基于单片机与PC机的远程温度监控系统.doc

基于单片机与PC机的远程温度监控系统(完整资料）
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１.本文设计的一种温度控制系统，用STC89Ｃ５2单片机作为温控器,选用ＤS１８B２０数字温度传感器,可任意设置上下限报警温度,采用数码管实时显示温度，通过串口利用单片机与上位机的通信,对库房温度采集并进行控制。

4.2． 具体内容及要求
1. 　内容及要求:
研究基于单片机的远程温度监控系统，可以在ＰＣ机端实时监控系统温度,并根据当前的温度值对单片机系统进行控制。利用VB/VC／ＤＥLPHI编制PC示例程序。
2. 主要技术指标:
(1）、温度测量范围０—7０℃；
（２)、可以设置温度报警的上、下限;
(3）、提供PC机通讯接口；
（４）、ＰＣ机软件实现对温度数据分析、统计和处理；
(5)远程传输距离为１KＭ

４。３、系统总体方案设计
4。3。1、设计方案论证
方案一
由于本设计是测温电路,可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后,就可以用单片机进行数据的处理,在显示电路上,就可以将被测温度显示出来,这种设计需要用到Ａ/D转换电路,其中还涉及到电阻与温度的对应值的计算，感温电路比较麻烦。而且在对采集的信号进行放大时容易受温度的影响出现较大的偏差.
方案二　
进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器ＤS1８B20,此传感器,可以很容易直接读取被测温度值,进行转换，电路简单，精度高，软硬件都以实现，而且使用单片机的接口便于系统的再扩展,满足设计要求。
从以上两种方案,很容易看出，采用方案二，电路比较简单，费用较低,可靠性高，软件设计也比较简单，故采用了方案二。
4。3。2、系统总体构成图如下：
89C52
MAX232电平转换
PC机
键盘电路
DS18B20温度传感器
数码管显示
蜂鸣器报警
晶振电路
下限LED灯
上限LED灯

4。3。3、硬件设计：
控制部分的选择较多,但是作为温度计，在成本上最合适的是单片机,对于题目要求的控制能力也能胜任,利用ＳTC89S5２自身强大的功能和优异的可扩展性，配上电路实验箱、四位一体数码管和按键等少量外围电路，就能搭建合适本次实验的小系统。从而大大缩短设计流程，把设计的重点放在温度探测单元,串行通信协议两个部分。
现在PC机提供的CＯM１、COM2是采用RS-２32接口标准的。而ＲS—２３2是用正负电压来表示逻辑状态,与TTL以高低电平来表示逻辑状态的规定不同。因此,为了能够同计算机借口或终端的TTL器件（如单片机）连接，必须在RＳ-2３２与ＴTL电路之间进行电平和逻辑关系的变换,变换电路选用有德州仪器公司(TＬ）推出的一款兼容RS—２３2标准的芯片ＭAＸ23２。该器件包含２个驱动器、2个接收器和一个电压发生器电路提供TIA/EIA—232-F电平转换成5V　TTL/CMOS电平。每一个发送器将TTＬ/CＭOS电平转换成TIA／EIA—23２—F电平。
4。３。4、软件设计
①单片机软件设计
单片机程序由主程序和中断子程序组成的。主程序负责对来自上位机的命令进行解析并执行读温度值、存储温度值、输出控制等等,中断服务程序只负责单片机和上位机之间的数据发送与接收。
②上位机程序设计
由单片机采集的各个库房实时温度,通过ＭAＸ232传输到上位机PC,利用在VISUAＬ ＢＡSIC 6。０的通信控件ＭＳＣOMM 属性设置和事件响应的基础上，实现与单片机串行通信,在上位机中，完成报警温度设置、温度传感器6４位激光ＲＯM读取并显示、实时温度数据显示、数据存储、曲线绘制、历史数据查询等.

