基于單片機(jī)的無(wú)線溫度采集監(jiān)測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)(設(shè)計(jì))

PAGEPAGE1基于單片機(jī)的無(wú)線溫度采集監(jiān)測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)(設(shè)計(jì))基于單片機(jī)的無(wú)線溫度采集監(jiān)測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)(設(shè)計(jì))全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第1頁(yè)?；趩纹瑱C(jī)的無(wú)線溫度采集監(jiān)測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)(設(shè)計(jì))全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第1頁(yè)。畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))題目:基于單片機(jī)的無(wú)線溫度采集監(jiān)測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的無(wú)線溫度采集監(jiān)測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)(設(shè)計(jì))全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第2頁(yè)。畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）原創(chuàng)性聲明基于單片機(jī)的無(wú)線溫度采集監(jiān)測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)(設(shè)計(jì))全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第2頁(yè)。本人所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）是我在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文（設(shè)計(jì)）不包含其他個(gè)人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對(duì)本論文（設(shè)計(jì)）的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中作了明確說(shuō)明并表示謝意。作者簽名：日期：畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）授權(quán)使用說(shuō)明本論文（設(shè)計(jì)）作者完全了解**學(xué)院有關(guān)保留、使用畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的規(guī)定，學(xué)校有權(quán)保留論文（設(shè)計(jì)）并向相關(guān)部門送交論文（設(shè)計(jì)）的電子版和紙質(zhì)版。有權(quán)將論文（設(shè)計(jì)）用于非贏利目的的少量復(fù)制并允許論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)入學(xué)校圖書館被查閱。學(xué)?？梢怨颊撐模ㄔO(shè)計(jì)）的全部或部分內(nèi)容。保密的論文（設(shè)計(jì)）在解密后適用本規(guī)定。

作者簽名：指導(dǎo)教師簽名：日期：日期：

基于單片機(jī)的無(wú)線溫度采集監(jiān)測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)(設(shè)計(jì))全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第3頁(yè)。目錄基于單片機(jī)的無(wú)線溫度采集監(jiān)測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)(設(shè)計(jì))全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第3頁(yè)。摘要 1關(guān)鍵詞 1Abstract 1Keywards 1前言 21系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 22主要元器件介紹 32.1AT89S52單片機(jī)簡(jiǎn)介 32.2nRF24L01概述 52.3DS18B20溫度傳感器 53硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 53.1硬件系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 53.2無(wú)線收發(fā)模塊 63.3顯示模塊 63.4聲光報(bào)警電路 63.5按鍵控制電路 73.6溫度采集模塊 73.7電源模塊 84系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 84.1軟件設(shè)計(jì)思路 84.2主程序流程圖設(shè)計(jì) 84.2.1發(fā)送部分 84.2.2接收部分 94.3子程序設(shè)計(jì) 104.3.1溫度監(jiān)測(cè)模塊軟件 104.3.2無(wú)線發(fā)射模塊軟件設(shè)計(jì) 104.3.3無(wú)線接收模塊軟件設(shè)計(jì) 114.3.4顯示模塊軟件設(shè)計(jì) 115硬件功能實(shí)現(xiàn) 125.1系統(tǒng)調(diào)試 125.2調(diào)試結(jié)果 126總結(jié) 13參考文獻(xiàn) 13附錄一 14附錄二 16基于單片機(jī)的無(wú)線溫度采集監(jiān)測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)(設(shè)計(jì))全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第4頁(yè)。基于單片機(jī)的無(wú)線溫度采集監(jiān)測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的無(wú)線溫度采集監(jiān)測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)(設(shè)計(jì))全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第4頁(yè)。