1 基于单片机的无线多路温度数据采集系统设计(1)

基于单片机的无线多路温度数据采集系统设计第1页共33页摘要本课题设计的是一套无线多路温度数据采集系统，主要用于对环境温度的采集与监控。系统采用基于无线网络的设计思想和温度采集技术。无线传输避免了远距离布线所带来的施工困难，成本高的缺点。本设计用AT89C51单片机为主要硬件，设计了包括温度采集，温度显示，系统控制，串口通信等外围电路。单片机AT89C51作为主单片机完成测量和控制以及与通信单片机的数据通信、无线收发控制等功能。无线温度数据采集系统是利用下位机设置温度上下限和实时温度的采集，并将结果传输到上位机，以达到对温度的比较、控制。关键词：AT89C51温度采集温度传感器DS18B20RS-232MAX813无线收发模块PTR2000基于单片机的无线多路温度数据采集系统设计第2页共33页AbstractThispaperintroducesakindofwirelessmonitoringsystemwhichisusedtocontroltemperaturecondition.Thesystemadoptswirelessnetworkandtemperaturecollecttechnique.Thewirelesscommunicationcanavoidtheshortcomingofremotewiretransmission,suchaslargewastage,highcostetc.ThisdesignusesAT89C51，Themonolithicintegratedcircuitisthemainhardware，Inordertorealizedesigngoalthisdesignincludingtemperaturegathering，thetemperaturedemonstratedthat，thesystemscontrol，strungtogetherperipheryelectriccircuitandsoonmouthcorrespondence.ThemainMCU(AT89C51)takeschargeofmeasurement，controlandcommunicationwiththecommunicationMCU.ThecommunicationMCU(AT89C51)isusedtocontrolreceivingandsendingdatainthewirelesscommunication.Thesystemwirelesstemperaturecontrolsystemisusesinthelowerpositionmachineestablishmenttemperaturethelowerlimit，withreal-timetemperaturegathering，transmitstoonpositionmachine，byachievestothetemperaturecomparison，thecontrol.Keywords:AT89C51TemperaturegatheringDS18B20RS-232MAX813PTR2000wirelesscommunication基于单片机的无线多路温度数据采集系统设计第3页共33页目录第一章绪论.................................................................4第二章方案论证...................................................5第三章系统总体设计...............................................73.1系统总体分析.................................................73.2设计原理.....................................................8第四章各个元器件及芯片简介......................................104.1AT89C51单片机介绍.........................................104.2DS18B20温度传感器简介.....................................114.3PTR2000模块介绍...........................................124.4MAX813芯片介绍............................................134.5MAX7219芯片介绍...........................................154.61602液晶显示屏介绍.........................................16第五章各部分电路设计............................................175.1看门狗电路................................................175.2温度采集电路...............................................185.3串口电路....................................................185.4显示电路....................................................195.5键盘电路....................................................20第六章系统总体软件设计...........................................