４.４、系统各个模块设计：
4.４.1单片机最小系统
1、STＣ89C52单片机管脚图如下:

2、各引脚功能：
(1) XTＡＬ１（１9脚)；XTＡL2(18脚）--—－外接时钟引脚.ＸＴAL1为片内振荡电路的输入电源和时钟引脚．VCC（4０脚)GND（20脚）常压为+5Ｖ,低压为+3.3V。
(2) 端。　XTＡL2为片内振荡电路的输出端,8051的时钟有两种方式，一种是片内振荡方式，需要在这两个引脚接石英晶体和振荡电容,　振荡电容的值一般选择为1０P~~3０Ｐ.另一种外部时钟方式即ＸTAL１接地,外部时钟信号从XTＡL2脚输入。
(3) RSＴ（9脚）-—-单片机的复位引脚。
P0口(３9脚～～3２脚）—双向８位I/O口,每个口可以独立控制.５１单片机PＯ口内部没有上拉电阻,为高阻状态,所以不能正常的输出高低电平，因此该组Ｉ/Ｏ口在使用的时候务必要接上拉电阻，一般我们采用接入１0K的上拉电阻。
P1口（1脚～8脚)－--准双向8位Ｉ/O口.每个口可以独立操作控制，内带上拉电阻，这种接口输出没有高阻状态,输入也不能锁存,固然不是真正的双向I/Ｏ口，之所以称它为” 准双向"是因为该口在作为输入使用前要先向该口进行写一操作，然后单片机内部才可以正确读出外部信号,也就是要使其先要有个准备过程，所以才称准双向口。对5２单片机的P1。０引脚的第二功能为T２定时器的外部输入，Ｐ1。1引脚的第二功能为Ｔ２EX捕捉，重装触发,即T2的外部控制器。
P2口（21脚～～28脚)—-—准双向８位I/O口，每个口都可以独立操作控制,内带上拉电阻,与Ｐ1口相似.
P３口(10脚～~１７脚)—－--准双向８位Ｉ/O口，每个口可以独立操作控制，内带上拉电阻,作为第一功能使用时就当作普通I/O口，与P1口相似。作为第二功能使用时，各引脚的定义如表：值得强调的是，P3口的每一个引脚均可以独立定义为第一功能的输入/输出或第二功能
P3口引脚第二功能定义
标号
引脚
第二功能
说明
P３.0
１0
RXD
串行输入口
P3。1
1１
TXD
串行输出口
P3.2
１２
/IＮTO
外部中断0
Ｐ3。3
13
/INT１
外部中断１
P3．4
14
T０
定时器/计数器0外部输入口
P3．５
15
T1
定时器/计数器1外部输入口
P3。６
１6
/WE
外部数据存储器写脉冲
P3。7
1７
/RD
外部数据存储器读脉冲

３、单片机最小系统

其中：
A、复位电路
单片机上电时，当振荡器正在运行时，只要持续给出RST引脚连个机器周期的高电平,便可完成系统复位。外部复位电路是为内部复位电路提供两个机器周期以上的电平而设计的.系统采用上电自动复位，上电瞬间电容器上的电压不能突变，RST上的电压是VCC上的电压与电容器上的电压之差，因而RST上的电压与VCＣ上的电压相同。随着充电的进行，电容器上的电压不断上升，RST上的　电压就随着下降，ＲST脚上只要保持10MS以上高电平，系统就会有效复位。电容C可取1０～33UF，电阻R可取1。2~１0KΩ.在本系统设计中，Ｃ取10UF,Ｒ取10ＫΩ.
B、振荡电路
ＸＴAＬ1脚和XTＡL2脚分别构成片内振荡器的反相放大器的输入和输出端,外接石英晶振或陶瓷晶振以及补偿电容C1、C2选47UＦ构成并联谐振电路。当外接石英晶振时,电容C1、C2选３0ＰF±１0PF；当外接陶瓷振荡器时，电容C1、C2选４7ＵF±10UF。系统中，外接电C1、C2的大小会影响振荡器频率的稳定度、起振时间及温度稳定性。在设计电路板时，晶振和电容应靠近单片机芯片，以便减少寄生电容,保证振荡器稳定可靠工作。
在本硬件系统设计中，为保证串行通行波特率的误差，选择了11。05９2ＭHZ的标准石英晶振，电容C1、Ｃ2为30PF。
C、接高电平，选用片内程序存储器。

4．4.2、显示部分:
本系统采用三极管驱动四位一体共阳数码管显示温度,数码管有两种显示方式，即静态显示和动态显示。
静态显示的特点是每个数码管的段选必须接一个8位数据线来保持显示的字形码。当送入一次字形码后，显示字形可一直保持，直到送入新字形码为止。这种方法的优点是占用CPＵ时间少,显示便于监测和控制。缺点是硬件电路比较复杂，成本较高；
动态显示的特点是将所有位数码管的段选线并联在一起，由位选线控制是哪一位数码管有效。选亮数码管采用动态扫描显示。所谓动态扫描显示即轮流向各位数码管送出字形码和相应的位选,利用发光管的余辉和人眼视觉暂留作用,使人的感觉好像各位数码管同时都在显示。动态显示的亮度比静态显示要差一些,所以在选择限流电阻时应略小于静态显示电路中的。
本设计数码管采用动态显示。如下图：

