无线温度采集系统设计图文.docx

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无线温度采集系统设计图文

邮电与信息工程学院

现代测控技术综合实验课程设计

题目无线温度采集系统设计专业班级

09测控技术及仪器01班

学号0941050120姓名吴双优指导教师李国平学院名称

邮电与信息工程学院

2012年7月3日

多路无线温度采集系统可被广泛应用于温度测量或相应的可转换为温度量或供电故障监控的工业、农业、环保、服务业、安全监控等工程中，例如：

城市路灯故障检测和供电线路防盗监视、城市居民小区供热检测、大型仓库温度检测、工业生产测控、农业生产温度测控、环保工程、故障监控工程等。

考虑到许多工业环境中对多点温度进行监控，一般需要测量几十个点以上。

本文设计多路无线温度监控系统。

本设计是以Atmel公司的AT89S52单片机作为控制核心，提出以DS18B20的单总线分布式温度采集与控制系统。

多个温度传感节点通过单总线与单片机相连形成分布式系统。

控制器通过温度传感器实时检测各节点的温度变化，并在12864液晶显示屏上循环显示各节点温度的变化。

通过串口将检测到的温度信息回馈到上位机（PC机），从而远程实现对整个系统的检测。

Manypathswirelesstemperaturegatheringsystemcanbewidelyusedintemperaturemeasurementorcorrespondingconvertiblefortemperaturequantityorpowersupplyfaultmonitoringofindustrial,agricultural,environmentalprotection,service,safetymonitoringprojects,forexample:

thecitystreetlampfaultdetectionandpowersupplyline,urbancommunitiestoguardagainsttheftsurveillanceheatingdetection,largewarehousetemperaturedetection,industrialproductionandcontrol,temperaturemeasurementandcontrol,environmentalprotectionagriculturalproductionengineering,faultmonitoringproject,etc.Giventhatmanyindustrialenvironmentofthemulti-pointmonitortemperature,generallyneedtomeasuredozensofpointabove.Inthispaperthedesignandwirelesstemperaturemeasurementandcontrolsystem.

ThisdesignistheAtmelcompanyAT89S52SCMascontrolcore,offeredtosinglebuschipDS18B20distributedtemperaturegatheringandcontrolsystem.Multipletemperaturesensornodesconnectedthroughasinglebusandsinglechipformedadistributedsystem.Controllerthroughthetemperaturesensorreal-timedetectionofeachnodetemperaturechange,andin12864theLCDscreencirculationshowseverynodetemperaturechanges.ThroughaserialportwilldetecttemperatureinformationfeedbacktothePC（PC,soastorealizetheremotetothewholesystemdetection.

总体方案设计：

1、整体结构：

系统由4个节点，控制器，上位机构成。

节点：

温度传感器DS18B20，单片机MSP430F1232，无线接收模块NRF905，

两个CMOS开关，1个高能电池。

控制器：

液晶显示器12864，单片机AT89S52,有线通讯模块NRF905，电源

（220V转为5V）,无线通讯模块MAX232和MAX485，按键开关。

上位机：

PC机（labview编程）。

2、重要元器件简介

2.1DS18B20简介

温度芯片DS18B20是Dallas公司生产的一线式数字温度传感器，具有3

图2.1-1DS18B20方框图

DS18B20有4个主要的数据部件：

1、64位激光ROM。

64位激光ROM从高位到低位依次为8位CRC、48位序列号和8位家族代码（28H组成。

2、温度灵敏元件。

3、非易失性温度报警触发器TH和TL。

可通过软件写入用户报警上下限值。

4、配置寄存器。

配置寄存器为高速暂存存储器中的第五个字节。

其中R0、R1：

温度计分辨率设置位，其对应四种分辨率如下表所列，出厂时R0、R1置为缺省值：

R0=1，R1=1（即12位分辨率），用户可根据需要改写配置寄存器以获得合适的分辨率。

表2.1-1分辨率关系表

表2.1-2DS18B20存储器

2.2MSP430F1232单片机的简介：

MSP430系列单片机是TI公司推出的功能强大的超低功耗16位混合信号处理器。

该系列单片机以其极低的功耗、强大的处理能力、丰富的片上外围模块、方便高效的开发方式等特点，被广泛应用于便携式仪表、智能传感器、实用检测仪器、电机控制等领域。

为了最大限度地利用单片机端口和片内外设并降低设计

成本，本设计选用MSP430F1232，该单片机有3个并行端口，一个RS485串行通讯口，同时内置10位AD采样器，可完全满足温湿度采样的精度要求。

2.3NRF905无线收发模块的简介：

NRF905单片无线收发器是Nordic公司推出的单片射频发射器芯片，工作电压为1.9-3.6V，32引脚QFN封装（5mm×5mm），工作于433/868/915MHz3个ISM频道。