摘要：本文介紹了由單片機(jī)、溫度傳感器、報(bào)警器和NRF24L01組成的專用無(wú)線溫測(cè)監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。本系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)為控制核心，利用溫度傳感器DS18B20完成溫度的采集和數(shù)據(jù)的處理，nRF24L01實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度的無(wú)線傳輸。本文設(shè)計(jì)一主機(jī)一從機(jī)，從機(jī)監(jiān)測(cè)環(huán)境周圍溫度，主機(jī)顯示當(dāng)前監(jiān)測(cè)到的環(huán)境溫度值。用戶可以通過按鍵來(lái)自定義報(bào)警上、下限值，一旦溫度超過所設(shè)定的極限值，接收端單片機(jī)便啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。本系統(tǒng)精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全可靠、底功耗、實(shí)時(shí)性、成本底，在工業(yè)、醫(yī)療、軍事和生活等許多場(chǎng)合都廣泛應(yīng)用。關(guān)鍵詞：1602液晶顯示屏；溫度傳感器；單片機(jī)；報(bào)警器Remotemonitoringandalarmdesignmicrocontroller-basedwirelesstemperatureAbstract：Thispaperintroducesthespecialwirelesstemperatureandcomposedofsingle-chipmicrocomputer,temperaturesensor,alarmandNRF24L01monitoringalarmsystem.ThissystemtakestheSTC89C52singlechipmicrocomputerascontrolcore,usingthetemperaturesensortocompletetheprocessingtemperaturecollectionanddata,nRF24L01wirelesstransmissionofen.Thispaperdesignsahostfrommachine,frommachinemonitoringenvironmentalironment,thehostshowsthecurrentmonitoringoftheenvironmenttemperature.Theusercanthroughbuttonfromthedefinitionofalarm,lowervaluelimit,oncethetemperatureexceedsasetvalue,receiverchipwillactivatealarmsystem.Thissystemisofhighprecision,simplestructure,safe,reliable,lowestpowerconsumption,real-time,lowcost,intheindustrial,medical,militarylifeandsoonmanyoccasionswidelyused.Keywords：1602LCDscreen；Temperaturesensor；Singlechipmicrocomputer；alarm基于單片機(jī)的無(wú)線溫度采集監(jiān)測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)(設(shè)計(jì))全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第5頁(yè)。前言基于單片機(jī)的無(wú)線溫度采集監(jiān)測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)(設(shè)計(jì))全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第5頁(yè)。溫度與人類的生活息息相關(guān)。早在2000多年前，人類就開始為監(jiān)測(cè)溫度進(jìn)行了各種努力，并開始使用溫度傳感器監(jiān)測(cè)溫度。在人類社會(huì)中，無(wú)論工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)及環(huán)保等部門都與溫度有著密切的關(guān)系。隨著電子技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)的要求，需要進(jìn)行溫度采集的場(chǎng)合越來(lái)越多，準(zhǔn)確方便地測(cè)量溫度變得非常重要。在工業(yè)中，由于生產(chǎn)環(huán)境的好壞，工作人員不能在現(xiàn)場(chǎng)較長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè)設(shè)備是否有運(yùn)行正常，就需要將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭粋€(gè)環(huán)境相對(duì)好的操控室中，這樣就會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}。由于空間大、需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)較多，使用傳統(tǒng)的有線數(shù)據(jù)傳輸方式就需要很多很長(zhǎng)的通訊線，浪費(fèi)資源，占用空間大，可操作性差，容易出現(xiàn)錯(cuò)誤換線的現(xiàn)象。而且，當(dāng)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，環(huán)境不能鋪設(shè)電纜，數(shù)據(jù)不得轉(zhuǎn)讓，這個(gè)時(shí)候需要使用溫度采集無(wú)線傳輸。在農(nóng)業(yè)上，傳統(tǒng)的溫度采集都是采用的人工方法，工作量大，可靠性差，無(wú)論大棚還是糧倉(cāng)占地面積大，監(jiān)測(cè)點(diǎn)分散在不同的地方，用傳統(tǒng)的方法已經(jīng)不能滿足目前農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要。在日常生活中，隨著人們生活水平的提升，居住條件漸漸變得智能化?，F(xiàn)在已經(jīng)有很多家庭都會(huì)在室內(nèi)安裝溫度采集系統(tǒng)，其原理就是利用無(wú)線技術(shù)采集室內(nèi)溫度數(shù)據(jù)，并依據(jù)室內(nèi)溫度情況進(jìn)行遙控通風(fēng)等操作，自動(dòng)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，可以更好地改善人們的居住環(huán)境。