基于單片機(jī)的礦井?dāng)?shù)據(jù)無(wú)線采集系統(tǒng).doc

論文題目：基于單片機(jī)的礦井?dāng)?shù)據(jù)無(wú)線采集系統(tǒng)（硬件）專 業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué) 生：王百立 （簽名） 指導(dǎo)教師：王 建 （簽名） 摘 要采用AT89C51單片機(jī)為核心利用DS18B20溫度傳感器，MQ2氣體傳感器，LCD1602，數(shù)碼管顯示器，基于nRF905的無(wú)線收發(fā)電路完成了對(duì)礦井?dāng)?shù)據(jù)的采集，顯示，和傳輸。首先介紹了溫度數(shù)據(jù)采集，瓦斯數(shù)據(jù)采集和無(wú)線傳輸?shù)谋尘昂桶l(fā)展現(xiàn)狀。并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，主要包括各個(gè)部分電路的設(shè)計(jì)，各個(gè)芯片的選擇介紹，簡(jiǎn)單的軟件設(shè)計(jì)，并制成目標(biāo)板。根據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn)，將系統(tǒng)分為采集發(fā)送端和接收端。系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了調(diào)試和測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明：系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)完全符合礦井?dāng)?shù)據(jù)采集和無(wú)線傳輸?shù)囊螅梢酝度胧褂?。關(guān)鍵詞：AT89C51，溫度， 瓦斯，無(wú)線傳輸，LCD1602，上位機(jī)ISubject ：Wireless data acquisition system based on microcontroller mine（Hardware）Specialty ：Electrical Engineering and AutomationName ：Wang Bai Li （Signature） Instructor：Wang Jian （Signature） ABSTRACT AT89C51 microcontroller as the core of the temperature sensor DS18B20, MQ2 gas sensor, LCD1602, digital tube display, wireless transceiver circuit based on nRF905 finished to collect the data of mine, display, and transmission. First introduced the temperature data acquisition, data acquisition and gas wireless transmission of background and development present situation. And on the system design, including the each part of the circuit design, the choice of each chip is introduced, the simplicity of the design of the software, and made into target board. According to the characteristics of the system, the system is divided into collection the sender and the receiver. After the completion of the system design in the LABS of the commissioning and testing, testing results show that: the system hardware design meet the mine data acquisition and wireless transmission requirements, can put into use.Key words: AT89C51，Temperature，Gas，Wireless Transmission，LCD1602，PC10目 錄第一章 緒 論11.1 礦井無(wú)線數(shù)據(jù)采集的意義11.2 無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀11.3 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容21.4 本章小結(jié)2第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案的論證32.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能要求及結(jié)構(gòu)組成32.2 主要芯片的選擇42.2.1微處理器芯片的選擇42.2.2無(wú)線射頻芯片的選擇62.2.3溫度傳感器的選擇72.2.4瓦斯傳感器的選擇82.2.5模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的選擇102.3本章小結(jié)11第三章 無(wú)線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)123.1系統(tǒng)的供電電源和單片機(jī)最小系統(tǒng)123.3.1系統(tǒng)供電電源123.3.2單片機(jī)最小系統(tǒng)123.2溫度數(shù)據(jù)采集133.3瓦斯數(shù)據(jù)采集143.4無(wú)線收發(fā)143.5本章小結(jié)15第四章 系統(tǒng)響應(yīng)與上位機(jī)164.1顯示電路164.1.1 LED數(shù)碼管電路及工作原理164.1.2數(shù)碼管顯示電路174.1.3LED顯示驅(qū)動(dòng)PNP8550介紹174.1.4LCD1602顯示184.2報(bào)警電路：194.2.1瓦斯?jié)舛葓?bào)警電路194.2.2溫度報(bào)警指示電路194.3上位機(jī)（PC機(jī)）：194.3本章小結(jié)21第五章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)225.1系統(tǒng)軟件主流程圖設(shè)計(jì)225.1.1數(shù)據(jù)發(fā)送端流程225.1.2數(shù)據(jù)接收端流程235.2系統(tǒng)的編程軟件245.3本章小結(jié)24第六章 系統(tǒng)調(diào)試256.1硬件分部調(diào)試256.1.1硬件電路檢測(cè)256.1.2排除元器件失效256.1.3排除電源故障256.1.4顯示部分調(diào)試256.2基于Proteus仿真調(diào)試256.3軟硬統(tǒng)一調(diào)試266.4軟硬件調(diào)試過(guò)程所遇到的問題266.5本章小結(jié)27結(jié)論與心得28致 謝29參考文獻(xiàn)30附 錄31第一章 緒 論1.1 礦井無(wú)線數(shù)據(jù)采集的意義在礦井環(huán)境監(jiān)測(cè)中通常需要對(duì)礦井礦塵、瓦斯，一氧化碳、溫度、濕度、氧氣、硫化氫和二氧化碳等參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。現(xiàn)有的監(jiān)控檢測(cè)系統(tǒng)需要在礦井內(nèi)設(shè)通信線路,傳遞監(jiān)測(cè)信息。國(guó)內(nèi)大部分煤礦屬于瓦斯礦井,且絕大多數(shù)需井下開采,使得瓦斯爆炸成為煤礦重大事故之一,給煤礦企業(yè)帶來(lái)災(zāi)難性的破壞和人員傷亡。礦井安全已成為影響礦業(yè)生產(chǎn)，保持礦井持續(xù)，健康發(fā)展的重大問題。因此,做好煤礦瓦斯爆炸事故的預(yù)警防范工作,可以降低礦難的發(fā)生。當(dāng)前對(duì)瓦斯的檢測(cè)存在許多問題,例如檢測(cè)元件的性能較差,如果檢測(cè)元件損壞而,就會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)失效,可能造成重大的事故。