基于51单片机的无线温度采集系统设计
基于51单片机的无线温度采集系统设计[20200406110539]
摘 要
51单片机具有按位操作的特点，价格低廉，编程简便，有很好的可操作性，选用51单片机可以达到简化系统结构的目的。本文硬件部分采用单片机最小系统作为整个系统的控制核心，用LM35感测到的温度数据由AT89C51单片机读取并通过无线通信芯片NRF905进行传输。软件部分则采用C语言编程方式来实现温度采集功能。该设计在数据通信方面选择了无线通信技术，这样可以解决由于地形、通信距离等因素带来的一系列问题，例如布线检修成本及干扰等。
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关键字:AT89C51无线通信温度采集设计
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 温度测量技术的概况 1
1.3 本文主要工作 1
2 系统设计方案 2
2.1 系统总体设计 2
2.2 总体方案流程图 2
3 硬件设计 4
3.1 系统原理图设计 4
3.1.1 主机原理图设计 4
3.1.2 从机原理图设计 4
3.2 主机系统模块介绍 4
3.2.1 单片机最小系统 4
3.2.2 显示部分 5
3.2.3 通信部分 6
3.2.4 无线通信部分 6
3.3 从机系统模块介绍 7
3.3.1 单片机最小系统 7
3.3.2 通信指示灯部分 8
3.3.3 模数转换部分 8
3.3.4 温度采集部分 9
3.3.5 信号处理部分 9
3.3.6 电源供电部分 10
4 软件设计 11
4.1 系统整体设计框架 11
4.2 主程序模块 11
4.3 温度采集模块 12
4.3.1 主机处理功能流程图 12
4.3.2 温度采集主机控制程序 12
4.3.3 从机数据采集流程图 14
4.3.4 从机无线温度采集程序 14
4.4 无线通信模块 15
4.4.1 NRF905发送程序流程 15
4.4.2 NRF905发送程序 16
4.4.3 NRF905接收程序流程 18
4.4.4 NRF905接收程序 18
5 系统调试 20
结语 21
致谢 22
参考文献 23
附录 24
附录一 24
附录二 26
1 绪论
1.1 研究背景
如今伴随着微处理器技术的不断地更新、完善和发展，在不同的行业中，尤其是在工业生产方面，数据采集系统都是必不可少的。在生产中，由数据采集所产生的大量时间上的消耗要求人们在追求采集速度的同时，还要保证信息的准确性。
能够准确采集温度信息的研究不仅在现代工业中同时在人们的生活起居中都有着相当重要的意义。要想测量的更准确就要有相对优质的传感器。为了实现大范围的温度采集传感器数量就要更为庞大。大量的传感器会使数据电缆增多，这样由于布线的复杂而会导致工作量增大，同时电缆过多也易导致整个电路发生断路和短路，而且电缆一般由铜丝制成，大量的铜价格昂贵，易腐蚀老化不利于系统的调试和维护。于是在本设计中无线通信技术被用在了温度采集的方面。
1.2 温度测量技术的概况
如今，一项以能够准确采集温度信息为目的的技术正在不断地完善与发展。无论是什么样的温度采集技术，一个精确的测量温度的仪器必不可少。
目前有以下的几种的测量方法：
（1）利用热胀冷缩原理。
（2）利用热电效应的方法。
（3）利用晶体管测温器件的方法。
（4）光纤温度检测技术。
（5）激光温度检测技术。
1.3 本文主要工作
本课题所设计的是以实现温度的采集以及无线传输采集到的信息为目的，结构主要分为硬件和软件设计两个部分。
系统硬件选择51MCU（单片机）为中心芯片,这里选用的MCU是AT89C51,并选择LM35DZ芯片实现温度采集功能。软件部分主要是温度采集的程序设计，最后将采集和处理过的温度信号由LCD数码管显示出来。
2 系统设计方案
2.1 系统总体设计
图2.1 温度采集无线通信系统设计总体框图
上图为本设计的系统框图。该系统以是实现温度的采集以及无线传输采集到的信息为目的。其通信节点包括三个：
（1）实现温度采集的节点。
（2）实现主机控制的节点。
（3）PC机节点：决定计算机通信方式，提供软件设计平台使测得的温度数据完成其他方面的应用。
本系统首先要能够正确的采集到现场的温度信息，然后要对他们进行初步的处理：完成在一定频率上的装载，并通过无线传播，能够在最后完成数据的显示和存储。于是整个系统能够被分割为以下的几个部分：
