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1、 基于单片机的无线温度采集系统的设计毕业设计目 录1 绪论11.1 课题背景11.2 数据采集系统简单介绍12 温度采集系统的设计32.1 系统硬件电路构成32.1.1 单片机部分32.1.2 温度传感器部分72.1.3 LED数码管部分152.1.4 NRF24L01无线数据传输部分162.2 系统软件设计292.2.1 DS18B20 程序的设计292.2.2 数码管显示程序的设计313 串口通信363.1 通信简介363.2 单片机串口通信接口373.2.1 单片机串口结构373.2.2 单片机与PC 机之间电平转换硬件接口383.2.3 单片机串口通信设置与程序设计404 上位机程序设
2、计434.1 Visual Basic 语言简介434.2 串口通信的实现434.2.1 MSComm 控件的操控原则444.2.2 MSComm 的属性444.3 上位机程序设计454.4 数据库设计47总结49致谢50参考文献51附录52附录152附录257附录38085 / 871 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
3、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、以与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
4、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nRF24L01 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
5、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、监测与远程控制的发展，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
6、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。(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与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正确的性价比。系统的软
7、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R
8、S-232-C 标准)相连而成。单片机与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，主机则承当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 温度采集系统的设计2.1 系统硬件电路构成身的温度采集系统，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。在单片机1的控制下，温度传感器把温度数据传至单
9、片机1进行判断、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2，单片机2在对数据进行再判断与显示。最后单片机2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
10、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MCS-51单片机系列。它在以下几个方面奠定了典型的通用总线单片机体系结构。(1)完善的外部总线。设置了经典的8 位单片机的总线结构。(2)CPU 外围功能单元的集中管理模式。(3)表达工控特性的位地址空间、位操作方式。(4)指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令。第三阶段:8 位单片
11、机巩固发展与16 位单片机推出阶段，也是向微控制器发展的阶段。Intel 公司推出的MCS-96 系列单片机中，将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监测器、脉宽调制器等纳入片中，表达了单片机的微控制器特征。第四阶段:微控制器的全面发展阶段。随着单片机在各个领域全面深入的发展和应用，出现了高速、大寻址围、强运算能力的8 位、16 位、32 位通用型单片机，以与小型廉价的专用型单片机。第五阶段即现行阶段。单片机的首创公司Intel 将其MCS-51 系列中的80C51 核使用权以专利互换或出售形式转让给世界许多著名IC 制造厂商，如Atmei、Philips、NEC等，这样80C51 就变成有
12、众多制造厂商支持的发展出上百种品种的大家族，现统称为8051系列，也有人简称为51 系列。虽然世界上的MCU 品种繁多，功能各异，开发装置也互不兼容，但是客观发展说明:80C51 系列单片机已成为单片机发展的主流。在单片机家族中，80C51 系列是其中的佼佼者。1998 年以后系列单片机又出现了一个新的分支，称为系列单片机。这种单片机是由美国Atmel 公司率先推出的，它的最突出优点是把快擦写存储器应用于单片机中。这使得在系统开发过程中修改程序十分容易，大大缩短了系统的开发周期。同时，在系统工作过程中，能有效地保存数据信息，即使断电也不会丢失信息。除此，AT系列单片机的引脚和80C51 是一样
