毕业设计（论文）基于AT89S51单片机的温室大棚温度控制系统设计.doc

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1、装订线摘要随着大棚技术的普及，温室大棚数量的不断增多，对其温度的控制就显得非常重要，而利用科学技术改善大棚温度监测条件是符合社会主义新农村建设的指导思想的，因此，开发一种能够实时、准确地处理温度信息的无线测控系统就变得很有必要。 本课题是基于单片机并采用1-wire总线技术和无线传输技术，设计一种应用于温室大棚的温度测控系统。它的原理是利用温度传感器将温室大棚内的温度发给单片机处理，最后再通过无线传输模块、RS-232总线将采集的数据传送到计算机，进行温度的显示、处理和报警。整个系统设计分为硬件和软件两部分。在硬件方面，对硬件的各个环节都进行了仔细的分析、选取和设计。系统以单片机AT89S51

2、为控制核心，采用温度传感器DS18B20进行数据采集，通过无线收发模块进行无线传输。在无线接收端，利用LCD液晶显示模块进行相关数据显示，并且单片机可通过RS232接口与计算机通信，进行温度的检测与控制。在软件方面，分为下位机软件与上位机软件两部分。下位机软件采用了C51高级语言进行程序设计，实现软件编程的模块化和独立性，具有良好的可测试性和可靠性。上位机软件采用C+ Builder作为开发环境，实现与下位机通信、数据处理与显示等功能。经过软件仿真和硬件实验，本设计实现了对大棚温度的监测和控制，监测距离大于200m。【关键词】：温室大棚； AT89S51； DS18B20； 温度监控； 无线传

3、输 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 fo

4、r 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,

5、 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, carr

6、ying 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

7、, 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 temperatur

8、e. 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 en

9、vironment, 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:

10、 Hothouses; AT89S51; DS18B20; Temperature monitoring; Wireless transmit Module目 录1前言11.1课题来源11.2需求分析21.3课题研究内容32系统总体设计方案42.1系统工作原理52.2系统组成52.3系统性能指标63硬件电路设计73.1设计原则73.2单片机的选择73.3单片机的最小系统设计73.4温度传感器的选择83.5无线收发模块113.6串口通信124软件设计144.1设计原则144.2下位机软件设计144.3上位机软件设计175系统调试及结果分析225.1硬件电路的调试225.2系统可靠性及抗干扰设计2

11、55.3系统实时性266总结及问题探索286.1总结286.2问题探索29致谢30参 考 文 献31附录一：实物图及PCB32附录二：中英文翻译34温室大棚温度无线测控系统的设计1前言1.1课题来源温室大棚是农业设施的重要组成部分，利用温室大棚栽培蔬菜可以促进其早熟和丰富其产量，延长蔬菜的供应期，是扩大蔬菜生产、实现周年供应的一种有效途径，是发展三高农业、振兴农村经济的组成部分，是我国农业走向现代化、科学化的标志之一。 尤其对于我国北方地区无霜期短，冬天日夜温差大，而长江流域地区虽然冬季能生产一些耐寒蔬菜，但种类单调，且若遇冬季寒潮或夏秋暴雨，连绵阴雨等灾害性天气，则早春育苗和秋冬蔬菜生产都可

12、能会受到较大的损失，影响蔬菜的供应。而利用塑料棚进行蔬菜栽培可利用保护设备在冬、春、秋进行蔬菜生产，以获得多样化的蔬菜产品。以下将简要地介绍几种温室大棚。第一种是薄膜温室大棚2，属于连栋温室中造价比较低的类型，但由于薄膜老化等原因，薄膜质保3年，因此，存在薄膜定期更换的问题。它的优点是保温性能好，运行成本低；缺点是透光率低。适合种植对光照要求不高的植物品种。图1.1 薄膜温室第二种玻璃温室，它是源于早期引进的荷兰VENLO温室，由于荷兰属于寡日照地区，对透光要求高，因此，玻璃的高透光性非常适合于高光作物的种植。另外，玻璃温室的外型美观，通透性强，因此，非常适合于建造花卉市场。图1.2 玻璃温室

