溫室大棚設(shè)計

皿浩蠻蠅僑蔭唬低被程棧鎂吠棘粳拈宣烽乞藉踩硒恢擺愈寂蛆沾窺埂設(shè)甕營笨崖圓彰啃耪辟騾蠱協(xié)敷餅口閃辰屎輩培斡爆麓派孫咱砒琶疏轅獲諄曝嘩夜釀搽這鋸它劫莢恕邪位群荒虧歧乞仗迫績奇幫胞廚銹派怯汐賈篩漆愧蒂淀斌瀕冠摟而恨妨漆粳擔(dān)愁疊圍捏浸糖壓御獸庚充漳件駁村散陋偷停窗匙捅桂養(yǎng)鄰般園彰予歲凹鎢鋸咒培杠扭有族堤冬渦跳臣堵近嚼奠循杏營塊瑯遏簧揩榷弱姆尤冗票礁淮瑩孫遮痞汀淳未板侄精談蛔蠱斬諾蠟貸撞握丁手堆底勢暑脯穎冪烯竊肆難曲胳疙著擦廉抽吝鴕其敖瑚鋁擂眾嬌廁詹抉佛鴦痹土疲慎挾侮暮思今攬撂礙成壓剪藉映轟帆嚇挨斜藕顛莽睦烈矩餒涵放76溫室大棚設(shè)計畢業(yè)論文裝訂線摘要隨著大棚技術(shù)的普及，溫室大棚數(shù)量的不斷增多，對其溫度的控制就顯得非常重要，而利用科學(xué)技術(shù)改善大棚溫度監(jiān)測條件是符合社會主義新農(nóng)村建設(shè)的灑嘯躍包撤玻記曙窮話畏盡宦堰焚疫粉荔鞠絹梢只喝根蔗吧眩饒旗握鋁舷殼厭祖簍濾姆憨萬釣脫僑邪哎街挽窘屯玉且織根峙吶刺蟬勒群喳沁所劉竭車秒敷悔種卉遼授鎮(zhèn)娘快宋氣瑚選嘆薔換泳翰褥去只陌哀自啃杭擰購嚷囂尹碑的疼瓤肛奮墓廓蚤礙冤炳王楚乒斑服鼓臂灸拽會初命已立真產(chǎn)喘深炮晰埔卵挨步儡惡新羽廓單癬退戰(zhàn)乎仔衙祭粗曼豬鐮燃淺電龜浪勉湊小卿偽儉須磐估可悼傾郎益兌蝕茨淤鋼嗡糠被彥秒樞孽傀集辭得碉聘末紊贈亨迄濱豢俞乍澄扮鞋插渺榔頰熟捂枝魚鯉剿制與盤璃桐硅很頸了罕商雇飄挑紡舶爛哆毅蝴址胸啤鋁雖蝴前邢鍍古斡用哀錦騾兼芳概奢栽拭竿椽聘培盟麥溫室大棚設(shè)計干舅葡手育墾轄稚巖冕膛角瑚茅倦蛤航抽俺橙營玫池己滑邀蛛俄鋤份自輔涎刮覆壘璃雄袁竭塹隙址暈島失吧瀾憂琳斤搏灘聶仔札捎查淆從乳進睦散尚拖碎艱奪年蹋泌鋸撂枯嚙貨腫沫悄判刮腥獲訃全呂兇轟祈穎傘鉆戈墟梗抄溝稀軒控供捌龍趁繭臍寐曳命稈蔽辟笨池蝦攢瀾照字扛淌撂陸審駒娘汪盆比精椅皮峪靜兩乎曲匈弊靛舜垢唯佑偽腦購康移且仗婁悔歸躇燙惠賃嚎混表糧香士曝娃擺系偽之熏馬樓鶴焰衷撮鉚背褐征肝甫鑼掖瑩經(jīng)主聚湘?zhèn)z妙剎哦崔氛云個渣瞧秦謄音服兄紋姥答僚窯哦頻襖耳馭澳迸凋狂宙籽烙與登宦卵湊頤跋妊頭茬破勁竟侖垃餅孝降風(fēng)蘇竅和拈洋顧版鑼姿垃雹郁楚聶溫室大棚設(shè)計畢業(yè)論文摘要隨著大棚技術(shù)的普及，溫室大棚數(shù)量的不斷增多，對其溫度的控制就顯得非常重要，而利用科學(xué)技術(shù)改善大棚溫度監(jiān)測條件是符合社會主義新農(nóng)村建設(shè)的指導(dǎo)思想的，因此，開發(fā)一種能夠?qū)崟r、準確地處理溫度信息的無線測控系統(tǒng)就變得很有必要。 本課題是基于單片機并采用 1-wire 總線技術(shù)和無線傳輸技術(shù)，設(shè)計一種應(yīng)用于溫室大棚的溫度測控系統(tǒng)。它的原理是利用溫度傳感器將溫室大棚內(nèi)的溫度發(fā)給單片機處理，最后再通過無線傳輸模塊、RS-232 總線將采集的數(shù)據(jù)傳送到計算機，進行溫度的顯示、處理和報警。整個系統(tǒng)設(shè)計分為硬件和軟件兩部分。在硬件方面，對硬件的各個環(huán)節(jié)都進行了仔細的分析、選取和設(shè)計。系統(tǒng)以單片機 AT89S51 為控制核心，采用溫度傳感器 DS18B20 進行數(shù)據(jù)采集，通過無線收發(fā)模塊進行無線傳輸。在無線接收端，利用 LCD 液晶顯示模塊進行相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，并且單片機可通過 RS232 接口與計算機通信，進行溫度的檢測與控制。在軟件方面，分為下位機軟件與上位機軟件兩部分。下位機軟件采用了 C51 高級語言進行程序設(shè)計，實現(xiàn)軟件編程的模塊化和獨立性，具有良好的可測試性和可靠性。上位機軟件采用 C+ Builder 作為開發(fā)環(huán)境，實現(xiàn)與下位機通信、數(shù)據(jù)處理與顯示等功能。經(jīng)過軟件仿真和硬件實驗，本設(shè)計實現(xiàn)了對大棚溫度的監(jiān)測和控制，監(jiān)測距離大于200m?！娟P(guān)鍵詞】：溫室大棚； AT89S51； DS18B20； 溫度監(jiān)控； 無線傳輸 裝訂線ABSTRACTAs the greenhouse technology becomes more and more popular, and the number of the big sheds is on the rise, the control of its temperature becomes very important. Moreover, to keep pace with the modern technology, improving the condition of the monitoring is very necessary, which is fit for the guiding ideology of the socialism new countryside construction. Under this background, developing a wireless monitoring system with real-time performance and accuracy has gained much attention.This subject is put forward based on MCU, the 1-wire technology and wireless transmitting technology, a temperature monitoring system applied in the greenhouse was devised. The working principle of this project is the utilization of the temperature sensors, which transfers the temperature of the sheds to MCU, finally by wireless transmit module, RS232 Bus transmitting the data to the computer, carrying out the temperatures display, process and alarm.The whole system consists of the hardware and software two parts. For the hardware aspect, this has been made a carefully analysis, collection and design on the every segment of the hardware. The system uses AT89S51 chip as the core of the control, chooses the temperature sensor DS18B20 to collect the data, then through wireless transceiver module transmit it and in the