基于无线传输的仓库多点温度智能监控系统设计 精品Word文档格式.docx

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1.2系统功能说明.................................................................................................4

第二章方案论证..........................................................................................................5

2.1系统总体方案论证.........................................................................................5

2.2单片机的选择.................................................................................................5

2.3显示器的选择.................................................................................................6

2.4串口通信方案论证.........................................................................................6

2.5数据传输方案论证.........................................................................................7

第三章系统硬件电路设计..........................................................................................8

3.1总体硬件电路设计.........................................................................................8

3.2单片机主控制电路设计.................................................................................8

3.2.1ATMEGA16单片机介绍.......................................................................8

3.2.2ATMEGA16引脚功能...........................................................................9

3.2.3AVR与其他8位单片机的比较............................................................11

3.2.4ATMEGA16单片机最小系统电路.....................................................11

3.3LCD显示模块的设计....................................................................................12

3.3.11602字符液晶简介..............................................................................12

3.3.21602管脚说明......................................................................................12

3.3.3字符集.................................................................................................13

3.3.4显示地址.............................................................................................14

3.3.5基本的读写时序图.............................................................................15

3.3.61602与单片机连接..............................................................................15

3.4无线数据收发模块的设计............................................................................15

3.4.1无线模块的相关参数..........................................................................15

3.4.2XL02-232AP1的接口电路说明...........................................................17

3.5数据采集模块................................................................................................18

3.5.1温度传感器DS18B20简介..................................................................18

3.5.2DS18B20的主要特性...........................................................................19

3.5.3DS1820使用中注意事项......................................................................19

3.6声光电路设计................................................................................................20

3.6.1声控电路设计......................................................................................20

3.6.2光控电路设计......................................................................................21

3.7上位机接口模块的设计................................................................................22

3.7.1串行异步通信......................................................................................22

3.7.2RS-232技术...........................................................................................23

3.7.3MAX232数据操作原理........................................................................23

3.7.4MAX232电路设计................................................................................24

第四章系统软件设计................................................................................................25

4.1主程序设计...................................................................................................25

4.2按键程序设计...............................................................................................25

4.3温度报警程序设计.......................................................................................27

4.4上位机软件流程设计...................................................................................27

第五章总结................................................................................................................30

5.1测试环境及工具...........................................................................................30

5.2设计总结.......................................................................................................30

致谢..............................................................................................................................31

参考文献......................................................................................................................32

附录..............................................................................................................................33

整机系统运行图片……………………..............................................................33

单片机部分程序..................................................................................................33

第1章绪论

1.1课题设计背景和意义

数字温度传感器广泛应用于各种监测系统中，如工农业生产、气象、环保、医学等，它们已影响到我们各方面的日常生活。

因此，研究温度传感器的测量精度和远程智能监控具有重要的意义。

目前应用于仓库的温度监测系统大多由温度传感器、AD转换器及单片机等组成。

这种系统需要在仓库内布置大量的电缆才能把现场各点传感器采集的信号送到监控中心，系统安装和拆卸复杂，而且不具有灵活性，监测的位置较为固定。

现介绍的利用ATMEGA16单片机作为控制器，利用微型计算机控制和短距离无线通信技术，设计了一种成本低、功耗低、结构简单和便于安装的仓库温度多点智能监控系统。

现在市场上的无线通信系统很多都是复杂的系统，通常涉及到高频的领域，设计无线数传产品往往需要相当的无线电专业知识和价格高昂的专业设备，传统的电路方案不是电路繁琐就是调试困难，因而影响了用户的使用和新产品的开发，XL02-232AP1无线通讯芯片采用具有较强抗干扰能力的FSK调制方式，工作频率稳定可靠，功耗低，适合于便携式及手持式产品的设计，由于采用了低发送功率和高接收灵敏度的设计，因而可以满足无线管制要求，无需使用许可证，是目前低功率无线数据传输的理想选择，可广泛用于控制、遥测、小型无线网络、无线抄表、门禁系统、小区传呼、工业数据采集、无线标签、身份识别、非接触RF智能卡、小型无线数据终端、安全防火、无线遥控、生物信号采集、水文气象监控、机器人控制等系统。

目前市场上对于单片机之间的无线通信很少，高校也没有相关的课程，研究的也不多，由于单片机无线通信系统成本不高，研发费用低而且应用广泛，可见市场前景是很大的。

还可以将系统集成化小型化，开发各种应用系统，投入市场，这就是赋予本设计的实际意义。

1.2系统功能说明

基本功能说明：

1.采集多点温度并实时显示,同时可以单独查看各点的温度。

2.设置温度上下限，超过范围做声光报警处理。

3.温度数据的无线传输、远程显示及监控处理。

第二章方案论证

2.1系统总体方案论证

方案一：

采用数字电路方式，利用逻辑电路构成控制部分，开关实现数值的输入，而且由于整个系统采用数字信号控制方式，仅仅显示部分的硬件就非常庞大，可见整个系统的硬件电路非常的复杂，并且控制的方式也不容易实现。