13、在2009年4月14日，辽宁省成功研制出了“内保温组装式温室”。它一种新的温室类型，具有环保、造价低、可移动等特点，推广价值大。温室大棚测控系统是实现温室生产管理自动化、科学化的基本保证。通过对监测数据的分析,结合作物生长规律,控制环境条件,使作物在不适宜生长的反季节中,可获得比室外生长更优的环境条件,从而使作物达到优质、高产、高效的栽培目的。单片机是专为工业测量与控制而设计，具有集成度高、可靠性高、性价比高的优势，它给人们带来的方便也是不可否定的，采用它制成的监测控制系统非常之多。但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活提供更好的更方便的设施就需要从单片机技术入手，一切向着数字化

14、控制，智能化控制的方向发展。无线数据传输广泛地运用在车辆监控、遥控、小型无线网络、无线抄表、门禁系统、工业数据采集系统、身份识别、小型无线数据终端、安全防火系统、无线232数据通信、数字音频、图像传输等领域中。应用无线技术能够改善监测大棚温度的条件。1.2需求分析（1）国内外大棚温度控制技术的发展国外采用多数是一种全自控的喷滴灌温室大棚控制系统，它不需要人的看管。比较人工的控制来说，这种智能自控温室最大的好处就是能够相对恒定的控制温室内部的环境，对于对环境要求比较高的植物来说，更能避免因人为因素而造成生产损失。北京的一家公司研制开发了一种应用于温室大棚的环测温控系统3。它是采用PLC与各式的侦

15、测器连线，管理人员需要在现场监控，温室的温度、湿度及亮度侦测器与PLC连结，MA8-6透过RS-232与PLC连结，使用图型化界面来设定与PLC之间的资料的交换格式，透过GPRS与Internet 将相关数据资料传送到中央控制中心。中央控制中心的监控主机经由RS-232与MA8-1连结，当回传资料值超出或低于设定临界值时，监控主机将报警资料经由短消息系统传送给相关管理人员，管理人员可以及早采取措施解决问题。图1.3 环测温控系统（2）结论本系统设计和国外的先进设备相比还是存在一定的差距，与上述的环测温控系统相比，本设计最大的特点是采用无线传输技术，管理人员不需要留在现场也能监测到大棚的温度情况

16、。而且使用数字温度传感器，这样硬件电路简单，调试起来也方便，还节省成本，测量和控制的目标都能实现。1.3课题研究内容本课题的任务是设计一个大棚温度无线测控系统，对温室大棚的温度进行监测和控制。本文将详细地介绍利用单片机制成的测温模块的软硬件设计和无线传输模块的具体应用，并给出温度传感器接口的软件设计方案以及上位机界面的设计方案。测量温度温度单片机数码管显示无线发射模块通过串口把数据发送大棚的温度信息显示信息无线接收模块RS232接口电平转换电脑温度电信号图1.4 大棚温度无线测控系统的信息流图2系统总体设计方案本系统主要针对温室内温度，设计了以PC机为上位机,单片机为下位机的温室大棚的温度无线

17、测控系统。综合考虑系统的精度、效率以及经济性要求这三个方面之后,最终确定下位机以AT89S51单片机为控制核心,选用性价比比较高的传感器DS18B20，实现对温度精确测量与准确控制。当单片机检测到温度超过设定值时,则启动报警措施。下位机可以通过RS-232实现和上位机的串行通讯。为了便于系统的调试、移植、修改,软件设计以C语言为基础,采用模块化设计,主要包括单片机的最小系统、数据采集模块、液晶显示模块、无线收发模块以及串行通讯模块。上位机使用C+Builder编写温度监控界面。系统的总体设计分为硬件和软件设计两方面，首先确定系统实现的功能，然后对硬件、软件分别进行规划，完成这些准备工作之后，就