216.1系统工作流程.................................................216.2系统的软件设计..............................................216.3软件设计流程图......................................................22结论............................................................28致谢词............................................................29参考文献..........................................................30附录1：硬件总图...................................................31基于单片机的无线多路温度数据采集系统设计第4页共33页第一章绪论在工农业生产中，对于采集数据的传输大多采用有线方式，因为有线方式的传输距离、数据传输速率以及抗干扰能力都要优于无线方式；然而对于在野外或者不便于铺设线缆的地区进行数据采集传输时，采用有线方式就受到了限制。针对这一特点，设计了采用无线传输方式的无线数据采集监测系统。该系统采集主要以Atmel公司的AT89C51单片机为控制处理核心，由它完成对数据的采集处理以及控制数据的无线传输。AT89C51单片机是一种低功耗/低电压/高性能的8位单片机，片内带有一个8KB的可编程／可擦除／只读存储器。无线收发一体数传MODEM模块PTR2000芯片性能优异，在业界居领先水平，它的显著特点是所需外围元件少，因而设计非常方便。该模板块在内部需成了高频接收、PLL合成、FSK调制/解调、参量放大、功率放大、频道切换等功能，因而是目前集成度较高的无线数传产品。在本文中，主要说明单片机和无线数据收发模块PTR2000的组合，形成单片机的无线数据传输系统，与微机进行无线数据传输。包括：如何针对系统的需求选择合适的无线数据传输模块器件，如何根据选择的器件设计外围电路和单片机的接口电路，如何编写控制无线数据传输器件进行数据传输的单片机程序，并简要介绍数字温度传感器DS18B20的应用。基于单片机的无线多路温度数据采集系统设计第5页共33页第二章方案论证（一）温度采集方案方案一：模拟温度传感器。采用热敏电阻，将温度值转换为电压值，经运算放大器放大后送A/D转换器将模拟信号变换为数字信号，再由单片机经过比较计算得到温度值。优点：应用广泛，特别是工程领域，采用不同的热敏电阻，可实现低温到超高温的测量。缺点：必须采用高速高位A/D转换器，系统复杂，成本高，还以引进非线性误差，得通过软件差值修正方案二：采用集成数字温度传感器DS18B20。该传感器采用单总线接口，能方便的与单片机通信。测温范围从-55到+125,测温精度9-12位可调，12位时最大转换时间为750ms，完全满足本设计的要求。缺点：不能实现高温测量。从上各种因素，我们采用数字温度传感器方案。（二）无线数据传送方案方案一：采用GSM模块。GSM（公用数字移动网通信）系统是目前基于时分多址技术的移动通讯体制中比较成熟、完善、应用最广泛的一种系统，本设计可利用其短消息服务来传输温度数据。优点：网络覆盖广，可实现远距离传输。缺点：成本高，无法实现实时性。方案二：该采用无线传输模块PTR2000。该器件将接收和发射合接为一体；工作频率为国际通用的数传频段433MHZ；采用FSK调制/解调，可直接进入数据输入/输出，抗干扰能力强，特别适合工业控制场合；采用DDS（直接数据合成）+PLL频率合成技术，因而频率稳定性极好；灵敏度高达—105bBm；工作电压低（2.7V），功耗小，接受待机状态电流仅为8μA；具有两个频道，可满足需要多信道工作的场合；工作数率最高达20kbit/s(也可在较抵速率下工作，如9600bps)；超小体积，约40×27×5mm3；可直接与CPU串口进行连接（如8031），也可以用RS232与计算机接口，软件编程非常方便基于上述考虑，采用方案二。（三）显示界面方案方案一：用数码管显示，优点：结构简单，成本低。缺点：只能显示一测量点和有限的符号。基于单片机的无线多路温度数据采集系统设计第6页共33页方案二：采用LCD显示。可以实现中英文操作提示，方便人机交换。能同时显示多点温度值，通过键盘操作可快速翻屏浏览或监控一测量点温度值。缺点：价格高，体积增大。本系统设计为多点温度采集情况，所以选择LCD显示基于单片机的无线多路温度数据采集系统设计第7页共33页第三章系统总体设计3.1系统总体分析无线温度数据采集系统是一种基于单片机射频技术的无线温度检测装置，本设计由温度采集部分，发送/接受部分，显示部分组成，温度采集部分由八个一线式数字温度传感器、AT89C51单片机、看门狗电路、键盘电路、晶振电路、复位电路、报警电路、数码管显示电路组成，采集到的温度数据在单片机的处理下在数码管上显示，同时传输到接收单元。发送部分采用无线传输模块PTR2000,模块在内部集成了高频发射，高频接受，PLL合成，FSK调制、参量放大，功率放大，频道切换等功能，单片机不能与无线模块直接通信，需通过串口电路进行数据的传输，串口电路采用RS232串口通信电路，显示部分采用1602液晶显示屏，AT89C51单片机以及单片机的外围电路由独立按键电路，晶振电路，复位电路组成。系统设计框图如下：发送模块系统框图单片机数码管显示电路发送模块看门狗电路晶振电路八路温度数据采集电路键盘电路基于单片机的无线多路温度数据采集系统设计第8页共33页接收模块系统框图3.2设计原理无线温度采集系统是一种基于无线模块的温度检测装置。本系统由温度采集部分和接收/发送机，以及显示芯片组成。温度采集部分由八个数字温度传感器芯片