光纤介质的单片机通信系统设计硬件部分
随着科学技术的进步与发展，光纤通信与单片机应用在诸多生产领域都得到快速发展。基于光纤介质单片机应用系统，较好地综合了光纤通信传输距离远、传输速率高和单片机集成性高、控制性强等优点，能够有效克服电信号传输系统在传输距离上的制约，实现单片机应用系统在较大空间范围上的数据采集、处理与控制应用。本课题以温度数据采集和传输为例，设计基于单片机串口通信的光纤传输系统，实现两单片机应用系统间的数据远距离传输，来验证光纤与单片机结合的远距离通信的可行性、可靠性与实用性。具体地，选用AT89C52单片机构成单片机应用系统，用温度传感器DS18B20来采集温度。用衰减小于1db/Km的塑料光纤作为光纤介质。鉴于单片机与光纤间不能直接通信，即在单片机与光纤间设计了电光与光电转换模块，即光纤收发器，可实现在1Km内信号的有效传输。经调试，系统达到了预期要求，实现了光纤与单片机结合的长距离通信。关键词 单片机应用系统，光纤通信，衰减，光电转换目 录
1 引言 2
1.1 课题相关技术及其发展趋势 2
1.2 课题研究意义 3
1.3课题设计要求 3
2 总体设计 4
2.1硬件总体设计 4
2.2软件总体设计 6
3 单元电路设计 6
3.1 单片机测温及应用系统设计 7
3.1.1 AT89C52单片机简介 7
3.1.2 AT89C52单片机应用引脚及其在系统中的作用 9
3.1.3 温度传感器简介及其在系统中的作用 12
3.1.4液晶显示屏简介及其在系统中作用 17
3.2通信系统设计 20
3.2.1 串口通信模块设计 21
3.2.2电流驱动模块设计与光纤收发器工作原理 26
3.2.3塑料光纤简介及其工作原理 30
4 系统调试过程 32
4.1系统各部分通信调试过程及结果显示 32
4.2系统总体调试过程及结果显示 33
结 论 35
致 谢 36
参 考 文 献 37
1 引言
随着社会科技的进步与发展，光纤通信得到了
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发器工作原理 26
3.2.3塑料光纤简介及其工作原理 30
4 系统调试过程 32
4.1系统各部分通信调试过程及结果显示 32
4.2系统总体调试过程及结果显示 33
结 论 35
致 谢 36
参 考 文 献 37
1 引言
随着社会科技的进步与发展，光纤通信得到了快速的发展。基于光纤介质的通信将会有很大的发展前景。单片机具有体积小、价格低、功能强等优点。但单片机的应用具有局限性，它只适合在一些物理空间比较小的范围里采集信号，相应地处理的问题不是很复杂。但在大型的生产领域，需要几个单片机结合起来采集信号，由于传输距离比较远，单片机驱动能力比较弱、信号衰减比较大，单片机远距离通信不能够实现。光纤适合长距离的信号传输，它具有抗干扰能力强、传输速率高等优点。单片机与光纤通信结合将实现信号的远距离传输与控制。为其在以后的工业领域应用奠定基础。
本文主要以温度为传输对象介绍了单片机与光纤介质结合通信的具体设计电路图、各元器件工作原理、系统调试过程及其数据显示，从而验证该课题的可行性。
1.1 课题相关技术及其发展趋势
本课题主要由单片机测温系统和光纤通信系统两大部分组成。光纤通信是现代通信的重要组成部分，它拥有传输速率快、传输容量大的优点，切合了现代通信传输信息容量大、传输速率高的要求 [1] 。此外它还具有传输损耗低、传输频带宽、无串音、质地轻等诸多优点，在我国的核心传输网通信领域和城域网光通信领域得到了应用与发展。另外，塑料光纤以其柔韧性好、质地轻和成本低等优点在我国的光纤宽带接入技术领域得到了广泛的应用。目前光纤通信发展的技术如光弧子技术与光波分复用技术在国内外发展也已经很成熟，追求传输容量更大、传输距离更远、传输速率更高将是光纤通信发展的主流趋势。光纤通信也将逐渐成为目前信息高效传输的主要途径 [2] 。
单片机应用系统具有体积小、集成性高、成本低、便于携带等优点。它能方便地组装成各种智能式控制设备，能针对性地解决从简单到复杂的各种控制任务。它从70年代以来就得到快速发展，它是由最初的探索、完善阶段到微控制器初步发展阶段发展到现在的微控制器全面发展阶段。单片机在智能仪器仪表、实时工业控制、家用电器领域得到了广泛应用。它现在正朝着制作工艺CMOS化、存储容量更大化、驱动能力更强化、外围电路内装化发展。单片机测温系统主要由单片机应用系统与温度传感器组成。目前，单片机测温系统已在工业生产领域得到广泛的应用，例如温室大棚、智能养猪厂、养鸡厂等生产领域的温度采集与控制等。