此外探測(cè)系統(tǒng)容易受到煤礦井下不良環(huán)境因素的影響,導(dǎo)致傳感器的工作性能不穩(wěn)定。因此在本次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,對(duì)這些問題進(jìn)行了深入的研究并想出解決辦法。在這次系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中全面考慮了單片機(jī)的處理技術(shù),極大地提高了傳感器的精確度和系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。為防止煤礦災(zāi)害發(fā)生，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)礦井溫度條件對(duì)工人健康和勞動(dòng)生產(chǎn)率有著直接的影響。礦井溫度檢測(cè)主要用于檢測(cè)現(xiàn)行采區(qū)和采空區(qū)中的煤炭自燃過(guò)程的發(fā)展情況，以及檢測(cè)棚頂和準(zhǔn)備巷道支護(hù)空間中的溫度。礦井瓦斯和溫度監(jiān)測(cè)的新方案,系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)瓦斯和溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，采用mcs-51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲(chǔ)、顯示和上位機(jī)實(shí)時(shí)通信.系統(tǒng)由數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)模塊、單片機(jī)通信模塊、PC與單片機(jī)通信模塊組成.系統(tǒng)測(cè)量精確,簡(jiǎn)單實(shí)用維護(hù)方便,滿足礦井瓦斯和溫度監(jiān)測(cè)的實(shí)際要求。本課題將數(shù)據(jù)采集與無(wú)線傳輸相結(jié)合，發(fā)揮無(wú)線傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)，并且解決硬件、軟件及通信協(xié)議優(yōu)化等問題。大四的我工作已經(jīng)簽約到了國(guó)有煤礦，通過(guò)此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，可以使我了解科學(xué)研究的過(guò)程，掌握如何收集、整理和利用材料；如何利用圖書館和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)，檢索文獻(xiàn)資料；如何操作儀器和運(yùn)用繪圖軟件等方法。同時(shí)也是學(xué)習(xí)如何進(jìn)行科學(xué)研究的一個(gè)極好的機(jī)會(huì)。而且直接參與和親身體驗(yàn)了科學(xué)研究工作的全過(guò)程及其各環(huán)節(jié)，是一次系統(tǒng)的、全面的實(shí)踐機(jī)會(huì)。1.2 無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀隨著網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的迅速發(fā)展，無(wú)處不在的網(wǎng)絡(luò)終端、以人為本、個(gè)性化、智能化的移動(dòng)計(jì)算以及方便快捷的無(wú)線接入、無(wú)線互聯(lián)等新概念和新的產(chǎn)品，已經(jīng)逐漸融入人們的日常生活和工作領(lǐng)域。無(wú)線射頻收發(fā)一體型芯片技術(shù)是最近幾年來(lái)來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型無(wú)線通訊技術(shù)。最近幾年來(lái)短距離無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，一直是國(guó)內(nèi)外電子通訊領(lǐng)域發(fā)展的重點(diǎn)；在軍用領(lǐng)域中、民用通訊領(lǐng)域以及家電領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的無(wú)線射頻收發(fā)裝置結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，也不容易調(diào)試，其安全性以及可靠性都不是很優(yōu)良，不能滿足對(duì)環(huán)境和安全性要求比較高的場(chǎng)合，因此國(guó)外各大公司紛紛推出了無(wú)線射頻收發(fā)集中一體型芯片。1.3 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容本次設(shè)計(jì)的目的是設(shè)計(jì)一個(gè)體積小、功耗低、數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可靠且對(duì)煤礦數(shù)據(jù)傳輸速率要求不高的溫度數(shù)據(jù)和瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)無(wú)線采集電路，可用于煤礦井下的無(wú)法布線環(huán)境下的進(jìn)行數(shù)據(jù)無(wú)線采集。為達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，需要對(duì)硬件整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行整體的規(guī)劃。本章針對(duì)系統(tǒng)的需求和特點(diǎn)，對(duì)主要元件進(jìn)行選擇，在設(shè)計(jì)電路總體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，主要介紹了數(shù)據(jù)采集電路、無(wú)線射頻收發(fā)電路、數(shù)據(jù)顯示電路，并且給出了無(wú)線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)各個(gè)部分的電路原理圖。1.4 本章小結(jié) 本章闡述了礦井?dāng)?shù)據(jù)采集和射頻無(wú)線傳輸?shù)母艣r，分析了短距離無(wú)線數(shù)據(jù)采集的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀，指出了本文的研究目的、研究?jī)?nèi)容和范圍、研究方法及研究意義，闡述了本文的設(shè)計(jì)方案和預(yù)期結(jié)果。 第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案的論證2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能要求及結(jié)構(gòu)組成本論文提出的礦井?dāng)?shù)據(jù)采集與無(wú)線傳輸系統(tǒng)，由數(shù)據(jù)發(fā)送端和接收端兩部分組成，兩端通過(guò)無(wú)線方式通信。數(shù)據(jù)發(fā)送端由溫度傳感器、微處理器和無(wú)線發(fā)送模塊組成，微處理器將傳感器采集到的數(shù)據(jù)送給無(wú)線收發(fā)模塊打包發(fā)出。數(shù)據(jù)接收端接收到采集端的數(shù)據(jù)后，按相應(yīng)的通信協(xié)議取出有效數(shù)據(jù)，發(fā)送給微處理器，微處理器程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。根據(jù)煤礦井下采集電路的功能和應(yīng)用范圍，本文設(shè)計(jì)的無(wú)線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需要具有如下特點(diǎn)：1.由采集模塊和接收模塊組成，采集模塊主要功能是數(shù)據(jù)采集，將采集到的數(shù)據(jù)處理，本地實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)也要將處理過(guò)的數(shù)據(jù)發(fā)送給接收模塊，接收模塊將接收的數(shù)據(jù)送上位機(jī)顯示和數(shù)據(jù)記錄。