13、的，所以，当用89 系列单片机取代80C51 时可以直接进行代换，并且也可以不更换仿真机。（二）STC89C52 的特点与工作原理STC89C52 完全兼容MCS-51 系列单片机的所有功能，并且本身带有2K 的存储器，可以在编程器上实现闪烁式的电擦写达几万次以上，比以往惯用的8031CPU 外加EPROM为核心的单片机系统在硬件上具有更加简单方便等优点，具体如下5：STC89C52 单片机是最早期也最典型的产品，低功耗、高性能、采用CHMOS 工艺的8位单片机。它在硬件资源和功能、软件指令与编程上与Intel 80C3X 单片机完全相同。在应用中可直接替换。在STC89C52 部有FLASH
14、 程序存储器，既可用常规的编程器编程，也可用在线使之处于编程状态对其编程。编程速度很快，擦除时也无需紫外线，非常方便。STC89C5X 系列可认为是Intel 80C3X 的核与STC FLASH 技术的结合体。它为许多嵌入式控制系统提供了灵活、低成本的解决方案。1.主要性能与MCS-51 产品指令系统完全兼容；片集成4KB 的FLASH 存储器，可反复编程/擦除1000 次；数据保留时间：10 年；全静态设计，时钟频率围为024MHz、33MHz；三个程序存储器位；1288 字节的部RAM；32 条可编程的I/O 口线；2 个可工作于4 种模式的16 位定时/计数器；5 个中断源/2 个中断
15、优先级；可编程串行通道；具有4 种工作模式的全双工串行口；低功耗的待机工作模式和掉电工作模式；片振荡器和时钟电路；具有4 种工作模式的全双工串行口；低功耗的待机工作模式和掉电工作模式；片振荡器和时钟电路；图2-2 STC89C52 引脚图2.管脚说明VCC：供电电压。GND：接地。P0 口：P0 口为一个8 位漏级开路双向I/O 口，每脚可吸收8 个TTL 门电流。当P1口的管脚第一次写“1”时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FLASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当FLASH 进行校验时，P0 输出原码，此时P0 外部必须被拉高。
16、P1 口：P1 口是一个部提供上拉电阻的8 位双向I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出4 TTL 门电流。P1 口管脚写入1 后，被部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于部上拉的缘故。在FLASH 编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收。P2 口：P2 口为一个部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出4个TTL 门电流，当P2 口被写“1”时，其管脚被部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流，这是由于部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或16 位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地
17、址的高八位。在给出地址“1”时，它利用部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的容。P2 口在FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3 口：P3 口管脚是8 个带部上拉电阻的双向I/O 口，可接收输出4 个TTL 门电流。当P3 口写入“1”后，它们被部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3 口也可作为ST89C52的一些特殊功能口,P3 口管脚备选功能:P3.0 RXD（串行输入口）；P3.1 TXD（串行输出口）；P3.2 INT0（外部中断0）；P3.3 INT
18、1（外部中断1）；P3.4 T0（计时器0 外部输入）；P3.5 T1（计时器1 外部输入）；P3.6 WR （外部数据存储器写选通）；P3.7 RD （外部数据存储器读选通）；P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位时，要保持RST 脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，
19、将跳过一个ALE 脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR 8EH 地址上置0。此时， ALE 只有在执行MOVX，MOVC 指令是ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE 禁止，置位无效。PSEN ：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器读取指令期间，每个机器周期两次PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN 信号将不出现。EA /VPP：当EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有部程序存储器。注意加密方式1 时，EA 将部锁定为RESET；当EA 端保持高电平时，此间部程序存储器。在FLASH