（1）温度采集功能的系统。
（2）无线通信功能的系统。
（3）系统控制功能的系统。
（4）数据处理功能的系统。
2.2 总体方案流程图
下图即为系统硬件电路设计。
图2.2 无线通讯温度采集系统结构框图
该系统中选用AT89C51单片机，其被用来作为系统的心脏。
在从机中：AT89C51控制整个信息采集和无线通信。
在主机中：89C51单片机控制串口通信。最终两片单片机共同完成并实现温度的采集工作和显示工作。
3 硬件设计
该系统的核心控制为单片机最小系统构成。通过单片机读取并传输温度感测的数据，同时系统又可分为电源部分、温度采集及显示部分、数据传输部分和存储电路部分进行设计。
3.1 系统原理图设计
3.1.1 主机原理图设计
系统主机主要目的是实现通信的控制和温度数据的收发和处理，原理图附录一中的图二所示。其中包括以下的几个部分：
（1）控制部分：选用 AT89C51芯片。
（2）电源部分：主要用三端稳压器组成线性电源，提供DC3.3V与DC5V电压。
（3）通信部分：分为两个部分即无线通信部分和单片机与计算之间的串口通信部分。串口部分的目的是实现单片机与上位机（上位机可以为单片机提供更强大的数据库管理和人机界面设计空间）的信息交互。
（4）显示部分： LCD1602显示。
（5）声音部分：选用蜂鸣器来发出简单的声音。
（6）提示部分：提示部分为 3个发光二极管。作用是指示通信状态和操作。
3.1.2 从机原理图设计
该系统的从机控制温度采集模块和无线模块。同时它也控制无线收发和对主机命令的响应。原理图见附录一图三。它包括以下几个部分:
（1）控制部分：选用 AT89C51芯片。
（2）声音部分：选用蜂鸣器来发出简单的声音。
（3）无线通信部分：NRF905被用于无线传输数据。
（4）指示部分：选用LED指示数据通信的状况。
（5）数据采集部分：选用电压型温度传感器LM35DZ芯片。
（6）电源部分：使用+5V电源供电给单片机。采用3.3V稳压芯片为NRF905供电。
（7）下载部分：预留串口。
3.2 主机系统模块介绍
3.2.1 单片机最小系统
AT89C51的31号引脚接+5V高电平。单片机以DIP40(40个引脚的形式)封装。由引脚功能表得知32号引脚到39号引脚接上上拉电阻，作为I/0口使用。本设计选用排阻A103G，其阻值为10K。
摘 要
51单片机具有按位操作的特点，价格低廉，编程简便，有很好的可操作性，选用51单片机可以达到简化系统结构的目的。本文硬件部分采用单片机最小系统作为整个系统的控制核心，用LM35感测到的温度数据由AT89C51单片机读取并通过无线通信芯片NRF905进行传输。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:AT89C51无线通信温度采集设计
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 温度测量技术的概况 1
1.3 本文主要工作 1
2 系统设计方案 2
2.1 系统总体设计 2
2.2 总体方案流程图 2
3 硬件设计 4
3.1 系统原理图设计 4
3.1.1 主机原理图设计 4
3.1.2 从机原理图设计 4
3.2 主机系统模块介绍 4
3.2.1 单片机最小系统 4
3.2.2 显示部分 5
3.2.3 通信部分 6
3.2.4 无线通信部分 6
3.3 从机系统模块介绍 7
3.3.1 单片机最小系统 7
3.3.2 通信指示灯部分 8
3.3.3 模数转换部分 8
3.3.4 温度采集部分 9
3.3.5 信号处理部分 9
3.3.6 电源供电部分 10
4 软件设计 11
4.1 系统整体设计框架 11
4.2 主程序模块 11
4.3 温度采集模块 12
4.3.1 主机处理功能流程图 12
4.3.2 温度采集主机控制程序 12
4.3.3 从机数据采集流程图 14
4.3.4 从机无线温度采集程序 14
4.4 无线通信模块 15
4.4.1 NRF905发送程序流程 15
4.4.2 NRF905发送程序 16
4.4.3 NRF905接收程序流程 18
4.4.4 NRF905接收程序 18
5 系统调试 20
结语 21
致谢 22
参考文献 23
附录 24
附录一 24
附录二 26
1 绪论
1.1 研究背景
如今伴随着微处理器技术的不断地更新、完善和发展，在不同的行业中，尤其是在工业生产方面，数据采集系统都是必不可少的。在生产中，由数据采集所产生的大量时间上的消耗要求人们在追求采集速度的同时，还要保证信息的准确性。
