基于單片機(jī)的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
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引言
溫度檢測(cè)是許多行業(yè)的重要工作條件之一。
無(wú)論是糧食倉(cāng)庫(kù)、中藥倉(cāng)庫(kù)，還是圖書(shū)保存。都需要在符合規(guī)定的溫度環(huán)境條件之中。而溫度卻是最不易保障的指標(biāo)。針對(duì)這一情況。研制一款可靠、方便、易及時(shí)調(diào)控的溫度檢測(cè)系統(tǒng)就顯得極為重要。筆者運(yùn)用D1S18B20采集數(shù)字信號(hào)，通過(guò)藍(lán)牙無(wú)線通信技術(shù)和USB接口技術(shù)。實(shí)現(xiàn)由89S52單片機(jī)檢測(cè)控制溫度的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
整個(gè)系統(tǒng)由采集板、通信板和PC機(jī)監(jiān)控程序組成。采集板以溫度監(jiān)測(cè)芯片DS18B20t21、單片機(jī)芯片AT89S52和藍(lán)牙芯片BC4為核心分時(shí)完成監(jiān)聽(tīng)主機(jī)的命令和數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)發(fā)送的功能?？梢愿鶕?jù)接收到的主機(jī)的命令隨時(shí)改變系統(tǒng)的工作狀態(tài)。 如圖1。通信板以USB 芯片PDIUSBD12、單片機(jī)芯片AT89S52為核心，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)發(fā)送，以及將采集回來(lái)的外部信號(hào)通過(guò)波形圖實(shí)時(shí)顯示在PC機(jī)界面上。同時(shí)把數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中。如圖2。
圖1采集板系統(tǒng)框圖
圖2通信板系統(tǒng)框圖
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.1 采集板電路設(shè)計(jì)
2.1.1 藍(lán)牙模塊—無(wú)線接收發(fā)射電路
系統(tǒng)采用了CSR公司藍(lán)牙芯片BC417143.該芯片采用Blue2.0、支持主或從模式、支持AT命令集、支持波特率為2 400到1 382 400 bps，適用于嵌入式串口傳輸無(wú)線的全新的模塊。
值得注意的是。藍(lán)牙芯片工作在3.3 V，而MCU工作在5 V.存在邏輯電平不匹配問(wèn)題。且IO管腳無(wú)法容忍MCU的5 V邏輯電平。設(shè)計(jì)中采用了1117芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換輸出3.3 V.藍(lán)牙與MCU連接需經(jīng)過(guò)電平限制以保證藍(lán)牙模塊正常工作 以下是藍(lán)牙模塊的電源選擇方案及串口模塊的引腳定義。如圖3。
圖3藍(lán)牙模塊的電路原理圖
在建立藍(lán)牙數(shù)據(jù)通信時(shí)。需要先對(duì)其通信協(xié)議進(jìn)行設(shè)置：
（1）UART參數(shù)設(shè)置：先設(shè)置通信協(xié)議長(zhǎng)度，再設(shè)置波特率、硬件控制流參數(shù)。校驗(yàn)參數(shù)、數(shù)據(jù)位數(shù)及停止位
（2）工作模式設(shè)置：可將藍(lán)牙模塊的工作模式設(shè)置為主模式或者從模式。
（3）設(shè)置藍(lán)牙模塊名：名稱是藍(lán)牙模塊在進(jìn)行通信的標(biāo)識(shí)之一。通過(guò)設(shè)置藍(lán)牙模塊名協(xié)議可以更改藍(lán)牙模塊名
（4）設(shè)置安全模式：藍(lán)牙通信中的數(shù)據(jù)安全主要是有藍(lán)牙通信時(shí)的PIN碼保障的。通過(guò)設(shè)置安全模式協(xié)議?？梢愿鶕?jù)不同的需要。設(shè)置藍(lán)牙通信的安全模式
（5）設(shè)置PIN碼：設(shè)置PIN碼可以保證僅有可靠的設(shè)備通過(guò)藍(lán)牙與模塊互相通信系統(tǒng)采用的波特率為9 600 bps.傳輸距離能達(dá)10 In。由于采用藍(lán)牙做為傳輸。具有很強(qiáng)的抗干擾能力
2.1.2 采集板電路原理圖
采集板電路原理圖如圖4。藍(lán)牙模塊主要與單片機(jī)的串行IO口連接。數(shù)字溫度傳感器DS18B20與單片機(jī)的P1.0口連接。繼電器則與P1.2口連接。溫度傳感器DS18B20將溫度轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)通過(guò)P1.0 El送給單片機(jī)。經(jīng)單片機(jī)處理后的數(shù)據(jù)由串口傳給藍(lán)牙模塊（BLUETOOTH） 也可以通過(guò)藍(lán)牙模塊接收通信板發(fā)來(lái)的指令2-2通信板電路設(shè)計(jì)通信板主要由單片機(jī)、藍(lán)牙模塊、USB模塊等相關(guān)電路構(gòu)成。如圖5PDIUSBD12是一款性價(jià)比很高的USB器件它通常用作微控制器系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)與微控制器進(jìn)行通信的高速通用并行接口。它還支持DMA傳輸此外它還集成了許多特性。包括SoftConnetTM、GoodLinkTM、可編程時(shí)鐘輸出低頻晶振和終止寄存器集合 所有這些特性都為系統(tǒng)顯著節(jié)約了成本。 同時(shí)使USB功能在外設(shè)上的應(yīng)用變得容易。
