基于單片機(jī)的無線遠(yuǎn)程溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

侯澤振，張　麗，賁永青（.宿州學(xué)院　機(jī)械與電子工程學(xué)院，安徽　宿州　34000；.臨沂市科技館，山東　臨沂　76037）

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基于單片機(jī)的無線遠(yuǎn)程溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

侯澤振1，張麗2，賁永青1
（1.宿州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院，安徽宿州234000；2.臨沂市科技館，山東臨沂276037）

摘要：設(shè)計(jì)以STC89C52單片機(jī)為本系統(tǒng)主控芯片的無線遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)溫度測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì).從機(jī)能夠根據(jù)溫度傳感器DS18B20所采集的若干數(shù)據(jù)以此來獲取溫度,并通過NRF24L01無線收發(fā)芯片發(fā)送到主機(jī),主機(jī)接收并處理后通過LCD1602液晶顯示屏顯示,并且可以與設(shè)定好的溫度上下限進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)溫度測量預(yù)警.該設(shè)計(jì)可以用來幫助人們從事一些復(fù)雜的環(huán)境溫度測量和監(jiān)控工作,從而節(jié)約人力資源.

關(guān)鍵詞:STC89C52；無線遠(yuǎn)程；DS18B20；NRF24L01；LCD1602；溫度測量預(yù)警

1　引言

隨著科技的進(jìn)步，工業(yè)生產(chǎn)控制日益趨于自動化和無人化，比如在一些領(lǐng)域的溫度可能會較高或較低，并且現(xiàn)場也會較復(fù)雜，這種情況下，人無法靠近或者現(xiàn)場無需人力來進(jìn)行監(jiān)控.因此，設(shè)計(jì)一個(gè)較為通用的遠(yuǎn)程溫度控制系統(tǒng)具有重要意義.目前，溫度測量控制系統(tǒng)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)，及人們?nèi)粘Ｉ钪邪缪葜粋€(gè)越來越重要的角色，許多產(chǎn)品對溫度測量范圍要求比較嚴(yán)格，而由于目前市場上普遍存在的溫度檢測儀器大都存在諸多缺陷，比如溫度傳遞信息不夠及時(shí)、精度達(dá)不到等缺點(diǎn)，極不利于工業(yè)控制者根據(jù)溫度變化而及時(shí)采取相應(yīng)措施，因此在以單片機(jī)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中，基于單片機(jī)的無線遠(yuǎn)程溫度檢測系統(tǒng)愈顯重要，成為未來及現(xiàn)在溫度測量及溫度數(shù)據(jù)采集技術(shù)的發(fā)展趨勢.

2　無線遠(yuǎn)程溫度檢測系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)

本項(xiàng)目是基于單片機(jī)的溫度測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠非常方便地實(shí)現(xiàn)溫度采集和顯示.它的使用很方便，具有靈敏度高，量程寬，精度高，功耗低，積小等優(yōu)點(diǎn)，適用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中和我們?nèi)粘Ｉ钪械臏囟葴y量.（比如放在學(xué)校，家庭中，辦公室等測量室溫并顯示或者可在工廠里做測溫的裝置等）.同時(shí)也能夠作為溫度處理模塊而嵌入到其他系統(tǒng)中，成為其他子系統(tǒng)的輔助擴(kuò)展模塊.總體而言，該系統(tǒng)可用于多種場合，既方便又實(shí)用.其最大特點(diǎn)是可以在人不便能達(dá)到的地方進(jìn)行無線遠(yuǎn)程溫度檢測.在基于單片機(jī)的無線遠(yuǎn)程溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，“無線、遠(yuǎn)程”是一創(chuàng)新點(diǎn)，可以在人不便能達(dá)到的地方進(jìn)行無線遠(yuǎn)程溫度檢測，且在該設(shè)計(jì)中，無線傳播的距離良好，適宜在多種工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用.

3　本系統(tǒng)整體的設(shè)計(jì)方案

該系統(tǒng)主要包括單片機(jī)控制模塊，液晶顯示模塊，溫度采集模塊，無線傳送模塊，溫度報(bào)警模塊和溫度上下限設(shè)置模塊等六大部分.

以下為系統(tǒng)總框圖：

4　系統(tǒng)硬件構(gòu)成及各部分功能

4.1STC89C52主控芯片

STC89C52單片機(jī)是STC公司生產(chǎn)的一種高性能、低功耗CMOS8位微控制處理器，具有較為靈巧的8位CPU和系統(tǒng)可編程Flash存儲器，具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：512字節(jié)RAM，8k字節(jié)Flash，看門狗定時(shí)器，MAX810復(fù)位電路，內(nèi)置4KBEEPROM，4個(gè)外部中斷，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，全雙工串行口,32位I/O口線等[1].其處理速度快，能夠滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)處理的要求.