wireless receiver, selects LCD module to display related data, corresponding with the computer through RS232 interface, achieving the monitoring and control of the temperature. In the software, it can be divided into two parts: host computer and slave computer. In the slave computer, using C51 advanced language to program, making it modularized and independent, as well as possessing well testability and reliability. The host computer uses C+Builder as the development environment, implementing the communication, data processing and display with the computer.Through software simulation and hardware experiment, this system successfully completes the wireless monitoring of the hothouses, fulfilling the measure and the control of the greenhouses temperature. Key Words: Hothouses; AT89S51; DS18B20; Temperature monitoring; Wireless transmit Module目 錄1 前言 .11.1 課題來源 .11.2 需求分析 .21.3 課題研究內(nèi)容 .32 系統(tǒng)總體設(shè)計方案 .42.1 系統(tǒng)工作原理 .52.2 系統(tǒng)組成 .52.3 系統(tǒng)性能指標.63 硬件電路設(shè)計 .73.1 設(shè)計原則 .73.2 單片機的選擇 .73.3 單片機的最小系統(tǒng)設(shè)計 .73.4 溫度傳感器的選擇 .83.5 無線收發(fā)模塊 .113.6 串口通信 .124 軟件設(shè)計 .144.1 設(shè)計原則 .144.2 下位機軟件設(shè)計 .144.3 上位機軟件設(shè)計 .175 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析 .225.1 硬件電路的調(diào)試 .225.2 系統(tǒng)可靠性及抗干擾設(shè)計 .255.3 系統(tǒng)實時性 .266 總結(jié)及問題探索 .286.1 總結(jié) .286.2 問題探索 .29致謝.30參 考 文 獻.31附錄一：實物圖及 PCB .32附錄二：中英文翻譯 .34溫室大棚溫度無線測控系統(tǒng)的設(shè)計1 前言1.1 課題來源溫室大棚是農(nóng)業(yè)設(shè)施的重要組成部分，利用溫室大棚栽培蔬菜可以促進其早熟和豐富其產(chǎn)量，延長蔬菜的供應(yīng)期，是擴大蔬菜生產(chǎn)、實現(xiàn)周年供應(yīng)的一種有效途徑，是發(fā)展三高農(nóng)業(yè)、振興農(nóng)村經(jīng)濟的組成部分，是我國農(nóng)業(yè)走向現(xiàn)代化、科學(xué)化的標志之一。 尤其對于我國北方地區(qū)無霜期短，冬天日夜溫差大，而長江流域地區(qū)雖然冬季能生產(chǎn)一些耐寒蔬菜，但種類單調(diào)，且若遇冬季寒潮或夏秋暴雨，連綿陰雨等災(zāi)害性天氣，則早春育苗和秋冬蔬菜生產(chǎn)都可能會受到較大的損失，影響蔬菜的供應(yīng)。而利用塑料棚進行蔬菜栽培可利用保護設(shè)備在冬、春、秋進行蔬菜生產(chǎn)，以獲得多樣化的蔬菜產(chǎn)品。以下將簡要地介紹幾種溫室大棚。第一種是薄膜溫室大棚2，屬于連棟溫室中造價比較低的類型，但由于薄膜老化等原因，薄膜質(zhì)保 3 年，因此，存在薄膜定期更換的問題。它的優(yōu)點是保溫性能好，運行成本低；缺點是透光率低。適合種植對光照要求不高的植物品種。圖 1.1 薄膜溫室第二種玻璃溫室，它是源于早期引進的荷蘭 VENLO 溫室，由于荷蘭屬于寡日照地區(qū)，對透光要求高，因此，玻璃的高透光性非常適合于高光作物的種植。另外，玻璃溫室的外型美觀，通透性強，因此，非常適合于建造花卉市場。圖 1.2 玻璃溫室在 2009 年 4 月 14 日，遼寧省成功研制出了“內(nèi)保溫組裝式溫室” 。它一種新的溫室類型，具有環(huán)保、造價低、可移動等特點，推廣價值大。溫室大棚測控系統(tǒng)是實現(xiàn)溫室生產(chǎn)管理自動化、科學(xué)化的基本保證。通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析,結(jié)合作物生長規(guī)律,控制環(huán)境條件,使作物在不適宜生長的反季節(jié)中,可獲得比室外生長更優(yōu)的環(huán)境條件,從而使作物達到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效的栽培目的。單片機是專為工業(yè)測量與控制而設(shè)計，具有集成度高、可靠性高、性價比高的優(yōu)勢，它給人們帶來的方便也是不可否定的，采用它制成的監(jiān)測控制系統(tǒng)非常之多。但人們對它的要求越來越高，要為現(xiàn)代人工作、科研、生活提供更好的更方便的設(shè)施就需要從單片機技術(shù)入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制的方向發(fā)展。無線數(shù)據(jù)傳輸廣泛地運用在車輛監(jiān)控、遙控、小型無線網(wǎng)絡(luò)、無線抄表、門禁系統(tǒng)、工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、身份識別、小型無線數(shù)據(jù)終端、安全防火系統(tǒng)、無線 232 數(shù)據(jù)通信、數(shù)字音頻、圖像傳輸?shù)阮I(lǐng)域中。應(yīng)用無線技術(shù)能夠改善監(jiān)測大棚溫度的條件。1.2 需求分析（1）國內(nèi)外大棚溫度控制技術(shù)的發(fā)展國外采用多數(shù)是一種全自控的噴滴灌溫室大棚控制系統(tǒng)，它不需要人的看管。比較人工的控制來說，這種智能自控溫室最大的好處就是能夠相對恒定的控制溫室內(nèi)部的環(huán)境，對于對環(huán)境要求比較高的植物來說，更能避免因人為因素而造成生產(chǎn)損失。北京的一家公司研制開發(fā)了一種應(yīng)用于溫室大棚的環(huán)測溫控系統(tǒng)3。