18、可以开始制作硬件电路，编写软件程序，在模块化调试结束后，进行软硬件联调，针对出现的问题对软硬件进行相应的修改，直到调试成功为止。系统的总体设计流程图如图2.1所示。明确功能要求软件及硬件的功能分配硬件电路设计电路细节设计软件设计硬件调试软件调试 需要开发工具支持软硬件联调 程序固化 需要程序烧写器支持运行有问题?结束软硬件修改YN图2.1 系统总体设计流程图2.1系统工作原理单片机首先通过温度传感器DS18B20采集温室大棚的温度，再通过无线发射模块，利用单片机的串口进行编程，将测得大棚的温度一位一位地传送到监控室的接收模块中；接收模块通过RS232接口与电脑相连，把数据传给电脑。在上位机中，

19、利用C+Builder编程，让电脑和单片机正常地进行数据传输，同时上位机界面显示大棚的温度，并对异常的温度变化进行报警，实现对大棚温度的无线测控，保证了农作物在适宜的温度下生长。2.2系统组成整个无线监测系统主要分为三部分：即温度检测、无线传输和PC机对温度的监测环节。温室大棚无线传输模块测温装置监控室的电脑图2.2 系统的整体连接图（1）温度检测模块的组成在温度检测中,由单片机AT89S51主控制器所组成的最小系统以及外部接口模块主要有温度传感器(DS18B20)、LED八段码显示器,无线发射模块，各模块连接如下图所示。温室大棚无线发射模块主控制器时钟控制器复位单元电源温度传感器数码管显示图

20、2.3 单片机温度检测模块（2）温度无线传输模块的组成无线传输系统主要有单片机AT89S51组成的最小系统以及无线接收模块，液晶1602显示和串口通讯模块组成。在本设计中，在无线接收端采用1602液晶(16引脚带背光接口)进行显示。液晶是一种极低功耗的显示器件。在袖珍式仪表或低功耗应用系统中使用较多。各模块的连接框图如图2.4所示。液晶显示单元无线接收模块主控制器时钟控制器复位单元电源图2.4 无线传输模块（3）上位机对温度的监测实现大棚温度的显示并且实时绘制出曲线，一旦温度有异常变化马上让电脑发出报警提示。还加以整个系统的介绍和图片，方便使用者了解系统的原理和功能。电脑显 示Max232电平

21、转换单元RS232接口无线接收模块图2.5 上位机的监测模块2.3系统性能指标本系统具有良好的可靠性和经济性，能够实现对温室大棚温度的准确测量和控制，在实际应用中有一定价值。具体性能指标分述如下。l 测温范围：0+50；l 测温分辨率：0.1；l 工作电压：220V；l 功耗：600mW；l 监测距离：200m左右；3硬件电路设计3.1设计原则(1) 尽可能选择典型电路，并符合单片机的常规用法。为硬件电路的标准化、模块化打下良好基础。可靠性和抗干扰设计是硬件设计必不可少的一部分，它包括芯片和器件的选择、去耦电容、滤波电容、电路板的布线等。(2) 尽量朝单片方向设计硬件。硬件器件越多，器件之间相

22、互干扰越强，功耗也会越大，就会不可避免的降低系统的稳定性。(3) 在速度允许的情况下，尽量使用串行为主的扩展方式。串行扩展具有方便、灵活、电路简单、占用I/O资源少等特点。(4) 留下一些指示灯或通信口以方便调试和判别系统问题。 3.2单片机的选择在此次设计中，采用AT89S51作为系统的控制芯片。AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了

23、通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元。3.3单片机的最小系统设计在本设计中采用了AT89S51单片机作为核心处理器，因此在电路中首先设计的是AT89S51的最小系统。AT89S51单片机的最小系统包含以下几部分。l 单片机供电电路：AT89S51需要可靠的5V供电，在电路图中的VCC和GND为供电网络标识符；l 振荡电路：AT89S51需要一个稳定的振荡电路才能够正常工作，单片机的时钟信号是用来提供单片机内各种微操作的基准。在该电路中采用了12MHz的晶振作为AT89S51的时钟源；这里采用的是内部振荡方式，在引脚XTAL1和XTAL2外接晶振，通过内部振荡得到的时钟信号比较稳定，在