4．４。３、键盘输入
如图：

本设计采用三个键,可任意调整上下限报警温度，简单实用。
其中，K1键为设置键，按第1下，上限温度调整；按第２下,下限温度调整；按第３下，显示实际温度.
　　 K+键为每按一次设置温度加１。
　　　K-键为每按一次设置温度减１。

4.４。４、报警电路
本设计中采用三极管驱动蜂鸣器报警，其中，ＬEＤ１和LＥD２分别模拟制热器和制冷器。
当温度高于上限温度时，蜂鸣器报警，ＬＥＤ２灯亮，模拟启动制冷器;
当温度低于下限温度时，蜂鸣器报警，ＬED1灯亮，模拟启动制热器.
其中，与蜂鸣器相连的轻触开关断开时，蜂鸣器停止报警，实现手动解除报警。
如图：

４．４。５、测温电路
本设计采用ＤS１８Ｂ２０温度传感器测量温度。
ＤS18B20简介
其两种封装如图：

　 　　 温度传感器的种类众多,在应用与高精度、高可靠性的场合时DAＬLＡS（达拉斯)公司生产的DS18B20温度传感器当仁不让。超小的体积,超低的硬件开消，抗干扰能力强，精度高,附加功能强,使得DS18B20更受欢迎。对于我们普通的电子爱好者来说，ＤS18B20的优势更是我们学习单片机技术和开发温度相关的小产品的不二选择。了解其工作原理和应用可以拓宽您对单片机开发的思路。ﻫDS1８Ｂ２0的主要特征:
1． 全数字温度转换及输出。
2。 先进的单总线数据通信。
3. 最高12位分辨率，精度可达土0。5摄氏度.
4。 12位分辨率时的最大工作周期为７５０毫秒。
5． 可选择寄生工作方式.
6.　检测温度范围为–55°Ｃ ~+125°C　（–67°F ~＋２５7°F)ﻫ7．　内置EEPROM，限温报警功能。ﻫ８。 ６4位光刻RＯM,内置产品序列号，方便多机挂接.
9。 多样封装形式，适应不同硬件系统。
DS１８Ｂ２0引脚功能:
·ＧNＤ　电压地 ·ＤQ　单数据总线　·VDD　电源电压 ·NＣ 空引脚
DS18B20工作原理及应用：
ＤS18B20的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，从而抗干扰力更强。其一个工作周期可分为两个部分,即温度检测和数据处理.在讲解其工作流程之前我们有必要了解１8B20的内部存储器资源。１8B20共有三种形态的存储器资源，它们分别是:
ROM　只读存储器，用于存放DS1８B20ID编码,其前8位是单线系列编码(DS18B20的编码是19H），后面4８位是芯片唯一的序列号,最后8位是以上56的位的CRC码(冗余校验）。数据在出产时设置不由用户更改.DＳ18B２0共6４位ROM。
ＲAM 数据暂存器,用于内部计算和数据存取，数据在掉电后丢失,DS1８B20共９个字节RAM,每个字节为8位.第1、２个字节是温度转换后的数据值信息,第3、4个字节是用户ＥEPROM（常用于温度报警值储存)的镜像.在上电复位时其值将被刷新。第5个字节则是用户第3个EＥPＲOM的镜像。第6、7、８个字节为计数寄存器,是为了让用户得到更高的温度分辨率而设计的,同样也是内部温度转换、计算的暂存单元.第9个字节为前８个字节的CRC码。EＥPRＯM 非易失性记忆体，用于存放长期需要保存的数据,上下限温度报警值和校验数据,DS18B2０共3位EＥPＲOM，并在RAM都存在镜像,以方便用户操作。
ﻩ
电路图如下：