20、 编程期间，此引脚也用于施加12V 编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入与部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。3.振荡器特性XTAL1 和XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2 应不接。由于输入至部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。4.芯片擦除整个EPROM 阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE 管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦除操作中，代码阵列全被写“1”
21、且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。5.编程算法（1）地址线上输入欲编程的存储单元地址；（2）在数据线上输入编程数据；（3）加正确的控制信号组合；（4）在“高压”模式下使VPP 为12V；（5）在ALE 引脚上加一次负脉冲，可对FLASH 存储器的一个字节或位进行编程。编程一个字节的周期是部自定时的，典型时间不会超过1.5ms。改变编程的存储单元地址和编程数据重复步骤（1）（5），直到编程文件最后。此外，STC89C52 设有稳态逻辑，可以在零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU 停止工作，但RAM、定时器、计数器、串口和中断系统仍在工作。在
22、掉电模式下，保存RAM 的容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。6. 主要工作和容安排综上所述，本着实用、可靠、安全、简洁与经济等设计原则，设计开发了基于单片机STC89C52 的无线温度采集系统。所做的工作主要包括：1.利用DS18B20 温度传感器采集温度；2.制作一个基于STC89C52 单片机的温度采集系统，并将采集信息数据通过NRF24L01无线传输模块传送给计算机，利用计算机对其进行实时显示、存储，以便进行数据分析。2.1.2温度传感器部分（朱俊霖）测量温度的关键是温度传感器，温度传感器的发展主要大体经过了三个阶段：1 传统的分立式温度传感器（含敏感元件）
23、2 模拟集成温度传感器控制器3智能温度传感器。模拟集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。模拟集成温度传感器是在20 世纪80 年代问世的，它是将温度传感器集成在一个芯片上，可完成温度测量与模拟信号输出功能的专用IC。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一（仅测量温度）、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。它是目前在国外应用最为普遍的一种集成传感器，典型产品有AD590、AD592、TMP17、LM135 等。模拟集成温度控制器主要包括温控开关和可编程温度控制器，典型产品
24、有LM56、AD22105 和MAX6509。某些增强型集成温度控制器例如(TC652/653)中还包含了刀转换器以与固化好的程序，这与智能温度传感器有某些相似之处。但它自成系统，工作时并不受微处理器的控制，这是二者的主要区别。智能温度传感器(亦称数字温度传感器)是在20 世纪90 年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶。目前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。智能温度传感器部都包含温度传感器、A/D 转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器(CPU)、随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。智能温度
25、传感器的特点是能输出温度数据与相关的温度控制量，适配各种微控制器(MCU)；并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的，其智能化程度也取决于软件的开发水平。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、从集成化向智能化和网络化的方向飞速发展。数字式温度传感器DS18B20 正是朝着高精度、多功能、总线标准化、高可性与安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。因此，智能温度传感器DS18B20 作为温度测量装置己广泛应用于人民的日常生活和工农业生产中。2.1.2.1DS18B20 简介DS18B20 是美国半导体公司继之后最新推出的一种数字化单总线器件，属于
