采用單片機的無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)的硬件及軟件設計
2016/12/11 16:14:33??????點擊：
為了使系統(tǒng)能夠最優(yōu)化的工作， 系統(tǒng)的硬件器件選擇將是十分重要的問題。
(1)溫度傳感器的選用
系統(tǒng)是做溫度監(jiān)控的， 首要的工作就是如何選取溫度傳感器， 正確的選擇溫度傳感器對系統(tǒng)的性能和價格有著重大的影響。就溫度傳感器的溫度測量范圍、精度、響應時間、穩(wěn)定性、線性度和靈敏度。等幾個因素的比較分析，本系統(tǒng)選用的是美國DALLAS 半導體公司生產(chǎn)的DS18B20 溫度傳感器。
選用該傳感器的原因有：
①DS18B20 與微處理器僅需要一條線即可實現(xiàn)雙向通訊，簡化連接難度;
②無需其他的AD 轉化器件，降低成本， 也減少了硬件制板的費用;
③可供使用電壓范圍大：3.0V 到5.5V 都可以使用，器件的功耗較低;
④測溫分辨率高，最高可達0.125 度，便于溫度精確控制;
⑤支持多點測試，多個DS18B20 可以并聯(lián)在一根線上，實現(xiàn)多點測溫。
(2)無線模塊的選用
本系統(tǒng)是多點監(jiān)控， 同時他的數(shù)據(jù)傳輸是通過無線傳輸?shù)模詿o線傳輸模塊的需要支持多點的數(shù)據(jù)的傳送。考慮穩(wěn)定性， 傳輸數(shù)據(jù)的速度， 錯誤率等方面， 本系統(tǒng)選用的是NRF905 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，選擇該模塊的原因有：
①433MHZ開放ISM 頻段免許可證使用，無需額外申請頻段;
②傳輸速率高，最高數(shù)據(jù)傳輸速率可達50KB，滿足實時監(jiān)控的需要;
③自帶有CRC 糾錯功能，抗干擾能力強。所需電壓僅3.3V，功耗低;
④125 個頻道，支持多點通信，滿足系統(tǒng)多點監(jiān)控的需要。
(3)主控芯片選用
ATmega16 是ATMEL 公司推出的一款基于AVR RISC 構架的低功耗CMOS 的8 位單片機。ATmega16 在16MHz 時有16MIPS 的運算速度，具有兩周期硬件乘法器，從而使得設計人員可以在功耗和執(zhí)行速度之間取得平衡， 且非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲器資源較大能滿足程序代碼設計需要。外設資源豐富：2 個具有獨立預分頻器和比較器功能的8 位定時/計數(shù)器;一個獨立預分頻器和比較/捕捉功能的16 位定時/計數(shù)器;支持4 路PWM 輸出、8 路10 位ADC。支持TWI 接口、USART、SPI 接口多機通信滿足擴展功能的需要。
(4)其他外圍器件
USB 與PC 機通信中USB 控制芯片PDUSBD12，顯示模塊1602，報警蜂鳴器等。
2.1 系統(tǒng)的硬件連接方法
硬件方面主要由兩部分組成， 溫度采集發(fā)送部分和數(shù)據(jù)接受分析控制部分。
1.1.1 溫度采集發(fā)送部分
主要的連接器件有NRF905 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，DS18B20溫度傳感器采集模塊，1602 顯示模塊，報警模塊，及溫度異常處理模塊。主控芯片M16 通過SPI 總線協(xié)議向無線模塊發(fā)送配置信息，使其工作初始化。溫度傳感器與M16 的連接使用的是單總線協(xié)議，來采集溫度。顯示芯片1602 來顯示采集到得溫度，同時使用蜂鳴器作為報警裝置，當溫度有異常時單片機會控制加熱設備或降溫設備來對異常進行處理。
1.1.2 數(shù)據(jù)接收分析控制部分
主要的連接器件有無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，USB 傳送模塊，和PC 機構成。。同樣主控芯片M16 通過SPI 總線協(xié)議向無線模塊發(fā)送配置信息，使其工作初始化。接收到溫度后通過PDUSBD12 芯片利用USB 協(xié)議將數(shù)據(jù)發(fā)送到PC 機上，可以直接在VC 界面上顯示。PC 機可以自動分析數(shù)據(jù)是否存在異常，當存在異常時，PC 發(fā)送控制信號來遠程控制加熱或降溫設備對異常進行處理，同時發(fā)出報警信號，這樣可以將危險降到最低，實現(xiàn)自動化與智能化。
1.2 軟件程序的設計
由于系統(tǒng)由兩個模塊構成， 所以軟件程序的設計也分為溫度采集發(fā)送模塊程序設計和數(shù)據(jù)接受分析控制模塊程序設計。
1.2.1 溫度采集發(fā)送模塊
主要需要設計的程序有NRF905 的內(nèi)部寄存器配置，溫度傳感器溫度采集程序，液晶顯示模塊程序，報警系統(tǒng)程序。
1.2.2 數(shù)據(jù)接受分析控制模塊