4.4。6、单片机与上位机串口电路
在现代业控制中，串口通信的应用越来越广泛.单片机和PC机之间的串口通信在进行数据交换时经常被使用.在串行通信时,要求通信双方都采用一个标准接口，ＲS。２32C接口是单片机利PC机进行通信最常用的一种接口。单片机与PC机进行串口通信最简单的二线制法，即接收数据针脚（RXD)与发送数据针脚（TXD)相连，彼此交叉,信号地(GND）对应相接。但是，串口还不能直接和单片机相连,可以选用MＡX232和MAX４８5进行电平转换。ＭAX232用于RS.23２C标准；MAＸ4８5用于RS485标准。RS.２32C标准规定在码元畸变小于4%的情况下,传输电缆长度最大约为L５米，最高传输速率为20KBＩT／Ｓ。ＲS485标准最人传输距离约为12１9米,最大传输速率约为Ｌ0MBIT／S。
MAＸ２３2芯片简介
ＭＡX232芯片是美信公司专门为电脑的RS-23２标准串口设计的单电源电平转换芯片，使用+5V单电源供电.

引脚介绍:
第一部分是电荷泵电路。由1、2、３、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+12V和—１2V两个电源，提供给RＳ-23２串口电平的需要.
　 第二部分是数据转换通道。由7、8、９、１0、11、１2、13、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ＲＳ-２32数据从Ｔ１ＯUT、Ｔ2OUT送到电脑ＤB9插头；DＢ9插头的RＳ-2３２数据从R1IＮ、Ｒ2IN输入转换成TTL/ＣＭOS数据后从R1ＯUT、R2OUT输出。
　第三部分是供电。1５脚GND、１6脚VCＣ（+5Ｖ)。
由于串口用的是TTL电平，和ＲＳ２32电平不同，因此，单片机和PC通信时需要进行电平转换，常用的IC是MAX232，连接图如下图所示，其中ＭAX２32供电脚为＋5V。采用了三线制连接串口，也就是说和计算机的９针串口只连接其中的3根线：第5脚的ＧND、第2脚的RXD、第3脚的TXD.这是最简单的连接方法,但是对我们来说已经足够使用了。

RＳ２32引脚图
串口电路连接图如下:

收、发端的数据信号是相对于信号地,如从DTE设备发出的数据在使用DB25连接器时是2脚相对７脚（信号地）的电平,ＤB25各引脚定义参见图2—9。典型的RＳ—232信号在正负电平之间摆动,在发送数据时，发送端驱动器输出正电平在+5～+15V，负电平在—5～—１5Ｖ电平。当无数据传输时，线上为ＴＴＬ,从开始传送数据到结束，线上电平从TTL电平到RS—23２电平再返回ＴTＬ电平。接收器典型的工作电平在+３～＋12V与－３~-１2V。由于发送电平与接收电平的差仅为2Ｖ至3V左右,所以其共模抑制能力差,再加上双绞线上的分布电容，其传送距离最大为约15米,最高速率为2０ＫＢ/S。ＲS—２32是为点对点（即只用一对收、发设备）通讯而设计的，其驱动器负载为３～7ＫÙ。所以RS-232适合本地设备之间的通信.上位机和下位机的接线方法如图

上位机和下位机的接线方法
MCS-52内部含有一个可编程全双工串行通信接口，具有UART的全部功能.该接口电路不仅能同时进行数据的发送和接收,也可作为一个同步移位寄存器使用。
在进行异步通信时，数据的发送和接收分别在各自的时钟（TCLＫ和RCＬK)控制下进行的，但都必须与字符位数的波特率保持一致。MＣS－52串行口的发送和接收时钟可由两种方式产生,一种是由主机频率FOSC经分频后产生，另一种方式是由内部定时器Ｔ１或T２的溢出率经１6分频后提供。
发送和接收的过程如下：
串行口的发送过程由指令MOＶ  SＢUF，A启动，即CPU由一条写发送缓冲器的指令把数据(字符）写入串行口的发送缓冲器SBUF（发)中,再由硬件电路自动在字符的始、末加上起始位（低电平)、停止位（高电平)及其它控制位(如奇偶位等）,然后在移位脉冲SHIＦT的控制下，低位在前，高位在后，从ＴＸD端（方式0除外)一位位地向外发送.
串行口的接收与否受制于允许接收位REN的状态,当ＲEN被软件置“1”后,允许接收器接收.接收端RXD一位位地接收数据,直到收到一个完整的字符数据后，控制电路进行最后一次移位,自动去掉启始位，使接收中断标志RI置“1”，并向ＣＰＵ申请中断。CPU响应中断,用一条指令（MOＶ  A，SBUF）把接收缓冲器SBＵF（收）的内容读入累加器。
TI和ＲI是由硬件置位的,但需要用软件复位。