無(wú)論在工業(yè)、農(nóng)業(yè)還是日常生活中，凡是布線復(fù)雜或不能布線的地方都希望可以通過無(wú)線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)解決。無(wú)線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性強(qiáng)、安全可靠，傳統(tǒng)的方法已經(jīng)不能滿足當(dāng)前工農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要，這樣的研究也變得更加有意義了。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)采用價(jià)格便宜、操作簡(jiǎn)便，低功耗的AT89S52單片機(jī)作為主控芯片。使用DS18B20線路簡(jiǎn)單，編程容易，具有耐磨耐碰，體積小，使用方便。由美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的可編程DS18B20溫度傳感器作為溫度檢測(cè)元件，測(cè)溫范圍為-55～125℃。它能代替模擬溫度傳感器和信號(hào)處理電路，直接與單片機(jī)溝通，完成溫度的采集和處理。采用高速低功耗的NRF24L01無(wú)線射頻模塊，具有自動(dòng)重發(fā)的功能、數(shù)據(jù)包識(shí)別及CRC校驗(yàn)功能，增強(qiáng)型ShockBurstTM模式可以同時(shí)控制應(yīng)答及重發(fā)功能而無(wú)需增加MCU的工作量。在主控芯片的選擇上，TI公司生產(chǎn)的MSP430F149系列單片機(jī)是一款高性能的低功耗的16位單片機(jī)，內(nèi)置高速12位ADC，但價(jià)格比較昂貴，大大增加了設(shè)計(jì)成本。所以選擇價(jià)格便宜、操作簡(jiǎn)便，低功耗的傳統(tǒng)的AT89S52單片機(jī)。在溫度傳感器的選擇上，AD590精度高、價(jià)格低、不需輔助電源、線性好，但是需要用到差分放大器放大和A/D轉(zhuǎn)換，編程復(fù)雜。而DS18B20體積小，使用方便、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。綜上考慮，DS18B20作為本設(shè)計(jì)的溫度傳感器。在顯示模塊的選擇上，LED7段數(shù)碼顯示管，成本低，容易顯示控制，但不能夠顯示字符。字符液晶LCD1602能顯示字符和數(shù)字等信息，價(jià)格便宜，容易控制。本系統(tǒng)主要由六個(gè)模塊組成：、測(cè)溫電路、發(fā)送電路、接收電路、顯示電路和報(bào)警電路。（1）主控制器：由AT89S52最小系統(tǒng)組成，其中包括單片機(jī)，晶振電路和復(fù)位電路。（2）發(fā)送電路和接收電路：由nRF24L01來(lái)完成無(wú)線數(shù)據(jù)的傳輸。（3）測(cè)溫電路：利用溫度傳感器DS18B20完成溫度的采集和數(shù)據(jù)的處理。（4）顯示電路：顯示當(dāng)前所測(cè)得的溫度。（5）報(bào)警電路：當(dāng)溫度超過所設(shè)上下限時(shí)，蜂鳴器報(bào)警。（6）電源模塊：提供電源?；趩纹瑱C(jī)的無(wú)線溫度采集監(jiān)測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)(設(shè)計(jì))全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第6頁(yè)。本系統(tǒng)以DS18B20監(jiān)測(cè)溫度，NRF24L01無(wú)線模塊傳輸溫度信號(hào)。采用STC89C52單片機(jī)作為主控芯片。DS18B20將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，送達(dá)至單片機(jī)來(lái)處理，單片機(jī)又將溫度信號(hào)處理傳達(dá)至NRF24L01無(wú)線模塊，NRF24L01無(wú)線模塊再將溫度信息編碼給發(fā)送出去。發(fā)射端端電路圖見附錄一圖1。NRF24L01無(wú)線模塊接收到采集端發(fā)送過來(lái)的溫度信息后，將溫度信息傳給單片機(jī)處理，單片機(jī)處理溫度信息，并通過數(shù)碼管將溫度值顯示出來(lái)。同時(shí)程序可以設(shè)定上下限報(bào)警溫度。接收端電路圖參照附錄一圖2?；趩纹瑱C(jī)的無(wú)線溫度采集監(jiān)測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)(設(shè)計(jì))全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第6頁(yè)。本文設(shè)計(jì)一從機(jī)與一主機(jī)。從機(jī)為發(fā)射端，由溫度傳感器DS18B20，AT89S52單片機(jī)，nRF24L01無(wú)線射頻模塊和外設(shè)繼電器組成。主機(jī)為接收端，由AT89S52單片機(jī)，nRF24L01無(wú)線射頻模塊，顯示模塊，報(bào)警電路組成。溫度無(wú)線采集報(bào)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1-1所示。STC89C52STC89C52主控制器發(fā)射DS18B20接收STC89C52主控制器顯示電路報(bào)警電路圖1-1溫度無(wú)線采集報(bào)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖主要元器件介紹2.1AT89S52單片機(jī)簡(jiǎn)介STC89C52是一種低功耗、高性能具有8K可編Flash使用高密度存儲(chǔ)技術(shù)存儲(chǔ)器。在一個(gè)單芯片上，8位CPU在系統(tǒng)可編程，使得STC89C52提供高度靈活，為許多嵌入式控制應(yīng)用。STC89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8K字節(jié)的Flash，256字節(jié)的RAM，32位I/O線，看門狗定時(shí)器，兩個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)十六位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)六向量二級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。STC89C52支持兩種軟件可以選擇的節(jié)電模式。在CPU工作停止，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作的空閑模式。在RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止的掉電保護(hù)方式[1]。