基于单片机的温湿度采集管理系统毕业论文(编辑修改稿)

基于单片机的温湿度采集管理系统毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

天线构成天线输出模块，高频头输出模块包括数字输入、数字输出、 SPI 接口三部分构成，发射芯片采用 16Ｍ晶振提供系统时钟，工作电压为。 下面从 RF 外围一些模块做详细说明。 传感器 单片机 nRF905 无线收发 收发天线 外部时钟 6 图 4 nRF905 单片射频发射芯片硬件结构图 nRF905 天线 ANT1 和 ANT2 输 出脚给天线提供稳定的 RF 输出。 这两个脚必须连接到 VDD_PA 的直流通路。 或者通过 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 200700U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。 nRF905 频率调制 nRF905 的调制采用高斯频移键控（ GFSK），调制在 100kbps。 频率偏离在 KHz50。 高斯频移键控（ GFSK）调制教普通的频移键控在更宽的带宽传输连接有效。 数据在内部进行曼切斯特编码（ TX）和曼切斯特解码（ RX）。 就是说，有效地符号连接速率为 50kbps。 通过采用内部曼切斯特编解码，微控制器不需要制定编码解码规则。 nRF905 输出频率 nRF 905 的 RF 工作频率由配置寄存器中的 CH_NO 和 HFREQ_PLL 设置。 工作频率计算公式如下： M H zP L LH FR E QNOCHf op )_1(*)10/ 2 2(  当 HFREQ_PLL=“ 0”，通道频差为 100KHz，当 HFREQ_PLL=“ 1”， 通道频差为 200KHz，应用工作频率的选择必须使用 Shock 范围内，其具体的工作频率对应的设置如表 2。 7 表 2 nRF905 工作频率的设置表 工作频率 HFREQ_PLL CH_NO [0] [001001100] [0] [001101011] [0] [001101100] [0] [001111011] [1] [001010110] [1] [001110101] [1] [001110110] [1] [001111101] [1] [100011111] [1] [100100000] [1] [110011111] 高频头输出接口电路 nRF905 模块引出的高频头引出的管脚接口及实物图如图 5 所示。 图 5 nRF905 模块引出的高频头管脚接口及实物图 nRF905 模块各管脚说明如表 3，其中 VCC 脚接电压范围为 ~ 之间，不能在这个区间之外，超 过 将会烧毁模块，本系统采用。 除电源 VCC 和接地端，其余脚都可以直接和普通的 5V 单片机 IO 口直接相连，无需电平转换。 若硬件上没有 SPI 的单片机，可以用普通单片机 IO 口模拟 SPI，不需要单片机 SPI 模块介入，只需添加代码模拟 SPI 时序即可。 表 3 nRF905 高频头管脚说明图 管脚 名称 管脚功能 说明 1 VCC 电源 电源 +~ DC 2 TX_EN 数字输入 TX_EN= 1 TX 模式 TX_EN= 0 RX 模式 3 TRX_CE 数字输入 使能芯片发射或接收 4 PWR_UP 数字输入 芯片上电 5 uCLK 时钟输出 本模块该脚废弃不用，向后兼容 8 管脚 名称 管脚功能 说明 6 CD 数字输出 载波检测 7 AM 数字输出 地址匹配 8 DR 数字输出 接收或发射数据完成 9 MISO SPI 接口 SPI 输出 10 MOSI SPI 接口 SPI 输入 11 SCK SPI 时钟 SPI 时钟 12 CSN SPI 使能 SPI 使能 13 GND 地 接地 14 GND 地 接地 AT89S52 单片机 At89S52 单片机有 8K 字节在系统可编程 Flash 存储器、 1000 次擦写周期、全静态操作： 0Hz～ 33Hz、三级加密程序存储器 、 32 个可编程 I/O 口线 、 三个 16 位定时器 /计数器 、 八个中断源 、 全双工 UART串行通道 、 低功耗空闲和掉电模式 、 掉电后中断可唤醒、看门狗定时器 、 双数据指针、掉电标识符。 单片机外围电路首先由复位电路、晶振电路，使能信号置高构成最小系统，保证其正常运行，在 P0 口处，加上了 10K 的上拉电阻，并从 P0 口外接部分开关和发光二极管， nRF905 高频头的引脚与单片机相连，串口连接 MAX232 最终连接到主机串口， 连接温度传感器 dq 引脚，其具体的连接方式如图 6 所示。 图 6 单片机硬件连接原理图 9 单片机与 nRF905 通信 单片机与 nRF905 高频头通信模块是本系统中硬件电路的核心元件，由单片机的 I/O 口分别控制nRF905 模块状态连接口（ AM、 DR、 CD）、模式接口（ PWR_UP、 TRX_CE、 TX_EN）、和 SPI 接口（ CSN、SCK、 MIOS、 MOSI）。 其连接方式为如下表 4。 表 4 nRF905 和单片机连接方式 Nrf905 AT89S51 状态连接口 AM P1^5 DR P1^4 CD P1^6 模式接口 PWR_UP P1^2 TRX_CE P1^1 TX_EN P1^0 SPI 接口 CSN P3^4 SCK P3^3 MISO P1^7 MOSI P3^2 对于单片机，可以利用通用的 I/O 口模拟 ISP 接口进行通信。 nRF905 模块所有配置字都是通过模拟 SPI 接口送给 RF905。 模拟 SIP 接口的工作方式可通过 SPI 指令进行设置。 当 RF905 处于空闲模式或关机模式时， SPI 接口可以保持在工作状态。 1. SPI 接口 寄存器 SPI 接口由状态寄存器、射频配置寄存器、发送地址寄存器、发送数据寄存器和接收数据寄存器5 个寄存器组成。 状态寄存器包含数据准备好引脚状态信息和地址匹配引脚状态信息；射频配置寄存器包含收发器配置信息，如频率和输出功能等；发送地址寄存器包含接收机的地址和数据的字节数；发送数据寄存器包含待发送的数据包的信息，如字节数等；接收数据寄存器包含要接收的数据的字节数等信息。 