20基于89C52和红外通信的环境数据采集系统

基于89C52和红外通信的环境数据采集系统申报者信息：队员1：*********************电子科学与工程学院电子科学与技术专业2008级***************************************************队员2：**********************电子科学与工程学院电子科学与技术专业2008级*****************************************************作品类别：微控制器MCU开发应用类二、引言野外数据测量往往受设备环境等限制无法长时间持续进行，这对气象观测、自动化养殖以及工业监控等工作造成了极大的局限性。如果能顺利的解决数据采集与数据集中回收等问题，就可以顺利化解以上问题。此项设计采用了51系列单片机分别控制数据采集器和数据回收器。两者之间采用红外通信技术，实现数据交换。同时，收集器通过上位机实现其与计算机的通信。采集器采用STC89C52RC单片机系统控制温度传感器进行定时数据采集，同时将采集到的数据存储到外部扩展数据存储器（62256）中。同时，四位八段数码管实现当前温度、时间及存储容量的显示。四个按键作为板上外部输入设备，实现上述三种显示信息之间的切换以及时间日期的调整。红外发射管与红外一体接收头作为其与数据回收器的通信接口。数据回收器同样通过STC89C52RC单片机系统控制红外发射管与红外一体接收头与数据采集器进行通信，同时四个按键作为外部输入设备，分别实现遥控数据采集器在三种显示模式之间切换和命令采集器回传已采集的数据，并且采用62256存储接收到的数据。数据回收器的1602显示器对采集器的反馈信息以及数据传送过程进度的显示。数据回收器通过MAX232驱动串口实现与计算机的交互和数据的集中上传。上位机实现对采集数据的显示和集中管理分析。三、设计方案1．方案选择1.1方案一：通过12864实现数据收集器的实时显示。但由于系统核心单片机的脚被必须的外部RAM和传感器等占用，难以实现对12864的驱动。故不予采用。1.2方案二：采用1602实现数据采集器的显示。但考虑到实际应用中，数据采集器采用电池供电，而1602耗电量太大。故不予采用。1.3方案三：采用USB2.0接口实现数据上传。但由于系统数据量小，MAX232串口足以实现，采用USB2.0将会是对资源的极大浪费。故不予采用。1.4方案四：采用数据线实现数据回收器与采集器的联通。但考虑到实际应用中环境的制约，难以通过线路直接连接二者。故不予采用。1.5方案五：直接采用52单片机内部扩展RAM进行存储。但由于52系列单片机内部只扩展了256字节RAM，难以实现大量数据的存储。故不予采用。2．方案确定采用STC89C52RC为核心的单片机系统来控制温度传感器18B20实时采集数据，通过四位八段数码管进行信息显示，同时将特定时间点的温度数据存储到外部扩展RAM62256中。数据回收器通过红外发射管和红外一体接收头实现与数据采集器互联，通过1602显示回传信息，将回传数据存储到62256中，通过MAX232连接上位机上传数据。即引言所述方案。四．总体设计4.1数据采集器硬件框图图2—1单片机四位八段数码管外部RAM6225674LS37374LS373红外发射管和红外一体接收头温度传感器键盘4.2数据回收器硬件框图图2—2单片机74LS37374LS373外部RAM622561602LCD显示屏红外发射管和红外一体接收头键盘MAX232串口P3.3INT113P3.4T014P3.5T115P3.6WR16P3.7RD17XTAL218XTAL119Vss20A8P2.021A9P2.122A10P2.223A11P2.324A12P2.425A13P2.526A14P2.627A15P2.728PSEN29ALE/PROG30EA/Vpp31AD7P0.732AD6P0.633AD5P0.534AD4P0.435AD3P0.336AD2P0.237AD1P0.138AD0P0.039Vcc40P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST/Vpd9P3.0RXD10P3.1TXD11P3.2INT012U189C51A11B7C4D2E1F10G5DP3H112H29H38H46DG1GND1DQ2VDD3U218B20A141A122A73A64A55A46A37A28A19A010I/O111I/O212I/O313VSS14I/O415I/O516I/O617I/O718I/O819/CS20A1021/OE22A1123A924A825A1326/WE27VCC28U362256D1IRTOUT1GND2VCC3P1IRRD27O15O39GND10O515D38O412O719D03D718D514O02D413D14VCC20D617OE1O26LE11O616U4SN74LS373N12Y?XTAL100pFC?Cap100pFC?CapGNDD27O15O39GND10O515D38O412O719D03D718D514O02D413D14VCC20D617OE1O26LE11O616U5SN74LS373NGNDVCCVCCGNDA0A1A2A3A4A5A6A7A0A1A2A3A4A5A6A7A[0..7]VCCGNDA[0..16]A8A9A10A11A12A13A14A15A8A9A10A11A12A13A14A15AD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7AD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7AD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7LELEVCCGNDGNDA8A9A10A11A12A13A14A15470470470470470470470470