2.本系統(tǒng)針對(duì)的是數(shù)據(jù)采集的頻率適中，傳輸速度和距離適中的情況。3模塊需要具有體積小，成本低，開發(fā)周期短的特點(diǎn)。4為了后續(xù)研究和系統(tǒng)更新，模塊必須具有可更新的能力，并且使用方式靈活多樣。本文的系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集端，無(wú)線通信接收端兩大部分組成，數(shù)據(jù)發(fā)送端負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集，處理，顯示和發(fā)送，數(shù)據(jù)接收端負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的接收，顯示并且上傳到上位機(jī)。本設(shè)計(jì)的核心控制芯片采用AT89C51單片機(jī)，控制DSl8B20和MQ2傳感器溫度數(shù)據(jù)采集，控制nRF905無(wú)線收發(fā)芯片發(fā)送數(shù)據(jù)，另一片nRF905接收數(shù)據(jù)給接收端單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)RS232串口把數(shù)據(jù)送到上位機(jī)（PC機(jī)），在PC機(jī)上實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)并記錄數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)溫度和瓦斯氣體連續(xù)顯示。以上分析綜合，總體方案框圖如圖2-1所示。圖2-1 總體方案框圖2.2 主要芯片的選擇微處理器、無(wú)線射頻芯片和溫度傳感器瓦斯、傳感器是本系統(tǒng)最關(guān)鍵的三個(gè)部件，從上面的分析可以看出，本系統(tǒng)所選用的元器件需要滿足低功耗、低價(jià)格、開發(fā)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。2.2.1微處理器芯片的選擇作為整個(gè)系統(tǒng)的核心部件，微處理器的選擇對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能起著至關(guān)重要的作用。面向工業(yè)控制領(lǐng)域的單片處理器，目前廣泛應(yīng)用的單片處理器有51系列的8位單片機(jī)，面向大數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域的DSP（數(shù)字信號(hào)處理器），增強(qiáng)型的16位單片機(jī)機(jī)，以及32位的ARM芯片。DSP器件在工控領(lǐng)域的應(yīng)用，有著強(qiáng)大的功能和優(yōu)越的性能。它的速度快，運(yùn)算能力強(qiáng)，主要用于高端領(lǐng)域，DSP器件功能設(shè)計(jì)主要應(yīng)用于有大量數(shù)字信息處理的系統(tǒng)，不適合應(yīng)用在在數(shù)據(jù)處理量少的小型系統(tǒng)。而目前其價(jià)格特別的高，開發(fā)技術(shù)對(duì)我個(gè)人來(lái)說(shuō)難度也特別大。ARM芯片具有功耗低、體積小、功能廣泛和高性能的特點(diǎn)，ARM芯片還可以運(yùn)行操作系統(tǒng)，不過(guò)ARM芯片也同樣不適合應(yīng)用在簡(jiǎn)單的小型控制系統(tǒng)，并且本人對(duì)ARM也不熟，沒有系統(tǒng)的學(xué)習(xí)過(guò)ARM。AT89C51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的高性能8位單片機(jī)，器件采用ATMEL公司的高密度，存儲(chǔ)具有非易失性，可以兼容MCS-51指令系統(tǒng)，器件片內(nèi)置有通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，AT89C51具有強(qiáng)大的控制功能，廣泛應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。AT89C51具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4K字節(jié)的Flash（只讀程序存儲(chǔ)器），128個(gè)字節(jié)內(nèi)部RAM（隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器），32個(gè)I/O口外部引腳線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)串行口。空閑模式下CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電模式下，RAM內(nèi)容被保存，不會(huì)丟失。但是振蕩器停止工作并且其它所有部件被禁止工作，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。AT89C51引腳圖如圖2-2所示。圖2.-2AT89C51外部引腳圖P0口為一個(gè)8位雙向I/O口，作為輸出口時(shí)每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL門電路。P0口內(nèi)部沒有上拉電阻，使用時(shí)需要外接上拉電阻。P1口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，每位可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯門電路。如果作為輸入口，首先要對(duì)P1口寫1。P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，同P1口如果作為輸入口，首先要對(duì)P1口寫1。P3口除了可以作為一般I/O口線外，它的第二功能更重要，如表2-1所示。表2-1 P3口各位的第二功能P口P3口的第二功能P3.0RXD(串行口輸入端)P3.1TXD(串行口輸出端）P3.2INT0（外部中斷0)P3.3INT1（外部中斷1)P3.4TO(定時(shí)/計(jì)數(shù)器0)P3.5T1(定時(shí)/計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)脈沖輸入端)P3.6WR（片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通信號(hào)輸出端）P3.7RD（片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端） RST:單片機(jī)復(fù)位引腳。PSEN:片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)，有效電平為低電平。ALE/PROG:地址鎖存允許信號(hào)引腳。EA/VPP:片外程序存儲(chǔ)器選用端。2.2.2無(wú)線射頻芯片的選擇無(wú)線射頻芯片是整個(gè)無(wú)線通信單元的核心部件，成功選擇芯片可以提高整個(gè)無(wú)線數(shù)據(jù)采集電路的性能和縮短開發(fā)周期?；诒敬嗽O(shè)計(jì)模塊的實(shí)際需求，應(yīng)該選用低成本、體積小、低功耗、高集成度、有較強(qiáng)的兼容性、抗干擾能力強(qiáng)、方便開發(fā)的無(wú)線射頻收發(fā)一體、對(duì)于發(fā)射具體沒有很高要求的芯片。nRF905是Nordic VLSI公司推出的單片射頻收發(fā)器，工作電壓為3.33.6V，工作于433/868/915MHz三個(gè)頻道。NRF905由頻率合成器、接收解調(diào)器、晶體振蕩器、功率放大器和調(diào)制器組成，自動(dòng)處理字頭和進(jìn)行CRC(循環(huán)冗余碼校驗(yàn))，可以使用SPI接口與單片機(jī)通信，外圍電路特別簡(jiǎn)單，可方便與單片機(jī)連接，配置也非常方便。nRF905適用于無(wú)線無(wú)線報(bào)警、無(wú)線數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、無(wú)線開鎖和玩具等諸多領(lǐng)域。