无线储料罐监控系统硬件系统设计
目 录
1 引言 1
1.1 课题的发展现状 2
1.2 课题的主要研究内容 2
1.3 课题的意义 2
2 主要硬件的选型 3
2.1 单片机的选型及介绍： 3
2.2 无线发送接收模块 5
2.3 显示器选择 7
2.4 温度传感器 8
2.5 测距模块选择 9
2.6 气压传感器 11
2.7 时钟芯片 12
3 系统的硬件设计 14
3.1 主控模块设计 15
3.2 被控模块设计 22
4 PCB板的设计与制作 27
4.1 AD 软件的介绍 27
4.1 PCB的设计 28
5 焊接与制作 31
5.1 元器件的准备 31
5.2 制作 32
6 软硬件联合调试 34
6.1 未加入物料时 35
6.2 加入物料时 35
结 论 37
致 谢 38
参 考 文 献 39
附录A 主控部分原理图及PCB图 40
附录B 被控部分原理图及PCB图 41
1 引言
近年来，伴随着单片机技术[1]和无线通信技术[2]的发展，以单片机为基础的无线监测技术应用越来越广泛。从安全生产的角度考虑，对生产进行监控是非常必要的，监控能及时发现和消除风险，在保证工作人员的生命安全的同时，也避免大量的财产损失。在储料罐的生产工艺中，智能储料罐越来越多的出现在我们的生产生活中，本次我们的毕业设计便是以单片 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
机应用为核心，以无线通讯为技术支持的智能储料罐的监控设计。
1.1 课题的发展现状
储料罐的智能化发展已成为大势所趋，在过去的很长一段时间都是人工的方式对储料罐内物料状况进行勘测，单片机和无线监控的出现后，使得人们对储料罐内部监测有了全新的认识。无线监控基本功能是通过各种传感器测量物料的高度、温度、气压以及密度等信息[3]，并通过单片机来处理收到的信号发送给现场。19世纪以来，世界各国的科研人员都在积极研究如何实现储料罐的智能化，发现面临的基本问题主要集中在以下方面：首先是如何获取封闭容器内物料信息；其次如何对所获取到的物料信息进行处理，并转化称为直观的数字信息；最后就是如何发送测量的信息。科学技术的不断发展，渐渐使储料罐的自动检测成为了现实，人们发现采取基于单片机的无线监控技术是实现智能储料罐的有效途径。
1.2 课题的主要研究内容
课题研究的是基于单片机的无线储料罐监测和显示部分的实现。以无线通讯应用技术和单片机应用技术为核心进行开发。本次课题中，涉及到的就是把单片机技术同无线技术和智能传感器等技术结合的应用。我们采用了理论与实践相结合的方法，在不断地实验和调整方案中，完成了无线储料罐监测系统的硬件部分设计。这个系统设计上提供了警报和处理危险的功能：我们知道物料的温度影响着物料的效果，一旦物料的温度过高，那么蜂鸣器就会发出警报声，并且第一时间启动储料罐上的排风扇散热。随着各种传感器的诞生比如温度传感器，超声波测距传感器等等，使得人们对于封闭的储料罐内物料信息有了更直观的了解。
1.3 课题的意义
科学技术发展日新月异，人类对远距离精准控制愿望随着技术的发展一步步的成为现实。在单片机技术和无线传输技术高度发达的现代，无线监控领在不同域内的应用也不断扩大。在复杂的施工环境中，比如水泥厂、化工厂里面，对于储料罐内物料各种信息的了解尤其重要，通过人工检测的的方法获取这些信息不仅威胁生命健康而且影响施工效率，使用无线通讯技术监控储料罐安全而有效，这种方法可以第一时间获取储料罐内的各种信息，如：温度、气压、高度等，一旦发生危险警报，那么储料罐可以通过预先设定的程序准确及时的处理各种情况，施工人员就可以随时掌控储料罐内信息。无线监控不止可以运用储料罐这一领域，在公路测速、海洋监控等等领域都发挥着不可替代的作用[4]。
2 主要硬件的选型
从本设计要实现的功能来看需要用到单片机，无线发送接收器，温度传感器，压力传感器，超声波测距传感器和液晶显示器等元器件。
2.1 单片机的选型及介绍：
2.1.1 STC89C52型单片机简介
图2-1 STC89C52引脚图