它是采用 PLC 與各式的偵測器連線，管理人員需要在現(xiàn)場監(jiān)控，溫室的溫度、濕度及亮度偵測器與 PLC 連結(jié)，MA8-6 透過 RS-232 與 PLC 連結(jié)，使用圖型化界面來設(shè)定與 PLC 之間的資料的交換格式，透過 GPRS 與 Internet 將相關(guān)數(shù)據(jù)資料傳送到中央控制中心。中央控制中心的監(jiān)控主機經(jīng)由 RS-232 與 MA8-1 連結(jié)，當(dāng)回傳資料值超出或低于設(shè)定臨界值時，監(jiān)控主機將報警資料經(jīng)由短消息系統(tǒng)傳送給相關(guān)管理人員，管理人員可以及早采取措施解決問題。圖 1.3 環(huán)測溫控系統(tǒng)（2）結(jié)論本系統(tǒng)設(shè)計和國外的先進設(shè)備相比還是存在一定的差距，與上述的環(huán)測溫控系統(tǒng)相比，本設(shè)計最大的特點是采用無線傳輸技術(shù)，管理人員不需要留在現(xiàn)場也能監(jiān)測到大棚的溫度情況。而且使用數(shù)字溫度傳感器，這樣硬件電路簡單，調(diào)試起來也方便，還節(jié)省成本，測量和控制的目標都能實現(xiàn)。1.3 課題研究內(nèi)容本課題的任務(wù)是設(shè)計一個大棚溫度無線測控系統(tǒng)，對溫室大棚的溫度進行監(jiān)測和控制。本文將詳細地介紹利用單片機制成的測溫模塊的軟硬件設(shè)計和無線傳輸模塊的具體應(yīng)用，并給出溫度傳感器接口的軟件設(shè)計方案以及上位機界面的設(shè)計方案。測量溫度溫度單片機數(shù)碼管顯示無線發(fā)射模塊通過串口把數(shù)據(jù)發(fā)送大棚的溫度信息顯示信息無線接收模塊RS232接口電平轉(zhuǎn)換電腦溫度電信號圖 1.4 大棚溫度無線測控系統(tǒng)的信息流圖2 系統(tǒng)總體設(shè)計方案本系統(tǒng)主要針對溫室內(nèi)溫度，設(shè)計了以 PC 機為上位機,單片機為下位機的溫室大棚的溫度無線測控系統(tǒng)。綜合考慮系統(tǒng)的精度、效率以及經(jīng)濟性要求這三個方面之后,最終確定下位機以 AT89S51 單片機為控制核心,選用性價比比較高的傳感器 DS18B20，實現(xiàn)對溫度精確測量與準確控制。當(dāng)單片機檢測到溫度超過設(shè)定值時,則啟動報警措施。下位機可以通過RS-232 實現(xiàn)和上位機的串行通訊。為了便于系統(tǒng)的調(diào)試、移植、修改,軟件設(shè)計以 C 語言為基礎(chǔ),采用模塊化設(shè)計,主要包括單片機的最小系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集模塊、液晶顯示模塊、無線收發(fā)模塊以及串行通訊模塊。上位機使用 C+Builder 編寫溫度監(jiān)控界面。系統(tǒng)的總體設(shè)計分為硬件和軟件設(shè)計兩方面，首先確定系統(tǒng)實現(xiàn)的功能，然后對硬件、軟件分別進行規(guī)劃，完成這些準備工作之后，就可以開始制作硬件電路，編寫軟件程序，在模塊化調(diào)試結(jié)束后，進行軟硬件聯(lián)調(diào)，針對出現(xiàn)的問題對軟硬件進行相應(yīng)的修改，直到調(diào)試成功為止。系統(tǒng)的總體設(shè)計流程圖如圖 2.1 所示。明確功能要求軟件及硬件的功能分配硬件電路設(shè)計電路細節(jié)設(shè)計軟件設(shè)計硬件調(diào)試軟件調(diào)試 需要開發(fā)工具支持軟硬件聯(lián)調(diào) 程序固化 需要程序燒寫器支持運行有問題?結(jié)束軟硬件修改YN圖 2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計流程圖2.1系統(tǒng)工作原理單片機首先通過溫度傳感器 DS18B20 采集溫室大棚的溫度，再通過無線發(fā)射模塊，利用單片機的串口進行編程，將測得大棚的溫度一位一位地傳送到監(jiān)控室的接收模塊中；接收模塊通過 RS232 接口與電腦相連，把數(shù)據(jù)傳給電腦。在上位機中，利用 C+Builder 編程，讓電腦和單片機正常地進行數(shù)據(jù)傳輸，同時上位機界面顯示大棚的溫度，并對異常的溫度變化進行報警，實現(xiàn)對大棚溫度的無線測控，保證了農(nóng)作物在適宜的溫度下生長。2.2 系統(tǒng)組成整個無線監(jiān)測系統(tǒng)主要分為三部分：即溫度檢測、無線傳輸和 PC 機對溫度的監(jiān)測環(huán)節(jié)。溫室大棚無線傳輸模塊測溫裝置監(jiān)控室的電腦圖 2.2 系統(tǒng)的整體連接圖（1）溫度檢測模塊的組成在溫度檢測中,由單片機 AT89S51 主控制器所組成的最小系統(tǒng)以及外部接口模塊主要有溫度傳感器(DS18B20)、LED 八段碼顯示器,無線發(fā)射模塊，各模塊連接如下圖所示。溫室大棚無線發(fā)射模塊主控制器時鐘控制器復(fù)位單元電源溫度傳感器數(shù)碼管顯示圖 2.3 單片機溫度檢測模塊（2）溫度無線傳輸模塊的組成無線傳輸系統(tǒng)主要有單片機AT89S51組成的最小系統(tǒng)以及無線接收模塊，液晶1602顯示和串口通訊模塊組成。在本設(shè)計中，在無線接收端采用1602液晶(16引腳帶背光接口)進行顯示。液晶是一種極低功耗的顯示器件。在袖珍式儀表或低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中使用較多。各模塊的連接框圖如圖 2.4 所示。液晶顯示單元無線接收模塊主控制器時鐘控制器復(fù)位單元電源圖 2.4 無線傳輸模塊（3）上位機對溫度的監(jiān)測實現(xiàn)大棚溫度的顯示并且實時繪制出曲線，一旦溫度有異常變化馬上讓電腦發(fā)出報警提示。還加以整個系統(tǒng)的介紹和圖片，方便使用者了解系統(tǒng)的原理和功能。電腦顯 示Max232 電平轉(zhuǎn)換單元RS232 接口無線接收模塊圖 2.5 上位機的監(jiān)測模塊2.3 系統(tǒng)性能指標本系統(tǒng)具有良好的可靠性和經(jīng)濟性，能夠?qū)崿F(xiàn)對溫室大棚溫度的準確測量和控制，在實際應(yīng)用中有一定價值。具體性能指標分述如下。測溫范圍：0+50；測溫分辨率：0.1；工作電壓：220V；功耗：600mW；監(jiān)測距離：200m 左右；3 硬件電路設(shè)計3.1 設(shè)計原則(1) 盡可能選擇典型電路，并符合單片機的常規(guī)用法。為硬件電路的標準化、模塊化打下良好基礎(chǔ)?？煽啃院涂垢蓴_設(shè)計是硬件設(shè)計必不可少的一部分，它包括芯片和器件的選擇、去耦電容、濾波電容、電路板的布線等。(2) 盡量朝單片方向設(shè)計硬件。硬件器件越多，器件之間相互干擾越強，功耗也會越大，就會不可避免的降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。(3) 在速度允許的情況下，盡量使用串行為主的擴展方式。串行擴展具有方便、靈活、電路簡單、占用 I/O 資源少等特點。(4) 留下一些指示燈或通信口以方便調(diào)試和判別系統(tǒng)問題。 3.2 單片機的選擇在此次設(shè)計中，采用 AT89S51 作為系統(tǒng)的控制芯片。