這個(gè)模塊以單片機(jī)為中心，把程序代碼燒進(jìn)去，然后外接復(fù)位電路、振蕩電路、鍵盤控制、LED顯示電路、報(bào)警電路等子模塊。單片機(jī)最小系統(tǒng)包括單片機(jī)、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路構(gòu)成。要使單片機(jī)工作起來(lái)最基本的電路構(gòu)成為單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖2-1示?；趩纹瑱C(jī)的無(wú)線溫度采集監(jiān)測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)(設(shè)計(jì))全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第7頁(yè)?；趩纹瑱C(jī)的無(wú)線溫度采集監(jiān)測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)(設(shè)計(jì))全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第7頁(yè)。圖2-1單片機(jī)最小系統(tǒng)STC89C52單片機(jī)工作電壓范圍：4V-5.5V,所以通常給單片機(jī)外界5V直流電源。連接方式為單片機(jī)中的40腳VCC接正極5V，而20腳VSS接電源地端。復(fù)位電路是完成單片機(jī)工作開始狀態(tài)，確保單片機(jī)啟動(dòng)的過程。單片機(jī)在接通電源時(shí)會(huì)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，完成單片機(jī)的啟動(dòng)這一過程確定單片機(jī)的起始工作狀態(tài)。單片機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，，當(dāng)受到外界環(huán)境的干擾可能會(huì)出現(xiàn)程序跑飛的時(shí)候，按下復(fù)位按鈕后內(nèi)部的程序會(huì)自動(dòng)從頭開始執(zhí)行[2]。一般復(fù)位包含上電自動(dòng)復(fù)位與外部按鍵的手動(dòng)復(fù)位，單片機(jī)要是在時(shí)鐘電路的工作以后，在RESET端持續(xù)的給出2個(gè)機(jī)器周期高電平就可以完成復(fù)位的操作。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的是外部手動(dòng)按鍵復(fù)位電路，需要接上拉電阻提高輸出高電平的值。時(shí)鐘電路就相當(dāng)于單片機(jī)的一個(gè)心臟，掌握著單片機(jī)的整個(gè)工作節(jié)奏。時(shí)鐘電路就是振蕩電路，主要是向單片機(jī)來(lái)提供一個(gè)正弦波的信號(hào)作為基準(zhǔn)，決定單片機(jī)執(zhí)行的速度。XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出，反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。如果采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)當(dāng)不接。因?yàn)橐粋€(gè)機(jī)器周期含有六個(gè)狀態(tài)周期，而每個(gè)狀態(tài)周期為兩個(gè)振蕩周期，所以一個(gè)機(jī)器周期共有十二個(gè)振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12MHZ，那么一個(gè)振蕩周期是1/12us。本系統(tǒng)采用STC系統(tǒng)列單片機(jī)，相比其它系列單片機(jī)具有很多優(yōu)點(diǎn)。一般STC單片機(jī)資源比其它單片機(jī)要多，而且執(zhí)行的速度快；STC系列單片機(jī)使用串口對(duì)單片機(jī)進(jìn)行燒寫,下載程序較為方便；STC89C52單片機(jī)內(nèi)部集成了看門狗電路；且具有很強(qiáng)抗干擾能力[3]。本系統(tǒng)采用內(nèi)部方式的時(shí)鐘電路和加電自復(fù)位的復(fù)位電路，如下圖2-2圖和2-3所示：圖2-2時(shí)鐘電路 圖2-3復(fù)位電路基于單片機(jī)的無(wú)線溫度采集監(jiān)測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)(設(shè)計(jì))全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第8頁(yè)?；趩纹瑱C(jī)的無(wú)線溫度采集監(jiān)測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)(設(shè)計(jì))全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第8頁(yè)。由于單片機(jī)P0口內(nèi)部不含上拉電阻，為高阻態(tài)，不能正常地輸出高/低電平，因而該組I/O口在使用時(shí)必須外接上拉電阻。nRF24L01概述nRF24L01是一款功耗低的新型單片射頻收發(fā)器件，工作2.4GHz～2.5GHzISM頻段。數(shù)據(jù)的傳輸率為lMb/s或2Mb/s，供電電壓1.9V～3.6V,內(nèi)置頻率合成器，功率放大器，晶體振蕩器，調(diào)制器的功能模塊和增強(qiáng)型ShockBurst技術(shù)，其輸出功率與通信信道可以由程序配置[4]。nRF24L01可以通過配置寄存器配置為發(fā)射、接收、空閑及掉電這四種工作模式，具體如表2-1所示。表2-1nRF24L01工作模式模式PWR_UPPRIM_RXCEFIFO寄存器狀態(tài)接收模式111-發(fā)射模式101數(shù)據(jù)在TX

FIFO

