基于51单片机粮库无线温度监测系统的设计.docx

1、基于51单片机粮库无线温度监测系统的设计 科技学院2013届本科毕业论文 基于51单片机粮库无线温度监测系统 的设计与实现 专 业： 通信工程 * * 学生学号： * 中国贵州贵阳2013年5月 基于51单片机粮库无线温度监测系统的设计与实现摘要粮食是国家的战略物质，是人民的生活必需品。粮食安全是国家安全的基础。然而，我国粮食霉变事故时有发生，造成巨大的粮食浪费，危害国家粮食安全。为此，本文设计和构建了粮食仓库温度监测系统，主要用于实时监测粮食仓库中各个粮仓的温度。方便粮库管理人员掌控粮情，做好防范措施，防止粮食安全事故的发生。本文首先从理论上论述了温度监测的重要意义，讨论了粮食仓库中温度的允

2、许变化范围，探讨了测量粮食仓库温度的原理和方法。在此基础上，进行了粮食仓库温度无线监测系统的设计和研制。此系统用51单片机、温度传感器和无线发送模块构成温度检测与发送装置 ；用51单片机、LCD显示装置和无线发送模块构成温度接收与显示装置；用语音芯片构成定时报温与超温报警装置。实现温度信号的无线传输、对仓库内多个点的温度进行实时监测和语音报温报警。其设计指标：温度检测范围为 -40至60，温度检测误差=0.5。温度控制目标范围为-10至30，控制点的间隔为1，超过目标范围时自动报警，以方便管理人员对温度的把握与控制。此系统采用了无线射频技术，有效距离达到200米，完全可以满足中小型粮食仓库的温

3、度监测。关键词：粮库；温度多点监测；无线传输；51单片机 Design and Implementation of Grain Depot Wireless Temperature Monitoring System Based on 51 MCUAbstractFood is the national strategic materials and the daily necessities of the people.So food security is the foundation of national security.However,our country grain-milde

4、wing accidents occur frequently, causing huge waste, endangering national food security.To this end, this paper design and build the grain depot temperature monitoring system, mainly used for real-time monitoring the granary of the temperature in the grain warehouse.In order to control the grain sit

5、uation, complete the prevention measures, and prevent food safety accidents.This paper first theoretically discusses the importance of temperature monitoring and discuss the allowed range of food warehouse temperature.Meanwhile,The paper discusses the principle and method of measuring grain warehous

6、e temperature.On this basis, the paper begin to design and implement the wireless temperature monitoring system of the grain warehouse.This system uses microcomputer, temperature sensor and wireless sending module to constitute temperature detection and sending device;uses microcomputer, LCD display

7、 and wireless sending module to constitute temperature receiving and display device;uses voice chip to constitute temperature-voiced and over temperature alarm device.Finally, the system realizes the temperature signal wireless transmission, real-time monitoring of multiple points temperature,temper

8、ature-voiced and over temperature alarm.The design indexes: temperature detection range for - 40 to 60 and the temperature detection error 2 米，9600bps可靠传输距离大于 100m(BER=10-3/9600bps)；1200bps传输距离最大可达 200m(BER=10-3/1200bps)。此外，RF1100-232支持透明数据传输,提供透明的数据接口，能适应任何标准或非标准的用户协议。自动过滤掉空中产生的假数据，使用简单无需编程，大大方便应用。

9、综合比较方案一与方案二，方案二具有抗干扰能力强、误码率低、使用简单无需编程等优点，所以选择方案二。 图2.4 RF1100-232外形2.3 语音芯片的选型 方案一： 采用ISD1420，如图2.5所示，其单片录放时间为20秒，音质较好。选址处理达160段信息，EEPROM可重复擦写。单电源供电，典型电压+5V，电路断电后语音内容不会丢失。其控制方式：并口或按键。ISD1420模块芯片采用CMOS技术，内含振荡器、话筒前置放大、自动增益控制、防混淆滤波器、平滑滤波器、扬声器驱动及 EEPROM 阵列。其外围元件简单，需少量阻容元件、麦克风即可组成一个完整录放系统；操作简单，无需专用编程器及语音