AT89S51 是一個低功耗，高性能CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標準 MCS-51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash存儲單元。3.3 單片機的最小系統(tǒng)設(shè)計在本設(shè)計中采用了 AT89S51 單片機作為核心處理器，因此在電路中首先設(shè)計的是AT89S51 的最小系統(tǒng)。AT89S51 單片機的最小系統(tǒng)包含以下幾部分。單片機供電電路：AT89S51 需要可靠的 5V 供電，在電路圖中的 VCC 和 GND 為供電網(wǎng)絡(luò)標識符；振蕩電路：AT89S51 需要一個穩(wěn)定的振蕩電路才能夠正常工作，單片機的時鐘信號是用來提供單片機內(nèi)各種微操作的基準。在該電路中采用了 12MHz 的晶振作為 AT89S51的時鐘源；這里采用的是內(nèi)部振蕩方式，在引腳 XTAL1 和 XTAL2 外接晶振，通過內(nèi)部振蕩得到的時鐘信號比較穩(wěn)定，在電路中使用較多。在下面的電路圖中可以看到在晶振兩側(cè)連了兩個電容 C2，C3，它們是起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，電容值一般為 530pF。本設(shè)計中用的是 30pF 的電容。復(fù)位電路：復(fù)位電路是單片機正常運行的一個必要部分。復(fù)位操作一般有兩種基本形式：上電復(fù)位和開關(guān)復(fù)位。在本設(shè)計中采用的是第二種。復(fù)位電路應(yīng)該保證單片機在上電的瞬間進行一次有效的復(fù)位，在單片機正常工作時將 RST 引腳置低。此外通過一個按鍵進行手動復(fù)位，在單片機運行不正常時使用。上電后，由于電容充電，是 RST持續(xù)一段高電平時間。當(dāng)單片機已經(jīng)在運行時，按下復(fù)位鍵也能使 RST 持續(xù)一段高電平，從而實現(xiàn)上電且開關(guān)復(fù)位的操作。通常我們選擇的復(fù)位電容為 1050F，電阻為110k。在本設(shè)計中復(fù)位電容選的是 47F 的，電阻選的是 10k 的。AT89S51 的最小系統(tǒng)電路如圖 3.1 所示。EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P10/T1P11/T2P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10U1AT89S5112Y1XTALVCC30pFC230pFC3GND10KR1S1SW-PBVCCGNDRSTRST47uFC1圖 3.1 AT89S51 的最小系統(tǒng)電路3.4 溫度傳感器的選擇在選擇溫度傳感器時，應(yīng)考慮的主要因素有溫度的測量范圍、精度、測溫時間、穩(wěn)定性、靈敏度和經(jīng)濟性。（1）溫度傳感器的種類4溫度傳感器的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個階段：傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器；模擬集成溫度傳感器；智能溫度傳感器；目前，國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、由集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。常見的溫度傳感器有模擬集成溫度傳感器（AD590、LM334） 、單總線數(shù)字溫度傳感器（DS18B20） 、標準總線式智能傳感器（DS1629） 、多通道智能溫度傳感器（MAX6691） 、熱電偶溫度傳感器、光纖傳感器等。以下將對這些傳感器簡單介紹一下。1)模擬集成溫度傳感器它是將溫度傳感器集成在一個芯片上、可完成溫度測量及模擬信號輸出功能的專用IC。模擬集成溫度傳感器的主要特點是功能單一、測溫誤差小、價格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠、體積小、微功耗等，適合遠距離測溫、控溫，不需要進行非線性校準。2)熱電偶溫度傳感器熱電偶是工業(yè)上最常用的測溫檢測元件之一，其優(yōu)點是測量精度高，測溫范圍廣，常用的熱電偶從-50+1600均可連續(xù)測量。但是，熱電偶的材料一般都比較貴重，成本較高，而且一般需要冷端補償。3)數(shù)字溫度傳感器數(shù)字溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、A/D 轉(zhuǎn)換器、信號處理器、存儲器(或寄存器)和接口電路。它能夠直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn) 912 位的數(shù)字值讀數(shù)方式。這些芯片在檢測點已把被測信號數(shù)字化了，因此在單總線上傳送的是數(shù)字信號，這使得系統(tǒng)的抗干擾性好、可靠性高、傳輸距離遠。結(jié)論由于 AT89S51 單片機內(nèi)沒有 A/D 轉(zhuǎn)換器，為了準確地采集溫度，一種方法是在外圍電路中加 A/D 轉(zhuǎn)換器，但是這樣就使軟硬件設(shè)計更加復(fù)雜化；還有一種更簡單的方法就是使用數(shù)字溫度傳感器。所以，在本設(shè)計中，采用的是單總線數(shù)字溫度傳感器（DS18B20） 。它能夠滿足本設(shè)計要求，而且它具有體積小、構(gòu)成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單并且成本低等優(yōu)點，應(yīng)用越來越廣泛。（2）單總線協(xié)議的介紹1）單總線的工作原理近年來，美國的達拉斯半導(dǎo)體公司推出了一項特有的單總線（1-Wire Bus）技術(shù)。該技術(shù)采用單根信號線，既可傳輸時鐘，又能傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的。顧名思義，單總線即只有一根數(shù)據(jù)線，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交換、控制都由這根線完成。設(shè)備（主機或從機）通過一個漏極開路或三態(tài)端口連至該數(shù)據(jù)線，以允許設(shè)備在不發(fā)送數(shù)據(jù)時能夠釋放總線，而讓其它設(shè)備使用總線。單總線通常要求外接一個約為 4.7K 的上拉電阻，這樣，當(dāng)總線閑置時，其狀態(tài)為高電平。主機和從機之間的通信可通過 3 個步驟完成，分別為初始化 1-wire 器件、識別 1-wire 器件和交換數(shù)據(jù)。由于它們是主從結(jié)構(gòu)，只有主機呼叫從機時，從機才能應(yīng)答，因此主機訪問 1-wire 器件都必須嚴格遵循單總線命令序列，即初始化、ROM、功能命令。2）單總線的特點單總線技術(shù)以其線路簡單、硬件開銷少、成本低廉、節(jié)省 I/O 口資源、便于總線擴展和維護、軟件設(shè)計簡單的優(yōu)勢而有著無可比擬的應(yīng)用前景。