寄存器中發(fā)射模式101→0停留在發(fā)送模式，直至數(shù)據(jù)發(fā)送完待機(jī)模式2101TX_FIFO為空待機(jī)模式11-0無(wú)數(shù)據(jù)傳輸?shù)綦?DS18B20溫度傳感器DS18B20是單線數(shù)字溫度傳感，體積小，適用電壓更寬而且更加經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，測(cè)溫范圍為-55°C~+125°C。由于DS18B20溫度檢測(cè)與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出都集中在一個(gè)芯片上，所以大大提高了抗干擾能力[5]。DS18B20的工作周期可分為溫度檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理兩個(gè)部分。用于存放DS18B20ID編碼的ROM只讀存儲(chǔ)器，它共有64位ROM。用于內(nèi)部計(jì)算和數(shù)據(jù)存取的RAM數(shù)據(jù)暫存器。DS18B20測(cè)量的精度高，電路的連接相對(duì)簡(jiǎn)單，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)至3根或2根端口線上，并且CPU只需要一根線就能夠和多個(gè)DS18B20進(jìn)行通信，其占用的微處理器端口比較少，可以節(jié)約較多的引線與邏輯電路。像這樣的傳感器僅僅只需一條數(shù)據(jù)線就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1硬件系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)隨著生活水平的不斷提高和科學(xué)技術(shù)的逐漸進(jìn)步，人們對(duì)溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的精度要求也越來(lái)越嚴(yán)格。然而傳統(tǒng)的溫度測(cè)量裝置在環(huán)境、成本等因素下很難滿足現(xiàn)在的需求。本設(shè)計(jì)選用DS18B20作為溫度采集元件，配合低功耗單片機(jī)的使用就能夠很巧妙地克服傳統(tǒng)上的不足。而且本文采用nRF24L01無(wú)線傳輸模塊，打破了傳統(tǒng)操作中距離受限布線復(fù)雜等問題，使系統(tǒng)操作更容易實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)由STC89C52作為主控CPU，DS18B20溫度采集模塊、nRF24L0l無(wú)線收發(fā)模塊和顯示模塊組成整個(gè)系統(tǒng)，如圖3-1所示?；趩纹瑱C(jī)的無(wú)線溫度采集監(jiān)測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)(設(shè)計(jì))全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第9頁(yè)?；趩纹瑱C(jī)的無(wú)線溫度采集監(jiān)測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)(設(shè)計(jì))全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第9頁(yè)。圖3-1系統(tǒng)總體架構(gòu)圖3.2無(wú)線收發(fā)模塊本模塊由nRF24L01及其外圍電路組成。nRF24L01作為單片射頻收發(fā)芯片。溫度無(wú)線傳輸采用NRF24L01無(wú)線模塊，nRF24L01單端匹配網(wǎng)絡(luò)：晶振，偏置電阻，去耦電容。如圖3-2與圖3-3。圖3-2NRF24L01無(wú)線發(fā)射接線圖圖3-3NRF24L01無(wú)線接收模塊接線圖3.3顯示模塊顯示采用LCD1602顯示，經(jīng)過無(wú)線傳輸后，溫度數(shù)據(jù)信息將在1602液晶顯示芯片上進(jìn)行顯示，1602液晶顯示芯片采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口[7]，顯示電路如圖3-4。圖3-4顯示電路3.4聲光報(bào)警電路電路通過三極管基極串連一個(gè)電阻與單片機(jī)P2.6端口連接從而達(dá)到控制蜂鳴器是否報(bào)警。當(dāng)外界溫度超過預(yù)設(shè)溫度上下限時(shí)，為更加有效的引起注意，及時(shí)關(guān)注溫度的變化，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了聲報(bào)警電路。電路如圖3-5所示。基于單片機(jī)的無(wú)線溫度采集監(jiān)測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)(設(shè)計(jì))全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第10頁(yè)?；趩纹瑱C(jī)的無(wú)線溫度采集監(jiān)測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)(設(shè)計(jì))全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第10頁(yè)。圖3-5聲音報(bào)警電路圖3.5按鍵控制電路本電路設(shè)計(jì)了三個(gè)按鍵，一個(gè)設(shè)置鍵、一個(gè)加鍵、一個(gè)減鍵。設(shè)置鍵控制溫度上下限的選擇，加減鍵調(diào)節(jié)溫度的上下限值。如圖3-6所示。圖3-6按鍵連接電路圖3.6溫度采集模塊溫度傳感器DS18B20可直接與單片機(jī)相連完成數(shù)據(jù)的采集與處理，本設(shè)計(jì)中與發(fā)送端單片機(jī)的P26連接[8]，接口電路如圖3-7所示。圖3-7溫度傳感器接口電路基于單片機(jī)的無(wú)線溫度采集監(jiān)測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)(設(shè)計(jì))全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第11頁(yè)。3.7電源模塊基于單片機(jī)的無(wú)線溫度采集監(jiān)測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)(設(shè)計(jì))全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第11頁(yè)。發(fā)射和接收都采用3節(jié)1.5V干電池共4.5V做電源，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證在系統(tǒng)工作時(shí)，單片機(jī)、傳感器的工作電壓穩(wěn)定都能夠滿足系統(tǒng)的要求，而且電池更換比較方便。電源接口電路如圖3-8其中P1為電池接口，SW2為電源開關(guān)。D3為電源指示燈。圖3-8電源接口電路4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1軟件設(shè)計(jì)思路應(yīng)用系統(tǒng)中的應(yīng)用軟件是根據(jù)系統(tǒng)功能要求設(shè)計(jì)的，應(yīng)穩(wěn)定正確的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能。在本系統(tǒng)中，軟件設(shè)計(jì)要求做到以下幾點(diǎn)：(1)軟件結(jié)構(gòu)要清晰，簡(jiǎn)潔，流程合理。(2)各個(gè)功能的程序?qū)崿F(xiàn)模塊化。這樣，即便于調(diào)試，鏈接，又方便移植、修改。