26、新一代适配微处理器的改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，它能够直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9-12 位的数字值读数方式。可以分别在93.75ms和750ms 完成9 位和12 位的数字量，并且从DS18B20 读出的信息或写入DS18B20 的信息仅需要一根口线(单线接口)读写，温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20 供电，而无需额外电源。因而使用DS18B20 可使系统结构更趋简单，可靠性更高。同时其“一线总线”独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入了全新的概念。DS18B20“一线总线”数字化温度
27、传感器支持“一线总线”接口，测量温度围为55125，在10+85“围，精度为0.5。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，用符号扩展的16 位数字量方式串行输出，大大提高了系统的抗干扰性。因此，数字化单总线器件DS18B20 适合于恶劣环境的现场温度测量，如环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。它在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较都有了很大的改进，给用户带来了更方便和更令人满意的效果。可广泛用于工业、民用、军事等领域的温度测量与控制仪器、测控系统和大型设备中。2.1.2.2 DS18B20 的性能特点和管脚排列1.特点性能14（1）采用独特的单线接口方式与微处理器连接
28、时仅需要一条口线即可实现微处理器与的双向通讯。（2）在使用中不需要任何外围元件。（3）可用数据线供电，供电电压围+3.0V5.5V。（4）测温围55125。固有测温分辨率为0.5。当在10+85围，可确保测量误差不超过0.5，在55125围，测量误差也不超过2。（5）通过编程可实现912 位的数字读数方式。（6）用户可自设定非易失性的报警上下限值。（7）支持多点组网功能，多个DS18B20 可以并联在唯一的三线上，实现多点测温。（8）负压特性，即具有电源反接保护电路。当电源电压的极性反接时，能保护DS18B2不会因发热而烧毁。但此时芯片无法正常工作。（9）DS18B20 的转换速率比较高，进行
29、9 位的温度转换仅需93.75ms。（10）适配各种单片机或系统。（11）含64 位激光修正的只读存储ROM，扣除8 位产品系列号和8 位循环冗余校验码（CRC）之后，产品序号占48 位。出厂前产品序号存入其ROM 中。在构成大型温控系统时，允许在单线总线上挂接多片DS18B20。2.DS18B20 的管脚排列（1）DS18B20 采用脚封装或脚封装。其管脚排列见图2-3。图2-3 DS18B20 管脚排列I/0 为数据输入输出端(即单线总线)，它属于漏极开路输出，外接上拉电阻后，常态下呈高电平。UDD 是可供选用的外部电源端，不用时接地，GND 为地，NC 空脚。图2 D
30、S18B20 部结构图高8 位是CRC 校验码，接着是每个器件的惟一的序号，共有48 位，低8 位是产品类型的编号，前56 位的这也是多个DS18B20 可以采用一线进行通信的原因。（2）非易失性温度报警触发器TH 和TL，可通过软件写入用户报警上下限。（3）高速暂存存储器DS18B20 温度传感器的部存储器包括一个高速暂存RAM 和一个非易失性的可电擦除的的E2RAM。后者用于存储TH，TL 值。数据先写入RAM，经校验后再传给E2RAM。而配置寄存器为高速暂存器中的第5 个字节，它的容用于确定温度值的数字转换分辨率，DS18B20工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换为相应精度的数值。该字节
31、各位的定义见表2-2。表2-2 字节定义低5 位一直都是1，TM 是测试模式位，用于设置DS18B20 在工作模式还是在测试模式。在DS18B20 出厂时该位被设置为0，用户不要去改动，R1 和R0 决定温度转换的精度位数，即用来设置分辨率，见表2-3 (DS18B20 出厂时被设置为12 位)。表2-3 R1 和R0 模式表由表2-1 可见，设定的分辨率越高，所需要的温度数据转换时间就越长。因此，在实际应用中要在分辨率和转换时间两者中权衡考虑。高速暂存存储器除了配置寄存器外，还有其他8 个字节组成，其分配见表2-4。表2-4 字节定义其中第1、2 字节是温度信息，第3、4 字节是TH 和TL
32、 值，第68 字节未用，表现为全逻辑1；第9 字节读出的是前面所有8 个字节的CRC 码，可用来保证通信正确。当DS18B20 接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就以16 位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第1,2 字节。单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后。温度值格式见表2-5。表2-5 温度格式表以12 位转化为例说明温度高低字节存放形式与计算；12 位转化后得到的12 位数据，存储在DS18B20 的两个高低8 位的RAM 中，二进制中的前面5 位是符号位。如果测得的温度大于0，这5 位为0，即符号位S=0，这时只要直接将测到的数值