４。５、系统软件设计
4．５。１、单片机软件设计：
（１)主程序:ﻫ主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DＳ18B２0的测量的当前温度值，温度测量每1S进行一次。这样可以在一秒之内测量一次被测温度，其程序流程如下所示：

　 　 　 　 　 主程序流程图

(2)读温度子程序：
先让DＳ１8Ｂ20复位，然后发跳过ROM匹配命令，再发出温度转换命令，让DS18B20进行温度转换，延时等待转换完毕后,再将已转换的温度值一一地从各个ＤS１8Ｂ２0取出，转换成AＳCALL码后再发送到ＰC机上，如此循环。程序框图如下:

读温度程序框图

（３）温度比较报警子程序
此程序是将实际温度与设置的报警上下限比较，决定是否发出报警信号。由于T为实际温度的绝对值，TH、TL也是温度的绝对值，因此判断大小关系时要通过其正负符号来确定.

温度比较报警子程序

４.5.2.上位机软件设计
PＣ机程序中包括串口通信模块,绘图模块，命令按妞模块，温度显示模块等。
一、串口通信模块
在本设计中，采用MSCOMＭ控件进行串口的通讯，MSＣOＭM控件串口具有完善的串口数据的发送和接收功能。通过此控件,PC机可以利用串行口与其它设备实现轻松连接，简单高效地实现设备之间的通讯.此控件的事件响应有两种处理方式，事件驱动方式：由MSCＯMＭ控件的ONＣOMM事件捕获并处理通讯错误及事件;查询方式:通过检查CＯMMＥVＥNT属性的值来判断事件和错误.

二、绘图模块
在VＢ中，绘图可以利用LＩNE和CＩRCＬE方法绘制几何图形[11]，还可以利用ＭＳＣＨART控件绘制各种图表.而本设计就采用ＭSCＨＡRT控件进形绘制温度变化曲线图。ＭＳCHART控件在绘制直方图(条形图)、折线图、饼图、标记图、填充区域图等各种常用的数据分析图形方面有很大的优势，我们只要将需按图形表示的数据装入数组中，然后将数组数据赋值给ＭSCHART控件，再进行一些简单的图形标题、背景、图例、注脚方面的定义，就可以得到所期望的数据分析图形。
MSＣHART控件的系统默认名是：ＭSCＨART1、MSCHＡRT2等.由于ＭSCHART控件不是VB内建的基本控件,因此在使用前必须用工程菜单中的“部件”,添加MSＣＨART控件.添加MＳＣHART控件的选项是“ＭＩCROＳＯＦT ＣＨART CONＴＲＯＬ　6。0（OＬＥDB)"。

三、命令按钮［１１]模块
大多数应用程序中都有命令按钮CＯＭMAＮDＢUTＴOＮ控件,用户可以单击按钮执行某项操作。在本设计统中要让下位机执行相应操作,就是通过命令按钮给下位机下发命令实现该功能。命令按钮是ＶB应用程序中经常使用的对象，程序运行中要执行一条或一组命令,通常通过用鼠标单击命令按钮来实现，当然具体产生何种动作要通过执行相应的事件过程中的程序代码来决定.

四、温度显示模块
在本设计中显示由文本框和标签控件完成。

完成后的VB界面如下：

５.结论
　本温控系统通过STC89C５２单片机采集从DＳ１8Ｂ20温度传感器所测得的温度数据，并通过串口实时传送到上位机。单片机系统完成对温度信号的采集、设定上下限报警等功能，并通过串口通信与PＣ机进行通信,在ＰC机上进行显示及一些操作，实现单片机与ＰC机的通信功能,实现远距离的进行监控．
当然本设讲也存在着一些不足：
本设计通信采用RS2３２,如果采用RS48５通信距离将会大大增加

附录1。　总体电路图
本设计中设定报警上限温度３0℃，报警下限温度20℃.图中分别是温度超过３0℃和低于20℃时LED灯模拟制冷和制热系统开启，并且蜂鸣器报警。

编号：201234140143

本科毕业设计

基于单片机的无线远程温度监控系统设计

系 院:信息工程学院
姓 名:
学 号:0835140143
专 业:通信工程
年 级：2008级
指导教师：
职 称:副教授
完成日期：2012年5月

摘 要

本文论述的远程温度控制是将无线发射与接收和自动控制相结合的一种控制。基于这种技术，本系统以AT89S51系列单片机为控制单元，采用DALLAS单线数字温度传感器DS18B20和无线收发模块NRF24L01对试验现场温度数据进行远程无线测量与控制。整个系统包括主、从两个子系统，其中主系统完成对试验现场设定温度值、设定值显示、实际值显示、失控报警和接收数据功能；子系统完成温度采集、温度控制和发送数据功能。该系统结构简单实用、功能齐全，通用性强,可被应用于许多工业生产领域，它可使操作人员与恶劣的工作环境分离开来,实现生产自动化，提高企业的生产效率。

