單片機課程設計--遠程溫度監(jiān)控系統(tǒng)

1、<p><b>　　遠程溫度監(jiān)控系統(tǒng)</b></p><p>　　----《單片機原理及接口技術》課程設計</p><p>　　姓 名 </p><p>　　學 號 </p><p>　　學 院

2、 </p><p>　　專業(yè)班級 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1.系統(tǒng)設計1</b></p><p>　　2.終端硬件設計2</p><p>　　2.1單片機設計2</p>&

3、lt;p>　　2.2傳感器設計4</p><p>　　2.2.1溫度傳感器4</p><p>　　2.2.2時鐘芯片6</p><p>　　2.2.3 數(shù)碼管顯示8</p><p>　　2.3 串口通信模塊9</p><p>　　2.3.1CH341總體特點10</p><p>

4、;　　2.3.2. CH341的異步串口10</p><p>　　2.3.3. CH341的打印口11</p><p>　　2.3.4. CH341的并口11</p><p>　　2.3.5. 同步串口11</p><p>　　3.終端軟件設計12</p><p>　　3.1溫度傳感器模塊12</

5、p><p>　　3.2時間獲取模塊13</p><p>　　3.3 串口通信部分14</p><p>　　3.3.1 發(fā)送部分14</p><p>　　3.3.2 接收部分14</p><p>　　3.4 數(shù)碼管顯示15</p><p>　　4.PC機（上位機部分）軟件15</p&

6、gt;<p>　　4.1上位機操作簡介15</p><p><b>　　5.總結18</b></p><p><b>　　1.系統(tǒng)設計</b></p><p>　　系統(tǒng)采用模塊化處理，終端部份分為中央處理系統(tǒng)，溫度傳感模塊、時間模塊、數(shù)碼管顯示模塊和串口連接模塊，中央計算機為個人PC機。各系統(tǒng)的聯(lián)系如下總

7、體結構框圖：</p><p><b>　　總體結構框圖</b></p><p>　　通過溫度傳感器將環(huán)境的溫度信息傳輸給中央處理模塊，同時，中央處理模塊從DS1302中將時間取出。中央處理模塊接到傳感器傳來的信號號并將其處理分析，如果溫度異常，將通過串口實時發(fā)送個PC機。并發(fā)送溫度異常的時間，以達到記錄溫度異常情況的作用。在溫度正常的情況下，實時發(fā)送溫度，方便查看。&

8、lt;/p><p><b>　　2.終端硬件設計</b></p><p><b>　　2.1單片機設計</b></p><p>　　單片機是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅動電路、

9、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、A/D轉換器等電路）集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。</p><p><b>　　常用單片機芯片：</b></p><p>　　ATMEL單片機(51單片機)： ATMEl公司的8位單片機有AT89、AT90兩個系列,AT89系列是8位Flash單片機,與8051系列單片機相兼容,靜態(tài)時鐘模式;AT90系列單片機是增強RI

10、SC結構、全靜態(tài)工作方式、內載在線可編程Flash的單片機,也叫AVR單片機。</p><p>　　AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使A

11、T89S52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標準功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個16 位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口，片內晶振及時鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方

12、式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。</p><p>　　由于AT89S52需要專門下載器，所以我們選擇STC89C52。</p><p>　?、赟TC單片機：STC公司的單片機主要是基于8051內核,是新一代增強型單片機,指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,速度快8~12倍,帶ADC,4路PWM,雙串口,有全球唯一ID號,加密性好，抗干擾強。

13、</p><p>　　本系統(tǒng)采用宏晶公司生產(chǎn)的STC89C52RC單片機作為主控芯片。它具有加密性強，低功耗，價格實惠，高速可靠，抗干擾性能優(yōu)良等特點，而且還可以直接通過ISP下載程序。</p><p>　　選用STC89C52單片機的理由是：降低成本，提升性能，原有程序直接使用,硬件無需改動。STC89C52單片機具有在系統(tǒng)可編程（ISP）特性，ISP 的好處是：省去購買通用編程器，單片

14、機在用戶系統(tǒng)上即可下載/ 燒錄用戶程序，而無須將單片機從已生產(chǎn)好的產(chǎn)品上拆下，再用通用編程器將程序代碼燒錄進單片機內部。有些程序尚未定型的產(chǎn)品可以一邊生產(chǎn)，一邊完善，加快了產(chǎn)品進入市場的速度，減小了新產(chǎn)品由于軟件缺陷帶來的風險。由于可以將程序直接下載進單片機看運行結果故也可以不用仿真器。</p><p>　　STC89C52單片機在銷售給用戶之前已在單片機內部固化有ISP 系統(tǒng)引導程序，配合PC 端的控制程序即可

