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基于单片机的无线温度采集系统的设计.doc

发布时间：2022-05-30 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：1.17M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    摘要
    1 绪论
    1.1 课题背景
    1.2 数据采集系统简单介绍
    2 温度采集系统的设计
    2.1 系统硬件电路构成
    2.1.1 单片机部分
    2.1.2 温度传感器部分
    2.1.2.1 DS18B20 简介
    2.1.2.2 DS18B20 的性能特点和管脚排列
    2.1.2.6 DS18B20温度传感器与单片机的接口电路
    2.1.3 LED数码管部分
    2.1.3.1 LED数码管简介
    2.1.3.2 LED数码管的基本参数和引脚功能
    2.1.4 NRF24L01无线数据传输部分
    2.1.4.1 NRF24L01简介
    2.1.4.2 DS18B20 的特性、管脚排列及内部逻辑结构
    2.1.4.3 NRF24L01工作模式
    2.1.4.4 NRF24L01配置过程
    2.1.4.5 NRF24L01接口电路，见图2-11
    2.1.4.6 NRF24L01控制程序
    2.2 系统软件设计
    2.2.1 DS18B20 程序的设计
    2.2.2 数码管显示程序的设计
    3 串口通信
    3.1 通信简介
    3.2 单片机串口通信接口
    3.2.1 单片机串口结构
    3.2.2 单片机与PC 机之间电平转换硬件接口
    3.2.3 单片机串口通信设置及程序设计
    ES=1;PCON=0x00;4 上位机程序设计
    4.1 Visual Basic 语言简介
    4.2 串口通信的实现
    4.2.1 MSComm 控件的操控原则
    4.2.2 MSComm 的属性
    4.3 上位机程序设计
    4.4 数据库设计
    总结
    致谢
    参考文献
    附录
    附录1
    附录2
    附录3
    毕业设计(论文) 基于单片机的无线温度采集系统的设计 DESIGN OF THE WIRELESS TEMPERATURE COLLECTION SYSTEM BASED ON MCU 学 生 姓 名 班 学 级 号 学 院 名 称 专 业 名 称 指 导 教 师 2009 年 5 月 8 日
    徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 ) 徐州工程学院学位论文原创性声明 本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名： 日期： 年 月 日 徐州工程学院学位论文版权协议书 本人完全了解徐州工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归徐州工程学院所拥有。 徐州工程学院有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件 和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。徐州工程学院可以公布学位论文 的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库 进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位 论文。 论文作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 I
    徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 ) 摘要 随着信息领域各种技术的发展，在数据采集方面的技术也取得了长足的进步，采 集数据的信息化是目前社会的发展主流方向。各种领域都用到了数据采集，在石油勘探、 地震数据采集领域已经得到应用。 本课题提出一种基于单片机的无线液位采集系统方案，该方案是利用单片机控制 DS18B20温度传感器采集温度、控制LED数码管实时显示温度值、控制NFR240L1进行数据的 无线传输，并由单片机去把温度数据传至计算机进行存储。本系统中所用到的器件是STC 公司的STC89C52 单片机、数字温度传感器DS18B20和无线芯片NFR24L01，测量结果用七段 段LED数码管显示采集的数字信息，并利用单片机串行口，通过RS-232 总线及通信协议将 采集的数据传送到PC 机，进行进一步的存档、处理，并对测量结果进行显示和存储。 关键词 单片机；温度采集；NFR24L01；数据传输；串口通信； II
    徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 ) Abstract With the development of various technologies of information in the field,in data collection techniques have also made great progress,collect data,information and social development is the mainstream. Various areas of data collection used in oil exploration, seismic data acquisition in the field has been applied. This issue presents a collection based on single chip system solutions for wireless temperature, the program is the use of microcomputer control the temperature DS18B20 temperature sensor acquisition, real-time control of LED digital display temperature control, control NFR240L1 wireless data transmissionby the microcontroller to the temperature data transmitted to the computer