nRF905有兩種工作模式和兩種節(jié)能模式。兩種工作模式分別是接收模式和發(fā)送模式，兩種節(jié)能模式分別是空閑模式和關(guān)機(jī)模式。基于礦井無(wú)線傳輸適用于400MHZ的頻率，因此nRF905能滿足本次設(shè)計(jì)的功能要求，因此本次設(shè)計(jì)選用nRF905芯片作為無(wú)線收發(fā)設(shè)備。nRF905的詳細(xì)發(fā)送數(shù)據(jù)流程和接收數(shù)據(jù)流程如下： (1)NRF905發(fā)送數(shù)據(jù)流程分以下幾步：A. 當(dāng)單片機(jī)有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，通過(guò)SPI接口，按時(shí)序把接收機(jī)的地址和要發(fā)送的數(shù)據(jù)送傳給NRF905；B. 芯片置高TRX_CE和TX_EN，激發(fā)nRF905為發(fā)送模式；C. 射頻寄存器自動(dòng)開啟；打包數(shù)據(jù)(自動(dòng)加字頭和CRC校驗(yàn)碼)；發(fā)送數(shù)據(jù)包；當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送完成，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳（DR）被置高；D. AUTO_RETRAN被置高，NRF905不斷重復(fù)發(fā)送數(shù)據(jù)，直到TRX_CE被置低；E. 當(dāng)TRX_CE被置低，NRF905發(fā)送過(guò)程完成，自動(dòng)進(jìn)入空閑模式。發(fā)送工作模式保證，一旦發(fā)送數(shù)據(jù)的過(guò)程開始，無(wú)論TRX_CN和TX_EN引腳是高還是低，發(fā)送過(guò)程都會(huì)成功完成。只有在前一個(gè)數(shù)據(jù)包被發(fā)送完畢后，nRF905才能接受下一個(gè)發(fā)送數(shù)據(jù)包。 (2)NRF905接收數(shù)據(jù)流程分以下幾步：A. 當(dāng)TRX_CE為高且TX_EN為低時(shí)，nRF905進(jìn)入接收模式；B. 650us后，nRF905不斷進(jìn)行監(jiān)測(cè)，等待接收數(shù)據(jù)；C. 當(dāng)nRF905檢測(cè)到同一頻率的載波信號(hào)時(shí)，載波檢測(cè)引腳被置高；D. 當(dāng)接收到一個(gè)相同的地址時(shí)，地址匹配引腳被置高；E. 當(dāng)一個(gè)正確的數(shù)據(jù)包接收完畢，nRF905會(huì)自動(dòng)移去字頭和CRC校驗(yàn)位，然后把數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳（DR）置高；F. 微控制器把TRX_CE置低，nRF905進(jìn)入空閑模式；G. 微控制器通過(guò)SPI口，以一定的速率把數(shù)據(jù)移到單片機(jī)內(nèi)；H. 當(dāng)所有的數(shù)據(jù)接收完畢，nRF905把數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳和地址匹配引腳置低；I. nRF905此時(shí)可以進(jìn)入接收模式、發(fā)送模式或關(guān)機(jī)模式。2.2.3溫度傳感器的選擇數(shù)字溫度傳感器是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)晶。目前，市場(chǎng)上有多種數(shù)字溫度傳感器系列產(chǎn)品。要在眾多的產(chǎn)品中選擇出合適的器件需要把握以下幾點(diǎn)：外圍電路比較簡(jiǎn)單，測(cè)溫的精度、分辨率要合適，占用單片機(jī)的I/O引腳數(shù)應(yīng)該較少，因?yàn)閱纹瑱C(jī)的系統(tǒng)資源特別寶貴，要節(jié)約使用I/O口；與單片機(jī)的通信協(xié)議要簡(jiǎn)單，溫度測(cè)量的軟件開發(fā)難度盡量小。DSl8B20是美國(guó)Dallas半導(dǎo)體公司開發(fā)的新一代數(shù)字式溫度傳感器，它具有強(qiáng)大的單總線接口方式，允許在一條信號(hào)線上接多個(gè)數(shù)字式傳感器，克服了模擬式傳感器與微機(jī)接口時(shí)需要的A/D轉(zhuǎn)換器的缺點(diǎn)，而且可以通過(guò)總線供電，由它組成的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)十分方便，而且DS18B20的成本低、體積小、可靠性高。由于DSl8B20獨(dú)特的單總線接口方式，占用單片機(jī)的I/0引腳數(shù)量少，和單片機(jī)的通信協(xié)議比較簡(jiǎn)單，成本較低，傳輸距離遠(yuǎn)，因此選用DSl8820做為溫度測(cè)量的傳感器。(1)DS18B20引腳功能說(shuō)明：DS18B20具有3引腳小體積封裝形式，工作電源支持3V5.5V的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便；其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生。其引腳圖封裝如圖2-3所示。圖2-3 溫度傳感器DS18B20引腳圖GND:接地。DQ:數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。VDD:外接供電電源輸入端。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。(2)DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)：DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位ROM、溫度傳感器、非易失性溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。A .64位激光ROM。B. 溫度靈敏元件。用于采集溫度并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。C. 非易失性溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL?？赏ㄟ^(guò)軟件寫入報(bào)警上下限值。(3)DS18B20的主要特性： A.適應(yīng)電壓范圍：3.05.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。 B.單線接口方式，DS18B20在與單片機(jī)連接時(shí)僅需要一條口線即可。C.可以多點(diǎn)組網(wǎng)工作，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的數(shù)據(jù)線上。D.全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如三極管的集成電路內(nèi)。 E.測(cè)溫范圍55+125，在-10+85時(shí)精度為0.5。 F.可編程的分辨率為912位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫。 G.在12位分辨率時(shí)最多在750us內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度非?？?。H.測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以一線總線串行傳送給單片機(jī)。2.2.4瓦斯傳感器的選擇 可燃?xì)怏w傳感器有多種但每種傳感器對(duì)不同氣體的敏感程度不同，具體的傳感器有其針對(duì)性檢測(cè)的氣體，比如MQ7對(duì)一氧化碳有較強(qiáng)的敏感性，主要用于監(jiān)測(cè)一氧化碳?xì)怏w。MQ2對(duì)瓦斯烷類氣體有較好的敏感性，適用于監(jiān)測(cè)礦井瓦斯的濃度，因此，本次設(shè)計(jì)選用MQ2氣體傳感器。(1) MQ2可燃?xì)怏w傳感器特點(diǎn)： 在較寬的濃度范圍內(nèi)對(duì)可燃?xì)怏w有良好的靈敏度、長(zhǎng)壽命、低成本、簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)電路即可 。