基于單片機(jī)的無線測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、基于單片機(jī)的無線測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要：基于 STC89C52 單片機(jī)設(shè)計(jì)無線測溫系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)無線通信。該設(shè)計(jì)用傳感器采集數(shù)據(jù)后，反饋給單片機(jī) 并顯示實(shí)時(shí)的溫度值，當(dāng)溫度超出范圍時(shí)接收端的單片機(jī)控 制蜂鳴器使其報(bào)警。此設(shè)計(jì)具有實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)精度高、抗干 擾能力強(qiáng)、傳輸速率高、通信穩(wěn)定和使用方便等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；無線傳輸；溫度傳感器；蜂鳴器 溫度是和人們的生活息息相關(guān)的物理量之一，溫度的采 集或控制都使用的非常重要。特別是溫度監(jiān)測點(diǎn)處于危險(xiǎn)的 環(huán)境時(shí)，考慮人員的安全，為此，本文研究了一種基于基于 單片機(jī)的無線測溫系統(tǒng)。1 無線測溫系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 無線測溫系統(tǒng)由測量發(fā)送和主控接收兩個(gè)分系統(tǒng)分構(gòu) 成。

2、各分系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理如圖 1 和圖 2 所示。當(dāng)系統(tǒng)開始工作 時(shí)，由主控單元發(fā)送測量控制指令，測量發(fā)送系統(tǒng)按照指令 執(zhí)行現(xiàn)場溫度的實(shí)時(shí)測量，然后無線模塊把測量數(shù)據(jù)發(fā)送給 主控接收分系統(tǒng)；主控接收系統(tǒng)通過無線模塊接收，系統(tǒng)保 存和分析測量數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行顯示報(bào)警等處理。2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1 單片機(jī)系統(tǒng)測量發(fā)送分系統(tǒng)的核心器件有單片機(jī)構(gòu)成，主要進(jìn)行溫 度數(shù)據(jù)采集工作。 本系統(tǒng)選用單片機(jī) STC89C52 做控制器件， STC89C52 是 STC 公司生產(chǎn)的一種高性能、 低功耗的 8 位微 控制器，有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。單片機(jī)控制模塊 由 STC89C52 最小系統(tǒng)組成，由 STC89

3、C52 單片機(jī)，晶振電 路和復(fù)位電路等構(gòu)成。本設(shè)計(jì)時(shí)鐘頻率有晶振電路提供，晶 振電路由兩個(gè) 30pF 電容元件和一個(gè) 11.0592MHz 晶體振蕩器 構(gòu)成，連接單片機(jī)的 X1 、X2 引腳。滿足溫度數(shù)據(jù)采集的實(shí) 時(shí)性要求。 X1 ， X2 接外部振蕩電路， RESET 端接復(fù)位電路， EA 端拉高。2.2 NRF24L01 無線模塊采用 NRF24L01 做無線模塊， NRF24L01 使用頻段是 2.4 GHz 開放 ISM 頻段，該頻段全球可以免許可證使用，共有 126 頻道，可以滿足多點(diǎn)通信和跳頻通信的需要。最高工作 速率達(dá) 2Mb/s ，高效 GFSK 調(diào)制方式， 內(nèi)置硬件 CRC

4、檢錯(cuò)和 點(diǎn)對多點(diǎn)通信地址控制，提高了數(shù)據(jù)抗突發(fā)干擾和隨機(jī)干擾 的能力，其可靠傳輸距離 1000 米。該模塊地址可以由軟件 進(jìn)行自由設(shè)置，只有接收到本模塊地址時(shí)才能進(jìn)行傳輸數(shù) 據(jù)，進(jìn)而直接與各系列的單片機(jī)相接， 其軟件編程較為方便。數(shù)據(jù)傳送過程，首先要將 NRF24L01 設(shè)置成發(fā)射模式， 然后把接收數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)地址( TX_ADDR )以及發(fā)送的數(shù)據(jù) (TX_PLD )按照一定的時(shí)序從 SPI 口依次寫入 NRF24L01緩存區(qū)， TX_PLD 必須在 NRF24L01 模塊的使能端有效時(shí)才 能連續(xù)寫入， 而節(jié)點(diǎn)地址只需在發(fā)射時(shí)寫入一次， 接著把 CE 設(shè)置成高電平并保持至少 10 微秒，經(jīng) 1