33、二进制位转换为十进制，再乘以0.0625 即可得到实际温度；如果温度小于0，这5 位为1，即符号位S=1，这时先将补码变换为原码，也就是测到的数值需要取反加1 再计算十进制值，最后乘以0.0625才能得到实际温度。对应的一部分温度值见表2-6。表2-6 部分温度表实际温度值数字输出（二进制）数字输出（十六进制）+1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H+25.06250000 0001 1001 00010191H+10.1250000 0000 1010 001000A2H+0.50000 0000 0000 1000000
34、8H00000 0000 0000 00000000H-0.51111 1111 1111 1000FFF8H-10.1251111 1111 0101 1110FF5EH-25.06251111 1110 0110 1111FE6EH-551111 1100 1001 0000FC90HDS18B20 完成温度转换后，就把测得的温度值T 与TH、TL 作比较，若TTH 或TTH，则将该器件的告警标志位置位，并对主机发出的告警搜索命令作出响应。因此，可用多只DS18B20 同时测量温度并进行告警搜索。(4)CRC 的产生在64 位ROM 的最高有效字节中存储有循环冗余校验码(CRC)。主机根据
35、ROM 的前56位来计算CRC 值，并和存入DS18B20 中的CRC 值做比较，以判断主机收到的数据是否正确。2.1.2.4 DS18B20 的控制方法在硬件上，DS18B20 与单片机的连接有两种方法。一种是将DS18B20 的UDD 接外部电源,GND 接地，其I/O 与单片机的I/O 线相连；另一种是用寄生电源供电，此时DS18B20 的UDD、GND 接地，其I/O 接单片机I/O。无论是部寄生电源还是外部供电，DS18B20 的I/O口线要接见5K左右的上拉电阻。DS18B20 有六条控制命令，见表2-7。表2-7 DS18B20 控制指令指令约定代码功能读ROM33H读取DS18
36、B20ROM中的编码（64位地址）符合ROM55H发出命令后，接着发出64位ROM编码，访问单总线上与该编码相同的DS18B20，使之做出反应，为下一步读写作准备。搜索ROM0F0H用于确定挂在同一总线上DS18B20的个数，和识别64位ROM地址，微操作各器件做准备。跳过ROM0CCH忽略64位ROM地址，直接向DS18B20发送温度转换命令，适用于单片工作。告警搜索命令0ECH执行后只有温度值超过限度值才做出反应，温度变换命令44H启动DS18B20进行温度转换，转换时间最长为500毫秒，结果存入部就九字节RAM中。读暂存器0BEH读部RA九字节容写暂存器4EH发出向部RAM的第3、4字节
37、写上下限温度命令，紧随该命令之后是传送两个字节数据。复制暂存器48H将RAM中的第3、4字节容写到EEPRAM中。重调EEPRAM0B8H将EEPRAM中的第3、4字节容写到RAM中。读供电方式0B4H读DS18B20供电模式，寄生供电DS18B20时发送“1”，外接电源发送“1”。CPU 对DS18B20 的访问流程是:先对DS18B20 初始化，再进行ROM 操作命令，最后才能对存储器操作和对数据操作。DS18B20 每一步操作都要遵循严格的工作时序和通信协议。例如主机控制DS18B20 完成温度转换这一过程，根据DS18B20 的通讯协议，必须经历三个步骤:每一次读写之前都要对DS18B
38、20 进行复位，复位成功后发送一条ROM 指令，最后发送RAM 指令，这样才能对DS18B20 进行预定的操作。2.1.2.5 DS18B20 的测温原理DS18B20 的测温原理见图2-5 。图2-5 DS18B20 的部测温电路原理图图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，高温度系数晶振的振荡频率随温度变化而明显改变，所产生的信号作为减法计数器2 的脉冲输入。图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20 就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数，进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55所对
39、应的基数分别置入减法计数器1 和温度寄存器中，减法计数器1 和温度寄存器被预置在-55所对应的一个基数值。减法计数器1 对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1 的预置值减到0 时温度寄存器的值将加1，减法计数器1 的预置将重新被装入，减法计数器1 重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器2 计数到0 时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图2-3 中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值，这就是DS18B20 的测