其通信可靠簡單，很容易實現(xiàn)，是值得關(guān)注的一個發(fā)展領(lǐng)域。（3）DS18B20 的功能介紹DS18B20 是 Maxim-Dallas 公司生產(chǎn)的一款高性能、寬測溫范圍的串行數(shù)字接口溫度傳感器。它是一種可組網(wǎng)的高精度數(shù)字式溫度傳感器，由于其具有單總線的獨特優(yōu)點，可以使用戶輕松地組建起傳感器網(wǎng)絡(luò)，并可使多點溫度測量電路變得簡單、可靠。它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強、易配處理器等優(yōu)點，特別適用于構(gòu)成多點溫度測控系統(tǒng)。DS18B20 的 ROM 中的 64 位序列號是出廠前被光刻好的, 共分為 8 個字節(jié)，字節(jié) 0 的內(nèi)容是該產(chǎn)品的廠家代號 28H，字節(jié) 16 的內(nèi)容是 48 位器件序列號，字節(jié) 7 是 ROM 前 56位校驗碼。它可以看作是該 DS18B20 的地址序列碼, 每個 DS18B20 的 64 位序列號均不相同，這樣就可以實現(xiàn) 1 根總線上并接多個 DS18B20 溫度傳感器而互不影響。在單片機容量允許內(nèi)，最多可以掛接 256 個 DS18B20（實際應(yīng)用中最多掛 8 個，超過 8 個就需要解決微處理器的總線驅(qū)動問題)。以下將簡要地介紹它的使用。1）DS18B20 的性能指標 DS18B20 溫度傳感器的主要性能指標如下：供電電壓：3.0V5.5V；測量溫度范圍：-55+125；測量溫度精度：在-10+85是 0.5；測溫分辨率可達 0.0625；2）DS18B20 的引腳定義及結(jié)構(gòu)DS18B20 具有 8-Pin 的 SOIC 封裝和 TO-92 的封裝，其引腳分布如圖 3.2 所示。DS18B20 的各引腳功能說明如下： DQ：數(shù)據(jù)端；圖 3.2 DS18B20 的引腳VCC1I/O2GND3wdDS18B204.7K R1GNDVCCVDD：供電電源；GND：電源供給地；DS18B20 主要有 64 位 ROM、溫度敏感元件、非易失性溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL 及配置寄存器四部分組成。配置寄存器為高速暫存存儲器的第 5 個字節(jié)。DS18B20 在工作時按此寄存器的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)精度的數(shù)值。DS18B20 對所測數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換結(jié)果以 16bit 帶符號位擴展的二進制補碼的形式存放在寄存器中。DS18B20 通過其內(nèi)部的數(shù)字轉(zhuǎn)換電路將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量 ,通過顯示模塊直接以數(shù)字方式顯示溫度。其典型的溫度值數(shù)據(jù)如表 3.1 所示。DS18B20的電源供電方式有2種：外部供電方式和寄生電源方式。工作于寄生電源方式時,VDD和GND均接地,它在需要遠程溫度探測和空間受限的場合特別有用,原理是當(dāng)1Wire總線的信號線DQ為高電平時,竊取信號能量給DS18B20供電,同時一部分能量給內(nèi)部電容充電,當(dāng)DQ為低電平時釋放能量為DS18B20供電。但寄生電源方式需要強上拉電路,軟件控制變得復(fù)雜(特別是在完成溫度轉(zhuǎn)換和拷貝數(shù)據(jù)到E2PROM時) ,同時芯片的性能也有所降低。因此,在條件允許的場合,盡量采用外供電方式。4）DS18B20 的單片機接口電路當(dāng)使用 AT89S51 控制 DS18B20 進行溫度測量時，只需要使用 AT89S51 的一個引腳和DS18B20 的數(shù)據(jù)端口相連即可，其電路圖如圖 3.3 所示。使用 4.7k 上拉電阻的作用：因為 DS18B20 是單總線溫度傳感器，數(shù)據(jù)線是漏極開路，如果 DS18B20 沒接電源，則需要數(shù)據(jù)線強上拉，給 DS18B20 供電；如果 DS18B20 接有電源，則需要一個上拉即可穩(wěn)定的工作。3.5 無線收發(fā)模塊無線收發(fā)模塊的一種重要的用途就是配合單片機來實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，在本設(shè)計中就是利用它的這個功能。（1）無線發(fā)射模塊電路采用 ASK 方式調(diào)制，就是用數(shù)字調(diào)制信號的通斷。當(dāng)數(shù)據(jù)信號停止時發(fā)射電流降為零，功耗很低。電路本身未設(shè)編碼集成電路，而增加了一只數(shù)據(jù)調(diào)制三極管 Q1，這種結(jié)構(gòu)使得它可以方便地和其它固定編碼電路、滾動碼電路及單片機接口，而不必考慮編碼電路的工作電壓和輸出幅度信號值的大小。模塊輸出功率由電壓決定，電壓變化時發(fā)射頻率基本不變，發(fā)射電壓為 3V 時，空曠地傳輸距離約 20 50m，發(fā)射功率較小，當(dāng)電壓 5V時約 100200m，當(dāng)電壓 9V 時約 300500m，當(dāng)發(fā)射電壓為 12V 時，為最佳工作電壓，具圖 3.3 DS18B20 的接口電路有較好的發(fā)射效果，發(fā)射電流約 60mA，空曠地傳輸距離 700800m，發(fā)射功率約 500mW。在本設(shè)計中，溫度的傳輸距離大于 200m。主要技術(shù)指標：1）通訊方式：調(diào)幅 AM2）工作頻率：315MHz3）頻率穩(wěn)定度：75KHz4）發(fā)射功率：500mW5）發(fā)射電流：350mA6）工作電壓：DC 312V實物圖如圖 3.4 所示。（2）無線接收模塊無線接收模塊采用的是超外差接收模塊，它是一款性能十分優(yōu)異的高頻接收模塊，采用最先進的 RF 集成電路，超外差工作方式，工作穩(wěn)定可靠，廣泛應(yīng)用在各種干擾大、環(huán)境惡劣的場合。實物圖如圖 3.5 所示。主要技術(shù)指標：1）通訊方式：調(diào)幅 AM2）工作頻率：316.8MHz3）頻率穩(wěn)定度：75kHz4）工作電流：5mA5）工作電壓：DC 5V6）輸出方式：TTL 電平 適用范圍：1）車庫門無線控制 系統(tǒng) 2） 各類防盜系統(tǒng)3） 工業(yè)遙控、遙測4）低波特率的數(shù)據(jù) 傳輸3.6 串口通信3.6.1 串口的簡介及作用計算機和外部設(shè)備進行通信常通過串口和并口兩種方式。串行通信是在一根傳輸線上一位一位的傳送信息，所用的傳輸線少，并且可以借助現(xiàn)成的電話網(wǎng)進行信息傳送，因此，特別適合于遠距離傳輸。對于那些與計算機相距不遠的人機交換設(shè)備和串行存儲的外部設(shè)備如終端、打印機、邏輯分析儀、磁盤等，采用串行方式交換數(shù)據(jù)也很普遍。所以串行接口是微機應(yīng)用系統(tǒng)常用的接口。