10、开发器。它的采样频率从5.3、6.4到8.0KHz，对音质有轻微影响。此外，ISD1420的稳定性较差，价格稍贵。 图2.5 ISD1420外形方案二：采用ISD1760，如图2.6所示，其单片录放时间40120秒，音质好。可利用震荡电阻来自定芯片的采样频率，来决定芯片的录放间和录放音质。其控制方式：按键模式和MCU串行控制模式(SPI协议) 。该芯片提供多项新功能，包括内置专利的多信息管理系统，新信息提示,双运作模式，以及可定制的信息操作指示音。芯片内部包含有自动增益控制、麦克风前置扩大器、扬声器驱动线路、振荡器与内存等的全方位整合系统功能。ISD1760的独立按键工作模式录放电路非常简单，

11、而且功能强大，不仅有录、放功能，还有快进、擦除、音量控制、直通放音和复位等功能。这些功能仅仅通过按键就可完成。同时，它具有电压范围宽，稳定性好，工作状态提示丰富多样，可处理多达 255 段以上信息，宽价廉物美，应用灵活等优点。综合比较方案一与方案二，方案二更适合本系统设计的要求。 图2.6 ISD1760外形2.4 显示模块的选型 方案一：采用LED数码管，如图2.7所示，它是设备常用简易显示电子元器件之一。LED数码管的主要优点如下：(1)能在低电压、小电流条件下驱动发光，能与CMOS、ITL电路兼容。(2)发光响应时间极短，高频特性好，单色性好，亮度高。(3)体积小，重量轻，抗冲击性能好。

12、(4)寿命长，使用寿命在10万小时以上，甚至可达100万小时。（5）成本低，使用简单方便。然而，LED也有缺点的：（1）其散热性能稍差（2）用单片机控制时需要配置恒流驱动芯片（3）容易出现光衰甚至“死灯”现象。（4）只能显示数字，而不能显示简单的字符。基于上述特点，LED数码管常用于设备简易的数字显示中。 图2.7 LED数码管外形 方案二：采用LCD 1602A，如图2.8所示，其为标准型16X2液晶显示字符模块。LCD 1602A的特点如下：（1）机身薄，节省空间：与比较笨重的CRT显示器相比，液晶显示器只要前者三分之一的空间。（2）省电，不产生高温：属于低耗电产品，可以做到完全不发烫，相

13、对与CRT显示器，因显像技术不可避免产生高温。（3）无辐射，益健康：液晶显示器完全无辐射，这对于整天在电脑前工作的人来说是一个福音。（4）画面柔和不伤眼：不同于CRT技术，液晶显示器画面不会闪烁，可以减少显示器对眼睛的伤害，眼睛不容易疲劳。LCD 1602A能现显示简单的字符。其也存在缺点，如价格较贵，可视角度小，反应时间较慢等。综合比较方案一与方案二，数码管作为温度检测的显示，LCD1602A 作为温度接收的显示。 图2.8 LCD1602A外形 第三章 MCS-51单片机的结构与原理简介作为单片机市场的主流产品，51系列单片机具有省电耐用、可多次编程、性能稳定、物美价廉等优点，所以选择MC

14、S-51单片机作为此温度监测系统的控制核心 。本章将对其结构及原理进行简要的介绍。 3.1 MCS-51单片机的内部结构3.1.1 MCS-51单片机的组成MCS-51单片机是在一块芯片上集成CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和I/O口等基本功能部件。单片机内部包含以下几个部件： （1）一个8位CPU （2）一个片内振荡器及时钟电路 （3）4 KB ROM程序存储器 （4）128 B RAM数据存储器 （5）两个16位定时器/计算器 （6）可寻址64 KB外部数据存储器和64 KB外部程序存储器空间的控制电路 （7）32条可编程的I/0线 （8）一个可编程全双工串行接口 （9）具有5个中断

15、源、两个优先级嵌套中断结构3.1.2 CPU CPU是单片机的核心部件，它由运算器和控制器等部件组成。1）运算器运算器的功能是进行算述运算和逻辑运算。可以对半字节、单字节等数据进行操作。例如能完成加、减、乘、除、BCD码十进制调整等操作。此外，8051运算器还包含有一个布尔处理器，用来处理位操作。2）程序计数器PC程序计数器PC用来存放即将要执行的指令地址，共16位，可对64KB的程序存储器直接寻址。执行指令时，PC内容的低8位P0口输出，高8位经P2口输出。3）指令寄存器指令寄存器中存放指令代码。CPU执行指令时，由程序存储器中读取的指令代码送入指令寄存器，经译码后由定时与控制电路发出相应的