40、温原理。2.1.2.6 DS18B20温度传感器与单片机的接口电路DS18B20 可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时DS18B20 的1 脚接地，2 脚作为信号线，3 脚接电源。另一种是寄生电源供电方式，单片机端口接单线总线，为保证在有效的DS18B20 时钟周期提供足够的电流，可用一个MOSFET 管来完成对总线的上拉。当DS18B20 处于写存储器操作和温度A/D 转换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为10us。采用寄生电源供电方式时VDD 端接地。由于单线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。寄生电源供电方式，见图2-6。图2-6 DS18B20 与单片机
41、的接口电路2.1.3LED数码管部分在日常生活中，我们对LED数码管并不陌生。LED数码管已作为很多电子产品的通用器件，如在仪表、汽车、机械电子与很多家用电子产品中都可以看到。在单片机的人机交流界面中，一般的输出方式有以下几种：发光管、LED 数码管、液晶显示器。发光管和LED 数码管比较常用，软硬件都比较简单。2.1.3.1 LED数码管简介LED数码管分共阳极与共阴极两种，其工作特点是，当笔段电极接低电平，公共阳极接高电平时，相应笔段可以发光。共阴极LED数码管则与之相反，它是将发光二极管的阴极(负极)短接后作为公共阴极。当驱动信号为高电平、?端接低电平时，才能发光。LED的输出光谱决定其
42、发光颜色以与光辐射纯度，也反映出半导体材料的特性。常见管芯材料有磷化镓(GaP)、砷化镓(GaAs)、磷砷化镓 (GaAsP)、氮化镓(GaN)等，其中氮化镓可发蓝光。发光颜色不仅与管芯材料有关，还与所掺杂质有关，因此用同一种管芯材料可以制成发出红、橙、黄、绿等不同颜色的数码管。其他颜色LED数码管的光谱曲线形状与之相似，仅入，值不同。LED数码管的产品中，以发红光、绿光的居多、这两种颜色也比较醒目。LED数码管等效于多只具有发光性能的PN结。当PN结导通时，依靠少数载流子的注人与随后的复合而辐射发光，其伏安特性与普通二极管相似。在正向导通之前，正向电流近似于零，笔段不发光。当电压超过开启电压
43、时，电流就急剧上升，笔段发光。因此，LED数码管属于电流控制型器件，其发光亮度L(单位是cdm2)与正向电流IF有关，用公式表示：L=KIF即亮度与正向电流成正比。LED的正向电压U，则与正向电流以与管芯材料有关。使用LED数码管时，工作电流一般选10mA左右段，既保证亮度适中，又不会损坏器件。2.1.3.2 LED数码管的基本参数和引脚功能LED数码管正向压降一般为1.52V，额定电流为10mA，最大电流为40mA。本设计采用4位一组共阳LED数码管，用P1来控制数码管的短选和p2口控制位选位选，其管脚分配和部结构，见图2-7。图2-7LED共阳数码管管脚与部结构图2-8硬件原理图因为共阴、
44、共阳极数码管电平控制存在区别，所以其编码方式不一样，其具体编码见表2-10。表2-8共阴、共阳数码管编码方式显示字符0123456789共阳极0xc00xf90xa40xb00x990x920x820xf80x800x90共阴极0x3f0x060x5b0x4f0x660x6d0x7d0x070x7f0x6f2.1.4NRF24L01无线数据传输部分随着我国国际地位和科研水平的不断提高，无需导线连接的无线数据系统对用户有着极大的吸引力。无线数据系统采用了能在局域围无线传输信息的数字网络，在不改动原有设施的前提下，将有效的数据信息准确、快速和安全地传送给与会者。因此，无线数据系统设备的设计得到了国
45、外相关领域厂商的广泛关注，未来，无线数据系统很有可能代替现有的有线数据系统，成为今后数据传输的主流。要了解无线数据传输， 就得先了解无线传输技术。 下面大概介绍一下几种常见的无线传输技术：1.U段无线传输技术超高频（UHF -Ultra High Frequency）。UHF波段则是指频率为3003000MHz的特高频无线电波。具有特点是：1）稳定性高2）写距离远3）讯速率较高但U段技术由于频段多、使用围广，容易串频和被听，性较差。2.红外线技术红外通讯技术的特点：1）它是目前在世界围被广泛使用的一种无线连接技术，被众多的硬件和软件平台所支持；2）通过数据电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换实现无
46、线的数据收发。3）主要是用来取代点对点的线缆连接；4）具有不能穿透障碍物的特性，有效保障了会议信息的安全与；5）安装方便快捷，成本低；当然我们还是需要注意一下红外线技术的一些局限性。在进行系统安装时，设备距离红外信号收发器的距离通常比较短，大都在10米，且应远离其它红外光源（如日光灯，等离子屏等），以避免干扰。3.WAP技术 WAP是Wireless Application Protocol（即无线应用协议）的缩写。无线应用协议也称为无线应用程序协议，目前应用广泛，是在数字移动、Internet与其他个人数字助理机PDA、计算机应用之间进行通信的开放性全球标准。在工作方面，对于日理万机、经常与时间竞赛的商务人士，WAP更能为用户提供市场上最新的第一手信息，完全配合用户的业务和工作需要。在生活方面，无论用户身在何处，都可以通过WAP上网，进行各项线上银行服务，在娱乐方面，WAP也为用户提供了崭新的消费模式，无论您走到那里，都可以随心所欲地与朋友甚至其他WAP用户，一起上网、玩游戏，一起分享WAP的乐趣。BOSCH的DCN无线讨论系统采用的就是该无线技术。 通过倍受赞誉的无线介入点能够为方圆40米（164英尺）左右