关键词：AT89S51；温度传感器;NRF24L01；显示；报警

ABSTRACT

THE LONG-DISTANCE TEMPERATURE CONTROLLING THIS PAPER PRESENTS IS A TECHNOLOGY OF LINKING WIRELESS RECEIVING AND SENDING TO AUTOMATION. BASED ON THE TECHNOLOGY， THE SYSTEM IS BASED ON THE CONTROL OF AT89S51 SCM, USING DALLAS SINGLE LINE DIGITAL THERMOMETER DS18B20， WIRELESS RECEIVING AND SENDING MODULE NRF24L01 TO TEST AND CONTROL THE TEMPERATURE DATA OF A EXPERIENCING PLACE。 THE WHOLE SYSTEM CONSISTS OF THE MAIN SYSTEM AND SUBSYSTEM。 THE MAIN SYSTEM COMPLETES THE FUNCTIONS OF INITIALIZING AND DISPLAYING THE TEMPERATURE VALUE， DISPLAYING ACTUAL TEMPERATURE, ALARMING WHEN IT IS OUT OF CONTROL， AND RECEIVING. THE SUBSYSTEM COMPLETES THE FUNCTIONS OF RECEIVING， AND TEMPERATURE COLLECTING, CONTROLLING， AND SENDING. THE DESIGN CONCLUDES THAT THIS SYSTEM HAS MANY ADVANTAGES， SUCH AS ITS UNIQUENESS， SIMPLE, CONVENIENCE, AND SUCH COMMON USING。 IT CAN BE WIDELY USED IN LOTS OF INDUSTRIAL PRODUCING AND CONTROLLING FIELDS， APPLYING THIS SYSTEM CAN DEPART OPERATORS FROM EXECRABLE ENVIRONMENT， REALIZE PRODUCING AUTOMATION， AND IMPROVE CORPORATION’S PRODUCING EFFICIENCY。

KEY WORDS：AT89S51； TEMPERATURE SENIOR; NRF24L01; DISPLAY; WARNING

目 录

1 绪论1
1。1 选题的目的和意义1
1。2 国内外研究现状1
1。3 本设计主要研究内容2
2 设计要求与方案论证3
2。1 设计要求3
2.2 系统基本方案选择和论证3
2.2.1 单片机芯片选择方案与论证3
2。2。2 温度采集模块选择方案与论证3
2。2。3 无线收发模块的选择方案与论证4
2.2。4 显示模块的选择方案与论证4
2。2.5 报警模块的选择方案与论证4
2。3 电路设计最终方案的确定5
3 系统的硬件设计与实现6
3.1 系统硬件概述6
3。2 主要单元电路的设计6
3.2.1 单片机主控制模块的设计6
3.2。2 温度采集电路模块的设计7
3。2.3 无线收发电路模块的设计8
3。2。4 显示电路模块的设计10
3.2.5 报警电路模块的设计11
3.2.6 电路原理及说明12
4 系统程序的设计13
4.1 主程序的设计13
4。2 发射系统程序的设计16
4。3 传输程序的设计16
4.4 温度采集程序的设计17
4.5 显示程序的设计18
5 仿真与调试20
6 结论23
参考文献24
致谢25
附录26