能够准确采集温度信息的研究不仅在现代工业中同时在人们的生活起居中都有着相当重要的意义。要想测量的更准确就要有相对优质的传感器。为了实现大范围的温度采集传感器数量就要更为庞大。大量的传感器会使数据电缆增多，这样由于布线的复杂而会导致工作量增大，同时电缆过多也易导致整个电路发生断路和短路，而且电缆一般由铜丝制成，大量的铜价格昂贵，易腐蚀老化不利于系统的调试和维护。于是在本设计中无线通信技术被用在了温度采集的方面。
1.2 温度测量技术的概况
如今，一项以能够准确采集温度信息为目的的技术正在不断地完善与发展。无论是什么样的温度采集技术，一个精确的测量温度的仪器必不可少。
目前有以下的几种的测量方法：
（1）利用热胀冷缩原理。
（2）利用热电效应的方法。
（3）利用晶体管测温器件的方法。
（4）光纤温度检测技术。
（5）激光温度检测技术。
1.3 本文主要工作
本课题所设计的是以实现温度的采集以及无线传输采集到的信息为目的，结构主要分为硬件和软件设计两个部分。
系统硬件选择51MCU（单片机）为中心芯片,这里选用的MCU是AT89C51,并选择LM35DZ芯片实现温度采集功能。软件部分主要是温度采集的程序设计，最后将采集和处理过的温度信号由LCD数码管显示出来。
2 系统设计方案
2.1 系统总体设计
图2.1 温度采集无线通信系统设计总体框图
上图为本设计的系统框图。该系统以是实现温度的采集以及无线传输采集到的信息为目的。其通信节点包括三个：
（1）实现温度采集的节点。
（2）实现主机控制的节点。
（3）PC机节点：决定计算机通信方式，提供软件设计平台使测得的温度数据完成其他方面的应用。
本系统首先要能够正确的采集到现场的温度信息，然后要对他们进行初步的处理：完成在一定频率上的装载，并通过无线传播，能够在最后完成数据的显示和存储。于是整个系统能够被分割为以下的几个部分：
（1）温度采集功能的系统。
（2）无线通信功能的系统。
（3）系统控制功能的系统。
（4）数据处理功能的系统。
2.2 总体方案流程图
下图即为系统硬件电路设计。
图2.2 无线通讯温度采集系统结构框图
该系统中选用AT89C51单片机，其被用来作为系统的心脏。
在从机中：AT89C51控制整个信息采集和无线通信。
在主机中：89C51单片机控制串口通信。最终两片单片机共同完成并实现温度的采集工作和显示工作。
3 硬件设计
该系统的核心控制为单片机最小系统构成。通过单片机读取并传输温度感测的数据，同时系统又可分为电源部分、温度采集及显示部分、数据传输部分和存储电路部分进行设计。
3.1 系统原理图设计
3.1.1 主机原理图设计
系统主机主要目的是实现通信的控制和温度数据的收发和处理，原理图附录一中的图二所示。其中包括以下的几个部分：
（1）控制部分：选用 AT89C51芯片。
（2）电源部分：主要用三端稳压器组成线性电源，提供DC3.3V与DC5V电压。
（3）通信部分：分为两个部分即无线通信部分和单片机与计算之间的串口通信部分。串口部分的目的是实现单片机与上位机（上位机可以为单片机提供更强大的数据库管理和人机界面设计空间）的信息交互。
（4）显示部分： LCD1602显示。
（5）声音部分：选用蜂鸣器来发出简单的声音。
（6）提示部分：提示部分为 3个发光二极管。作用是指示通信状态和操作。
3.1.2 从机原理图设计
该系统的从机控制温度采集模块和无线模块。同时它也控制无线收发和对主机命令的响应。原理图见附录一图三。它包括以下几个部分:
（1）控制部分：选用 AT89C51芯片。
（2）声音部分：选用蜂鸣器来发出简单的声音。
（3）无线通信部分：NRF905被用于无线传输数据。
（4）指示部分：选用LED指示数据通信的状况。
（5）数据采集部分：选用电压型温度传感器LM35DZ芯片。
（6）电源部分：使用+5V电源供电给单片机。采用3.3V稳压芯片为NRF905供电。
（7）下载部分：预留串口。
3.2 主机系统模块介绍
3.2.1 单片机最小系统
AT89C51的31号引脚接+5V高电平。单片机以DIP40(40个引脚的形式)封装。由引脚功能表得知32号引脚到39号引脚接上上拉电阻，作为I/0口使用。本设计选用排阻A103G，其阻值为10K。
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