主要需要設計的程序有NRF905 的內(nèi)部寄存器配置，USB模塊的驅動編寫，上位機程序的建立，由于篇幅有限，源代碼及流程圖不再給出。
(1)溫度傳感器的選用
系統(tǒng)是做溫度監(jiān)控的， 首要的工作就是如何選取溫度傳感器， 正確的選擇溫度傳感器對系統(tǒng)的性能和價格有著重大的影響。就溫度傳感器的溫度測量范圍、精度、響應時間、穩(wěn)定性、線性度和靈敏度。等幾個因素的比較分析，本系統(tǒng)選用的是美國DALLAS 半導體公司生產(chǎn)的DS18B20 溫度傳感器。
選用該傳感器的原因有：
①DS18B20 與微處理器僅需要一條線即可實現(xiàn)雙向通訊，簡化連接難度;
②無需其他的AD 轉化器件，降低成本， 也減少了硬件制板的費用;
③可供使用電壓范圍大：3.0V 到5.5V 都可以使用，器件的功耗較低;
④測溫分辨率高，最高可達0.125 度，便于溫度精確控制;
⑤支持多點測試，多個DS18B20 可以并聯(lián)在一根線上，實現(xiàn)多點測溫。
(2)無線模塊的選用
本系統(tǒng)是多點監(jiān)控， 同時他的數(shù)據(jù)傳輸是通過無線傳輸?shù)模詿o線傳輸模塊的需要支持多點的數(shù)據(jù)的傳送。考慮穩(wěn)定性， 傳輸數(shù)據(jù)的速度， 錯誤率等方面， 本系統(tǒng)選用的是NRF905 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，選擇該模塊的原因有：
①433MHZ開放ISM 頻段免許可證使用，無需額外申請頻段;
②傳輸速率高，最高數(shù)據(jù)傳輸速率可達50KB，滿足實時監(jiān)控的需要;
③自帶有CRC 糾錯功能，抗干擾能力強。所需電壓僅3.3V，功耗低;
④125 個頻道，支持多點通信，滿足系統(tǒng)多點監(jiān)控的需要。
(3)主控芯片選用
ATmega16 是ATMEL 公司推出的一款基于AVR RISC 構架的低功耗CMOS 的8 位單片機。ATmega16 在16MHz 時有16MIPS 的運算速度，具有兩周期硬件乘法器，從而使得設計人員可以在功耗和執(zhí)行速度之間取得平衡， 且非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲器資源較大能滿足程序代碼設計需要。外設資源豐富：2 個具有獨立預分頻器和比較器功能的8 位定時/計數(shù)器;一個獨立預分頻器和比較/捕捉功能的16 位定時/計數(shù)器;支持4 路PWM 輸出、8 路10 位ADC。支持TWI 接口、USART、SPI 接口多機通信滿足擴展功能的需要。
(4)其他外圍器件
USB 與PC 機通信中USB 控制芯片PDUSBD12，顯示模塊1602，報警蜂鳴器等。
2.1 系統(tǒng)的硬件連接方法
硬件方面主要由兩部分組成， 溫度采集發(fā)送部分和數(shù)據(jù)接受分析控制部分。
1.1.1 溫度采集發(fā)送部分
主要的連接器件有NRF905 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，DS18B20溫度傳感器采集模塊，1602 顯示模塊，報警模塊，及溫度異常處理模塊。主控芯片M16 通過SPI 總線協(xié)議向無線模塊發(fā)送配置信息，使其工作初始化。溫度傳感器與M16 的連接使用的是單總線協(xié)議，來采集溫度。顯示芯片1602 來顯示采集到得溫度，同時使用蜂鳴器作為報警裝置，當溫度有異常時單片機會控制加熱設備或降溫設備來對異常進行處理。
1.1.2 數(shù)據(jù)接收分析控制部分
主要的連接器件有無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，USB 傳送模塊，和PC 機構成。。同樣主控芯片M16 通過SPI 總線協(xié)議向無線模塊發(fā)送配置信息，使其工作初始化。接收到溫度后通過PDUSBD12 芯片利用USB 協(xié)議將數(shù)據(jù)發(fā)送到PC 機上，可以直接在VC 界面上顯示。PC 機可以自動分析數(shù)據(jù)是否存在異常，當存在異常時，PC 發(fā)送控制信號來遠程控制加熱或降溫設備對異常進行處理，同時發(fā)出報警信號，這樣可以將危險降到最低，實現(xiàn)自動化與智能化。
1.2 軟件程序的設計
由于系統(tǒng)由兩個模塊構成， 所以軟件程序的設計也分為溫度采集發(fā)送模塊程序設計和數(shù)據(jù)接受分析控制模塊程序設計。
1.2.1 溫度采集發(fā)送模塊
主要需要設計的程序有NRF905 的內(nèi)部寄存器配置，溫度傳感器溫度采集程序，液晶顯示模塊程序，報警系統(tǒng)程序。
1.2.2 數(shù)據(jù)接受分析控制模塊
主要需要設計的程序有NRF905 的內(nèi)部寄存器配置，USB模塊的驅動編寫，上位機程序的建立，由于篇幅有限，源代碼及流程圖不再給出。
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