SPI 接口由 5 个内部寄存器组成执行寄存器的回读模式来确认寄存器的内容。 SPI 接口只有在掉电模式和 Standby 模式是激活的。 其原理图如图 7。 各寄存器的作用如下： 10 E ND T AC L KS P I 接 口状 态 寄 存 器E ND T AC L KR F 配 置 寄 存 器E ND T AC L K发 送 地 址E ND T AC L K发 送 有 效 数 据E ND T AC L K接 收 有 效 数 据M I S OM O S IS C KC S N 图 7 SPI 寄存器内部原理图 （ 1） 状态寄存器：包含数据就绪 DR 和地址匹配 AM 状态。 （ 2） RF 配置寄存器：包含收发器的频率，输出功率等配置信息。 （ 3）发送地址：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：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：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。 2. SPI 接口工作时序 SPI 读写时序原理图如图 8 图 9， nRF905 与单片机模拟 SPI 接口通信，对 nRF905 进行读、写操作时 , 通过 CSN 的由高到低的跳变来使能 nRF905。 nRF905 内置完整的通信协议 , 软件设计主要集中在实现对 nRF905 模块的有效初始配置 , 以及 MCU 与 nRF905 模块之间 SPI 通信的实现。 其中须保证MCU 与 nRF905 模块时序的一致 , 并充分考虑 nRF905 模块对时序的要求。 图 8 SPI 读时序操作 11 图 9 SPI 读时序操作 单片机与主机通信 单片机与 PC 机通信是通过串口 TXD、 RXD 完成，其中包含了 TTL 电平与 RS232 电平之间的转换，本系统中，采用 MAX232 芯片用来做电平转换。 MAX232 芯片是美信公司专门为电脑的 RS232 标准串口设计的接口电路 ,使用 +5v 单电源供电，其硬件原理图如图 10。 MAX232 内部结构包括三个部分：电荷泵电路、数据转换通道、供电。 （ 1）电荷泵电路由 6 脚和 4 只电容构成。 功能是产生 +12v 和 12v 两个电源，提供给 RS232 串口电平的需要。 （ 2） 数据转换通道由 1 1 1 14 脚构成两个数据通道。 其中 13 脚（ R1IN）、12 脚（ R1OUT）、 11 脚（ T1IN）、 14 脚（ T1OUT）为第一数据通道。 8 脚（ R2IN）、 9 脚（ R2OUT）、 10脚（ T2IN）、 7 脚（ T2OUT）为第二数据通道。 TTL/CMOS 数据从 T1IN、 T2IN 输入转换成 RS232 数据从 T1OUT、 T2OUT 送到电脑 DP9 插头； DP9 插头的 RS232 数据从 R1IN、 R2IN 输入转换成 TTL/CMOS数据后从 R1OUT、 R2OUT 输出。 （ 3）供电， 15 脚 DNG、 16 脚 VCC 使用 5V 电压供电。 图 10 MAX232 电平转换硬件原理图 12 单片机程序下载模块 ATMEGA16 单片机支持在线编程，因此只需将单片机的对应引脚与 ISP 下载器相连即可完成单片机的在线编程。 本文使用的 ISP 下载器的引脚定义如图 11 所示。 如果用编程器烧写单片机的程序存储器，每修改一次程序就要拔下芯片编程后在插入系统中运行，这样不但麻烦，而且很容易对芯片和电路板造成损伤。 M O S I 1N C 3R S T 5S C K 7M I S O 92 V C C4 G N D 6 G N D8 G N D1 0 G N D 图 11 ISP 下载接口电路图 DS18B20 温度传感器 温度传感器概述 温度传感器选择 新一代产品中性能最好的 DS18B20， 测量温度范围为 55176。 C~+125176。 C，在 10~+85176。 C范围内 ,精度为 177。 176。 C。 现场温度直接以 “一线总线 ”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。 适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。 与前一代产品不同，新的产品支持 3V~ 的电压范围，使系统设计更灵活、方便。 而且新一代产品更便宜，体积更小。 其封装图如图 12,共有 PR35 和 SOSI 两种封装方式，本系 统采用 PR35 封装。 D S 1 8 B 2 01 2 3 G N D I/O U D OP R 3 5 封 装I O 1G N D 2N C 3N C 48 V C C7 N C6 N C5 N CS O S I 封 装 图 12 DS18B20 PR35和 SOSI 封装 温度传感器构成及原理 DS18B20 内部结构主要由 三部分构成 ： 64 位 激光 ROM、温度传感器、 非易失性温度警告触发器TH 和 TL。 器件从单线的通信线取得其电源，在信号线为高电平的时间周期内，把能量贮存在内部的电容器中，在单信号线为低电平的时间期内断开此电源，直到信号线变为高电平重新接上寄生（电容）电源为止。 作为另一种可供选择的方法 DS18B20 也可以用外部 5V 电源供电。 图 13 中所示的是 13 DS18B20 内部方框图。 6 4 位 激 光 R O M单 线 接 口D QV C CG N D存 储 器控 制 操 作高 速 缓 冲 区8 b i t C R C生 成高 温 触 发 器温 度 传 感 器低 温 触 发 器 图 13 DS18B20 原理结构图 与 DS18B20 的通信经过一个单线接口。 在单线接口情况下，在 ROM 操作未定建立之前不能使用存储器和控制操作，主机必须首先提供五种 ROM 操作命令之一： Read ROM、 Match ROM、 Search ROM、 Skip ROM、 Ala。