(3)在程序存儲(chǔ)區(qū)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)需要合理的規(guī)劃，既能夠節(jié)約內(nèi)存的容量，又能操作方便[9]。(4)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)標(biāo)志化管理。各個(gè)功能程序運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行結(jié)果以及運(yùn)行要求都要設(shè)置狀態(tài)標(biāo)志以便查詢，程序轉(zhuǎn)移，控制都可通過狀態(tài)標(biāo)志條件來(lái)控制。4.2主程序流程圖設(shè)計(jì)首先對(duì)LCD1602初始化，再進(jìn)行按鍵掃描，設(shè)定溫度的上下限值，然后對(duì)無(wú)線接收模塊進(jìn)行初始化，接著傳輸溫度數(shù)據(jù)，并判斷是否有超出人工設(shè)定的范圍，要是超過了就啟動(dòng)報(bào)警程序，要是不超過則繼續(xù)判斷，如此循環(huán)。4.2.1發(fā)送部分發(fā)送部分的一個(gè)循環(huán)的總體思路是這樣的，先初始化nRF24L01，從DS18B20讀出溫度（DS18B20采用默認(rèn)的12位精度），將得到的溫度值的反碼轉(zhuǎn)化成十進(jìn)制，取溫度數(shù)組的高兩位（即整數(shù)部分）寫入發(fā)送數(shù)據(jù)數(shù)組，然后初始化nRF24L01，將溫度發(fā)送，其流程圖如圖4-1所示?；趩纹瑱C(jī)的無(wú)線溫度采集監(jiān)測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)(設(shè)計(jì))全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第12頁(yè)。開始基于單片機(jī)的無(wú)線溫度采集監(jiān)測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)(設(shè)計(jì))全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第12頁(yè)。開始初始化從DS18B20讀溫度轉(zhuǎn)換溫度為十進(jìn)制延時(shí)將溫度寫入發(fā)射數(shù)組發(fā)射數(shù)據(jù)圖4-1發(fā)射部分總體流程圖4.2.2接收部分接收部分的總體思路是這樣的，首先還是初始化nRF24L01，然后進(jìn)入大循環(huán)判斷狀態(tài)寄存器是否有接收中斷[10]。如果有就從FIFO_buffer讀入二進(jìn)制數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制在數(shù)碼管上顯示出來(lái)，其流程圖如圖4-2所示。開始初始化判斷接收中斷RX_FIF0buffer讀數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)碼管顯示開始初始化判斷接收中斷RX_FIF0buffer讀數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)碼管顯示圖4-2接收部分總體流程圖基于單片機(jī)的無(wú)線溫度采集監(jiān)測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)(設(shè)計(jì))全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第13頁(yè)。4.3子程序設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的無(wú)線溫度采集監(jiān)測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)(設(shè)計(jì))全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第13頁(yè)。單片機(jī)對(duì)NRF24L01無(wú)線模塊以及DS18B20進(jìn)行初始化之后，從DS18B20讀取溫度數(shù)據(jù)。然后經(jīng)過溫度處理后通過調(diào)用無(wú)線發(fā)送程序?qū)囟葦?shù)據(jù)發(fā)送給接收端。4.3.1溫度監(jiān)測(cè)模塊軟件溫度監(jiān)測(cè)模塊軟件設(shè)計(jì)DS18B20的測(cè)溫的原理嚴(yán)格的遵守單總線協(xié)議，用來(lái)確保通信數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，單片機(jī)可以通過時(shí)序?qū)懭肱c讀出DS18B20中的一些數(shù)據(jù)，其中包含初始化、讀l、讀0，寫1、寫0等操作[11]。傳感器在復(fù)位后，接收應(yīng)答的信號(hào)，跳過讀ROM中序列號(hào)后，啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換，在等待溫度轉(zhuǎn)換完畢后，保存數(shù)據(jù)。如此反復(fù)，完成所有操作，其流程圖如圖4-3所示。圖4-3溫度檢測(cè)軟件流程圖4.3.2無(wú)線發(fā)射模塊軟件設(shè)計(jì)首先將進(jìn)行初始化的操作，初始化包含設(shè)置單片機(jī)I／O與SPI相關(guān)寄存器兩部分內(nèi)容，其可以與nRF24L01進(jìn)行通信。在通過SPI總線配置射頻芯片讓其進(jìn)入正確的工作模式。在發(fā)射數(shù)據(jù)的時(shí)后，要首先將nRF24L01配置成發(fā)射模式。再把發(fā)送端待發(fā)射數(shù)據(jù)的目標(biāo)地址TX—ADDR與數(shù)據(jù)TX—PLD寫入nRF24L01緩沖區(qū)，延時(shí)后發(fā)射數(shù)據(jù)，其流程圖如圖4-4所示?；趩纹瑱C(jī)的無(wú)線溫度采集監(jiān)測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)(設(shè)計(jì))全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第14頁(yè)。開始初始化置底CE基于單片機(jī)的無(wú)線溫度采集監(jiān)測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)(設(shè)計(jì))全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第14頁(yè)。