15、將用戶的程序代碼下載進單片機內部，故無須編程器(速度比通用編程器快)。不要用通用編程器編程，否則有可能將單片機內部已固化的ISP 系統(tǒng)引導程序擦除，造成無法使用STC 提供的ISP軟件下載用戶的程序代碼。</p><p>　　STC89C52單片機的內部RAM 只有128(89C51)/256(89C52)可供使用。低128 字節(jié)的內部RAM（地址:00H-7FH）,可直接尋址或間接尋址,(data/idata)

16、；高128 字節(jié)的內部RAM（地址:80H-FFH）,只能間接尋址(普通89C51 沒有),(idata)；特殊功能寄存器SFR（地址:80H-FFH）, 只能直接尋址,(data)。特殊功能寄存器SFR 和高128 字節(jié)的內部RAM 是通過尋址方式來區(qū)分的,STC89C52單片機擴展了256 個字節(jié)RAM。</p><p>　　STC89C52單片機管腳圖如下：</p><p>　　圖1

17、 STC89C52RC管腳圖</p><p><b>　　2.2傳感器設計</b></p><p>　　2.2.1溫度傳感器</p><p>　　本設計中，溫度傳感器采用DS18B20。</p><p>　　DS18B20數(shù)字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應用于多種場合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號

18、多種多樣，有LTM8877，LTM8874等等。主要根據(jù)應用場合的不同而改變其外觀。封裝后的DS18B20可用于電纜溝測溫，高爐水循環(huán)測溫，鍋爐測溫，機房測溫，農(nóng)業(yè)大棚測溫，潔凈室測溫，彈藥庫測溫等各種非極限溫度場合。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設備數(shù)字測溫和控制領域。 　　</p><p>　　DS18B20采用單總線（onewrite）通信。溫度數(shù)據(jù)以9~12位的數(shù)據(jù)通過單總線

19、傳給中央處理器。DS18B20工作原理得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，溫度轉換時的延時時間最大為750ms。低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振 隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)器1和溫度寄存器被預置在－55℃所對應的一個基數(shù)值。計數(shù)器1對 低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當計數(shù)器1的預置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數(shù)器

20、1的預置將重新被裝入，計數(shù)器1重 新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即 為所測溫度。</p><p><b>　　技術性能描述:</b></p><p>　?、侏毺氐膯尉€接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。</

21、p><p>　?、?測溫范圍 －55℃～+125℃，固有測溫分辨率0.5℃。</p><p>　?、壑С侄帱c組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，最多只能并聯(lián)8個，實現(xiàn)多點測溫，如果數(shù)量過多，會使供電電源電壓過低，從而造成信號傳輸?shù)牟环€(wěn)定。</p><p>　?、芄ぷ麟娫? 3~5V/DC</p><p>　　⑤ 在使用中不需要任何

22、外圍元件</p><p>　?、逌y量結果以9~12位數(shù)字量方式串行傳送</p><p><b>　　應用范圍:</b></p><p>　?、僭摦a(chǎn)品適用于冷凍庫，糧倉，儲罐，電訊機房，電力機房，電纜線槽等測溫和控制領域</p><p>　　②軸瓦，缸體，紡機，空調，等狹小空間工業(yè)設備測溫和控制。③汽車空調、冰箱、冷柜、

23、以及中低溫干燥箱等。 　　</p><p>　　④供熱/制冷管道熱量計量，中央空調分戶熱能計量和工業(yè)領域測溫和控制</p><p><b>　　2.2.2時鐘芯片</b></p><p>　　本設計中采用DS1302。</p><p>　　DS1302 是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘電

24、路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為2.5V～5.5V。采用三線接口與CPU進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內部有一個31×8的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源/后備電源雙電源引腳，同時提供了對后備電源進行涓細電流充電的能力。 </p><p&

25、gt;<b>　　引腳功能及結構：</b></p><p>　　DS1302的引腳排列,其中Vcc1為后備電源，VCC2為主電源。在主電源關閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電。當Vcc2大于Vcc1+0.2V時，Vcc2給DS1302供電。當Vcc2小于Vcc1時，DS1302由Vcc1供電。X1和X2是振蕩源，外接32.768kHz晶振。

26、RST是復位/片選線，通過把RST輸入驅動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。RST輸入有兩種功能：首先，RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當RST為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對DS1302進行操作。如果在傳送過程中RST置為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運行時，在Vcc>2.0V之前，RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平