STC89C52我们俗称单片机，它是一种低电压、高性能的COMOS 8位微处理器，它的只读存储器上带 8K 字节闪烁可檫除可编程。该器件是著名的ATMEL 公司生产的，在存储器的技术上具有很高的密度而且不容易失存，在采用工业标准上，STC89C52与MCS-51输出管脚和指令集相互兼容都是一种高效微控制器。这款单片机有很多的优点，最突出的是灵活性上非常强而且价格非常低廉，因此在很多嵌入式控制系统中得到了广泛的应用。其芯片引脚图如图2-1所示。
表2-1 STC89C52 主要功能
2.1.2 STC89C52 引脚功能介绍
表2-2 STC89C52单片机接口
在单片机的这四个口里面，其中P1口和P3口除了有以上的功能之外，还有第二功能，详细功能如下表2-3和表2-4所示。
表2-3 P1的功能表
表2-4 P3口的功能表
2.2 无线发送接收模块
2.2.1 NRF24L01无线模块
图2-2 NRF24L01无线模块外观展示
在生活中常用的频段内有很多芯片可以用来收发信息，但是NRF24L01则是一款世界通用的无线传输器（如图2-2所示），无线收发器由频率发生器以及增强型的SchockBurstTM 模式控制器两部分构成[5]。这种无线芯片具有良好的低功耗性能，在电路异常或者人工设计待机的情况下电流消耗更低。
2.2.3 NRF24L01的性能参数和引脚功能
图2-3 NRF24L01管脚图
表2-5 NRF24L01引脚功能
2.3 显示器选择
2.3.1 1602液晶显示器
图2-4 1602外观图
为直接显示物料信息详情，我们选用的液晶显示器信号为1602（如图2-4所示），这是一种专门用来显示符号、数字、字母等字符的液晶显示模块，人们通常也将之成为1602字符型液晶，1602由多个点阵字符位组成，一个字符对应一个点阵字符位。1602液晶显示屏能很好的显示数字和一些特定的符号，但是不适合显示图像。
图2-5 1602液晶显示器外观
2.3.2 1602液晶显示器引脚说明
2.7.1 DS1302简介
DS1302 是美国达拉斯公司生产的一直时钟芯片，它拥有很高性能的同时的功耗非常低，我们生产生活中常用的实时时钟电路自带RAM，从大的时间范围上，可以对年、月定时，小的范围可以精确到分、秒，在闰年还具有自动补偿功能。在芯片的内部还有能够存放临时数据的寄存器。
1 引言 1
1.1 课题的发展现状 2
1.2 课题的主要研究内容 2
1.3 课题的意义 2
2 主要硬件的选型 3
2.1 单片机的选型及介绍： 3
2.2 无线发送接收模块 5
2.3 显示器选择 7
2.4 温度传感器 8
2.5 测距模块选择 9
2.6 气压传感器 11
2.7 时钟芯片 12
3 系统的硬件设计 14
3.1 主控模块设计 15
3.2 被控模块设计 22
4 PCB板的设计与制作 27
4.1 AD 软件的介绍 27
4.1 PCB的设计 28
5 焊接与制作 31
5.1 元器件的准备 31
5.2 制作 32
6 软硬件联合调试 34
6.1 未加入物料时 35
6.2 加入物料时 35
结 论 37
致 谢 38
参 考 文 献 39
附录A 主控部分原理图及PCB图 40
附录B 被控部分原理图及PCB图 41
1 引言
近年来，伴随着单片机技术[1]和无线通信技术[2]的发展，以单片机为基础的无线监测技术应用越来越广泛。从安全生产的角度考虑，对生产进行监控是非常必要的，监控能及时发现和消除风险，在保证工作人员的生命安全的同时，也避免大量的财产损失。在储料罐的生产工艺中，智能储料罐越来越多的出现在我们的生产生活中，本次我们的毕业设计便是以单片 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
机应用为核心，以无线通讯为技术支持的智能储料罐的监控设计。
1.1 课题的发展现状
储料罐的智能化发展已成为大势所趋，在过去的很长一段时间都是人工的方式对储料罐内物料状况进行勘测，单片机和无线监控的出现后，使得人们对储料罐内部监测有了全新的认识。无线监控基本功能是通过各种传感器测量物料的高度、温度、气压以及密度等信息[3]，并通过单片机来处理收到的信号发送给现场。19世纪以来，世界各国的科研人员都在积极研究如何实现储料罐的智能化，发现面临的基本问题主要集中在以下方面：首先是如何获取封闭容器内物料信息；其次如何对所获取到的物料信息进行处理，并转化称为直观的数字信息；最后就是如何发送测量的信息。科学技术的不断发展，渐渐使储料罐的自动检测成为了现实，人们发现采取基于单片机的无线监控技术是实现智能储料罐的有效途径。