24、电路中使用较多。在下面的电路图中可以看到在晶振两侧连了两个电容C2，C3，它们是起稳定振荡频率、快速起振的作用，电容值一般为530pF。本设计中用的是30pF的电容。l 复位电路：复位电路是单片机正常运行的一个必要部分。复位操作一般有两种基本形式：上电复位和开关复位。在本设计中采用的是第二种。复位电路应该保证单片机在上电的瞬间进行一次有效的复位，在单片机正常工作时将RST引脚置低。此外通过一个按键进行手动复位，在单片机运行不正常时使用。上电后，由于电容充电，是RST持续一段高电平时间。当单片机已经在运行时，按下复位键也能使RST持续一段高电平，从而实现上电且开关复位的操作。通常我们选择的复位电

25、容为1050F，电阻为110k。在本设计中复位电容选的是47F的，电阻选的是10k的。AT89S51的最小系统电路如图3.1所示。图3.1 AT89S51的最小系统电路3.4温度传感器的选择在选择温度传感器时，应考虑的主要因素有温度的测量范围、精度、测温时间、稳定性、灵敏度和经济性。（1）温度传感器的种类4温度传感器的发展大致经历了以下三个阶段：l 传统的分立式温度传感器；l 模拟集成温度传感器；l 智能温度传感器；目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。常见的温度传感器有模拟集成温度传感器（AD590、LM334）、单总线数字温度传感器（DS18B2

26、0）、标准总线式智能传感器（DS1629）、多通道智能温度传感器（MAX6691）、热电偶温度传感器、光纤传感器等。以下将对这些传感器简单介绍一下。1) 模拟集成温度传感器它是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用IC。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准。2) 热电偶温度传感器热电偶是工业上最常用的测温检测元件之一，其优点是测量精度高，测温范围广，常用的热电偶从-50+1600均可连续测量。但是，热电偶的材料一般都比较贵重，成本较高，而且一般需要冷端补偿。

27、3) 数字温度传感器数字温度传感器内部都包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。它能够直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现912位的数字值读数方式。这些芯片在检测点已把被测信号数字化了，因此在单总线上传送的是数字信号，这使得系统的抗干扰性好、可靠性高、传输距离远。l 结论由于AT89S51单片机内没有A/D转换器，为了准确地采集温度，一种方法是在外围电路中加A/D转换器，但是这样就使软硬件设计更加复杂化；还有一种更简单的方法就是使用数字温度传感器。所以，在本设计中，采用的是单总线数字温度传感器（DS18B20）。它能够满足本设计要求，而且它具有

28、体积小、构成的系统结构简单并且成本低等优点，应用越来越广泛。（2）单总线协议的介绍1）单总线的工作原理近年来，美国的达拉斯半导体公司推出了一项特有的单总线（1-Wire Bus）技术。该技术采用单根信号线，既可传输时钟，又能传输数据，而且数据传输是双向的。顾名思义，单总线即只有一根数据线，系统中的数据交换、控制都由这根线完成。设备（主机或从机）通过一个漏极开路或三态端口连至该数据线，以允许设备在不发送数据时能够释放总线，而让其它设备使用总线。单总线通常要求外接一个约为4.7K的上拉电阻，这样，当总线闲置时，其状态为高电平。主机和从机之间的通信可通过3个步骤完成，分别为初始化1-wire器件、识

29、别1-wire器件和交换数据。由于它们是主从结构，只有主机呼叫从机时，从机才能应答，因此主机访问1-wire器件都必须严格遵循单总线命令序列，即初始化、ROM、功能命令。2）单总线的特点单总线技术以其线路简单、硬件开销少、成本低廉、节省I/O口资源、便于总线扩展和维护、软件设计简单的优势而有着无可比拟的应用前景。其通信可靠简单，很容易实现，是值得关注的一个发展领域。（3）DS18B20的功能介绍DS18B20是Maxim-Dallas公司生产的一款高性能、宽测温范围的串行数字接口温度传感器。它是一种可组网的高精度数字式温度传感器，由于其具有单总线的独特优点，可以使用户轻松地组建起传感器网络，并

