基于無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

1、 編號 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 無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計 學(xué)生姓名胡海洋 學(xué) 號 系 部電子工程學(xué)院 專 業(yè)電子信息工程技術(shù) 班 級 指導(dǎo)教師杜鋒 顧問教師 二一二年六月 摘摘 要要 設(shè)計一個無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，以 ATmega16 單片機為控制核心，制作一個 終端和 2 個節(jié)點，整個系統(tǒng)采用無線監(jiān)測系統(tǒng)調(diào)制方式，終端能從節(jié)點獲取節(jié) 點的環(huán)境溫度和光照信息，并且節(jié)點能夠?qū)崿F(xiàn)中繼轉(zhuǎn)發(fā)的功能。實踐結(jié)果表明， 該系統(tǒng)能夠通過無線的方式對環(huán)境溫度進行監(jiān)測。 環(huán)境監(jiān)測是指通過對影響環(huán)境質(zhì)量因素的代表值的測定，確定環(huán)境質(zhì)量(或 污染程度)及其變化

2、趨勢。隨著科技的不斷進步，特別是計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 的不斷發(fā)展，環(huán)境檢測由經(jīng)典的化學(xué)分析向儀器與計算機和網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方式， 實現(xiàn)了無線環(huán)境的檢測。本文中設(shè)計了一個無線環(huán)境檢測系統(tǒng).以 ATmega16 單 片機為控制核心實際制作一個終端和 2 個節(jié)點，終端能從節(jié)點獲取節(jié)點的環(huán)境 溫度和光照信息，并且節(jié)點能夠?qū)崿F(xiàn)中繼轉(zhuǎn)發(fā)的功能。整個系統(tǒng)采用無線調(diào)制 方式，收發(fā)都使用一個天線，終端發(fā)射信號時.將欲傳輸?shù)男畔⑼ㄟ^串口輸出的 電平控制本振的開斷從而實現(xiàn)無線調(diào)制，后級使用丙類功放發(fā)射，接收端節(jié)點 將天線上的信號進行放大，然后倍壓檢波，通過自適應(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 單片機作為終端和節(jié)點的主控芯片，光照探測山光敏電 阻來實現(xiàn)，溫度可由單片機內(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 口來控制天線的收發(fā)模式。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：ATmega16單片機 1602 液晶顯示 無線溫度傳感 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)計方案總體設(shè)計方案 .3 3 2.1 無線環(huán)境監(jiān)測方案論證 .3 2.2 無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)框圖 .3 第三章第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)硬件設(shè)計 .5 5 3.1 單片機最小系統(tǒng)電路設(shè)計 .5 3.1.1 單片機的選型 .5 3.1.2 ATmega16 性

4、能指標.5 3.1.3 ATmega16 的引腳 .5 3.1.4 ATmega16 最小系統(tǒng)電路設(shè)計 .6 3.2 顯示電路設(shè)計 .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 無線監(jiān)測電路設(shè)計 .9 3.3.1 DS18B20 無線溫度傳感器 .9 3.3.2 DS18B20 結(jié)構(gòu)框圖 .9 3.3.3 DS18B20 無線溫度傳感器與單片機的接口電路 .10 3.4 穩(wěn)壓電源電路設(shè)計 .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)計系統(tǒng)軟件設(shè)計 .1313 4.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計分析 .13 4.2 ADC 轉(zhuǎn)換程序設(shè)計 .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 參考文獻參考文獻 .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，隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，以及人們對于環(huán)境保護和 環(huán)境監(jiān)督提出的更高要求，越來越多的企業(yè)和機構(gòu)都致力于在環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中 應(yīng)用無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究。環(huán)境監(jiān)測是指通過對影響環(huán)境質(zhì)量因素的代表 值的測定，確定環(huán)境質(zhì)量(或污染程度)及其變化趨勢。隨