1 绪论
1。1 选题的目的和意义
温度是工业生产中常见的被控参数之一。从食品生产到化工生产，从燃料生产到钢铁生产等等,无不涉及到对温度的控制，可见，温度控制在工业生产中占据着非常重要的地位，而且随着工业生产的现代化，对温度控制的速度和精度也会越来越高.近年来，温度控制领域发生了很大的变化，工业生产中对温度的控制不再局限于近距离或者直接的控制,而是需要进行远距离的控制，这就产生了远程温度控制。
远程控制的通信方式有多种，如通过有线网络、无线电等等。每一种方式都有其优点和缺点。利用无线电通信,方便、灵活，而且经济.它不需要像有线网络控制耗费巨大的通信资源，也不受网络速度的影响。
在温度控制的方法上，传统的控制方法(包括经典控制和现代控制)在处理具有非线形或不精确特性的被控对象时十分困难。而温度系统为大滞后系统，较大的纯滞后可引起系统不稳定.
在温度采集方法上，通常是利用热电偶把热化为电信号,再通过A/D转换得到温度值.这种方法速度慢，而且精度不是很高。综合上面的考虑，本次毕业设计设计了基于无线电通信的远程温度控制系统。
现代工业设计、工程建设及日常生活中常常需要用到温度控制，早期温度控制主要应用于工厂中，例如钢铁的水溶温度，不同等级的钢铁要通过不同温度的铁水来实现，这样就可能有效的利用温度控制来掌握所需要的产品了.在现代社会中，温度控制不仅应用在工厂生产方面，其作用也体现到了各个方面，随着人们生活质量的提高，酒店厂房及家庭生活中都会见到温度控制的影子，温度控制将更好的服务于社会。
近年来，单片机发展十分迅速,一个以微机应用为主的新技术革命浪潮正在蓬勃发展，单片机已经渗透到工业、农业、国防，科研以及日常生活等各个领域.传统的温度采集的方法不仅费时,而且精度差满足不了各行业对于温度数据提高精度，设备高可靠性的需求.单片机的出现使得温度数据的采集和处理得到了很好的解决.选择适当的单片机和温度传感器以及前端处理电路，可以获得较高的测量精度，不但方便快捷,成本低廉，省事省力，而且大幅度提高了测量精度。
1.2国内外研究现状
在人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色。无论你生活在哪里，从事什么工作，无时无刻不在与温度打着交道。自18世纪工业革命以来，工业发展对是否能掌握温度有着绝对的联系。在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药等行业，可以说几乎所有的工业部门都不得不考虑着温度的因素.
目前国内外对于温度监控的研究和应用已非常普遍，但对于无线远程温度监控这方面的研究和应用还有相当大的提升空间.无线温度监控不仅可以应用在工厂生产方面，其作用也体现到了各个方面，随着人们生活质量的提高,酒店厂房及家庭生活中都将会见到它的影子，无线远程温度监控将会有更广阔的发展空间。
1。3本设计主要研究内容
本设计是基于单片机的无线温度监控系统，经过大量查阅资料和研究，最终确定采用AT89S51为主控芯片，DS18B20作为温度采集芯片，NRF24L01作为无线接收和发射模块，采用LCD1602液晶屏进行显示.该系统由发射系统和接收系统组成，发射系统进行温度采集以及数据发射，接收系统作为主系统，对数据接收处理并显示出来。该系统具有温度过限报警功能，设有4个独立按键，分别进行温度高低限定值的选择、设定,清除报警声和报警灯。该系统具有操作方便,远距离操控，功能多样，电路简洁，成本低廉等优点，符合电子技术的发展趋势,有很广阔的市场前景.
经过设计和一系列的调试，测试结果基本达到了该设计预期制定的各项要求，顺利地完成了本次毕业设计的目标。