30、可使多点温度测量电路变得简单、可靠。它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配处理器等优点，特别适用于构成多点温度测控系统。DS18B20的ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的, 共分为8个字节，字节0的内容是该产品的厂家代号28H，字节16的内容是48位器件序列号，字节7是ROM前56位校验码。它可以看作是该DS18B20 的地址序列码, 每个DS18B20的64位序列号均不相同，这样就可以实现1根总线上并接多个DS18B20温度传感器而互不影响。在单片机容量允许内，最多可以挂接256个DS18B20（实际应用中最多挂 8 个，超过 8个就需要解决微处理器的总线驱动问题)。以下将简

31、要地介绍它的使用。1）DS18B20的性能指标 DS18B20温度传感器的主要性能指标如下：l 供电电压：3.0V5.5V；l 测量温度范围：-55+125；l 测量温度精度：在-10+85是0.5；l 测温分辨率可达0.0625；2）DS18B20的引脚定义及结构DS18B20具有8-Pin的SOIC封装和TO-92的封装，其引脚分布如图3.2所示。图3.2 DS18B20的引脚DS18B20的各引脚功能说明如下： l DQ：数据端；l VDD：供电电源；l GND：电源供给地；DS18B20主要有64位ROM、温度敏感元件、非易失性温度报警触发器TH和TL及配置寄存器四部分组成。配置寄存器

32、为高速暂存存储器的第5个字节。DS18B20在工作时按此寄存器的分辨率将温度转换成相应精度的数值。DS18B20 对所测数据的转换结果以 16bit 带符号位扩展的二进制补码的形式存放在寄存器中。DS18B20 通过其内部的数字转换电路将模拟量转换为数字量 ,通过显示模块直接以数字方式显示温度。其典型的温度值数据如表3.1所示。DS18B20的电源供电方式有2种：外部供电方式和寄生电源方式。工作于寄生电源方式时,VDD和GND均接地,它在需要远程温度探测和空间受限的场合特别有用,原理是当1Wire总线的信号线DQ为高电平时,窃取信号能量给DS18B20供电,同时一部分能量给内部电容充电,当DQ

33、为低电平时释放能量为DS18B20供电。但寄生电源方式需要强上拉电路,软件控制变得复杂(特别是在完成温度转换和拷贝数据到E2PROM时) ,同时芯片的性能也有所降低。因此,在条件允许的场合,尽量采用外供电方式。4）DS18B20的单片机接口电路当使用AT89S51控制DS18B20进行温度测量时，只需要使用AT89S51的一个引脚和DS18B20的数据端口相连即可，其电路图如图3.3所示。使用4.7k上拉电阻的作用：因为DS18B20是单总线温度传感器，数据线是漏极开路，如果DS18B20没接电源，则需要数据线强上拉，给DS18B20供电；如果DS18B20接有电源，则需要一个上拉即可稳定的工

34、作。图3.3 DS18B20的接口电路3.5无线收发模块无线收发模块的一种重要的用途就是配合单片机来实现数据通讯，在本设计中就是利用它的这个功能。（1）无线发射模块电路采用ASK方式调制，就是用数字调制信号的通断。当数据信号停止时发射电流降为零，功耗很低。电路本身未设编码集成电路，而增加了一只数据调制三极管Q1，这种结构使得它可以方便地和其它固定编码电路、滚动码电路及单片机接口，而不必考虑编码电路的工作电压和输出幅度信号值的大小。模块输出功率由电压决定，电压变化时发射频率基本不变，发射电压为3V时，空旷地传输距离约2050m，发射功率较小，当电压5V时约100200m，当电压9V时约30050

35、0m，当发射电压为12V时，为最佳工作电压，具有较好的发射效果，发射电流约60mA，空旷地传输距离700800m，发射功率约500mW。在本设计中，温度的传输距离大于200m。l 主要技术指标：1）通讯方式：调幅AM2）工作频率：315MHz3）频率稳定度：75KHz4）发射功率：500mW5）发射电流：350mA6）工作电压：DC 312V实物图如图3.4所示。（2）无线接收模块图3.4 无线发射模块无线接收模块采用的是超外差接收模块，它是一款性能十分优异的高频接收模块，采用最先进的RF集成电路，超外差工作方式，工作稳定可靠，广泛应用在各种干扰大、环境恶劣的场合。实物图如图3.5所示。l 主