dqirrdwrwrrdVCCGND1KR?1KR?Res1VCCVCCGNDQ?GNDVCCVCCK1K2K3K4K1K2K3K4RESETSEL1SEL2SEL3SEL4SEL1SEL2SEL3SEL4S1S2S3S4S1S2S3S4B1B2B3B4B5B6B7B8B1B2B3B4B5B6B7B8VCCGNDRESET五、单元电路设计5.1数据采集器电路原理图图2—3P3.3INT113P3.4T014P3.5T115P3.6WR16P3.7RD17XTAL218XTAL119Vss20A8P2.021A9P2.122A10P2.223A11P2.324A12P2.425A13P2.526A14P2.627A15P2.728PSEN29ALE/PROG30EA/Vpp31AD7P0.732AD6P0.633AD5P0.534AD4P0.435AD3P0.336AD2P0.237AD1P0.138AD0P0.039Vcc40P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST/Vpd9P3.0RXD10P3.1TXD11P3.2INT012U?89C5112345678910111213141516P?Header16D27O15O39GND10O515D38O412O719D03D718D514O02D413D14VCC20D617OE1O26LE11O616U?SN74LS373ND27O15O39GND10O515D38O412O719D03D718D514O02D413D14VCC20D617OE1O26LE11O616U?SN74LS373NA141A122A73A64A55A46A37A28A19A010I/O111I/O212I/O313VSS14I/O415I/O516I/O617I/O718I/O819/CS20A1021/OE22A1123A924A825A1326/WE27VCC28U?62256A200A201A202A203A204A205A206A207A200A201A202A203A204A205A206A207GNDGNDVCCGNDVCCVCCGNDGNDVCCGNDLE22LE21AD20AD21AD22AD23AD24AD25AD26AD27AD20AD21AD22AD23AD24AD25AD26AD27AD20AD21AD22AD23AD24AD25AD26AD27A215A215A208A209A210A211A212A213A214A208A209A210A211A212A213A214RD2WR2WR2RD2A208A209A210A211A212A213A214A215GNDVCCGNDLE22LE22D200D201D202D203D204D205D206D207D2AD2BD2C1234567891110J?DConnector9C1+1VDD2C1-3C2+4C2-5VEE6T2OUT7R2IN8R2OUT9T2IN10T1IN11R1OUT12R1IN13T1OUT14GND15VCC16U?MAX232ACPEGNDGNDRXDTXDTXDRXDVCCD?IRT1KR?Res1GNDVCCOUT1GND2VCC3P?IRRVCCGNDVCCir1ir2ir1ir2D2AD2BD2CD200D201D202D203D204D205D206D2075.2数据回收系统电路原理图图2—45.3存储部分工作原理存储电路如图2-3，图2-4所示。C编程指令为：写入：XBYTE[地址]=数据；读取：变量=XBYTE[地址]；当单片机执行上述指令时，P0、P2口首先输出地址，此时锁存器373为跟随态。随后锁存器锁存P0口输出的地址数据。这时62256的数据端从P0口获取数据或向P0口发送数据。但需要注意的是：STC89C52RC默认将数据前256字节存入其内部的扩展RAM中，这样外部扩展RAM与其地址重叠的低256字节将会被闲置。而通过软件设置SFR中AUXR可以实现在此二者之间的切换。软件方面，数据采集器在首次开机后自动首先将初始时间存储进62256，其中年月日时间每两位数字占一个字节，因此首次存储时间消耗6字节。此后，每隔三分钟，单片机将一组温度数据存入到62256中，每组温度数据占2字节。在之后，如果重新对时间进行了设定，则单片机自动将新的时间（6字节）在存入到62256，此后温度存储照常。5.4显示部分工作原理由于数码管及1602的数据输入端与62256的地址高8位公用P2口，为避免二者相互干扰，显示设备与P2口之间同样适用锁存器373选时导通。只有在计时器溢出进行数码管扫描或1602显示刷新时，锁存器处于跟随态，传递数据。其余时间，锁存器锁存，从而将显示设备与P2口隔离。5.5红外通信部分工作原理红外通信采用计时器0溢出脉冲产生38KHz的载波。用计时器1控制脉冲时序的长短。红外通信协议为模拟的NEC协议，首先发送9000微秒低电位脉冲和4500微秒的高电位脉冲作为引导码。然后发送两字节的数据和结束脉冲。其中数据部分用560微秒低信号脉冲加560微秒高信号脉冲表示0，用560微秒低信号脉冲加1680微秒高信号脉冲表示1。数据部分前后两字节互为反码以留作稍后校验。当数据回收器向数据采集器发送一个传送数据指令后，如果采集器顺利接收到两字节指令，就将对其进行校验，如果前后两字节符合正反码约定，则执行相应指令，否则返回请求重发指令的信号。在数据传输过程中，如果数据回收器对接收到的数据进行正反校验通过后，将会向数据采集器发送正常信号，数据采集器继续发送下一字节数据。校验错误，数据回收器发送异常信号，数据采集器重发上一字节数据。直至数据发送完毕，数据采集器发送结束信号，完成一次数据转移。5.6串口上位机部分串口波特率为9600，用计时器2产生波特率。上位机对接收到的数据统一管理，显示。六、电路测试温度测量、显示部分正常，能够正确显示当前温度。时间精度大约每5小时快1秒。时间调节方面，能够正常区分闰年、大小月等不同情况，校准。存储方面能够正常实现没三