6、著科技的不斷進步， 特別是計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，環(huán)境檢測由經(jīng)典的化學(xué)分析向儀器 與計算機和網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方式，實現(xiàn)了無線環(huán)境的檢測。本文中設(shè)計了一個無 線環(huán)境檢測系統(tǒng).以 ATmega16 單片機為控制核心實際制作一個終端和 2 個節(jié)點， 終端能從節(jié)點獲取節(jié)點的環(huán)境溫度和光照信息，并且節(jié)點能夠?qū)崿F(xiàn)中繼轉(zhuǎn)發(fā)的 功能。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量分布的不同規(guī)格和功能的具有感知、計算和通信 能力的微型傳感器節(jié)點，通過自組織的方式構(gòu)成的一個以數(shù)據(jù)為中心的無線網(wǎng) 絡(luò)。大量傳感器節(jié)點通過相互之間的分工協(xié)作，可實時感知、監(jiān)測和采集分布 區(qū)域內(nèi)的監(jiān)測對象或周圍環(huán)境的信息。在國防安全、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、搶險救災(zāi)、防恐反恐、危險區(qū)域遠程控制等許 多領(lǐng)域都有著重要的科研價值和實用價值，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。 在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，對環(huán)境的溫度和光照等參數(shù)常常會提出一些特殊的要求， 甚至要求實現(xiàn)對溫度和光照的實時監(jiān)視和控制。 該無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)智能化程度高，可實現(xiàn)對周邊環(huán)境溫度和光照信息的 探測，并實時顯示數(shù)據(jù)，將采集到的數(shù)據(jù)進行保存和分析處理，每個探測節(jié)點 可與監(jiān)測終端進行無線傳輸。 第二章第二章 總體設(shè)計方案總體設(shè)計方案 2.12.1 無線環(huán)境監(jiān)測方案論證無線環(huán)境監(jiān)測方案論證 方案一： 由于本設(shè)計是環(huán)境監(jiān)測電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效 應(yīng)，在將隨被測溫

8、度變化的電壓或電流采集過來，進行 A/D 轉(zhuǎn)換后，就可以用 單片機進行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來，這種設(shè) 計需要用到 A/D 轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。 方案二： 考慮到用無線溫度傳感器，在單片機電路設(shè)計中，大多都是使用無線傳感 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溫度值，進行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設(shè)計要求。 從以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡單，軟件設(shè)計也 比較簡單，故采用了方案二。 2.22.2 無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)框圖無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)框圖 無線環(huán)境監(jiān)測總體設(shè)計方框圖如圖 21 所示，控制

9、器采用單片機 ATmega16，溫度傳感器采用 DS18B20，用 1602 來實現(xiàn)溫度顯示。在整個系統(tǒng) 的設(shè)計過程中，終點和節(jié)點都需要一個主控芯片進行處理。主芯片選用 ATmega16 系列單片機。在信號調(diào)制方面采用了無線傳感器調(diào)制方案。 初始化 調(diào)用顯示子程序 1S 到？ 初次上電 讀出溫度值溫度計算處理 顯示數(shù)據(jù)刷新 ADC 轉(zhuǎn)換開始命令 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)計系統(tǒng)硬件設(shè)計 3.13.1 單片機最小系統(tǒng)電路設(shè)計單片機最小系統(tǒng)電路設(shè)計 3.1.13.1.1 單片機的選型單片機的選型 ATmega16 作為溫度測試系統(tǒng)設(shè)計的核心器件。ATmega

10、16 是基于增強的 AVR RISC 結(jié)構(gòu)的低功耗 8 位 CMOS 微控制器。由于其先進的指令集以及單時 鐘周期指令執(zhí)行時間，ATmega16 的數(shù)據(jù)吞吐率高達 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 性能指標性能指標 （1）高性能、低功耗的 8 位 AVR 微處理器 （2）先進的 RISC 結(jié)構(gòu)：32 個 8 位通用工作寄存器 （3）非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲器：可以對鎖定位進行編程以實現(xiàn)用戶程序的加 密 （4） JTAG 接口：支持擴展的片內(nèi)調(diào)試功能 （5）外設(shè)特點：兩個具有獨立預(yù)分頻器和比較器功能的 8 位