NRF905的所有配置都通过SPI接口进行。

SPI接口由5个寄存器组成，一条SPI指令用来决定进行什么操作。

SPI接口只有在掉电模式和Standby模式是激活的。

1）状态寄存器（Status-Register）寄存器包含数据就绪DR和地址匹配

AM状态。

2）RF配置寄存器（RF-ConfigurationRegister）寄存器包含收发器的频率、输出功率等配置信息。

3）发送地址（TX-Address）寄存器包含目标器件地址，字节长度由配置寄存器设置。

4）发送有效数据（TX-Payload）寄存器包含发送的有效ShockBurst数据包数据，字节长度由配置寄存器设置。

5）接收有效数据（RX-Payload）寄存器包含接收到的有效ShockBurst数据包数据，字节长度由配置寄存器设置。

在寄存器中的有效数据由数据准备就绪DR指示。

该接口由PWR、TRX_CE、TX_EN组成控制由nRF905组成的高频头的四种工

作模式：

掉电和SPI编程模式；待机和SPI编程模式；发射模式；接收模式。

2）SPI接口：

SPI接口由CSN、SCK、MOSI以及MISO组成。

在配置模式下单片机通过SPI

接口配置高频头的工作参数；在发射/接收模式下单片机SPI接口发送和接收数据。

3）状态输出接口：

提供载波检测输出CD，地址匹配输出AM，数据就绪输出DR。

为了实现晶体振荡器低功耗和快速启动时间的解决方案,推荐使用低值晶体

负载电容。

指定CL=12pF是可以接受的。

但是，也可能增大到16pF。

指定一个晶体并行相等电容,Co=1.5pF也是很好的，但这样一来会增加晶体自身成本。

典型的设定晶体电容Co=1.5pF，指定Co_max=7.0pF。

2）外部参考时钟

一个外部参考时钟如MCU时钟，可以用来代替晶体震荡器。

这个时钟信号应

该直接连接到XC1引脚，XC2引脚为高阻态。

当使用外部时钟代替晶体时钟工作时，始终必须工作在Standby模式以降低电流消耗。

如果器件被设置成Standby模式而没有使用外部时钟或晶体时钟，则电流消耗最大可达1mA。

3）微处理器输出时钟

在默认情况下，微处理器提供输出时钟。

在Standby模式下提供输出时钟将

增加电流消耗。

在Standby模式电流消耗取决于频率和外部晶体负载、输出时钟的频率和提供输出时钟的电容负载。

4）天线输出

ANT1和ANT2输出脚给天线提供稳定的RF输出。

这两个脚必须有连接到VDD_PA的直流通路，通过RF扼流圈，或者通过天线双极的中心点。

在ANT1和ANT2之间的负载阻抗应该在200-700Ω范围内，通过简单的匹配网络或RF变压器（不平衡变压器）可以获得较低的阻抗。

2.4

12864液晶的简介：

12864是128*64点阵液晶模块的点阵数简称。

液晶屏类型：

STNFSTN。

模块显示效果：

黄绿底黑字蓝底白字白底黑字。

视角：

6点钟，12点钟。

驱动方式：

1/64DUTY1/9BIAS。

背光：

LED白色，LED黄绿色。

控制器：

KS0108或兼容ST7920T6963C。

数据总线：

8位并口/6800，方式为串口。

工作温度：

-20℃～+70℃。

储藏温度：

-30℃～+80℃。

点阵格式128x64。

2.5单片机AT89S52的简介:

如图2.5-1所示为AT89S52芯片的引脚图。

兼容标准MCS-51指令系统的AT89S52单片机是一个低功耗、高性能CHMOS的单片机，片内含4KB在线可编程Flash存储器的单片机。

它与通用80C51系列单片机的指令系统和引脚兼容。

AT89S52单片机片内的Flash可允许在线重新编程，也可用通用非易失性存储编程器编程；片内数据存储器内含128字节的RAM；有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口;具有两个16位可编程定时器；中断系统是具有6

个中断源、5个中断矢量、2级中断优先级的中断结构；震荡器频率0到33MHZ，因此我们在此选用12MHZ的晶振是比较合理的；具有片内看门狗定时器；具有断电标志POF等等。

AT89S51具有PDIP、TQFP和PLCC三种封装形式[8]。

图2.5-1AT89S52引脚图

上图就是PDIP封装的引脚排列，下面介绍各引脚的功能。

P0口：

8位、开漏级、双向I/O口。

P0口可作为通用I/O口，但须外接上拉电阻；作为输出口，每各引脚可吸收8各TTL的灌电流。

作为输入时，首先应将引脚置1。

P0也可用做访问外部程序存储器和数据存储器时的低8位地址/数据总线的复用线。

在该模式下，P0口含有内部上拉电阻。

在FLASH编程时，P0口接收代码字节数据；在编程效验时，P0口输出代码字节数据（需要外接上拉电阻。

P1口：

8位、双向I/0口，内部含有上拉电阻。

P1口可作普通I/O口。

输出缓冲器可驱动