方案二：

采用单片机来实现控制。

通过键盘的功能键控制单片机实现各个功能，单片机软件编程灵活、自由度大，可编程实现温度传感器的控制及运行；

并且程序都模块化，方便利用。

硬件电路方面与方案一相比较非常简单，在硬件确定的情况下，只要修改程序就能使整个系统达到设计要求。

故相比较而言，采用方案二来实现此设计。

整个系统采用ATMEGA16作为主控芯片，通过单片机的串口TXD和RXD对XL02-232AP1无线收发芯片实现控制并实现数据的输入和输出。

为了跟上计算机发展的步伐，能够实现实际应用中与PC机的人机交互，就必须通过一个电平转换电路，将下位机的数据信息传输给上位机，而这个电平转换电路采用电平转换电路芯片MAX232。

另外的设计部分还有显示和按键，显示部分采用了低功耗、使用方便的LCD1602液晶屏，按键部分因为数量少，所以采用了简单的独立式按键，方便程序的编写。

将各个部分连接起来就构成了系统的硬件部分，软件部分主要是对单片机进行编程，主要编写各个子程序，例如键盘子程序、数据收发子程序、显示程序和一些控制程序，将硬件和软件结合并通过调试就可以实现单片机的无线串口通信。

2.2单片机的选择

采用STC89C52单片机，40脚直插，工作电压5V，51内核兼容性强。

该芯片内部存储器为8KBROM存储空间，同样具有89C51的功能，且具有在线编程可擦除技术，用MAX232下载程序。

但是此单片机响应速度稍慢，无法完成个别快速显示的需要。

采用ATMEGA16单片机，性价比远高于51，高速、RISC结构，主频最高达20MHz；

低功耗，宽电压，1.8V~5.5V，最低全速运行功耗<

300uA；

IO口驱动能力强，推拉电流能力均达30mA，可以直接驱动蜂鸣器、继电器等；

片内资源丰富，外部中断、定时/计数器、UART、SPI、IIC、ADC、模拟比较器；

型号齐全，而且40脚以下的AVR均具有DIP的封装形式。

因AVR的时钟源（晶振、内部RC等）不经过分频直接提供给CPU使用，而51的CPU主频等于晶振的12分频，同等条件下响应速度较快，因此选用ATMEGA16作为主控单片机。

2.3显示器件的选择

采用LED数码管显示。

LED数码管也称半导体数码管，是目前数字电路中最常用的显示器件。

它是以发光二极管作笔段并按共阴极方式或共阳极方式连接后封装而成的。

数码管只能显示固定数字和字母，而且其接口及驱动电路比较复杂，如图2.1。

图2.1数码管与单片机连接图

采用LCD显示。

LCD显示具有接口简单，可显示文字、图形，输出信息相当丰富，并具有一屏输出多路信息的特点，比较适合本设计，同时对液晶的控制口线也不多。

由于LED数码显示器显示方面的局限性，不能提供文字画面显示。

而LCD灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成人机交互图形界面，低电压低功耗是其又一显著特点。

综上所述：

同时考虑到本设计要显示多路数字信息，采用LCD显示信息比较方便。

故采用LCD液晶屏显示。

2.4串行通信方案论证

RS－232串口通信方案。

利用RS－232串口通信及现场总线技术，可方便地实现1台微机与多台机器的近距离通信，通用性好，成本低。

RS－485串口通信方案。

RS－485半双工异步通信总线是一种被广泛使用的数据通信总线。

它具有通信距离远、通信速度高、成本低等特点。

在远程监控系统中，由于设备数量多，分布较远，现场的各种干扰也较大，往往通信的可靠性及质量不高。

RS－485收发器采用的平衡发送和差分接收具有抑制共模干扰的功能，加上收发器具有很高的灵敏度，能检测低达200mV的电压。

因此，传输信号可在千米以外得到恢复。

因为这次课题并不是运用在真正的实际运作当中，所以我采用了方案一。

如果是在实际场合中使用，建议采用方案二。

2.5数据传输方式方案论证

电缆传输方案。

电缆数据传输的主要好处有：

1.数据传输速度快；

2.数据不易丢失，可靠性强。

无线传输方案。

无线数据传输解决了地域的局限性，解决了拉线拉网的烦恼，具有很强的发展空间和运用前景。

虽然电缆的传输速率高、可靠性强，但价格昂贵。

而无线传输成本低，没有地域限制，所以我采用方案二。

第三章系统硬件电路设计

3.1总体硬件电路设计

系统总体电路主要由单片机单片机主控制电路，LCD显示模块，按键控制电路，无线数据收发模块，数据采集模块以及声光显示模块部分。

下图3.1为系统部分电路图。

数据终端包含4个区，分别是：

MAX232电平转换模块，无线数据收发模块，上位机接口模块，声光显示模块。

图3.1系统部分电路图

3.2单片机主控制电路设计

3.2.1ATMEGA16单片机介绍

ATMEGA16是基于增强的AVRRISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。

由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATMEGA16的数据吞吐率高达1MIPS/MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。

ATMEGA16AVR内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器。

所有的寄存器都直接与算逻单元（ALU）相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。

这种结构见图3.2大大提高了代码效率，并且具有比普通的CISC微控制器最高至10倍的数据吞吐率。

图3.2ATMRGA16内部结构图

ATMEGA16有如下特点:

16K字节的系统内可编程Flash（具有同时读写的能力，即RWW），512字节EEPROM，1K字节SRAM，32个通用I/O口线，32个通用工作寄存器，用于边界扫描的JTAG接口，支持片内调试与编程，三个具有比较模式的灵活的定时器/计数器（T/C）,片内/外中断，可编程串行USART，有起始条件检测器的通用串行接口，8路10位具有可选差分输入级可编程增益（TQFP封装）的A