圖4采集板電路原理圖
PDIUSBD12的8根DATA引腳與單片機(jī)的PO口相連接，采用 10 k的排阻作為上拉電阻；SUSPEND是當(dāng)芯片掛起狀態(tài)掛起時(shí)，輸出為高。
與單片機(jī)的P1.1連接：INT_N是中斷請(qǐng)求。與單片機(jī)的IN，m 連接：RD N和WR N讀寫(xiě)選通信號(hào)分別與單片機(jī)的RD和WR連接；DMREQ、DMACK N、EOT N分別是DMA 的中斷請(qǐng)求、DMA應(yīng)答和DMA傳輸完成。由于沒(méi)用啟用DMA功能直接接高電平。RESET N是復(fù)位引腳。接單片機(jī)的P1.7；GL N是芯片的工作指示燈。接人一個(gè)LED指示燈。可以直接觀察USB設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)；XTAL1和XTAL2接6MHZ.CS N為片選信號(hào)。接單片機(jī)的PI.6，A0地址線，采用I／O口模擬，接單片機(jī)P3.4：D+和D一是USB的差分?jǐn)?shù)據(jù)線分別串聯(lián)一個(gè)l8 Q的阻抗匹配電阻。后接USB插頭上 。
藍(lán)牙模塊連接方法與采集板的連接方式相同。
通訊板的信號(hào)流程為：由采集板采集的溫度數(shù)據(jù)經(jīng)藍(lán)牙模塊傳輸?shù)酵ㄓ嵃迳?，送到單片機(jī)上處理。通過(guò)PDIUSBD12傳輸?shù)絇C上進(jìn)行顯示保存。
單用戶在PC上進(jìn)行操作時(shí)，數(shù)據(jù)由PC通過(guò)PDIUSBD12傳送到單片機(jī)。再經(jīng)過(guò)藍(lán)牙傳輸，送到采集板進(jìn)行相對(duì)的響應(yīng)。
圖5通信板電路原理圖
3 軟件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)涉及內(nèi)容較多。開(kāi)發(fā)環(huán)境也都不一樣，對(duì)于單片機(jī)軟件的開(kāi)發(fā)是基于KEIL uVision 3的uVision3集成開(kāi)發(fā)環(huán)境IDE是一個(gè)基于Window的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，有功能強(qiáng)大的編輯器、項(xiàng)目管理器和制作工具。
對(duì)于USB驅(qū)動(dòng)的開(kāi)發(fā)采用了WinDriver9.2.1.用該軟件生成所需驅(qū)動(dòng)只需要USB設(shè)備插入后通過(guò)簡(jiǎn)單的幾步就可以完成，同時(shí)還可以根據(jù)需要生成相應(yīng)的應(yīng)用程序代碼。方便應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)嘲。
采集板的系統(tǒng)流程圖如圖6，通訊板的系統(tǒng)流程圖如圖7PC機(jī)應(yīng)用程序則采用了VISUAL STUDIO 6.0進(jìn)行開(kāi)發(fā)。采用C++語(yǔ)言編寫(xiě)程序代碼。由于VC具有文檔類程序、對(duì)話框類程序等?？梢院芸斓貙?shí)現(xiàn)界面的編程。
圖6采集板程序流程圖
圖7通信板程序流程圖
為了將波形圖實(shí)時(shí)顯示。就需要重復(fù)繪制波形圖。運(yùn)用傳統(tǒng)的繪圖方法。會(huì)引起屏幕的強(qiáng)烈閃爍。現(xiàn)在常用的解決方法是：利用內(nèi)存繪圖的技術(shù)。將需顯示的圖形繪制在內(nèi)存位圖中。然后再拷貝到屏幕上。很好地解決了屏幕閃爍的問(wèn)題，并且處理速度快自定義的繪圖函數(shù)聲明如下。在該函數(shù)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了內(nèi)存繪圖。
void CMyusbDlg：：MEM— DRAW（
int ID，
unsigned char m_buf,
int d_ pnow，int ONDRAW，
CString TXT）
在數(shù)據(jù)保存方面。本系統(tǒng)使用Access建立數(shù)據(jù)庫(kù)。系統(tǒng)流程圖如圖8。
圖8 PC機(jī)主程序流程圖
當(dāng)主程序開(kāi)始后。初始化了USB和界面后。就創(chuàng)建一個(gè)新的線程，和主線程并行工作。新線程主要就是完成USB數(shù)據(jù)的讀取。然后把接收到得數(shù)據(jù)存放到一個(gè)緩沖區(qū)和數(shù)據(jù)庫(kù)中。緩沖區(qū)主要是供主線程顯示波形時(shí)使用。數(shù)據(jù)庫(kù)則供用戶日后查看歷史記錄使用。
4 結(jié)論
提出了一種基于USB與藍(lán)牙芯片BC417143的無(wú)線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。并從硬件和軟件兩個(gè)方面介紹了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程。實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫度信息進(jìn)行的無(wú)線數(shù)據(jù)采集。利用藍(lán)牙芯片作為無(wú)線收發(fā)模塊。DS18B20作為溫度數(shù)據(jù)采集。USB接口芯片作為與PC機(jī)的通信接口。簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)并具有易擴(kuò)展和組網(wǎng)的特點(diǎn)。
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