16、控制信号，完成指令功能2。4）定时与控制部件 （1）时钟电路8051片内设有一个由反向放大器所构成的振荡电路，XTAL1和XTAL2分别振荡电路的输入和输出端，时钟可以由内部方式产生。内部方式时钟电路如图3.1所示。外部方式的时钟很少用，若要用时，只要将XTAL1接地，XTAL2接外部振荡器即可。 图3.1内部方式时钟电路 （2）时序MCS-51典型的指令周期为一个机器周期，一个机器周期由6个状态个振荡周期组成。每个状态又被分成两个时相进行。如图3.2所示，为8051单片机的取指令和执行指令的定时关系。 图3.2 8051时序3.2 MCS-51单片机外部结构3.2.1 MCS-51单片机引脚

17、功能 MCS单片机都采用40引脚的双列直插封装方式，其引脚功能如下：1）主电源引脚VSS和VCCVSS接地；VCC正常操作时为+5V电源。2）外接晶振引脚XTAL1和XTAL2XTAL1内部振荡电路反相放大器的输入端，是外接晶体的一个引脚。当采用外部振荡器时，此引脚接地。XTAL2内部振荡电路反相放大器的输出端。是外接晶体的另一端。当采用外部振荡器时，此引脚接外部振荡源。3）控制或与其他电源利用引脚RST/VPD，ALE/PROG，PSEN和EA/VPP（1）RST/VPD 当振荡器运行时，在此引脚上出现两个机器周期的高电平，将使单片机复位。在VCC掉电期间，在引脚可接上备用电源，由VPD向内

18、部提供备用电源，以保持内部RAM中的数据。（2）ALE/PROG正常操作时为ALE功能提供把地址的低字节锁存到外部锁存器，ALE引脚以不变的频率周期性地发出正脉冲信号。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。（3）PSEN外部程序存储器读选通信号输出端，在从外部程序存储器取指令或数据期间，PSEN在每个机器周期内两次有效。（4）EA/VPPEA/VPP为内部程序存储器和外部程序存储器选择端。当EA/VPP为高电平时，访问内部程序存储器；当EA/VPP为低电平时，访问外部程序存储器。4）输入输出引脚P0.0P0.7，P1.0P1.7，P2.0P2.7，P3.0P3.7P0口（P0.0P0.

19、7）是一个8位漏极开路型双向I/O口，在访问外部存储器时，它分时传送低字节地址和数据总线，P0口以吸收电流的方式驱动8个LSTTL负载。P1口（P1.0P1.7）是一个带有内部提升电阻的8位准双向I/O口。能驱动4个LSTTL负载。P2口（P2.0P2.7）是一个带有内部提升电阻的8位准双向I/O口，在访问外部存储器时，它输出高8位地址。P2口可以驱动4个LSTTL负载。P3口（P3.0P3.7）是一个带有内部提升电阻的8位准双向I/O口。能驱动4个LSTTL负载。3.2.2 复位和复位电路在单片机系统中，复位电路是非常关键的，当程序跑飞或死机时，就需要进行复位。MCS-5l 系列单片机的复位

20、引脚RST 出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。MCS-51单片机的复位电路如图3.3所示： 图3.3开关复位电路在RESET（图中表示为RST）输入端出现高电平时实现复位和初始化。复位后，各内部寄存器状态如表3.1所示： 表3.1内部寄存器初始状态寄存器内容寄存器内容PC0000HTMOP00HACC00HTCON00HB00HTH00HPSW00HTL00HSP07HTH00HDPTR0000HTL00HP0P30FFHSCON00HIP00000SBUF不定IE000000PCON03.3 MCS-51单片机的定时器/计数器3.3.1定时器/计数器的结构 1） 特殊功能寄存器TMOD特殊功能寄存器TMOD为定时器的方式控制寄存器，寄存器中每位的定义如图3.4所示。其中M1、M0用来确定所选的工作方式，如表3.2所示：D7D6D5D6D3D2D1D0T1方式控制字GATEC/TM1M0T0方式控制字GATEC/TM1M