基于物联网的无线温度监控系统

西安邮电大学

专业课程设计报告书

系部名称：光电子技术系

学生姓名：

专业名称：

班级：光电

实习时间：2013年6月3日至2013年6月14日

基于物联网的无线温度监控系统

【一】项目需求分析

承温度、湿度和人类的生产、生活有着密切的关系，同时也是工业生产中最常见最基本的工艺参数，例如机械、电子、石油、化工等各类工业中广泛需要对温度湿度的检测与控制。并且随着人们生活水平的提高，人们对自己的生存环境越来越关注。而空气中温湿度的变化与人体的舒适度和情绪都有直接的影响，所以对温度湿度的检测及控制就非常有必要了。温度是物联系统中一个十分重要的物理量，对它的测量与控制有十分重要的意义。随着各类物联网的监控日益改善，各类器件的温度控制有了更高的要求，为了满足人们对温度监控与控制，本文设计了物联网家居系统中基于单片机的无线温度监控系统。随着信息科学与微电子技术的发展，温度的监控可以利用现代技术使其实现自动化和智能化。本次设计要求利用单片机及zibbee无线传输模块实现无线温度监测系统，实现温控范围调节及其超温范围报警

【二】实施方案及本人担的工作

1 .系统总体方案描述

系统设计分为2个部分，第一个部分实现温度的检测、显示和发送，第二个部分为数据的接收和显示。第一个设计模块中，利用单片机STC89C52控制温度传感器DS18B20定点检测和处理温度数据，并将当前温度显示在数码管上，接着单片机将采集的温度数据发送给单片机，再通过单片机控制，并将对接收到的温度数据进行一定的转换和处理，然后存放在寄存器中，等待下一步处理，再经过无线发送无线zigbee模块将显示的数据打包发送给第二个模块。第二个设计模块中，同样利用STC89C52单片机作为控制主体，先控制zigbee无线接收模块接收第一个模块发送的数据，然后将接收到数据在上位机上显示，整个过程就是这样。

2. 系统硬件构成

系统硬件方面主要由单片机最小系统，温度传感器DS18B20，4位共阳极数码管，还有zigbee无线收发模块,上位机显示模块组成，目的在于实现温度的准确检测和无线收发所检测的温度数据。

3.单片机最小系统设计

单片机最小系统的设计主要有五个部分组成，电源电路，复位电路，晶振电路，串口电路和控制主体的STC89C52单片机。

电源电路由一个六脚的按键开关，一个1K的电阻，一个10uF的极性电容和一个显示电路供电状态的发光二极管组成。开关为了适应各种情况下能够方便供电，开关外接有一个USB接口和一个DC-5V的标准电源接口作为供电设备使用。除此之外还设计了一个外接电源接口。电源电路如图2所示。

图2 电源电路

复位电路组成很简单，仅仅有4个小器件构成，一个是作为复位控制的四脚按键，一个10uF的极性电容，还有两个电阻，阻值分别为1K和10K。电路与单片机的RST端口连接，电路上电后，按下按键控制系统复位。具体电路如图3所示：

图3 复位电路

晶振电路更为简单，只有3个器件，一个11.0592Hz的晶振外加二个30PF的普通电容组成，晶振两端分别与单片机的XTAL1和XTAL2口相接。电路如图4所示：

图4 晶振电路

串口电路主要利用MAX232来实现，MAX232是美信公司设计的一款单电源电平转换芯片，在本次设计中的使用的方法是在MAX232的1和3管脚之间，4和5管脚之间，2和16管脚之间，6和15管脚之间，还有16和16管脚之间全部加上一个0.1uF的电容，7和8管脚作为串口输入端，外接一个标准9孔串口母头，9和10管脚作为输出，分别与单片机的P3.0和P3.1连接。这样就构成了与单片机连接，可以进行串口通信的串口电路。具体电路图5所示：

图5 串口电路

单片机最小系统的主体部分使用的是STC89C52单片机，它是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能的CMOS 8位单片机，片内寄存器可反复擦洗，含有32个可编程双向I/O口，3个16位定时/计数器，共8个中断源。需要指出且注意的是，单片机在系统设计时，管脚EA要始终接高电平。因为EA接高电平时，单片机读取内部程序存储器。当扩展有外部ROM 时，读取完内部ROM后自动读取外部ROM,EA接低电平时，单片机直接读取外部ROM。而设计中使用的STC89C52是有内部ROM的，所以此引脚始终接高电平。一般在设计单片机最小系统时，大多会加上流水灯和独立键盘的设计，但是在我的毕业设计中把这些部分作了改进。考虑到流水灯和独立键盘这些设计如果完整的加入就会造成一定的浪费，而且由于学校实验室的条件有限，PCB板的刻录存在很多问题，因此这些设备会大大增加硬件调试过程的难度，费时费力。同时，在设计单片机最小系统时，考虑到不加入这些设备的话，以后又有可能需要用到。所以中和上面各种因素，在最小系统的设计部分最后只是增加了二个独立键盘和二个LED发光二极管作为调试或需要时使用，同时，考虑到以后可能还会外接其它设备的介入，为了方便，特意留有两排20脚的单排插针外接端口，这样，设计的最小系统模块在需要时也可以控制其它外接装置。使得设计模块更加灵活多用，不仅仅局限在本次毕业设计中使用，还可以留作以后的开发板学习。

最小系统的主体STC89C52如图6所示：

图6 STC89C52管脚接线图

4.数据显示模块设计

数据显示电路使用的是的4位共阳极数码管，其内部结构图如下面图7所示：

图7 数码管内部结构图

该数码管共有12个管脚，其中11，7，4，2，1，10，5，3管脚分别对应数码管的A,B,C,D,E,F,G,DP段选位，与单片机的P0口连接，对应单片机的P0.0-P0.7口，用来控制

数码管显示数值大小，6，8，9，12管脚控制数码管的位选，分别与单片机的P2.0-P2.4口连接，通过单片机指令选择需要显示数据的数码管位。

我们知道，在单片机的端口上电后会一直存在高电平，而数码管的位选正好是高电平有效，所以会导致在不需要使用数码管的时候，数码管依然会保持打开状态。通常情况下会在单片机最小系统中使用锁存器与数码管连接，但是在这次设计中没有使用锁存器，而是改用在数码管与单片机端口连接之间加一个PNP三极管的方法，让三极管发射极接电源，基集与单片机端口连接，集电极与数码管连接，这样的设计就会导致单片机端口给低电平时才会选通数码管，不仅方便控制，而且电路设计简单。

设计原理图如图8所示：

图8 数码管电路

5. 信号采集模块设计

信号采集部分主要由温度传感器DS18B20进行。

1.DSl8B20基本信息