2 设计要求与方案论证
2.1 设计要求
（1）温度监测范围：室温～125℃；
（2）接收系统显示温度实际值，收发距离：60米以内；
（3）可以人工设定报警温度上、下限定值；
（4）超过温度限定值时蜂鸣器报警和发光报警。
2。2 系统基本方案选择和论证
2。2.1单片机芯片选择方案与论证
方案一:采用FPGA（现场可编程们阵列)作为系统的控制器。FPGA可实现各种复杂的逻辑功能，规模大，密度高，它将所有的器件集成在一块芯片上，减小了体积,提高了稳定性，并可用EDA软件仿真、在线调试,易于进行功能扩展，响应速度快.但成本高，同时由于引脚较多，电路板的布线比较复杂，加重了电路设计和实现焊接的工作。
方案二：采用8位单片机作为主要的控制芯片。8位单片机具有价格比较便宜，并且技术比较成熟，低功耗，易于购买等优点，但是8位机程序执行速度比较慢，内部资源比16位单片机少很多。考虑到本系统对程序运行速度的要求不高以及成本问题，最后选择用8位单片机，由于AT89S51单片机比其他8位单片机价格便宜,并且其内部具有丰富的资源，故采用AT89S51单片机作为本系统主控制芯片。
2。2.2温度采集模块选择方案与论证
方案一：使用热敏电阻作为传感器，用热敏电阻与一个相应阻值电阻相串联分压,利用热敏电阻阻值随温度变化而变化的特性，采集这两个电阻变化的分压值，并进行A/D转换。此设计方案需用A/D转换电路，增加了线路的复杂程度,增加硬件成本而且热敏电阻的感温特性曲线并不是严格线性的，会产生较大的测量误差。因此此方案不可行。
方案二：采用DS18B20。DS18B20的数字温度输出通过1—WIRE总线,又称为“一线”总线，这种独特的方式可以使多个DS18B20方便地组建成传感器网络，为整个测量系统的建立和组合提供了更大的可能性.它在测温精度、转换时间、测数距离、分辨率等方面比其他温度传感器有了很大的进步,给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。DS18B20直接输出数字温度值，不需要校正，因此选择此方案.
2.2。3无线收发模块的选择方案与论证
方案一：采用TX315A—T01和TX315A—R01的无线收发模块。应用目前最先进的声表面波器件和数据专用ASK超外差式单片接收电路开发生产了TX315系列模块电路，其中含有RF、TF、DATA等高频、中频、数字处理电路。TX315A可应用于无线遥控、数据传送、自动抄表系统、无线键盘操作系统、警戒系统。TX315A由TX315A—T01发射组件和TX315A-R01接收组件两部分组成，因其频率绝对一致，故在使用时可随意增加发射和接收组件，以组成所需的功能系统。此系统用此模块很好,但是这个模块的价格太昂贵，所以放弃此方案。
方案二：采用一对NRF24L01作为无线收发模块。NRF24L01是一款新型单片射频收发器件,工作于2。4 GHZ~2。5 GHZ ISM频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块,并融合了增强型SHOCKBURST技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。NRF24L01功耗低，在以-6DBM的功率发射时,工作电流也只有9MA；接收时，工作电流只有12.3MA，多种低功率工作模式(掉电模式和空闲模式)使节能设计更方便,而且价格相对其他无线模块较低，易于购买,因此选择此方案。
2.2。4显示模块的选择方案与论证
方案一：采用数码管显示,成本低、亮度高。但本系统所要实现较多的内容，硬件电路设计会比较复杂，而且功耗大，所以不适合本设计。
方案二：采用点阵式数码管显示,点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示文字比较适合，如采用在显示数字显得太浪费，且价格也相对较高,所以也不用此种作为显示。
方案三:采用LCD1602液晶屏显示，显示内容较多，方便组合，可视面积大,画面效果好，抗干扰能力强，调用方便简单，而且可以节省软件中断资源。系统中需要显示温度和上限温度等信息,要求显示内容丰富。
比较上述三种方案,方案三电路简单、显示信息量大、能很好的满足题目要求，因此采用方案三 。
2。2.5 报警模块的选择方案与论证
方案一：采用555定时器构成蜂鸣器,常用于定时报警，非常实用，其时间可控，但本设计报警时间是随机的，取决于试验现场的温度，因此不可行。
方案二：采用9102三极管驱动蜂鸣器，当达到温度上下限值，就会给三极管一个高电平驱动蜂鸣器,实现声音报警，并且可以接个发光二级管,同时点亮二极管，实现发光报警。此方案实行起来方便，电路也简单,因此选用此方案。
2.3电路设计最终方案的确定
由以上讨论的各种方案最终得出本次设计的方案为：采用单片机芯片AT89S51作为主控制芯片，DS18B20数字温度传感,NRF24L01作为无线收发模块，LCD1602作为显示模块,采用蜂鸣器和发光二极管进行声光报警。

3 系统的硬件设计与实现
系统硬件电路主要分为:单片机AT89S51主、从系统、接收电路、显示电路、键盘电路、温度采集电路、发射电路。设计总框图如图3—1所示，系统设计总原理图见附录1。
温度采集
AT89S51单片机（副）
无线发射
液晶显示
AT89S51单片机（主）
无线接收
声光报警
独立键盘

图3-1 总设计框图
3。1 系统硬件概述
硬件电路是由单片机芯片AT89S51为控制核心，具有在线编程，丰富的中断源、灵活性强、低功耗等功能，能在3V低压工作；温度的采集由DS18B20来构成,它具有微型化、低功耗、高性能、搞干扰能力强、易配处理器等优点，特别适用于构成多点温度测控系统,可直接将温度转化成串行数字信号给单