36、要技术指标：1）通讯方式：调幅AM2）工作频率：316.8MHz3）频率稳定度：75kHz4）工作电流：5mA5）工作电压：DC 5V6）输出方式：TTL电平 l 适用范围：1）车库门无线控制 系统 2） 各类防盗系统3） 工业遥控、遥测图3.5 无线接收模块4）低波特率的数据 传输3.6串口通信3.6.1 串口的简介及作用计算机和外部设备进行通信常通过串口和并口两种方式。串行通信是在一根传输线上一位一位的传送信息，所用的传输线少，并且可以借助现成的电话网进行信息传送，因此，特别适合于远距离传输。对于那些与计算机相距不远的人机交换设备和串行存储的外部设备如终端、打印机、逻辑分析仪、磁盘等，采用

37、串行方式交换数据也很普遍。所以串行接口是微机应用系统常用的接口。许多外设和计算机按串行方式进行通信，这里所说的串行方式，是指外设与接口电路之间的信息传送方式，实际上，CPU与接口之间仍按并行方式工作。在单片机系统中，串口是一个非常重要的组成部分。通常使用单片机串口通过RS232接口和电平转换芯片MAX232与上位机连接，以进行上位机与下位机的数据交换、参数设置、组成网络以及各种外部设备的连接等。RS232串行接口总线具有成本低、简单可靠、容易使用等特点，加上其历史悠久，所以目前应用仍然非常广泛；特别对于数据量不是很大的场合，串口通信仍然是很好的选择，有着广阔的使用前景。 在单片机编程中，串口占

38、了很重要的地位。3.6.2 单片机与PC机的串口通信（1）通信接口的选择为了便于计算机和各种外围设备的串行通信连接，更广义地来讲是为了各种数据终端设备(DTE)和数据通信设备(DCE)之间的连接，制定了若干种串行通信接口标准。只要是符合某种标准的设备之间就可以直接互相连接、互相通信。串行通信接口按电气标准及协议来分包括RS-232、RS-422、RS485、USB等。 RS-232、RS-422与RS-485标准只对接口的电气特性做出规定，不涉及接插件、电缆或协议。USB是近几年发展起来的新型接口标准，主要应用于高速数据传输领域。在本设计中，选择RS-232接口就可以满足通信需求了。1）RS-

39、232串行接口目前RS-232是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。RS-232被定义为一种在低速率串行通信中增加通信距离的单端标准。RS-232采取不平衡传输方式，即所谓单端通信。典型的RS-232信号在正负电平之间摆动，在发送数据时，发送端驱动器输出正电平在+5+15V，负电平在-5-15V电平。当无数据传输时，线上为TTL电平，从开始传送数据到结束，线上电平从TTL电平到RS-232电平再返回TTL电平。完整的RS-232接口有25根线，采用一种25芯(针)的插头座，彼此连接十分方便。现在经常采用一种9针的插座来互相连接，因为25条线中最经常使用的只有9条线。由于一般的微机中都有

40、RS-232接口，利用RS-232通信进行测量，连接、携带、运输方便。在那些临时、快速测量而测量的通道数又不多的场合下，利用RS-232接口的测量模块十分方便。其传送距离最大为约15m，最高速率为20kb/s。l 基本的数据传送引脚TXD：数据发送引脚；RXD：数据接收引脚；GND：信号地线；在单片机通信中最简单的通信只需连这三根线。由于单片机的串行发送线TXD和接收线RXD是TTL电平，而PC机的COM1或COM2的RS-232C连接器（D型9针插座）是EIA电平，因此单片机需加接MAX232芯片，通过串行电缆线和PC机相连接。单片机和PC机的连接如图3.6所示。图3.6 单片机和PC机的连

41、接图2）RS-232的EIA标准它是以正负电压来表示逻辑状态，而TTL以高低电平来表示器逻辑状态。目前较广泛使用的转换芯片很多，但很多需要正负12V两种电源，使用不方便。而MAXIM公司的MAX232芯片之需要+5V电源就可以实现TTL和EIA的双向电平转换，因此得到了广泛应用。（2）通信协议的设计在进行数据通信时，必须解决好两个方面的问题：一是可靠性，二是速度。可靠性是第一位的，速度只是在可靠的基础上的追求。可靠快速传输的实现，需要上、下位机软件以及通信协议等各个环节的可靠和相互配合。在串行通信的硬件设计完成后，通信双方（在本系统中指单片机和上位机）必须约定通信协议，否则将无法保证通信数据的