1.2 课题的主要研究内容
课题研究的是基于单片机的无线储料罐监测和显示部分的实现。以无线通讯应用技术和单片机应用技术为核心进行开发。本次课题中，涉及到的就是把单片机技术同无线技术和智能传感器等技术结合的应用。我们采用了理论与实践相结合的方法，在不断地实验和调整方案中，完成了无线储料罐监测系统的硬件部分设计。这个系统设计上提供了警报和处理危险的功能：我们知道物料的温度影响着物料的效果，一旦物料的温度过高，那么蜂鸣器就会发出警报声，并且第一时间启动储料罐上的排风扇散热。随着各种传感器的诞生比如温度传感器，超声波测距传感器等等，使得人们对于封闭的储料罐内物料信息有了更直观的了解。
1.3 课题的意义
科学技术发展日新月异，人类对远距离精准控制愿望随着技术的发展一步步的成为现实。在单片机技术和无线传输技术高度发达的现代，无线监控领在不同域内的应用也不断扩大。在复杂的施工环境中，比如水泥厂、化工厂里面，对于储料罐内物料各种信息的了解尤其重要，通过人工检测的的方法获取这些信息不仅威胁生命健康而且影响施工效率，使用无线通讯技术监控储料罐安全而有效，这种方法可以第一时间获取储料罐内的各种信息，如：温度、气压、高度等，一旦发生危险警报，那么储料罐可以通过预先设定的程序准确及时的处理各种情况，施工人员就可以随时掌控储料罐内信息。无线监控不止可以运用储料罐这一领域，在公路测速、海洋监控等等领域都发挥着不可替代的作用[4]。
2 主要硬件的选型
从本设计要实现的功能来看需要用到单片机，无线发送接收器，温度传感器，压力传感器，超声波测距传感器和液晶显示器等元器件。
2.1 单片机的选型及介绍：
2.1.1 STC89C52型单片机简介
图2-1 STC89C52引脚图
STC89C52我们俗称单片机，它是一种低电压、高性能的COMOS 8位微处理器，它的只读存储器上带 8K 字节闪烁可檫除可编程。该器件是著名的ATMEL 公司生产的，在存储器的技术上具有很高的密度而且不容易失存，在采用工业标准上，STC89C52与MCS-51输出管脚和指令集相互兼容都是一种高效微控制器。这款单片机有很多的优点，最突出的是灵活性上非常强而且价格非常低廉，因此在很多嵌入式控制系统中得到了广泛的应用。其芯片引脚图如图2-1所示。
表2-1 STC89C52 主要功能
2.1.2 STC89C52 引脚功能介绍
表2-2 STC89C52单片机接口
在单片机的这四个口里面，其中P1口和P3口除了有以上的功能之外，还有第二功能，详细功能如下表2-3和表2-4所示。
表2-3 P1的功能表
表2-4 P3口的功能表
2.2 无线发送接收模块
2.2.1 NRF24L01无线模块
图2-2 NRF24L01无线模块外观展示
在生活中常用的频段内有很多芯片可以用来收发信息，但是NRF24L01则是一款世界通用的无线传输器（如图2-2所示），无线收发器由频率发生器以及增强型的SchockBurstTM 模式控制器两部分构成[5]。这种无线芯片具有良好的低功耗性能，在电路异常或者人工设计待机的情况下电流消耗更低。
2.2.3 NRF24L01的性能参数和引脚功能
图2-3 NRF24L01管脚图
表2-5 NRF24L01引脚功能
2.3 显示器选择
2.3.1 1602液晶显示器
图2-4 1602外观图
为直接显示物料信息详情，我们选用的液晶显示器信号为1602（如图2-4所示），这是一种专门用来显示符号、数字、字母等字符的液晶显示模块，人们通常也将之成为1602字符型液晶，1602由多个点阵字符位组成，一个字符对应一个点阵字符位。1602液晶显示屏能很好的显示数字和一些特定的符号，但是不适合显示图像。
图2-5 1602液晶显示器外观
2.3.2 1602液晶显示器引脚说明
2.7.1 DS1302简介
DS1302 是美国达拉斯公司生产的一直时钟芯片，它拥有很高性能的同时的功耗非常低，我们生产生活中常用的实时时钟电路自带RAM，从大的时间范围上，可以对年、月定时，小的范围可以精确到分、秒，在闰年还具有自动补偿功能。在芯片的内部还有能够存放临时数据的寄存器。
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