1.2 课题研究意义
光纤通信具有传输距离远、传输速率高、传输带宽宽、通信容量大抗干扰能力强及保密性好等优点，在我们的日常生活中，它也得到了广泛的应用，比如光纤宽带接入技术的应用使计算机实现远距离通信和光纤与电路结合在电力行业中使用等等[3] 。其中塑料光纤价格成本比较低、耐破损，质地轻及柔韧性好具有许多使用优点，但目前在国内，塑料光纤的接口技术发展还不全面，与电路之间结合通信的设备与器件也不完善，这些都是我们需要解决的问题，希望通过本课题的研究，能够找到解决的方案，为实现光纤与电路结合的通信系统奠定基础，同时也为这项技术能够在工业领域发展做铺垫[10] 。
紧接着得是控制器件单片机的介绍。单片机具有体积小、集成性高、便于携带、可靠性高、控制性强、性价比高以及易于扩展等优点[4] 。目前单片机在工业生产自动化领域、通信领域、电子产品应用领域中得到了广泛的应用。在一些大型的温室大棚、水产养殖厂等工业生产领域中，需要相应的控制器件来采集温度、湿度等一些简单的数字信号，因为这些信号的采集所构成的控制系统也较简单，使用单片机就可以完成控制。基于是大型的工业生产与养殖厂，它的空间范围比较大，所以我们使用了电线、电缆介质实现单片机之间的远距离通信，但是这种通信方式存在信号损耗比较大、传输距离较短等问题，如果我们采用光纤介质实现单片机间的远距离通信，就可以降低传输信号损耗，提高传输效率，所以说研究基于光纤介质的单片机间远距离通信系统设计具有重要意义。
1.3课题设计要求
在一些大型的工业、养殖业生产领域中，通常是用单片机来采集与控制信号的，但是单片机采集与控制信号的范围很小，不能够实现信号的长距离传输，所以需要运用光纤来实现信号的长距离传输。为证明通过光纤实现单片机的远距离通信是可以实现的，本课题以温度传输为例，通过光纤介质与单片机结合实现温度值长距离传输，从而验证通过光纤介质实现单片机间的远距离通信是可以实现的。课题相关设计工作如下：首先是编写相关程序与设计合理电路能够通过单片机读取到温度传感器中的实时温度，再编写相关程序与设计合理电路使温度传感器中的温度值能通过相应显示模块显示出来，然后通过串口输送到光纤介质，并且通过此光纤介质传送到另一个单片机的串行口，通过编写相关程序与设计合理电路使接收端的显示模块能够显示所传输过来的温度值信息。由于单片机与光纤介质之间不能直接通信，所以在两片单片机与光纤介质之间要设计恰当的光电转换模块与电光转换模块，从而保证两片单片机之间能够正常通信，完成课题的设计要求。
2 总体设计
该部分内容分为硬件总体设计和软件
1 引言 2
1.1 课题相关技术及其发展趋势 2
1.2 课题研究意义 3
1.3课题设计要求 3
2 总体设计 4
2.1硬件总体设计 4
2.2软件总体设计 6
3 单元电路设计 6
3.1 单片机测温及应用系统设计 7
3.1.1 AT89C52单片机简介 7
3.1.2 AT89C52单片机应用引脚及其在系统中的作用 9
3.1.3 温度传感器简介及其在系统中的作用 12
3.1.4液晶显示屏简介及其在系统中作用 17
3.2通信系统设计 20
3.2.1 串口通信模块设计 21
3.2.2电流驱动模块设计与光纤收发器工作原理 26
3.2.3塑料光纤简介及其工作原理 30
4 系统调试过程 32
4.1系统各部分通信调试过程及结果显示 32
4.2系统总体调试过程及结果显示 33
结 论 35
致 谢 36
参 考 文 献 37
1 引言
随着社会科技的进步与发展，光纤通信得到了
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
发器工作原理 26
3.2.3塑料光纤简介及其工作原理 30
4 系统调试过程 32
4.1系统各部分通信调试过程及结果显示 32
4.2系统总体调试过程及结果显示 33
结 论 35
致 谢 36
参 考 文 献 37
1 引言
随着社会科技的进步与发展，光纤通信得到了快速的发展。基于光纤介质的通信将会有很大的发展前景。单片机具有体积小、价格低、功能强等优点。但单片机的应用具有局限性，它只适合在一些物理空间比较小的范围里采集信号，相应地处理的问题不是很复杂。但在大型的生产领域，需要几个单片机结合起来采集信号，由于传输距离比较远，单片机驱动能力比较弱、信号衰减比较大，单片机远距离通信不能够实现。光纤适合长距离的信号传输，它具有抗干扰能力强、传输速率高等优点。单片机与光纤通信结合将实现信号的远距离传输与控制。为其在以后的工业领域应用奠定基础。