開始初始化置底CE寫入發(fā)送地址寫入接收地址寫入發(fā)送數(shù)局?jǐn)?shù)據(jù)通道0允許設(shè)置工作頻率設(shè)置數(shù)據(jù)傳輸率與功率CE置高延時(shí)CE置底清狀態(tài)寄存器圖4-4無(wú)線發(fā)射軟件流程圖4.3.3無(wú)線接收模塊軟件設(shè)計(jì)接收數(shù)據(jù)的時(shí)后，先將nRF24L01配置成接收模式。再將延遲進(jìn)入接收狀態(tài)來(lái)等待數(shù)據(jù)到來(lái)。當(dāng)接收方監(jiān)測(cè)到有效的地址與CRC時(shí)，就把數(shù)據(jù)包儲(chǔ)存在接收堆棧中，同時(shí)將狀態(tài)寄存器中的中斷標(biāo)志位RX—DR置高，在產(chǎn)生中斷讓IRQ引腳變成低電平，以便告知MCU去取數(shù)據(jù)，其流程圖如圖4-5所示。開始開始初始化CE置底寫入接收地址打開接收通道設(shè)置工作頻率設(shè)置接收數(shù)據(jù)寬度寫入發(fā)射功率與數(shù)據(jù)傳輸率CE置高判斷接收中斷讀接收數(shù)據(jù)是否圖4-5無(wú)線接收軟件流程圖4.3.4顯示模塊軟件設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的無(wú)線溫度采集監(jiān)測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)(設(shè)計(jì))全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第15頁(yè)。LCD1602顯示程序，首先進(jìn)行1602的初始化，然后就是執(zhí)行寫命令和寫數(shù)據(jù)這兩個(gè)子函數(shù)，實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示和按鍵操作的動(dòng)態(tài)顯示。基于單片機(jī)的無(wú)線溫度采集監(jiān)測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)(設(shè)計(jì))全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第15頁(yè)。5硬件功能實(shí)現(xiàn)5.1系統(tǒng)調(diào)試在完成硬件電路的焊接后。首先先將接收端STC89C52單片機(jī)燒入1602顯示程序，檢驗(yàn)1602液晶顯示有沒有問題。再將其中一片STC89C52與四位數(shù)碼管及溫度傳感器DS18B20相連，寫入測(cè)量溫度的程序。測(cè)試DS18B20部分硬件及軟件部分是否好使。然后將nRF24L01的收發(fā)部分分別與兩片STC89C52相連，寫入發(fā)射一個(gè)常數(shù)的程序，檢測(cè)收發(fā)模塊及程序是否好使。最后將顯示、收發(fā)、溫度檢測(cè)程序整合，檢測(cè)系統(tǒng)是否能將發(fā)送端的溫度值測(cè)量出來(lái)發(fā)送到接收端在數(shù)碼管上顯示出來(lái)。5.2調(diào)試結(jié)果本系統(tǒng)采用的是單點(diǎn)通信傳輸溫度數(shù)據(jù)。溫度采集端采集溫度并發(fā)送至接收端，由LCD1602顯示當(dāng)前溫度。當(dāng)采集端傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，信號(hào)指示燈閃爍。并且接收端接收數(shù)據(jù)時(shí)信號(hào)指示燈亦閃爍。如果將溫度上下限調(diào)為10℃至30℃時(shí)，LCD1602顯示當(dāng)前監(jiān)測(cè)到的溫度，如圖5-1所示。圖5-1接收端接收到數(shù)據(jù)并顯示在LCD1602上當(dāng)人工設(shè)置溫度范圍為10℃至25℃時(shí)，當(dāng)前溫度超過所設(shè)上下值，蜂鳴器報(bào)警同時(shí)指示燈閃爍，如圖5-2所示。圖5-2溫度超過上下值報(bào)警器報(bào)警基于單片機(jī)的無(wú)線溫度采集監(jiān)測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)(設(shè)計(jì))全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第16頁(yè)。6總結(jié)基于單片機(jī)的無(wú)線溫度采集監(jiān)測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)(設(shè)計(jì))全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第16頁(yè)。本文中無(wú)線溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在智能控的制方面，應(yīng)用了單片機(jī)STC89C52作為系統(tǒng)控制的核心，最大限度的將具備的資源采用到設(shè)計(jì)中，既體現(xiàn)了單片機(jī)最小系統(tǒng)的應(yīng)用的靈活性，又實(shí)現(xiàn)功能多樣智能控制。因?yàn)椴捎脝纹瑱C(jī)技術(shù)作為主導(dǎo)的智能化得管理，可實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的動(dòng)態(tài)得監(jiān)控，運(yùn)行既穩(wěn)定可靠，又靈敏度高，具有非常重要的市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值。在實(shí)際使用中，適合環(huán)境復(fù)雜不適合布線的溫度采集。通過本次研究，加深了解傳感器DS18B20的結(jié)構(gòu)特征及其工作原理?；贒S18B20數(shù)字溫度傳感器構(gòu)成的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)確實(shí)具有精度高、抗干擾能力強(qiáng)、電路簡(jiǎn)單等諸多優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，對(duì)于單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理有更深層的掌握。單片機(jī)的語(yǔ)言編程理論知識(shí)并不深?yuàn)W，但在實(shí)際編程中沒那么簡(jiǎn)單，更多需要融入個(gè)人的編程思路和算法。在本次研究中，程序通過不斷的檢查、修改，對(duì)實(shí)際動(dòng)手編寫有深切的感悟。在對(duì)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，利用所學(xué)的基本理論和查閱的相關(guān)資料，實(shí)現(xiàn)對(duì)其的硬件電路和軟件程序的設(shè)計(jì)，做到與實(shí)際相結(jié)合。對(duì)于將來(lái)在工作與學(xué)習(xí)中應(yīng)用單片機(jī)有較大的幫助。