4.2系統(tǒng)溫度采集模塊

溫度數(shù)字傳感器DS18B20采集，測溫分辨頻率可達(dá)到很高，被測溫度數(shù)據(jù)用符號擴(kuò)展的16位補(bǔ)碼數(shù)據(jù)形式串行輸出.CPU占用微處理器的端口較少，只需要一根端口便可與DS18B20進(jìn)行通信，可節(jié)省大量的邏輯電路和引線.

4.3系統(tǒng)溫度上下限預(yù)警設(shè)置模塊

該模塊共包括有三個(gè)操作按鍵：（1）溫度上下限減少鍵：功能是減少上下限溫度值.（2）溫度上下限增加鍵：功能是增加上下限溫度值.（3）模式切換鍵：進(jìn)行模式之間的切換，模式包括上限溫度值設(shè)置模式，下限溫度值設(shè)置模式，按鍵每次按下實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)模式之間的切換.

4.4NRF24L01無線傳送模塊

該模塊由分別位于主機(jī)和從機(jī)上的兩個(gè)NRF24L01芯片組成，主要完成溫度的傳達(dá).

NRF24L01是一款新型的單片射頻收發(fā)器件，其工作頻段于2.4GHz～2.5GHzISM.內(nèi)置功率放大器、頻率合成器、調(diào)制器、晶體振蕩器等功能模塊，并且嵌入了增強(qiáng)型Shock-Burst技術(shù)，其中通信頻道和輸出功率能夠通過軟件程序來進(jìn)行配置.NRF24L01功耗較低，即使在以-6dBm的功率發(fā)射工作時(shí)，其工作電流也只有9mA；接收模式時(shí)，工作電流只有12.3mA，多種低功率工作模式（空閑模式和掉電模式）使節(jié)能設(shè)計(jì)更為方便.

其主要特點(diǎn)為：

硬件集成OSI鏈路層;

GFSK調(diào)制：

CRC校驗(yàn)碼和片內(nèi)自動生成報(bào)頭;

自動再發(fā)射功能和具有自動應(yīng)答;

SPI速率為0～10Mb/s;

數(shù)據(jù)傳輸率為lMb/s或2Mb/s;

與其他NRF24系列射頻器件相兼容;

125個(gè)頻道；

供電電壓為1.9V～3.6V；

QFN20引腳4mm×4mm封裝[2].

4.5系統(tǒng)供電模塊

系統(tǒng)利用5VUSB電源線給主系統(tǒng)供電.將電源線插入電腦USB接口或手機(jī)充電寶USB接口即可實(shí)現(xiàn)對本系統(tǒng)的供電，當(dāng)然也可以利用5V電源插頭給系統(tǒng)供電.低壓供電、高效率運(yùn)行是本系統(tǒng)的又一創(chuàng)新點(diǎn).

4.6無線NRF24L01供電模塊

用AMS11173.3V芯片將主系統(tǒng)5V電轉(zhuǎn)化為3.3V電給無線NRF24L01模塊供電.

4.7LCD1602液晶顯示模塊

為了更直觀的監(jiān)控區(qū)域的溫度情況，系統(tǒng)采用16*2點(diǎn)陣液晶顯示屏進(jìn)行顯示監(jiān)控，利用單片機(jī)的數(shù)據(jù)端口來控制液晶顯示器,即液晶作為外部存儲設(shè)備的使用,配置讀寫控制信號序列,指定特定的指針就可實(shí)現(xiàn)液晶讀寫數(shù)據(jù)的這種方式,使液晶的操作得到簡化,同時(shí)提高了內(nèi)部讀取數(shù)據(jù)的速度.

5　實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

通過對本系統(tǒng)的實(shí)際操作，測量某處的溫度時(shí)，利用NRF24L01無線傳輸模塊能夠?qū)囟葌鞲衅鳒y得的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳送到另一個(gè)地方，并當(dāng)溫度值超出或低于設(shè)定溫度值時(shí)，蜂鳴器會發(fā)出響聲來報(bào)警，實(shí)現(xiàn)了本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的無線溫度傳輸及報(bào)警功能.本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)非常適用于危險(xiǎn)或人不便能達(dá)到的地方進(jìn)行無線遠(yuǎn)程溫度檢測，極大地節(jié)約了人力資源，具有廣闊的發(fā)展前景.

參考文獻(xiàn)：

〔1〕何立民.MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1990.

收稿日期：2015年11月23日

中圖分類號：TP393

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1673-260X（2016）01-0036-02