27、時，才能將RST置為高電平。I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)，后面有詳細說明。SCLK為時鐘輸入端。 </p><p>　　下圖為DS1302的引腳功能圖： </p><p>　　硬件參考原理圖如下:</p><p>　　圖2 DS1302原理圖</p><p>　　2.2.3 數(shù)碼管顯示</p><p>　　本設計

28、采用共陽數(shù)碼管LD3461BS。</p><p>　　數(shù)碼管，其實質是若干個二極管通過有序的排列。共陽數(shù)碼管，見名知義，就是這一序列二極管的陽極連接在一起，陰極引出引腳供其他電路控制用。其電路如下圖：</p><p>　　圖3 數(shù)碼管內部電路結構圖</p><p>　　圖4 數(shù)碼管中二極管的實際排列圖</p><p>　　有圖3不難看出，如

29、果b、c端接地或‘0’，其他端口接高電平，數(shù)碼管中只有b、c兩個二極管亮起來，因此顯示的便是數(shù)字‘1’。</p><p>　　在本設計中，數(shù)碼管的a、b、c、d、e、f、g、h分別接通過573鎖存器接P0^0~~P0^7。因此，若要顯示‘1’，則向P0口寫入“1111 1001”（h、g、f、e、d、c、b、a），故只需將P0賦值為0Xf9即可。</p><p>　　2.3 串口通信模塊&

30、lt;/p><p>　　本設計中為求便捷，將USB供電部分與串口模塊公用一根USB線，因此，本設計的連接線僅為一根USB線,</p><p>　　因此，本設計的串口通信模塊不在采用傳統(tǒng)的串口通信的電平轉換芯片MAX232，而是直接采用USB口轉串口芯片CH341。</p><p>　　CH341 是一個USB 總線的轉接芯片，通過USB總線提供異步串口、打印口、并口以及

31、常用的2線和4 線等同步串行接口。在異步串口方式下，CH341提供串口發(fā)送使能、串口接收就緒等交互式的速率控制信號以及常用的MODEM 聯(lián)絡信號，用于為計算機擴展異步串口，或者將普通的串口設備直接升級到USB 總線。在打印口方式下，CH341 提供了兼容USB 相關規(guī)范和Windows 操作系統(tǒng)的標準USB打印口，用于將普通的并口打印機直接升級到USB 總線。在并口方式下，CH341提供了EPP 方式或MEM方式的8位并行接口，用于在不

32、需要單片機/DSP/MCU的環(huán)境下，直接輸入輸出數(shù)據(jù)。除此之外，CH341A 芯片還支持一些常用的同步串行接口，例如2 線接口（SCL 線、SDA 線）和4線接口（CS 線、SCK/CLK 線、MISO/SDI/DIN 線、MOSI/SDO/DOUT 線）等。</p><p><b>　　其特點如下特點</b></p><p>　　2.3.1CH341總體特點<

33、/p><p>　　● 全速USB 設備接口，兼容USB V2.0，外圍元器件只需要晶體和電容。</p><p>　　● 可選：通過外部的低成本串行EEPROM 定義廠商ID、產(chǎn)品ID、序列號等。</p><p>　　● 支持5V 電源電壓和3.3V 電源電壓。</p><p>　　● 低成本，直接轉換原串口外圍設備、原并口打印機、原并口外圍設備。

34、</p><p>　　● 提供SOP-28、SSOP-20 兩種無鉛封裝，兼容RoHS。</p><p>　　● 由于是通過USB 轉換的接口，所以只能做到應用層兼容，而無法絕對相同。</p><p>　　2.3.2. CH341的異步串口</p><p>　　● 仿真標準串口，用于升級原串口外圍設備，或者通過USB 增加額外串口。</

35、p><p>　　● 計算機端Windows 操作系統(tǒng)下的串口應用程序完全兼容，無需修改。</p><p>　　● 硬件全雙工串口，內置收發(fā)緩沖區(qū)，支持通訊波特率50bps～2Mbps。</p><p>　　● 支持5、6、7 或者8 個數(shù)據(jù)位，支持奇校驗、偶校驗、空白、標志以及無校驗。</p><p>　　● 支持串口發(fā)送使能、串口接收就緒等傳輸

36、速率控制信號和MODEM 聯(lián)絡信號。</p><p>　　● 通過外加電平轉換器件，提供RS232、RS485、RS422 等接口。</p><p>　　● 支持以標準的串口通訊方式間接地訪問CH341 外掛的串行EEPROM 存儲器。</p><p>　　2.3.3. CH341的打印口</p><p>　　● 標準USB 打印口，用于升