MQ-2氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的SnO2。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大。使用簡(jiǎn)單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。MQ-2氣體傳感器對(duì)液化氣、丙烷的靈敏度高，對(duì)天然氣和其它可燃蒸汽的檢測(cè)也很理想。這種傳感器可檢測(cè)多種可燃性氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。(2)靈敏度特性：圖2-4是傳感器典型的靈敏度特性曲線,圖中縱坐標(biāo)為傳感器的電阻比（Rs/Ro），橫坐標(biāo)為氣體濃度，Rs 表示傳感器在不同濃度氣體中的電阻值。Ro 表示傳感器在1000ppm 氫氣中的電阻值。圖2-4 MQ-2靈敏度特性 圖2-5 是傳感器的基本測(cè)試電路。該傳感器需要施加2 個(gè)電壓：加熱器電壓（VH）和測(cè)試電壓（VC）。其中VH用于為傳感器提供工作溫度。VC 則是用于測(cè)定與傳感器串聯(lián)的負(fù)載電阻（R）上的電壓（VR）。這種傳感器具有輕微的極性，VC需用直流電源。VC 和VH 可以共用同一個(gè)電源電路，本次設(shè)計(jì)使用系統(tǒng)供電VC=VH=+5V。為更好利用傳感器的性能，選擇R的值為10K。 圖2-5 MQ-2基本測(cè)試圖2.2.5模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片有多種，常見的有ADC0808,ADC0809,AD0804,TLC2543 。在大三學(xué)期，老師在講單片機(jī)課程中，著重講解了ADC0809芯片，因此我對(duì)此芯片的功能及應(yīng)用比較熟悉，對(duì)于本次設(shè)計(jì)，對(duì)瓦斯氣體采樣進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，ADC0809芯片足以滿足設(shè)計(jì)要求，因此我選擇了ADC0809芯片。 (1)ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)： ADC0809是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，它由8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型D/A轉(zhuǎn)換器、逐次逼近。ADC0809可處理8路模擬量輸入，既可與各種微處理器相連，也可單獨(dú)工作。輸入輸出與TTL兼容。 (2)ADC0809外部特性： ADC0809芯片有28條引腳，如圖2-6所示，采用雙列直插式封裝，其引腳簡(jiǎn)介如下：IN0IN7：8路模擬量輸入端；ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線。用于選通8路模擬輸入中的一路；ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，有效電平為高電平；START：A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。輸入，有效電平為高電平；EOC：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。輸出，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）；OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)。輸入，有效電平為高電平。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，輸出數(shù)字量；CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ，一般選擇時(shí)鐘頻率為500KHZ； REF（+）、REF（-）為基準(zhǔn)參考電壓；VCC：電源5V；GND：地。圖2-6 ADC0809外部引腳圖ADC0809的工作過(guò)程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入通道之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到A/D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作查詢信號(hào)。當(dāng)OE輸入高電平時(shí)，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。2.3本章小結(jié) 本章主要闡述了主要芯片的選擇，主要芯片的工作原理，以及芯片的結(jié)構(gòu)。選擇正確的適合的主要芯片能夠提高系統(tǒng)的整體性能，并且為系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)能起到事半功倍的效果。本系統(tǒng)所選用的元器件需要滿足低功耗、低價(jià)格、開發(fā)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。第三章 無(wú)線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)的供電電源和單片機(jī)最小系統(tǒng) 3.3.1系統(tǒng)供電電源單片機(jī)系統(tǒng)工作電壓為+5V,nRF905工作電壓為3.3V3.6V，超過(guò)3.6V，就會(huì)燒壞芯片，本次設(shè)計(jì)采用兩節(jié)南孚電池給起供電，能夠使其正常工作。系統(tǒng)供電電源如圖3-1所示。圖3-1 系統(tǒng)電源3.3.2單片機(jī)最小系統(tǒng)所謂最小系統(tǒng)，也稱為最小應(yīng)用系統(tǒng)，是指一個(gè)真正可用的單片機(jī)最小配置系統(tǒng)。單片機(jī)最小系統(tǒng)由時(shí)鐘電路，復(fù)位電路和電源電路組成。 (1)時(shí)鐘（晶振）電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)采用內(nèi)時(shí)鐘方式，利用芯片內(nèi)部振蕩電路，但要形成時(shí)鐘還必須外接晶體，內(nèi)部振蕩器便能產(chǎn)生自激蕩。定時(shí)元件本系統(tǒng)采用的是11.0592MHz的晶振和30pF的兩個(gè)電容組成的并聯(lián)諧振電路，其連接方法如圖3-2所示。 圖3-2 時(shí)鐘電路 (2)復(fù)位電路:單片機(jī)在最小系統(tǒng)除了包含晶振回路還包含一個(gè)復(fù)位電路，51單片機(jī)的復(fù)位靠外部電路實(shí)現(xiàn)，信號(hào)由RST引腳輸入，高電平有效。當(dāng)RST引腳上持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)即完成復(fù)位。常用的復(fù)位電路有上電復(fù)位和手動(dòng)開關(guān)復(fù)位兩種。手動(dòng)開關(guān)復(fù)位電路如圖3-3所示，當(dāng)手動(dòng)開關(guān)斷開時(shí)，為上電復(fù)位。當(dāng)手動(dòng)開關(guān)接通時(shí)，RST引腳經(jīng)電阻與VCC接通，并對(duì)電容充電，產(chǎn)生一定時(shí)間的高電平，可使單片機(jī)復(fù)位。 圖3-3 復(fù)位電路3.2溫度數(shù)據(jù)采集在本設(shè)計(jì)中，由DS18B20組建溫度采集系統(tǒng)。1腳為GND，2腳為數(shù)據(jù)輸入端，3腳VCC，2腳與3腳間接上一個(gè)4.7K的上拉電阻電阻。詳細(xì)的采集電路如圖3-4所示。圖3-4 溫度采集連接圖3.3瓦斯數(shù)據(jù)采集瓦斯氣體傳感器與ADC0809的連接圖如圖3-5所示，本次設(shè)計(jì)模擬量采集只有瓦斯氣體，因此只需ADC0809的一個(gè)輸入通道即可，本次設(shè)計(jì)中選用IN0通道，將ADDA、ADDB、ADDC模擬通道地址線直接共同接地。參考電壓VREF(+)=5V，VREF(-)=0V。