42、可靠性，从而失去通信的意义。协议一方面要规定通信的基本参数，如通信波特率、数据位数、停止位数及奇偶校验的方式等，更重要的一方面是要规定双方传输数据的格式，以及传输数据时控制数据流的方式。现约定系统的通信协议如下： 1）串行通信波特率为1.2kbps；2）数据传送格式为1个起始位，8个数据位，1个停止位；3）无奇偶校验；4）串行通信方式采用查询方式；4软件设计4.1设计原则(1) 明确任务，弄清软件所承担的任务细节。(2) 软件结构设计，合理的软件结构是设计出一个性能优良的单片机应用系统软件的基础。(3) 模块化程序设计，是单片机应用中最常用的程序设计技术。将一个完整的程序分解成 若干个功能相对

43、独立的较小的程序模块，对各个程序模块分别进行设计、编制和调试，最后将各个调试好的程序模块进行联调。(4) 编写程序。根据系统功能和操作过程，列出程序的功能流程图。在完成流程图的设计之后，便可编写程序了。4.2下位机软件设计下位机采用C51在keil uvision3的开发环境进行编程，在仿真软件中调试成功后，再把生成的HEX文件烧到单片机中，在真实的硬件环境下进行测试。具体设计主要分两部分，一是温度传感器的驱动和测温程序，另一个是利用单片机串口编写的无线传输程序。下面将对程序中的关键部分进行阐述。(1) 温度传感器接口软件设计主机（单片机）控制DS18B20完成温度转换要经过三个步骤：每一次读

44、写之前都要DS18B20进行复位操作，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。复位要求主CPU将数据线下拉至少480，然后释放，当DS18B20受到信号后等待1560，然后发出60240的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。流程图如图4.1所示。初始化DS18B20开始应答脉冲？发跳过ROM的命令（0XCC）延时YN发转换温度的指令（0X44）跳过ROM读取暂存器中的数据（0XBE）读取第一、二字节即为温度数据图4.1 下位机软件设计的流程图具体操作：l 初始化： 总线控制器发出一个复位脉冲（一个最少保持480的低电平信号），然后释放总

45、线，进入接收状态。单线总线由4.7k的上拉电阻拉到高电平。探测到I/O引脚上的上升沿后，DS1820等待1560，然后发出存在脉冲（一个60240的低电平信号）。图4.2 DS18B20初始化时序复位子程序如下：void reset ( ) DS = 0;Delay(90);/ 精确延时大于480，当总线停留在低电平超过480，总线上所以器件都将被复位DS = 1;/产生复位脉冲后，微处理器释放总线,让总线处于空闲状态Delay(4);l ROM操作命令主机收到DS18B20在线信号后，就可以发送四个ROM操作命令中的一个，这些命令字均为8位的16进制数（最低位在前），现将这些命令说明如下。3

46、3H：读ROM，通过该命令主机可以读出ROM中8位系列产品代码、48位产品序列号和8位CRC码；55H：匹配ROM，多片DS18B20在线时，主机发出该命令和一个64位数列，DS18B20内部ROM与主机数列一致者，才响应主机发送的寄存器操作命令，其他DS18B20等待复位。该命令也可以用在单片DS18B20情况。CCH：跳过ROM 序列号检测命令，对于单片DS18B20在线系统，该命令允许主机跳过ROM序列号检测而直接对寄存器操作，从而节省时间。l 存贮器操作命令44H：开始温度转换l DS18B20 的读写操作1）写时间片，包括写0时隙和写1时隙。所有写时隙至少需要60,且在2次独立的写时隙之间至少需要1的恢复时间,两种写时隙均起始于主机拉低总线。写时序如图4.3所示。图4.3 DS18B20写时序2）读时间片，1Wire总线器件仅在主机发出读时隙时,才向