11、定時器/計數(shù)器；兩 個可編程的串行 USART （6）特殊的處理器特點：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 模式以及擴展的 Standby 模式 （7）I/0 和封裝：32 個可編程的 I/0 口 （8）工作電壓： ATmega16L：2.7-5.5V；ATmega16：4.5-5.5V （9）速度等級 8MHz ATmega16L；0-16MHz ATmega16 （10） ATmega16L 在 1MHz，3V，25時的功耗 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)計最小系統(tǒng)電路設(shè)計 ATmega16 單片機的最小硬件系統(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，并且在熔絲位里可以設(shè)置復(fù)位時的額外時 間，故 AVR 外部的復(fù)位線路在上電路時，可以設(shè)計的很簡單：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：（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，將 Rrst(10K)電阻短路，讓 Crst 快速放電， 從而當下一次通電時，能產(chǎn)生有效的復(fù)位。在 AVR 單片機工作期間，按下 S- RST（復(fù)位按鈕）開關(guān)再松開時，將在復(fù)位腳產(chǎn)生一個低電位的復(fù)位脈沖信號， 觸發(fā) AVR 單片機復(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，內(nèi)置的畢竟是 RC 振蕩，在一些對時間參數(shù)要求較

14、高的場合，比如有 要使用 AVR 單片機的 UART 與其它的單片機系統(tǒng)或 PC 機通信時，為了實現(xiàn)高 速可靠的通信，就需要比較精確時鐘來產(chǎn)生精確的通信波特率，這時就要使用 精度高的片外晶體振蕩電路作為 AVR 單片機系統(tǒng)的工作時鐘。 3.23.2 顯示電路設(shè)計顯示電路設(shè)計 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，它有以下幾個優(yōu)點： （1）顯示質(zhì)量高：由于液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持那種 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。因 此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會閃爍。 （2）數(shù)字式接口：液晶顯示器是數(shù)字式的，和

15、單片機系統(tǒng)的接口更加簡單 可靠，操作更加方便。 （3）體積小、重量輕：通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來得到顯示 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 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。 表 3.1 引腳與功能 引引腳腳符符號號功功能能說說明明 1VSS 一般接地 2VDD 接電源（+5V） 3V0 液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最 高（對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個 10K 的電位器調(diào) 整對比度）。 4RS RS 為寄存器選擇，高電平 1 時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平 0 時選擇指令寄存 器。 5R/W R/W 為讀寫信號線，高電平(1)時進行讀操作，低電平(0)時進行寫操作。 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 電源負極 寄存器選擇控制表 ，由表 3.2 可見 表 3.2 寄存器選擇控制表 R RS SR R/ /W W 操作說明操作說明 00 寫入指令寄存器（

18、清除屏等） 01 讀 busy flag（DB7），以及讀取位址計數(shù)器（DB0DB6）值 10 寫入數(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 脈沖開始時初始化 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，LCD 將無法再處理其他的指 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 無線監(jiān)測電路設(shè)

19、計無線監(jiān)測電路設(shè)計 3.3.13.3.1 DS18B20DS18B20 無線溫度傳感器無線溫度傳感器 DS18B20 溫度傳感器是美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進型智 能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度， 并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn) 912 位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20 的性能特點如下： （1）多個 DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點組網(wǎng)功能； （2）無須外部器件； （3）可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為 3.05.5； （4）零待機功耗； （5）溫度以 9 或 12 位數(shù)字； （6）用戶可定義報警設(shè)置； （7）負電壓特

20、性，電源極性接反時，溫度計不會因發(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 有三個主要數(shù)字部件：1）64 位激光 ROM，2)溫度無線傳感器， 3）非易失性溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL。 表 3.3 DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換時間表 由表 3.3 可見，DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換的時間比較長，而且分辨率越高，所需 要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間越長。因此，在實際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)