圖3-5 瓦斯數(shù)據(jù)采集連接圖 3.4無(wú)線收發(fā) nRF905總共有14個(gè)外部引腳，本次設(shè)計(jì)中發(fā)送與接收分別只需用到其中的9個(gè)引腳即可，VSS直接接+3.3V電壓，GND與系統(tǒng)地連接在一起?；趎RF905無(wú)線發(fā)送芯片芯片引腳與單片機(jī)的連接圖分別如圖3-6所示。圖3-6 NRF905發(fā)送連接圖在接收部分nRF905與單片機(jī)的連接與發(fā)送部分連接基本相同，VSS直接接+3.3V電壓，GND與系統(tǒng)地連接在一起?；贜RF905無(wú)線接收芯片引腳接收部分與單片機(jī)接圖如圖3-7所示。圖3-7 NRF905接收連接圖3.5本章小結(jié) 本章主要闡述了及芯片的應(yīng)用電路設(shè)計(jì)，和芯片的引腳與單片機(jī)的連接，本章是本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的核心部分，硬件電路的主要工作集中在本章，在設(shè)計(jì)過(guò)程中也花費(fèi)了大量的時(shí)間。33第四章 系統(tǒng)響應(yīng)與上位機(jī)4.1顯示電路4.1.1 LED數(shù)碼管電路及工作原理7段LED數(shù)碼管是利用7個(gè)發(fā)光二極管外加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)的LED組合而成的顯示設(shè)備，可以顯示09等10個(gè)數(shù)字和小數(shù)點(diǎn)，使用非常廣泛。7段LED數(shù)碼管數(shù)碼管可以分為共陽(yáng)極和共陰極兩種，共陽(yáng)極就是把所有LED的陽(yáng)極連接在一起，而每個(gè)LED的陰極分別為a、b、c、d、e、f、g及dp（小數(shù)點(diǎn)）；共陰極則是把所有LED的陰極連接在一起，而每個(gè)LED的陽(yáng)極分別為a、b、c、d、e、f、g及dp（小數(shù)點(diǎn)），如下圖4-1所示。圖中的8個(gè)LED分別與上面那個(gè)圖中的Adp各段相對(duì)應(yīng)，通過(guò)控制各個(gè)LED的亮滅來(lái)顯示數(shù)字。圖4-1 數(shù)碼管原理圖數(shù)碼管顯示方式有動(dòng)態(tài)掃描和靜態(tài)顯示，由于靜態(tài)掃描要用到多片串入并出芯片，考慮到電路板成本計(jì)算和工作效率。本人采用是節(jié)約硬件資源的動(dòng)態(tài)掃描方式。本設(shè)計(jì)使用的是四位一體數(shù)碼管，內(nèi)部的四個(gè)數(shù)碼管共用A-dp這8根數(shù)據(jù)線，為設(shè)計(jì)人員使用提供了方便，因?yàn)槔锩嬗兴膫€(gè)數(shù)碼管，所以它有四個(gè)公共端，加上A-dp，共有12個(gè)引腳也。有共陰和共陽(yáng)之分，共陽(yáng)極的是為選線為高電平，段選線為低電平。共陰極的是為選線為低電平，段選線為高電平。4.1.2數(shù)碼管顯示電路 在接收機(jī)部分用四位一體數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描顯示瓦斯氣體的濃度。在顯示電路圖中，LED的八段段選連接單片機(jī)的P0八個(gè)口，而四個(gè)位選連接在單片機(jī)的P2口的P2.4、P2.5、P2.6、P2.7，其電路連接圖如圖4-2所示。動(dòng)態(tài)掃描顯示就是讓各位數(shù)碼管按照一定的順序輪流地發(fā)光顯示。只要掃描的速度夠快，人眼看起來(lái)很穩(wěn)定，感覺不到閃爍。與靜態(tài)驅(qū)動(dòng)顯示相比，動(dòng)態(tài)掃描顯示具有以下優(yōu)點(diǎn)：第一，能顯著降低數(shù)碼管的功耗；第二，能大大減少數(shù)碼管的外部引線，給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來(lái)方便；因此在接收機(jī)瓦斯?jié)舛蕊@示采用動(dòng)態(tài)掃描的方法進(jìn)行顯示。圖4-2 數(shù)碼管電路連接圖4.1.3LED顯示驅(qū)動(dòng)PNP8550介紹 外延型晶體管(三極管) 8550是一種最常用的普通三極管。它是一種低電壓，大電流，小信號(hào)的PNP型硅晶體三極管。（1）特性： 集電極電流Ic：Max 1.5A ；集電極-基極電壓Vcbo：25V ；工作溫度：-55 to +150 功率(W)：1 ；fT(MHZ)：200.；hFE :60300。 （2）主要用途： 開關(guān)應(yīng)用；射頻放大；低噪聲放大管；通用功率放大管。4.1.4LCD1602顯示本次設(shè)計(jì)發(fā)送機(jī)顯示部分用LCD1602；該型LCD可以顯示2行16個(gè)字符，由于發(fā)送機(jī)共有溫度和瓦斯?jié)舛葍刹糠謹(jǐn)?shù)據(jù)顯示，LCD1602可以滿足顯示要求，LCD1602外部共有16個(gè)引腳,共有三根信號(hào)控制線8根數(shù)據(jù)線，電源正極和電源地，背光正極和背光負(fù)極，其引腳編號(hào)功能說(shuō)明如表4-1所示。表4 -1 LCD1602引腳功能說(shuō)明：編號(hào) 符號(hào)引腳編號(hào)符號(hào)引腳1VSS電源地9D2data2VCC電源正極10D3data3VL偏壓信號(hào)11D4data4RS數(shù)據(jù)/命令12D5data5R/W讀/寫13D6data6E使能信號(hào)14D7data7D0data15A背光正極8D1data16K背光負(fù)極 LCD1602顯示功能比數(shù)碼管穩(wěn)定，能夠在具體的位置上通過(guò)設(shè)定來(lái)顯示數(shù)據(jù)字符，在硬件設(shè)計(jì)上較為方便，只要進(jìn)行簡(jiǎn)單的引腳接線就可以顯示， LCD1602與單片機(jī)連接圖如圖4-3所示。圖4-3 LCD1602與單片機(jī)連接圖4.2報(bào)警電路：4.2.1瓦斯?jié)舛葓?bào)警電路在接收機(jī)單片機(jī)利用蜂鳴器實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能，當(dāng)濃度超過(guò)設(shè)定峰值蜂鳴器立即報(bào)警。該電路由PNP8550型三極管放大信號(hào)，PNP基極通過(guò)4.7K的限流電阻與單片機(jī)的P3.0口連接，蜂鳴器直接加正負(fù)電壓信號(hào)并不能發(fā)生，需要施加一定頻率的信號(hào)，才能發(fā)生。該頻率信號(hào)由P3.0口提供。其電路連接如圖4-4所示。圖4-4 蜂鳴器報(bào)警驅(qū)動(dòng)電路4.2.2溫度報(bào)警指示電路當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定峰值時(shí)，在接收機(jī)單片機(jī)通過(guò)P3.4口輸出低電平點(diǎn)亮指示燈，當(dāng)溫度低于設(shè)定峰值時(shí)，指示燈熄滅。電路連接如圖4-5所示。圖4-5 溫度報(bào)警指示電路4.3上位機(jī)（PC機(jī)）： 下位機(jī)通過(guò)NRF905將接受到的數(shù)據(jù)通過(guò)SPI傳到主控芯片單片機(jī)，單片機(jī)再通過(guò)串口RS232將數(shù)據(jù)傳給上位機(jī)（PC）,在PC機(jī)上應(yīng)用VB編程一個(gè)無(wú)線數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控與數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的軟件，通過(guò)串口線對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，并且繪制出實(shí)時(shí)溫度變化曲線圖，使數(shù)據(jù)在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)的運(yùn)行狀況更加直觀，停止接收數(shù)據(jù)，軟件能夠生成txt文件，將歷史監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄保存，以便觀察數(shù)據(jù)變化的趨勢(shì)和隨時(shí)調(diào)用某一時(shí)刻的歷史數(shù)據(jù)，監(jiān)控者可以對(duì)數(shù)據(jù)文件進(jìn)行管理。 