5、30 微秒延遲后發(fā)射 數(shù)據(jù)；若自動(dòng)應(yīng)答開啟，則 NRF24L01 發(fā)射完數(shù)據(jù)后馬上進(jìn) 入接收模式狀態(tài)，等待接收應(yīng)答信號。當(dāng)收到應(yīng)答信號，就 完成通信成功，把 TX_DS 置高，此時(shí)發(fā)送的數(shù)據(jù)將從 TX FIFO 中清除； 假如沒有收到應(yīng)答信號， NRF24L01 將會(huì)自動(dòng) 重新發(fā)射數(shù)據(jù)，并對重發(fā)次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)加1，當(dāng)重發(fā)次數(shù)達(dá)到上限時(shí)，將 MAX_RT 設(shè)置為高電平，同時(shí) TX FIFO 中的 數(shù)據(jù)保留以便再次重發(fā)； 當(dāng) MAX_RT 和 TX_DS 其中一個(gè)設(shè) 置高電平時(shí)，使 IRQ 變?yōu)榈碗娖剑l(fā)生中斷，通知 MCU 。 當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)射成功時(shí)， 如果此刻 CE 為低電平， 那么 NRF24L01

6、 就進(jìn)入空閑模式 1；如果發(fā)送堆棧中有數(shù)據(jù)同時(shí) CE 為高電 平，則進(jìn)行再次發(fā)射，若發(fā)送堆棧中無數(shù)據(jù)同時(shí) CE 為高電 平，將進(jìn)入空閑模式 2。數(shù)據(jù)接收過程，首先把 NRF24L01 設(shè)置為接收模式，經(jīng) 130 微秒延遲后進(jìn)入等待接收數(shù)據(jù)狀態(tài)。當(dāng)收到有效的地址 和效驗(yàn)碼時(shí)， NRF24L01 將會(huì)自動(dòng)把接收的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在 RX FIFO 中，于此同時(shí)把中斷標(biāo)志位設(shè)置成高電平， IRQ 設(shè)置為 低電平，產(chǎn)生中斷，通知 MCU 讀取數(shù)據(jù)。若此時(shí)自動(dòng)應(yīng)答 開啟，接收端將進(jìn)入發(fā)射狀態(tài)并且回傳應(yīng)答信號。如果接收 成功， 并且 CE 變低電平， 則 NRF24L01 模塊進(jìn)入空閑模式。本設(shè)計(jì)無線模塊由單片機(jī)

7、端口 P2 口控制。2.3 溫度采集傳感器的硬件設(shè)計(jì)采用美國 DALLAS 公司生產(chǎn)的 DS18B20 可組網(wǎng)數(shù)字溫 度傳感器芯片，具有耐磨耐碰，體積小，硬件開銷低，抗干 擾能力強(qiáng)，精度高的特點(diǎn)。適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測 溫和控制領(lǐng)域。經(jīng)濟(jì)、方便。溫度采集由DS18B20的DQ端 接入單片機(jī) P0.0 口。2.4 顯示模塊和報(bào)警電路 本設(shè)計(jì)的接收系統(tǒng)采用液晶顯示模塊 LCD1602 顯示測量數(shù)據(jù)，單片機(jī)端口 P0 由上拉電阻提高驅(qū)動(dòng)能力，進(jìn)行數(shù) 據(jù)輸出并作為 LCD 的驅(qū)動(dòng)。 LCD1602 顯示模塊數(shù)據(jù)端接單 片機(jī)P0 口，RS, RW, E分別接單片機(jī)的 P3.5、P3.6、P3.4。

8、當(dāng)外界溫度超過預(yù)設(shè)溫度的上、下限時(shí)，會(huì)自動(dòng)報(bào)警。 由蜂鳴器下拉三極管組成實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。2.5 電源模塊電路設(shè)計(jì)由VCC提供+5V的電壓，經(jīng)過LM1117降壓為+3.3V電 壓，作為 NRF24L01 模塊的電源。 AMS1117 是一個(gè)低漏失電 壓調(diào)整器，它的穩(wěn)壓管，輸出 3.3V 電壓給 nRF24L01 供電。 圖 3 無線模塊電源電路。3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)分為接受和發(fā)送兩部分。主要完成控 制指令的發(fā)送、測量數(shù)據(jù)包的接收和處理等任務(wù)。發(fā)送部分主要是對溫度傳感器上采集來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后由 NRF24L01 發(fā)送出去。發(fā)送部分流程圖見圖4。接收部分主要是對 NRF24L01 上接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并在液晶顯示頻 上顯示，同時(shí)判斷溫度值是否超出設(shè)定的安全區(qū)間，當(dāng)溫度 值不在安全范圍內(nèi)時(shí)， 蜂鳴器報(bào)警， 接收部分流程圖見圖 54 總結(jié)基于 STC89C52 單片機(jī)的無線測溫系統(tǒng)經(jīng)調(diào)試工作正 常。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明， 實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)精度高、抗干擾能力強(qiáng)， 傳輸信號的距離較遠(yuǎn)，能滿足較多的應(yīng)用場合，且數(shù)據(jù)傳輸 的可靠性高。本系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計(jì)完善，可靠性高，使用方 便。參考文獻(xiàn)：1 李建忠 .單片機(jī)原理及應(yīng)用 M. 西安電子科技大學(xué)出 版社， 2008.2 郭天祥 .新概念 51單片機(jī) C 語言教程 .電子工業(yè)出版 社， 2009.3 黎洪松，張衛(wèi)鋼 .