21、換時間權(quán)衡 考慮。 當符號位 S=0 時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進制位轉(zhuǎn)換為 十進制；當符號位 S=1 時，表示測得的溫度值為負值，要先將補碼變成原碼， 再計算十進制數(shù)值。 DS18B20 的測溫原理是這樣的,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送給減法計數(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)生的信號作為減法計數(shù)器 2 的脈沖輸入。 器件中還有一個計數(shù)門，當計數(shù)門打開時，DS18B20 就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn) 生的時鐘脈沖進行計數(shù)進而完成溫度測量。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振 蕩器來決定，每次測量前，首先將55所對應(yīng)

22、的一個基數(shù)分別置入減法計數(shù) 器 1、溫度寄存器中，計數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在55所對應(yīng)的一個基數(shù) 值。 另外，由于 DS18B20 單線通信功能是分時完成的，它有嚴格的時隙概念， 因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對 DS18B20 的各種操作按協(xié)議進行。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)存儲器操作命令處 理數(shù)據(jù)。 R1R0 分辨率/位溫度最大轉(zhuǎn)向時間/ms 00993.75 0110187.5 1011375 1112750 3.3.33.3.3 DS18B20DS18B20 無線溫度傳感器與單片機的接口電路無線溫度傳感器與單片機的接口電路 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 DS18B20 的 1 腳接地，2 腳作為信號線，3 腳接電源。另一種是寄生電源供電方 式，如圖 3-6 所示單片機端口接單線總線，為保證在有效的 DS18B20 時鐘周期 內(nèi)提供足夠的電流，可用一個 MOSFET 管來完成對總線的上拉。 圖 3-6 DS18B20 與單片機的接口電路 當 DS18B20 處于寫存儲器操作和溫度 A/D 轉(zhuǎn)換操作時，總線上必須有強的 上拉，上拉開啟時間最大為 10us。采用寄生電源供電方式時 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)計穩(wěn)壓電源電路設(shè)計 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 電 路 基 準 電 壓 誤 差 放 大 短路保護 過熱保護 恒流源調(diào)整管安全 工作區(qū)保護 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 交流市電通過電源變壓器變換成交流低壓，再經(jīng)過橋式整流電路 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 兩端形成一個并不十分穩(wěn)定的直流電壓（該電壓常常會因為市電電壓的波 動或負載的變化等原因而發(fā)生變化） 。此直流電壓經(jīng)過 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 電路或單片機電路的電源。三端穩(wěn)壓器是一種標準化、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、 使用簡捷方便等特點，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)計系統(tǒng)軟件設(shè)計 4.14.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計分析系統(tǒng)軟件設(shè)計分析 利用無線傳感器對環(huán)境進行監(jiān)測，無線溫度傳感器是與 ATmega16 單片機 進行電路設(shè)計的無線傳感器。需要通過軟件設(shè)計與分析才能進行無線環(huán)境監(jiān)測。 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

27、責(zé)溫度的實時顯示、讀出并處理 DS18B20 的測量的當前溫 度值，溫度測量每 1s 進行一次。這樣可以在一秒之內(nèi)測量一次被測溫度。 4.24.2 ADCADC 轉(zhuǎn)換程序設(shè)計轉(zhuǎn)換程序設(shè)計 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令，當采用 12 位分辨率時轉(zhuǎn) 換時間約為 750ms，在本程序設(shè)計中采用 1s 顯示程序延時法等待轉(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 ROM 命令 發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令 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 返回值：無 */ void init_ADC(v