上位機(jī)接收波特率與單片機(jī)程序設(shè)置波特率必須相同，共同設(shè)置為19200bitps，AT89C51單片機(jī)能夠以此波特率準(zhǔn)確的向上位機(jī)傳送數(shù)據(jù)，端口選擇設(shè)置為COM1，運(yùn)行程序后首先設(shè)置波特率和端口，然后打開串口，就可以接收數(shù)據(jù)了。端口主界面設(shè)置如圖4-6所示。圖4-6 串口設(shè)置圖 本次上位機(jī)溫度曲線設(shè)置橫坐標(biāo)為36格，縱坐標(biāo)為20，顯示2040度溫度的變化，曲線選用紅顏色，曲線走向?yàn)閺挠蚁蜃螅茱@然如果溫度不變化，曲線便以直線形式向左移動(dòng)，如果溫度變化，曲線會(huì)有一定的陡度，監(jiān)測(cè)人員直觀上會(huì)很容易注意到溫度的突變，實(shí)時(shí)溫度運(yùn)行曲線如圖4-7所示。圖4-7 實(shí)時(shí)溫度曲線圖 在上位機(jī)同時(shí)輸出有日期和時(shí)間的文本數(shù)據(jù)，不斷的刷新數(shù)據(jù)顯示，界面如圖4-8所示?？梢灾庇^的監(jiān)測(cè)不同時(shí)刻的溫度值。圖4-8 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)文本形式顯示4.3本章小結(jié)本章主要闡述了系統(tǒng)的發(fā)送機(jī)本地?cái)?shù)據(jù)通過(guò)LCD1602實(shí)時(shí)顯示電路設(shè)計(jì)，以及接收機(jī)響應(yīng)電路設(shè)計(jì)和上位機(jī)監(jiān)測(cè)界面的的設(shè)計(jì)，接收機(jī)響應(yīng)電路主要包括瓦斯?jié)舛扔盟奈灰惑w數(shù)碼管通過(guò)無(wú)線傳輸實(shí)時(shí)顯示，溫度極限值報(bào)警指示電路和瓦斯?jié)舛葓?bào)警發(fā)聲電路。通過(guò)串口RS232把接收到的溫度數(shù)據(jù)通過(guò)單片機(jī)串口上傳到PC機(jī)，通過(guò)VB軟件編程設(shè)計(jì)上位機(jī)監(jiān)測(cè)界面，在上位機(jī)界面實(shí)時(shí)顯示接收到的溫度數(shù)據(jù)，通過(guò)溫度曲線的走勢(shì)，可以反映出溫度的變化，在界面上不斷的輸出含有日期和時(shí)間的文本數(shù)據(jù)，并且不斷的刷新溫度數(shù)據(jù)，同時(shí)生成TXT格式的文檔，記錄保存歷史溫度數(shù)據(jù)。第五章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 對(duì)于本系統(tǒng)的軟件編程時(shí)采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，系統(tǒng)中各主要功能模塊都編成獨(dú)立的函數(shù)被主程序調(diào)用，主要的程序模塊由以下幾個(gè)組成：初始化程序，溫度采集、瓦斯數(shù)據(jù)采集及處理程序，液晶顯示程序，無(wú)線收發(fā)程序。5.1系統(tǒng)軟件主流程圖設(shè)計(jì)5.1.1數(shù)據(jù)發(fā)送端流程發(fā)送端主程序首先是對(duì)LCD1602和nRF905初始狀態(tài)的設(shè)置，并設(shè)定nRF905為發(fā)送模式，對(duì)溫度數(shù)據(jù)和瓦斯數(shù)據(jù)按一定的順序進(jìn)行采集，然后對(duì)溫度數(shù)據(jù)和瓦斯數(shù)據(jù)進(jìn)行處理處理數(shù)據(jù)，LCD1602實(shí)時(shí)本地顯示數(shù)據(jù)，同時(shí)數(shù)據(jù)傳送到nRF905緩存器，對(duì)接到的數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，打包完成發(fā)送數(shù)據(jù)。主程序發(fā)送流程圖如圖5-1。圖5-1 數(shù)據(jù)發(fā)送流程圖5.1.2數(shù)據(jù)接收端流程 接收端主程序首先是對(duì)初始化狀態(tài)的設(shè)置，接收數(shù)據(jù)，送顯示流程如圖5-2。對(duì)于nRF905模塊，要使其接收數(shù)據(jù)包，先初始化nRF905模塊，設(shè)定接收模式，等待接收完成，即DR=1,使能spi總線，發(fā)送讀有效數(shù)據(jù)包命令，讀數(shù)據(jù)，禁止spi總線。圖5-2 數(shù)據(jù)接收流程圖5.2系統(tǒng)的編程軟件單片機(jī)編程軟件采用Keil uVision4軟件，Keil uVision4是Windows的51系列單片機(jī)集成開發(fā)平臺(tái)，是目前最流行的51系列單片機(jī)開發(fā)軟件。Keil軟件提供了包括編譯器、宏匯編、鏈接定位、庫(kù)函數(shù)維護(hù)和項(xiàng)目管理、軟件模擬調(diào)試、硬件仿真調(diào)試等一系列完整開發(fā)方案，提供了豐富的庫(kù)函數(shù)和強(qiáng)大功能的集成開發(fā)工具。通過(guò)Keil 軟件可以對(duì)C語(yǔ)言程序進(jìn)行編譯對(duì)匯編語(yǔ)言程序進(jìn)行匯編，鏈接目標(biāo)模塊與庫(kù)模塊產(chǎn)生目標(biāo)文件，生成HEX文件，生成目標(biāo)代碼的效率非常高。5.3本章小結(jié)程序的靈魂是算法，語(yǔ)言只是表現(xiàn)算法的形式。為了表示算法可以用不同的方法，本次系統(tǒng)軟件流程設(shè)計(jì)采用傳統(tǒng)流程圖。本章簡(jiǎn)單的介紹了系統(tǒng)的軟件的流程設(shè)計(jì)，流程圖設(shè)計(jì)為編程提供了一個(gè)主體的思路，通過(guò)流程圖可以直觀、形象的體現(xiàn)出編程的主題思思。本章同時(shí)簡(jiǎn)單的介紹了編程軟件，經(jīng)過(guò)多次的調(diào)試程序，本人已能非常熟練的運(yùn)用Keil uVision4軟件，通過(guò)多次的編譯、調(diào)試過(guò)程，本人獲得了不少的經(jīng)驗(yàn)。在系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)過(guò)程中要充分考慮硬件的元器件的具體性能、型號(hào)等。第六章 系統(tǒng)調(diào)試6.1硬件分部調(diào)試6.1.1硬件電路檢測(cè)硬件電路板是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，所以在整個(gè)硬件電路板的檢測(cè)中要認(rèn)真、仔細(xì)、有耐心不能急躁、粗心大意。以下是硬件電路板檢測(cè)步驟（1）檢查原理圖連接是否正確；（2）檢查原理圖與焊接是否一致；（3）器件的引腳的連接是否正確；（4）用萬(wàn)用表檢查是否有虛焊，引腳短路現(xiàn)象；結(jié)果：硬件電路連接無(wú)誤，無(wú)虛焊短路現(xiàn)象。6.1.2排除元器件失效導(dǎo)致元器件失效的原因有兩個(gè)：一個(gè)原因是元器件買回來(lái)時(shí)就是壞的；另一個(gè)原因是由于引腳安裝上下顛倒，燒壞元器件。通過(guò)檢查元器件與設(shè)計(jì)要求的型號(hào)、規(guī)格和安裝是否一致，在保證元器件引腳安裝正確后，用更換的方法可以排除故障。結(jié)果：一個(gè)發(fā)光二極管不亮，更換另一個(gè)之后正常。6.1.3排除電源故障在通電前，一定要用電壓表檢查電源電壓的幅值和正負(fù)極性，否則很容易造成集成芯片損壞。上電后檢查各插件上引腳的電位，一般先檢查VCC與GND之間電位，若在4.8V5V之間屬于正常。結(jié)果：電源電壓正常。6.1.4顯示部分調(diào)試 顯示部分調(diào)試為了使調(diào)試順利進(jìn)行，首先檢查L(zhǎng)CD1602和LED數(shù)碼管各引腳連接對(duì)錯(cuò)，其次檢查L(zhǎng)CD1602和LED與單片機(jī)的連接線。檢查無(wú)誤后給單片機(jī)下載一個(gè)顯示程序，如若調(diào)試通過(guò)后，就可以編制應(yīng)用程序了。