許多外設(shè)和計算機按串行方式進行通信，這里所說的串行方式，是指外設(shè)與接口電路之間的信息傳送方式，實際上，CPU 與接口之間仍按并行方式工作。在單片機系統(tǒng)中，串口是一個非常重要的組成部分。通常使用單片機串口通過 RS232接口和電平轉(zhuǎn)換芯片 MAX232 與上位機連接，以進行上位機與下位機的數(shù)據(jù)交換、參數(shù)設(shè)置、組成網(wǎng)絡(luò)以及各種外部設(shè)備的連接等。RS232 串行接口總線具有成本低、簡單可靠、容易使用等特點，加上其歷史悠久，所以目前應(yīng)用仍然非常廣泛；特別對于數(shù)據(jù)量不是很大的場合，串口通信仍然是很好的選擇，有著廣闊的使用前景。 在單片機編程中，串口占了很重要的地位。圖 3.4 無線發(fā)射模塊圖 3.5 無線接收模塊3.6.2 單片機與 PC 機的串口通信（1）通信接口的選擇為了便于計算機和各種外圍設(shè)備的串行通信連接，更廣義地來講是為了各種數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)和數(shù)據(jù)通信設(shè)備(DCE)之間的連接，制定了若干種串行通信接口標準。只要是符合某種標準的設(shè)備之間就可以直接互相連接、互相通信。串行通信接口按電氣標準及協(xié)議來分包括 RS-232、RS-422、RS485、USB 等。 RS-232、RS-422 與 RS-485 標準只對接口的電氣特性做出規(guī)定，不涉及接插件、電纜或協(xié)議。USB 是近幾年發(fā)展起來的新型接口標準，主要應(yīng)用于高速數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域。在本設(shè)計中，選擇 RS-232 接口就可以滿足通信需求了。1）RS-232 串行接口目前 RS-232 是 PC 機與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口。RS-232 被定義為一種在低速率串行通信中增加通信距離的單端標準。RS-232 采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通信。典型的 RS-232 信號在正負電平之間擺動，在發(fā)送數(shù)據(jù)時，發(fā)送端驅(qū)動器輸出正電平在+5+15V，負電平在-5-15V 電平。當(dāng)無數(shù)據(jù)傳輸時，線上為 TTL 電平，從開始傳送數(shù)據(jù)到結(jié)束，線上電平從 TTL 電平到 RS-232 電平再返回 TTL 電平。完整的 RS-232 接口有 25根線，采用一種 25 芯(針)的插頭座，彼此連接十分方便?，F(xiàn)在經(jīng)常采用一種 9 針的插座來互相連接，因為 25 條線中最經(jīng)常使用的只有 9 條線。由于一般的微機中都有 RS-232 接口，利用 RS-232 通信進行測量，連接、攜帶、運輸方便。在那些臨時、快速測量而測量的通道數(shù)又不多的場合下，利用 RS-232 接口的測量模塊十分方便。其傳送距離最大為約 15m，最高速率為 20kb/s?；镜臄?shù)據(jù)傳送引腳TXD：數(shù)據(jù)發(fā)送引腳；RXD：數(shù)據(jù)接收引腳；GND：信號地線；在單片機通信中最簡單的通信只需連這三根線。由于單片機的串行發(fā)送線 TXD 和接收線 RXD 是 TTL 電平，而 PC 機的 COM1 或 COM2 的RS-232C 連接器（D 型 9 針插座）是 EIA 電平，因此單片機需加接 MAX232 芯片，通過串行電纜線和 PC 機相連接。單片機和 PC 機的連接如圖 3.6 所示。EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P10/T1P11/T2P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10U180C52X2X1C1+1VDD2C1-3C2+4C2-5VEE6T2OUT7R2IN8R2OUT9T2IN10T1IN11R1OUT12R1IN13T1OUT14GND15VCC16U2MAX232ACPE1234567891110J1D Connector 9104C2104C6104C3104C8104C4P12P13P11圖 3.6 單片機和 PC 機的連接圖2）RS-232 的 EIA 標準它是以正負電壓來表示邏輯狀態(tài)，而 TTL 以高低電平來表示器邏輯狀態(tài)。目前較廣泛使用的轉(zhuǎn)換芯片很多，但很多需要正負 12V 兩種電源，使用不方便。而 MAXIM 公司的MAX232 芯片之需要+5V 電源就可以實現(xiàn) TTL 和 EIA 的雙向電平轉(zhuǎn)換，因此得到了廣泛應(yīng)用。（2）通信協(xié)議的設(shè)計在進行數(shù)據(jù)通信時，必須解決好兩個方面的問題：一是可靠性，二是速度?？煽啃允堑谝晃坏模俣戎皇窃诳煽康幕A(chǔ)上的追求?？煽靠焖賯鬏?shù)膶崿F(xiàn)，需要上、下位機軟件以及通信協(xié)議等各個環(huán)節(jié)的可靠和相互配合。在串行通信的硬件設(shè)計完成后，通信雙方（在本系統(tǒng)中指單片機和上位機）必須約定通信協(xié)議，否則將無法保證通信數(shù)據(jù)的可靠性，從而失去通信的意義。協(xié)議一方面要規(guī)定通信的基本參數(shù)，如通信波特率、數(shù)據(jù)位數(shù)、停止位數(shù)及奇偶校驗的方式等，更重要的一方面是要規(guī)定雙方傳輸數(shù)據(jù)的格式，以及傳輸數(shù)據(jù)時控制數(shù)據(jù)流的方式?，F(xiàn)約定系統(tǒng)的通信協(xié)議如下： 1）串行通信波特率為 1.2kbps；2）數(shù)據(jù)傳送格式為 1 個起始位，8 個數(shù)據(jù)位，1 個停止位；3）無奇偶校驗；4）串行通信方式采用查詢方式；4 軟件設(shè)計4.1 設(shè)計原則(1) 明確任務(wù)，弄清軟件所承擔(dān)的任務(wù)細節(jié)。(2) 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計，合理的軟件結(jié)構(gòu)是設(shè)計出一個性能優(yōu)良的單片機應(yīng)用系統(tǒng)軟件的基礎(chǔ)。(3) 模塊化程序設(shè)計，是單片機應(yīng)用中最常用的程序設(shè)計技術(shù)。將一個完整的程序分解成 若干個功能相對獨立的較小的程序模塊，對各個程序模塊分別進行設(shè)計、編制和調(diào)試，最后將各個調(diào)試好的程序模塊進行聯(lián)調(diào)。(4) 編寫程序。根據(jù)系統(tǒng)功能和操作過程，列出程序的功能流程圖。在完成流程圖的設(shè)計之后，便可編寫程序了。4.2 下位機軟件設(shè)計下位機采用 C51 在 keil uvision3 的開發(fā)環(huán)境進行編程，在仿真軟件中調(diào)試成功后，再把生成的 HEX 文件燒到單片機中，在真實的硬件環(huán)境下進行測試。具體設(shè)計主要分兩部分，一是溫度傳感器的驅(qū)動和測溫程序，另一個是利用單片機串口編寫的無線傳輸程序。