28、oid) ADMUX=0 x40;/內(nèi)部 5v 基準電源，ADC 轉(zhuǎn)換結(jié)果右對齊，單端輸入 ADC0 ADCSRA=0 xff;/ADC 使能，開始轉(zhuǎn)換，自動觸發(fā)，中斷標志，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 */ 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)顯示符號百 位數(shù)不顯示 百位數(shù)顯示數(shù)據(jù) （不顯示符號） 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)過將近一個月的單片機課程設(shè)計，終于完成了我的無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的 設(shè)計，雖然沒有完全達到設(shè)計要求，但從心底里說，還是高興的，通過自己的 努力完成畢業(yè)設(shè)計！ 在本次設(shè)計的過程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問題，雖然以前還做過這樣的設(shè)計但 這次設(shè)計真的讓我長進了

30、很多，單片機課程設(shè)計重點就在于軟件系統(tǒng)的設(shè)計， 需要有很巧妙的程序算法，雖然以前也有編寫過幾次程序，但我覺的寫好一個 程序并不是一件簡單的事，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。通過畢業(yè)設(shè)計論文 讓我更多的學(xué)會了去收集資料，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，更加豐富了我的大學(xué)生活。 從這次的課程設(shè)計中，我真真正正的意識到，在以后的學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián) 系實際，把我們所學(xué)的理論知識用到實際當中，學(xué)習(xí)單機片機更是如此，程序 的設(shè)計只有在經(jīng)常的寫與讀的過程中才能提高，硬件的操作只有一次次的試驗 才能成功，這就是我在這次課程設(shè)

31、計中的最大收獲。 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、嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、求實的 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)生營造的濃郁學(xué)術(shù)氛圍，以及學(xué)習(xí)、生活上的無 私幫助! 值此論文完成之際，謹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，回顧兩年多來的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，面對現(xiàn)在的收獲， 我感到無限欣慰。為此，我向熱心幫助過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閱論文和參加答辯的各位專家、教授! 參考文獻參考文獻 1.1.彭同明，徐學(xué)勤.單片機原理及應(yīng)用M.北京:中國電力出版社，2005 2.2.潘勇，孟慶斌.基于 DSl 8B20 的多點溫度測量系統(tǒng)設(shè)計電子量技術(shù)，2008 3.3.昂志截,金海紅.基于 ATmega16 的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的設(shè)計與通信實現(xiàn)J.現(xiàn) 代電子技術(shù)，2007 4.4.李文伸，段朝玉.短距離無線數(shù)據(jù)通信入門與實戰(zhàn)

33、M.北京:北京航空航天大 學(xué)出版社，2006 5.5.李朝青.單片機原理及接口技術(shù)（簡明修訂版）.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M.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2007 9.9. 夏繼強.單片機應(yīng)用設(shè)計培訓(xùn)教程實踐篇M.北京：北京航空航天大學(xué) 出版社，2008 10.10. 王毅.單片機器件應(yīng)用手冊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 1ms (3j+2)*i=(333+2)1

35、0=1010(微秒)，可以認為是 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，可以讀狀態(tài) RW_1; E_1; /E=1，才允許讀寫 _nop_(); /空操作 _nop_(); _nop_(); _nop_(); /空操作四個機器周期，給硬件反應(yīng)時間 result=PIND; /將忙碌標志電平賦給 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 同時為低電平時，可以寫入指 令 RW_0; E_0; /E 置低電平(根據(jù)表 8-6，寫指令時，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_(); /空操作兩個機器周期，給硬件反應(yīng)時間 PORTD=dictate; /將數(shù)據(jù)送入 P0 口，即寫入指令或地址 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); /空操作四個機器周期，給硬件反應(yīng)時間 E_1; /E 置高電平 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_

38、(); /空操作四個機器周期，給硬件反應(yīng)時間 E_0; /當 E 由高電平跳變成低電平時，液晶模塊 開始執(zhí)行命令 函數(shù)功能：初始化 ADC 入口參數(shù)：無 返回值：無 */ void init_ADC(void) ADMUX=0 x40;/內(nèi)部 5v 基準電源，ADC 轉(zhuǎn)換結(jié)果右對齊，單端輸入 ADC0 ADCSRA=0 xff;/ADC 使能，開始轉(zhuǎn)換，自動觸發(fā)，中斷標志，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 */ 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