6.2基于Proteus仿真調(diào)試此次基于單片機(jī)的礦井無(wú)線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)為兩個(gè)人一組，我是硬件部分設(shè)計(jì)，我的同組同學(xué)是軟件設(shè)計(jì)，兩部分結(jié)合起來(lái)才構(gòu)成完整的設(shè)計(jì)體系，在我們各自部分都設(shè)計(jì)完成后，首先利用PROTEUS仿真軟件進(jìn)行部分功能的調(diào)試，由于PROTEUS軟件無(wú)法實(shí)現(xiàn)無(wú)線收發(fā)功能的調(diào)試，因此對(duì)于溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行了溫度數(shù)據(jù)采集與顯示，對(duì)于瓦斯數(shù)據(jù)，利用電位器調(diào)節(jié)電位器電壓模擬瓦斯傳感器電壓輸出作為ADC0809的電壓輸入模擬量，通過(guò)對(duì)單片機(jī)載入程序，在數(shù)碼管上顯示電壓。仿真調(diào)試操作方便，能夠?qū)崟r(shí)修改程序，并且系統(tǒng)連線簡(jiǎn)便。仿真調(diào)試的成功意味著設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，這為系統(tǒng)軟硬件在具體實(shí)物上功能的實(shí)現(xiàn)提供了理論的保障。很遺憾的是并不是所有的功能都能夠進(jìn)行仿真。但仿真已基本實(shí)現(xiàn)了本次設(shè)計(jì)的大部分內(nèi)容，為系統(tǒng)軟硬件的調(diào)試帶來(lái)了巨大的方便。 6.3軟硬統(tǒng)一調(diào)試將硬件及軟件結(jié)合起來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)試。使系統(tǒng)運(yùn)行，觀察系統(tǒng)硬件檢測(cè)是否正常（包括單片機(jī)最小系統(tǒng)，顯示電路，溫度和瓦斯測(cè)試電路等）。采用溫度傳感器和溫度計(jì)同時(shí)測(cè)量多點(diǎn)水溫變化情況（取溫度值不同的多點(diǎn)），目測(cè)顯示電路是否正常。并記錄各點(diǎn)溫度值，與實(shí)際溫度值比較，得出系統(tǒng)的溫度指標(biāo)。在將程序下載進(jìn)單片機(jī)后，我們接通電源，來(lái)檢測(cè)溫度。該系統(tǒng)發(fā)送部分是用LCD1602來(lái)展示成果的。另外，在檢測(cè)DS18B20是否能正常工作時(shí)，我們使用了直接的手觸方式。結(jié)果顯示，在同一環(huán)境下不同的人具有不同的溫度，我們發(fā)現(xiàn)，DS18B20能夠快速的將所測(cè)得的不同人的不同體溫顯示出來(lái)，反應(yīng)迅速、準(zhǔn)確。因?yàn)樾酒撬芰戏庋b，所以對(duì)溫度的感應(yīng)靈敏度不是相當(dāng)高，需要一個(gè)很短的時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)定。說(shuō)明系統(tǒng)一切正常。6.4軟硬件調(diào)試過(guò)程所遇到的問題 在此次軟硬件調(diào)試中遇到以下問題及問題解決辦法：（1）硬件電路搭建好后，程序不能下載單片機(jī)。解決：檢查串口線路沒有問題，重新下載新版串口軟件，程序正常下載到單片機(jī)。（2）數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示不穩(wěn)定。解決：因?yàn)槌绦蛑醒訒r(shí)子程序時(shí)間跨度太大，修改延時(shí)方法。（3）數(shù)據(jù)不能正常發(fā)送，nRF905管腳DR始終是低電平。 解決：確認(rèn)程序沒有問題，重新更換nRF905，排除故障，問題得到解決。 6.5本章小結(jié) 本章主要闡述了系統(tǒng)的調(diào)試，包括系統(tǒng)硬件分部調(diào)試，基于PROTEUS仿真調(diào)試，以及軟硬件統(tǒng)一調(diào)試。在系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，難免會(huì)出現(xiàn)一些錯(cuò)誤和故障，包括元器件焊接錯(cuò)誤和元器件本身的故障，有些元器件買來(lái)后就是壞的，使用前需要檢測(cè)元器件的性能，確定其性能完好才可以焊接。在焊接過(guò)程中也會(huì)出現(xiàn)虛焊，在軟件件統(tǒng)一調(diào)試過(guò)程中，不能實(shí)現(xiàn)軟件的功能，通過(guò)重新檢測(cè)電路后，令故障逐一的排除。在調(diào)試的過(guò)程中培養(yǎng)了我的耐心和細(xì)心。結(jié)論與心得 在傳統(tǒng)的溫度測(cè)量系統(tǒng)中，往往采用模擬的溫度傳感器進(jìn)行設(shè)計(jì)，必須經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后才可以被微處理器識(shí)別和處理。這樣的設(shè)計(jì)方法不僅對(duì)前端模擬信號(hào)處理電路提出了更高的要求，而且不具有數(shù)字通。在結(jié)合DSl8B20的新特性和現(xiàn)代溫度測(cè)量系統(tǒng)提出的新要求，設(shè)計(jì)出了基于智能數(shù)字溫度傳感DSl8B20的高精度溫度測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有安裝方便、硬件電路簡(jiǎn)單、數(shù)字化程度高、精度高、適應(yīng)性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，在設(shè)備多點(diǎn)溫度檢測(cè)中具有廣闊的應(yīng)用前景；瓦斯監(jiān)測(cè)剛開始覺得很有難度，不知道如何設(shè)計(jì)檢測(cè)電路圖，無(wú)從下手，查過(guò)大量資料后，思路逐漸清晰，其電路檢測(cè)接線并不復(fù)雜，買到MQ-2后，便很順利的焊接完成了瓦斯檢測(cè)的電路。經(jīng)過(guò)一學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)，終于完成了我的畢業(yè)設(shè)計(jì)，雖然沒有完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但從心底里說(shuō)，還是高興的，畢竟這次設(shè)計(jì)把實(shí)物都做了出來(lái)，而且實(shí)現(xiàn)了其功能。在本次設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問題，雖然以前還做過(guò)單片機(jī)課程設(shè)計(jì)但這次設(shè)計(jì)真的讓我長(zhǎng)進(jìn)了很多，有好多的東西，只有我們?nèi)ピ囍隽耍拍苷嬲恼莆?，只學(xué)習(xí)理論知識(shí)，有些東西是很難理解的，更談不上掌握。而在本次設(shè)計(jì)中有許多東西是我們以前未接觸也未了解過(guò)的東西，我們需要從零開始學(xué)習(xí)然后緊接著應(yīng)用實(shí)踐，對(duì)我的學(xué)習(xí)應(yīng)用實(shí)踐能力是一次很好的鍛煉。這次基于單片機(jī)的礦井?dāng)?shù)據(jù)無(wú)線采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，不僅把將課堂上學(xué)到的理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用結(jié)了起來(lái)，而且使我對(duì)電子電路、電子元器件、焊接電路板等方面的知識(shí)有了更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，同時(shí)在軟件編程、排版調(diào)試、焊接技術(shù)、相關(guān)儀器設(shè)備和相關(guān)軟件的使用技能等方面得到較全面的鍛煉和提高。在此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，通過(guò)觀看網(wǎng)絡(luò)視頻教程和借閱書籍，自主學(xué)會(huì)了Proteus仿真軟件的應(yīng)用，經(jīng)過(guò)數(shù)次的仿真實(shí)踐，能夠熟練的運(yùn)用Proteus軟件繪制電路圖和系統(tǒng)仿真，深深感受到了仿真軟件的強(qiáng)大功能，尤其在軟硬件調(diào)試過(guò)程中，可以順利的分析判斷出是軟件還是硬件有問題，這位系統(tǒng)的軟硬件調(diào)試提供了極大的方便