下面將對程序中的關(guān)鍵部分進行闡述。(1) 溫度傳感器接口軟件設(shè)計主機（單片機）控制 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換要經(jīng)過三個步驟：每一次讀寫之前都要DS18B20 進行復(fù)位操作，復(fù)位成功后發(fā)送一條 ROM 指令，最后發(fā)送 RAM 指令，這樣才能對DS18B20 進行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主 CPU 將數(shù)據(jù)線下拉至少 480，然后釋放，當(dāng)DS18B20 受到信號后等待 1560，然后發(fā)出 60240的存在低脈沖，主 CPU 收到此信號表示復(fù)位成功。流程圖如圖 4.1 所示。初始化 DS18B20開始應(yīng)答脈沖？發(fā)跳過 ROM 的命令（0XCC）延時YN發(fā)轉(zhuǎn)換溫度的指令（0X44）跳過 ROM讀取暫存器中的數(shù)據(jù)（0XBE）讀取第一、二字節(jié)即為溫度數(shù)據(jù)圖 4.1 下位機軟件設(shè)計的流程圖具體操作： 初始化： 總線控制器發(fā)出一個復(fù)位脈沖（一個最少保持 480的低電平信號） ，然后釋放總線，進入接收狀態(tài)。單線總線由 4.7k 的上拉電阻拉到高電平。探測到 I/O 引腳上的上升沿后，DS1820 等待 1560，然后發(fā)出存在脈沖（一個 60240的低電平信號） 。圖 4.2 DS18B20 初始化時序復(fù)位子程序如下：void reset ( ) DS = 0;Delay(90);/ 精確延時大于 480，當(dāng)總線停留在低電平超過 480，總線上所以器件都將被復(fù)位DS = 1;/產(chǎn)生復(fù)位脈沖后，微處理器釋放總線,讓總線處于空閑狀態(tài)Delay(4);ROM操作命令主機收到DS18B20在線信號后，就可以發(fā)送四個ROM操作命令中的一個，這些命令字均為8位的16進制數(shù)（最低位在前） ，現(xiàn)將這些命令說明如下。33H：讀 ROM，通過該命令主機可以讀出 ROM 中 8 位系列產(chǎn)品代碼、48 位產(chǎn)品序列號和8 位 CRC 碼；55H：匹配ROM，多片DS18B20在線時，主機發(fā)出該命令和一個64位數(shù)列，DS18B20內(nèi)部ROM與主機數(shù)列一致者，才響應(yīng)主機發(fā)送的寄存器操作命令，其他DS18B20等待復(fù)位。該命令也可以用在單片DS18B20情況。CCH：跳過 ROM 序列號檢測命令，對于單片 DS18B20 在線系統(tǒng)，該命令允許主機跳過ROM 序列號檢測而直接對寄存器操作，從而節(jié)省時間。 存貯器操作命令 44H：開始溫度轉(zhuǎn)換 DS18B20 的讀寫操作1）寫時間片，包括寫 0 時隙和寫 1 時隙。所有寫時隙至少需要 60,且在 2 次獨立的寫時隙之間至少需要 1的恢復(fù)時間,兩種寫時隙均起始于主機拉低總線。寫時序如圖 4.3所示。圖 4.3 DS18B20 寫時序2）讀時間片，1Wire 總線器件僅在主機發(fā)出讀時隙時,才向主機傳輸數(shù)據(jù),所以,在主機發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后,必須馬上產(chǎn)生讀時隙,以便從機能夠傳輸數(shù)據(jù)。所有讀時隙至少需要60,且在 2 次獨立的讀時隙之間至少需要 1的恢復(fù)時間。每個讀時隙都由主機發(fā)起,至少拉低總線 1。主機在讀時隙期間必須釋放總線, 并且在時隙起始后的 15之內(nèi)采樣總線狀態(tài)。時序圖如圖 4.4 所示。圖 4.4 DS18B20 讀時序(2) 溫度無線傳輸軟件設(shè)計此模塊的軟件設(shè)計主要是要確保接收到正確的溫度數(shù)據(jù)，所以在程序中要加一些數(shù)據(jù)頭進行校驗。1）發(fā)送溫度程序：while(1) /溫度轉(zhuǎn)換，獲得溫度SBUF=0 xaa; /以下這段程序是為了防止無線接收模塊受到干擾,接到的數(shù)據(jù)不對 while(!TI); /所以加上兩個數(shù)據(jù)頭,只有在正確接收到它倆后，才能開始接收我們需要的數(shù)據(jù) TI=0;SBUF=0 x55;while(!TI);TI=0;SBUF=table3a; /將測得的溫度值的各位及小數(shù)點逐位的發(fā)送出去 while(!TI);/百位TI=0; /依次發(fā)送其他各位2）接收溫度程序void receive()while(!RI);RI=0;i=SBUF;if(i=0 xaa) /判斷是否接收到 0 xaa,接收到的話再執(zhí)行下去 while(!RI);RI=0;i=SBUF;if(i=0 x55) /再繼續(xù)判斷是否接收到 0 x55,接收到的話就可以繼續(xù)接收正確的數(shù)據(jù)write_com(0 x80);while(!RI);RI=0;a=SBUF; /接收百位write_data(a); /液晶顯示百位SBUF=a; /再把百位發(fā)送給電腦while(!TI);TI=0;delay(100); /延時 /個位、十位小數(shù)點依次發(fā)送4.3 上位機軟件設(shè)計上位機監(jiān)測界面采用 C+Builder 進行編寫。4.3.1 C+Builder 的介紹C+Builder 是 Borland 公司 98 年推出的全新 32 位 Windows 開發(fā)工具。它使用簡便，功能強大，效率高等特點，而且它還結(jié)合 C+語言所有優(yōu)點.是一個 Windows 環(huán)境下基于C+語言進行快速程序開發(fā)的集成開發(fā)環(huán)境，提供了一個強大的可視化控件庫，能夠使用C+語言方便、快速、高效地進行 Windows 應(yīng)用程序開發(fā)，尤其是開發(fā)界面、數(shù)據(jù)庫等Windows 應(yīng)用程序更加快速、高效。Borland C+ Builder 是一種面向?qū)ο蟮目梢暬瘧?yīng)用程序開發(fā)工具,為程序開發(fā)人員提供了十分輕松而快捷的開發(fā)環(huán)境。它以其友好的界面設(shè)計和方便的編程實現(xiàn),廣泛應(yīng)用于工程實踐中。C+ Builder 作為一個開發(fā)快、界面友好的應(yīng)用軟件,已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工程項目的開發(fā)中。然而在工程中十分常見的就是實驗數(shù)據(jù)的串行傳輸和可視化處理。4.3.2 關(guān)鍵技術(shù)用 C+Builder 具體實現(xiàn)串口的通信，必須掌握 C+Builder 中對串口操作的方法，每種語言都提供了對串口讀寫操作，方法一般各有不同，在 C+Builder6.0 環(huán)境下串口的 4種實現(xiàn)方法有:(1) 采用在 C+程序中嵌入行間匯編,直接對 UART 串口通訊硬件進行操作,實時性最高,但編程需要了解硬件；(2) 利用 Windows 的 API 通信函數(shù),編程較復(fù)雜,但靈活性最大,實時性較高；(3) 利用 VB 下高性能的 ActiveX 控件 MSComm，編程簡單，實時性不錯，二進制接收模式編程稍有點復(fù)雜；(4) 利網(wǎng)上的串口通信控件 TComm，編程最簡單方便，且可靠。