在大學(xué)四年的學(xué)習(xí)期間，老師們給予了很多耐心的指導(dǎo)和幫助，讓我掌握了基本的理論知識(shí)。在本次設(shè)計(jì)中，給我了不少寶貴的建議，引導(dǎo)我如何去做。在同學(xué)的幫助下，老師不厭其煩的修改中，使我順利完全了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)。參考文獻(xiàn)[1]孫育才.MCS-51系列單片微型計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用.南京：東南大學(xué)出版社2004[2]何利民.單片機(jī)原理及接口技術(shù).北京：北京航空航天大學(xué)出版社2005[3]彭為,黃科.單片機(jī)典型系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京：電子工業(yè)出版社2006[4]時(shí)志云,蓋建平,王代華,張志杰.新型高速無(wú)線射頻器件nRF24L01及其應(yīng)用.國(guó)外電子元器件2007[5]孟憲玲.淺析數(shù)字溫度傳感器DS18B20的應(yīng)用.中國(guó)科技信息.2007年03期[6]北京教育科學(xué)研究院.無(wú)線電技術(shù)基礎(chǔ).北京:人民郵電出版社2005[7]許昌鈴.LED顯示屏系統(tǒng)原理及工程技術(shù).北京:電子科技大學(xué)出版社2000[8]清源科技.Ptotel99SE電路原理圖與PCB設(shè)計(jì)及仿真.北京：機(jī)械工業(yè)出版社2007[9]程德福,王君,凌振寶,王言章.傳感器原理及應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社2007[10]郭天祥.新概念51單片機(jī)C語(yǔ)言教程.北京：電子工業(yè)出版社2009[11]張宏建.自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)與裝置(第二版).北京:化學(xué)工業(yè)出版社2007基于單片機(jī)的無(wú)線溫度采集監(jiān)測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)(設(shè)計(jì))全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第17頁(yè)。附錄一原理圖基于單片機(jī)的無(wú)線溫度采集監(jiān)測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)(設(shè)計(jì))全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第17頁(yè)。圖1發(fā)射端電路圖基于單片機(jī)的無(wú)線溫度采集監(jiān)測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)(設(shè)計(jì))全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第18頁(yè)?；趩纹瑱C(jī)的無(wú)線溫度采集監(jiān)測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)(設(shè)計(jì))全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第18頁(yè)。圖2接收端電路圖基于單片機(jī)的無(wú)線溫度采集監(jiān)測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)(設(shè)計(jì))全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第19頁(yè)。附錄二部分系統(tǒng)程序源代碼基于單片機(jī)的無(wú)線溫度采集監(jiān)測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)(設(shè)計(jì))全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第19頁(yè)。#include<reg52.h> //調(diào)用單片機(jī)頭文件#defineucharunsignedchar//無(wú)符號(hào)字符型宏定義 變量范圍0~255#defineuintunsignedint //無(wú)符號(hào)整型宏定義 變量范圍0~65535#include"nrf24l01.H"sbitdq=P2^6; //18b20IO口的定義uinttemperature;//溫度變量sbitled=P2^7;/***********************1ms延時(shí)函數(shù)*****************************/voiddelay_1ms(uintq){ uinti,j; for(i=0;i<q;i++) for(j=0;j<120;j++);}/***********************小延時(shí)函數(shù)*****************************/voiddelay_uint(uintq){ while(q--);}/***********************18b20初始化函數(shù)*****************************/voidinit_18b20(){ bitq; dq=1; //把總線拿高 delay_uint(1); //15us dq=0; //給復(fù)位脈沖 delay_uint(80); //750us dq=1; //把總線拿高等待基于單片機(jī)的無(wú)線溫度采集監(jiān)測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)(設(shè)計(jì))全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第20頁(yè)。 delay_uint(10); //110us基于單片機(jī)的無(wú)線溫度采集監(jiān)測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)(設(shè)計(jì))全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第20頁(yè)。 q=dq; //讀取18b20初始化信號(hào) delay_uint(20); //200us dq=1; //把總線拿高釋放總線}/*************寫18b20內(nèi)的數(shù)據(jù)***************/voidwrite_18b20(uchardat){ uchari; for(i=0;i<8;i++) { //寫數(shù)據(jù)是低位開始 dq=0; //把總線拿低寫時(shí)間隙開始 dq=dat&0x01;//向18b20總線寫數(shù)據(jù)了 delay_uint