本文主要以温度为传输对象介绍了单片机与光纤介质结合通信的具体设计电路图、各元器件工作原理、系统调试过程及其数据显示，从而验证该课题的可行性。
1.1 课题相关技术及其发展趋势
本课题主要由单片机测温系统和光纤通信系统两大部分组成。光纤通信是现代通信的重要组成部分，它拥有传输速率快、传输容量大的优点，切合了现代通信传输信息容量大、传输速率高的要求 [1] 。此外它还具有传输损耗低、传输频带宽、无串音、质地轻等诸多优点，在我国的核心传输网通信领域和城域网光通信领域得到了应用与发展。另外，塑料光纤以其柔韧性好、质地轻和成本低等优点在我国的光纤宽带接入技术领域得到了广泛的应用。目前光纤通信发展的技术如光弧子技术与光波分复用技术在国内外发展也已经很成熟，追求传输容量更大、传输距离更远、传输速率更高将是光纤通信发展的主流趋势。光纤通信也将逐渐成为目前信息高效传输的主要途径 [2] 。
单片机应用系统具有体积小、集成性高、成本低、便于携带等优点。它能方便地组装成各种智能式控制设备，能针对性地解决从简单到复杂的各种控制任务。它从70年代以来就得到快速发展，它是由最初的探索、完善阶段到微控制器初步发展阶段发展到现在的微控制器全面发展阶段。单片机在智能仪器仪表、实时工业控制、家用电器领域得到了广泛应用。它现在正朝着制作工艺CMOS化、存储容量更大化、驱动能力更强化、外围电路内装化发展。单片机测温系统主要由单片机应用系统与温度传感器组成。目前，单片机测温系统已在工业生产领域得到广泛的应用，例如温室大棚、智能养猪厂、养鸡厂等生产领域的温度采集与控制等。
1.2 课题研究意义
光纤通信具有传输距离远、传输速率高、传输带宽宽、通信容量大抗干扰能力强及保密性好等优点，在我们的日常生活中，它也得到了广泛的应用，比如光纤宽带接入技术的应用使计算机实现远距离通信和光纤与电路结合在电力行业中使用等等[3] 。其中塑料光纤价格成本比较低、耐破损，质地轻及柔韧性好具有许多使用优点，但目前在国内，塑料光纤的接口技术发展还不全面，与电路之间结合通信的设备与器件也不完善，这些都是我们需要解决的问题，希望通过本课题的研究，能够找到解决的方案，为实现光纤与电路结合的通信系统奠定基础，同时也为这项技术能够在工业领域发展做铺垫[10] 。
紧接着得是控制器件单片机的介绍。单片机具有体积小、集成性高、便于携带、可靠性高、控制性强、性价比高以及易于扩展等优点[4] 。目前单片机在工业生产自动化领域、通信领域、电子产品应用领域中得到了广泛的应用。在一些大型的温室大棚、水产养殖厂等工业生产领域中，需要相应的控制器件来采集温度、湿度等一些简单的数字信号，因为这些信号的采集所构成的控制系统也较简单，使用单片机就可以完成控制。基于是大型的工业生产与养殖厂，它的空间范围比较大，所以我们使用了电线、电缆介质实现单片机之间的远距离通信，但是这种通信方式存在信号损耗比较大、传输距离较短等问题，如果我们采用光纤介质实现单片机间的远距离通信，就可以降低传输信号损耗，提高传输效率，所以说研究基于光纤介质的单片机间远距离通信系统设计具有重要意义。
1.3课题设计要求
在一些大型的工业、养殖业生产领域中，通常是用单片机来采集与控制信号的，但是单片机采集与控制信号的范围很小，不能够实现信号的长距离传输，所以需要运用光纤来实现信号的长距离传输。为证明通过光纤实现单片机的远距离通信是可以实现的，本课题以温度传输为例，通过光纤介质与单片机结合实现温度值长距离传输，从而验证通过光纤介质实现单片机间的远距离通信是可以实现的。课题相关设计工作如下：首先是编写相关程序与设计合理电路能够通过单片机读取到温度传感器中的实时温度，再编写相关程序与设计合理电路使温度传感器中的温度值能通过相应显示模块显示出来，然后通过串口输送到光纤介质，并且通过此光纤介质传送到另一个单片机的串行口，通过编写相关程序与设计合理电路使接收端的显示模块能够显示所传输过来的温度值信息。由于单片机与光纤介质之间不能直接通信，所以在两片单片机与光纤介质之间要设计恰当的光电转换模块与电光转换模块，从而保证两片单片机之间能够正常通信，完成课题的设计要求。
2 总体设计
该部分内容分为硬件总体设计和软件
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