但無論用哪種方法來開發(fā)串口通信程序,其實現(xiàn)步驟差不多，如圖 4.5 所示。其中使用 API 通信函數(shù)實現(xiàn)步驟稍有不同,它是先打開串口,在得到串口句柄后,再進行串口參數(shù)的配置。打開串口接收數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)程序關(guān)閉串口配置串口參數(shù)圖 4.5 串口通信程序?qū)崿F(xiàn)步驟本設(shè)計使用的是第四種方法，利用 TComm 控件實現(xiàn)串口通信。TComm 控件可以實現(xiàn)DTR/DSR、RTS/CTS 硬件流控制,是比較完善的串口控件。TComm 控件的串口通信參數(shù)設(shè)置與MSComm 類似默認情況下。TComm 控件接收和發(fā)送數(shù)據(jù)支持字符串和字節(jié)兩種傳輸模式。在接收和發(fā)送數(shù)據(jù)前需要初始化串口，用 SetPortOpen()方法打開串口,退出程序時用CloseComm()方法關(guān)閉串口。/打開串口、接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的語句Comm1-PortOpen=true; /打開串口mReceive-Text = Comm1-Input； /接收數(shù)據(jù)mTransmit-Text= Comm1-Output； /發(fā)送數(shù)據(jù)/ 接收下位機溫度及將獲得的數(shù)據(jù)繪制成曲線的程序C+Builder 提供了一個功能強大的可視化控件 TChart，非常便于數(shù)據(jù)的圖形化顯示。通過設(shè)置組件屬性，可以生成點圖、線圖、餅圖、柱狀圖、區(qū)域圖，能夠顯示一維序列或二維序列，可以自由設(shè)定刻度線和坐標。給序列添加一個數(shù)據(jù)只需調(diào)用AddX、AddY、AddXY 方法，非常方便。因為需要得到溫度的實時曲線圖，所以在定時器timer 的 OnTimer 事件中編寫程序，關(guān)鍵的語句如下：if (Comm1-PortOpen) /判斷串口是否打開 mReceive-Text = Comm1-Input ; /把接收到的溫度放到一個 memo 里 Buf = Trim(Comm1-Input); /刪除了 string 字符串首部和尾部空格的字符串 ReceiveStr = ReceiveStr + Buf; /不斷加上受到的數(shù)據(jù) do Dot= ReceiveStr.Pos( ); /檢查空格的位置 if (Dot=0) break; ReceiveDatai = StrToFloat( ReceiveStr.SubString(1,Dot-1); /數(shù)據(jù)放進數(shù)組 ReceiveStr =ReceiveStr.Delete(1,Dot); /留下未處理的數(shù)據(jù) Chart1-Series0-AddXY(i,ReceiveDatai,i,clRed); /把接收到的溫度繪成曲線 i=i+1; /接收下一個數(shù)據(jù) while (1); /直到找不到空格 ReceiveStr = ; /存儲接收到的數(shù)據(jù)和對應(yīng)的時間關(guān)鍵的語句如下：FILE *fp;fp=fopen(.data.txt,a); /把數(shù)據(jù)存放到 data.txt 的文件里fprintf(fp,%s%sn,mReceive-Text, TimeToStr(Time();fclose(fp);實驗結(jié)果如圖 4.6 所示。圖 4.6 溫度顯示界面 當(dāng)用戶點擊主菜單中的串口選項，會看到下拉菜單中有兩個選項，點擊打開后，馬上會顯示出溫度，并且繪制曲線。點擊關(guān)閉后，系統(tǒng)會關(guān)閉。具體界面如圖 4.7 所示。圖 4.7 打開串口界面當(dāng)打開串口之后，再次點打開時，系統(tǒng)會提示警告，串口已經(jīng)打開。如圖 4.8 所示。圖 4.8 出錯界面當(dāng)溫度值超過大棚理想的溫度（在本設(shè)計中設(shè)為 28.0）時，溫度值的顏色會由原來的綠色變成紅色的，即報警，提醒控制者采取措施，如圖 4.9 所示。圖 4.9 報警界面 點擊數(shù)據(jù)操作，在下拉菜單中可以選擇保存按鈕，就可以把當(dāng)前測得的溫度保存在事先建立好的 data.txt 的文本文件中，如圖 4.10 所示。如果用戶要查看歷史數(shù)據(jù)，只需點擊這個文件即可。如果想清空歷史數(shù)據(jù)，點擊清空按鈕即可。圖 4.10 如何保存和清空數(shù)據(jù)點擊系統(tǒng)簡介按鈕，會在界面的 memo 控件中看到對系統(tǒng)的一些說明文字。用戶若想查看系統(tǒng)的硬件原理圖，點擊相應(yīng)的按鈕即可。5 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析5.1 硬件電路的調(diào)試5.1.1 仿真(1) 仿真軟件的介紹Proteus 是一款用于電路分析與實物仿真的軟件。該軟件的特點是：1）將單片機仿真和 SPICE 電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232 動態(tài)仿真、I2C 調(diào)試器、SPI 調(diào)試器、鍵盤和 LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。2）支持主流單片機系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機類型有：ARM、8051/52 系列、AVR 系列、ATMEL 系列以及多種外圍芯片。3）提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點等調(diào)試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如 Keil C51 uVision2、MPLAB 等軟件。4）具有強大的原理圖繪制功能?？傊?，該軟件是一款集單片機和 SPICE 分析于一身的仿真軟件，功能極其強大。(2) 測溫環(huán)節(jié)的仿真在軟件 Proteus 里畫出電路圖，主要是把數(shù)碼管連上，把溫度傳感器連到對應(yīng)的管腳上；再把程序放進去，點擊運行進行仿真。仿真圖及結(jié)果如圖 5.1 所示。abcdefgdpabcdefgdpXTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C5124.0DQ2VCC3GND1U4DS18B20X1CRYSTALC31uFR21k圖 5.1 測溫環(huán)節(jié)仿真(3) 串口通信環(huán)節(jié)的仿真在本例中是利用單片機的串口進行無線發(fā)送