串行數(shù)字信號，最高分辨可達 0.0625，溫度傳感器 DS18B20 采用三線制與 51 單片機 P3.7 引腳相連，減少了外部的硬件電路，具有低成本、易使用和精度等

60、特點。根據(jù) DS18B20 的通訊協(xié)議，主機（單片機）控制 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：每一次讀寫之前都要對 DS18B20 進行復位操作，復位成功后發(fā)送一條 ROM 指令，最后發(fā)送 RAM 指令，這樣才能對 DS18B20 進行預定的操作。復位要求主 CPU 將數(shù)據(jù)線下拉 500 微秒，然后釋放。溫度采集將變化的溫度轉(zhuǎn)化為變化的電信號的變化，主要是對溫度傳感器 DS18B20 編程，向 1-線總線上初始化子程序，寫入子程序，讀出子程序，接著將采集到的數(shù)據(jù)交給 AT89C51 單片機進行處理，溫度采集子程序流程圖如圖 4.2。開始初始化DS18B20跳過讀序列號讀取溫度值延時