for storage. This system is a device used in the STC's STC89C52 microcontroller, digital temperature sensor DS18B20 and wireless chips NFR24L01, measured with a seven-segment LED digital display segment of digital information collectionand use Serial port, RS-232 bus and through the communication protocol to collect data to the PC, for further archiving, processing, and measurement resultsare displayed and stored. Keywords SCM Temperature collection Serial communication NFR24L01 Data transmission III
    徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 ) 目 录 1 绪论 ...................................................................... 1 1.1 课题背景 ............................................................... 1 1.2 数据采集系统简单介绍 ................................................... 1 2 温度采集系统的设计 ........................................................ 3 2.1 系统硬件电路构成 ....................................................... 3 2.1.1 单片机部分 ......................................................... 3 2.1.2 温度传感器部分 ..................................................... 7 2.1.3 LED 数码管部分 .................................................... 15 2.1.4 NRF24L01 无线数据传输部分 ......................................... 16 2.2 系统软件设计 .......................................................... 29 2.2.1 DS18B20 程序的设计 ................................................ 29 2.2.2 数码管显示程序的设计 .............................................. 31 3 串口通信 ................................................................. 36 3.1 通信简介 .............................................................. 36 3.2 单片机串口通信接口 .................................................... 37 3.2.1 单片机串口结构 .................................................... 37 3.2.2 单片机与 PC 机之间电平转换硬件接口 ................................ 38 3.2.3 单片机串口通信设置及程序设计 ...................................... 40 4 上位机程序设计 ........................................................... 43 4.1 Visual Basic 语言简介 ................................................. 43 4.2 串口通信的实现 ........................................................ 43 4.2.1 MSComm 控件的操控原则 ............................................. 44 4.2.2 MSComm 的属性 ..................................................... 44 4.3 上位机程序设计 ........................................................ 45 4.4 数据库设计 ............................................................ 47 总结 ....................................................................... 49 致谢 ....................................................................... 50 参考文献 ................................................................... 51 附录 ....................................................................... 52 附录 1 ..................................................................... 52 附录 2 ..................................................................... 57 附录 3 ..................................................................... 80 I
    徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 ) 1 绪论 1.1 课题背景 在现代社会的生活环境中，信息扮演着极其重要的角色。所谓信息就是人们即时获得 对自己有用的数据。无论你生活在哪里，从事什么工作，无时无刻不在与信息打着交道。 自18 世纪工业革命以来，工业发展与是否能掌握技术有着密切的联系。在机械、精密制 造、化工等行业，可以说那时几乎所有的工业部门都不得不考虑着技术领先的因素。但是 进入20 世纪也就是人们说的信息社会的到来技术虽然还是关键的因素，但是获得技术已 经不是靠那种人们基本的手工操作了，信息是获得技术的关键所在，这就要求人们能在第 一时间获得数据。比如在气象部门、航空航天部门、以及现代农业……可以说现代社会生 活的各方面都对实时、即时的数据存在着依赖。今天，我们的生活环境和工作环境有越来 越多称之为单片机的小电脑在为我们服务。单片机在工业控制、尖端武器、通信设备、信 息处理、家用电器等各测控领域的应用中独占鳌头。时下，家用电器和办公设备的智能化、 遥控化、模糊控制化己成为世界潮流，而这些高性能无一不是靠单片机来实现的。采用单 片机来对数据采集进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以 大幅度提高被控数据的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。单片机以其功能 强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，成为自动化和各个测控领域中必不 可少且广泛应用的器件，尤其在日常生活中也发挥越来越大的作用。温度是环境监测的重 要参数,在一些特定的场合常常需要对温度进行监测。很多温度监测环境范围大,测点距离 远,布线很不方便。本系统中把温度传感器DS18B20 将采集到的温度值送给单片机进行处 理,通过nRF2401 实现远程无线传输,在上位机的控制系统中,采用RS-232口作为计算机与 单片机温度数据通信接口。本系统既能准确的测量温度,又能解决测量距离上的问题，基 此，本绕基于单片机无线的温度采集系统展开应用研究工作。 1.2 数据采集系统简单介绍 随着自动控制、监测及远程控制的发展，数据采集越来越被广泛应用，如医疗、工业 等方面，数据采集是指将温度，压力，流量，位移等模拟量通过各种传感元件做适当转换 后，再经信号调理、采样、量化、编码、传输等步骤采集，转换成数字量后，传给PC 机 进行存储，处理，显示或打印的过程，相应的系统称为数据采集系统，可分为以下几种： 1.基于通用微型计算机的数据采集系统 将采集来的信号通过外部的采样和A/D 转换后的数字信号通过接口电路送入微机内 进行处理，然后再显示处理结果或经过D/A 转换输出，主要有以下几个特点: (1)系统较强的软、硬件支持。通用微型计算机系统所有的软硬件资源都可以用来支 持系统进行工作。 (2)具有自开发能力。 1
    徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 ) (3)系统的软硬件的应用配置比较小，系统的成本较高，但二次开发时，软硬件扩展 能力较好。 (4)在工业环境中运行的可靠性差，对安放的环境要求较高；程序在RAM 中运行，易 受外界干扰破坏。 2.基于单片机的数据采集系统 它是由单片机及其些外围芯片构成的数据采集系统，是近年来微机技术快速发展的结 果，它具有如下特点: (1)系统不具有自主开发能力，因此，系统的软硬件开发必须借助开发工具。 (2)系统的软硬件设计与配置规模都是以满足数据采集系统功能要求为原则，因此系 统的软硬件应用配置具有最佳的性价比。系统的软件一般都有应用程序。 (3)系统的可靠性好、使用方便。应用程序在ROM 中运行不会因外界的干扰而破坏， 而且上电后系统立即进入用户状态。 3.基于DSP 数字信号微处理器的数据采集系统 DSP 数字信号微处理器从理论上而言就是一种单片机的形式，常用的数字信号处理芯 片有两种类型，一种是专用DSP 芯片，一种是通用DSP 芯片。基于DSP 数字信号微处理器 的数据采集系统的特点如下:精度高、灵活性好、可靠性好、容易集成、分时复用等，但 其价格不菲。 4.基于混合型计算机采集系统 这是一种近年来随着8 位单片机出现而在计算机应用领域中迅速发展的一种系统结 构形式。它是由通用计算机(PC 机)与单片机通过标准总线(例如RS-232-C 标准)相连而 成。单片机及其外围电路构成的部分是专为数据采集等功能的要求而配置的，主机则承担 数据采集系统的人机对话、大容量的计算、记录、打印、图形显示等任务。混合型计算机 数据采集系统有以下特点: (1)通常具有自开发能力； (2)系统配置灵活，易构成各种大中型测控系统； (3)主机可远离现场而构成各种局域网络系统； (4)充分利用主机资源，但不会占有主机的全部 CPU 时间。 2
    徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 ) 2 温度采集系统的设计 2.1 系统硬件电路构成 本系统以单片机为核心，组成一个集温度的采集、处理、显示、无线传输、存储为一 身的温度采集系统，系统硬件电路由温度传感器、单片机、NRF24L01、RS-232 串口通信 和计算机组成。其原理框图见图2-1。 DS18B20 数 字温度传感器 单 片 机 1 单 片 机 2 模 块 1 N R F 2 4 L 0 1 无 线 模 块 2 N R F 2 4 L 0 1 无 线 单 片 机 3 PC 机 图2-1 硬件电路原理框图 在单片机1的控制下，温度传感器把温度数据传至单片机1进行判断、显示并把有效的 数据通过单片机的串口传至单片机2。单片机2把收到的数据进行判断和显示，并控制 NRF24L01无线模块1把数据发射出去。无线模块2收到数据后，把数据通过SPI通信传至单 片机3，单片机3在对数据进行再判断与显示。最后单片机3再把有效的数据通过RS-232串 口传至计算机，计算机对收到的数据进行采集和存储。 单片机主要是对温度传感器DS18B20 进行控制，读取温度传感器的温度值，并把温度 值通过串口通信送入计算机。NRF24L01主要对数据进行无线传输。由于STC89 系列单片机 与MCS-51 系列单片机兼容，并支持在线下载，线路简单，所以本系统采用STC89C52单片 机。 2.1.1 单片机部分 （一）单片机发展 单片机又称“MCU”，其发展历程主要经历了以下五个阶段[7]: 第一阶段:单片机的探索阶段。这一阶段以Intel 公司的MCS-48 为代表。MCS-48 的 推出是在工控领域的探索，参与这一探索的公司还有Motorola,ZiLong 等，都取得了满意 的效果。 第二阶段:单片机完善阶段。Intel 公司在MCS-48 基础上推出了完善的、典型的 3
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