37、級原并口打印機，兼容相關的USB 規(guī)范。</p><p>　　● 兼容Windows 操作系統(tǒng)，在Windows 2000 和XP 下無需驅動程序，應用程序完全兼容。</p><p>　　● 支持各種標準的并口打印機，可選低速打印方式和高速打印方式。</p><p>　　● 支持IEEE-1284 規(guī)范的雙向通訊，支持單向和雙向傳輸打印機。</p>&

38、lt;p>　　2.3.4. CH341的并口</p><p>　　● 提供兩種接口方式：EPP 方式和MEM 方式。</p><p>　　● EPP 方式提供AS#、DS#、WR#等信號，類似于EPP V1.7 或EPP V1.9。</p><p>　　● MEM 方式提供A0、RD#、WR#等信號，類似于存儲器讀寫方式。</p><p&

39、gt;　　2.3.5. 同步串口</p><p>　　● 采用FlexWireTM技術，通過軟件能夠實現(xiàn)靈活多樣的2 線到5 線的同步串口。</p><p>　　● 作為Host/Master 主機端，支持2 線和4 線等常用的同步串行接口。</p><p>　　● 2 線接口提供SCL 和SDA 兩個信號線，支持4 種傳輸速度。</p><p&

40、gt;　　本設計中正是利用其異步串口的特點而設計的。</p><p>　　其具體工作電路如下：</p><p>　　圖5 CH341實際工作電路圖 </p><p><b>　　3.終端軟件設計</b></p><p>　　由于本系統(tǒng)采用模塊化設計，因此其軟件設計我們也采用模塊化方法來設計。模塊化的軟件設計方法，其優(yōu)

41、點十分明顯，那就是各個模塊內聚性強，耦合性較弱。這樣就便于主系統(tǒng)對各個模塊的調用，而且軟件結構清晰，簡潔。</p><p>　　本文采取每個功能模塊獨立編程的方法來編寫軟件。主控軟件各個模塊的程序流程圖如下。</p><p>　　3.1溫度傳感器模塊</p><p>　　本設計終端采用了1個溫度傳感器。程序設計流程如下：</p><p>　　

42、圖6 溫度采集流程圖</p><p><b>　　3.2時間獲取模塊</b></p><p>　　3.3 串口通信部分</p><p>　　串口通信部份分為兩部分，一是接收部份，而是發(fā)送部份，因本設計中涉及到實時性比較強的總線通信，故串口部份不宜采取中斷方式，因此，本設計中串口的程序設計采用查詢方式。</p><p>　

43、　3.3.1 發(fā)送部分</p><p>　　3.3.2 接收部分</p><p><b>　　3.4 數(shù)碼管顯示</b></p><p>　　4.PC機（上位機部分）軟件</p><p>　　因終端設備采用標準的異步串口通信，故本設計中的上位機可以采用日常使用的串口調試助手，實際上，STC-ISP 4.83版本便自帶串口

44、調試功能。因此，跟設計的上位機部分便利用STC-ISP 4.83。</p><p>　　4.1上位機操作簡介</p><p>　?、俪绦蜷_始運行時，由終端發(fā)送回操作提示，只要設定上下限。</p><p>　?、谛枰榭磳崟r溫度是，可以發(fā)送“wd”至終端，終端便會發(fā)回實時溫度</p><p><b>　　實時溫度為29度</b&

45、gt;</p><p><b>　　實時溫度為32度</b></p><p><b>　?、墼O置上下限</b></p><p>　　格式如上圖顯示，為XX-YY，其中xx為上限，yy為下限。如果溫度低于下限，（例如，發(fā)送99-88給終端）終端將會每隔4秒發(fā)送一次溫度過低警告。同時，在終端設備上的L1指示燈每隔一秒閃爍一次。

46、</p><p>　　如果溫度高于上限限，（例如，發(fā)送20-10給終端）終端將會每隔4秒發(fā)送一次溫度過高警告。同時，在終端設備上的L2指示燈每隔一秒閃爍一次。</p><p><b>　　5.總結</b></p><p>　　經(jīng)過一短時間的調試，終于將遠程溫度調控系統(tǒng)調了出來，再次期間，我認真查閱了相關資料，并做了相關的總結。在這次設計的過程中

47、，學習了許多以前未曾發(fā)現(xiàn)的編程技巧，再此，我要感謝我的指導老師林XX先生。感謝林老師在本次設計中對我的幫助。對此，我再次表示衷心的感謝。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　【1】李全利.《單片機原理及接口技術》.高等教育出版社</p><p>　　【2】陳龍三.《8051 單片機C 語言控制與應用》.清華大學出版