基于C51的無線溫度測控系統(tǒng)

基于C51的無線溫度測控系統(tǒng)【摘要】為了解決傳統(tǒng)溫度的調控不方便、不能夠實時控制的問題，因此我設計了一款無線溫度測控系統(tǒng)，它能夠自動調控室內的溫度，當溫度低于所設定的閾值時，此系統(tǒng)會自動打開加熱片來提升溫度，當溫度超過所設定的閾值時，此系統(tǒng)會自動打開風扇來降低室內溫度，從而使室內一直保持在一個適宜的溫度區(qū)間。在此系統(tǒng)上，我搭載了單片機最小系統(tǒng)、按鍵控制電路、溫度檢測電路、蜂鳴器報警電路和藍牙傳輸電路，設計了一款無線溫度測控系統(tǒng)，它可以實時監(jiān)控室內溫度，并且將數據顯示在OLED屏上，同時將數據傳輸到手機上，當溫度超過或低于設定的閾值后，蜂鳴器報警模塊可以發(fā)出警報，同時系統(tǒng)啟動風扇或加熱片進行溫度調控，此系統(tǒng)推進了高質量生活的發(fā)展以及減少了電力資源的浪費，對高質量生活有一定的推動作用。關鍵詞：無線傳輸，溫度監(jiān)測，控制系統(tǒng)；

目錄一、引言 1（一）溫度測控系統(tǒng)發(fā)展背景與現狀 （二）主要設計內容 二、系統(tǒng)設計方案 一、引言（一）溫度控制系統(tǒng)發(fā)展背景與現狀溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展背景可以追溯到19世紀，當時的蒸汽機、鍋爐等機械設備需要通過調節(jié)溫度來控制其工作狀態(tài)。20世紀初期，隨著電氣技術的發(fā)展，人們開始使用溫控器、傳感器等科技手段來進行室內溫度的控制。在20世紀后半葉，隨著計算機技術和智能化技術的飛速發(fā)展，控制系統(tǒng)逐漸趨向于智能化和自動化?，F代溫度控制系統(tǒng)不僅能夠實現遠程監(jiān)控和管理，還可以與其他環(huán)境控制系統(tǒng)如通風、空氣質量等互聯(lián)。隨著各個行業(yè)對提高生產效率和產品質量的需求，溫度控制系統(tǒng)的應用范圍也在不斷擴大，例如工業(yè)生產、車間空調、家庭空調等領域都有廣泛的應用。同時，隨著全球氣候變暖和環(huán)保節(jié)能意識的增強，新型溫度控制系統(tǒng)涌現出來，如可再生能源加熱系統(tǒng)、智能溫控遙控系統(tǒng)等，這些創(chuàng)新性技術將會極大地推動溫度控制系統(tǒng)的實現方式和發(fā)展方向。溫度控制系統(tǒng)在近年來得到了廣泛的發(fā)展和應用，主要表現在以下幾個方面：1.智能化程度不斷提高：隨著傳感器技術、計算機軟硬件技術、通信技術等的進步，溫度控制系統(tǒng)的智能化程度越來越高。現代溫度控制系統(tǒng)可以通過物聯(lián)網等技術實現遠程監(jiān)控和管理，自適應學習技術可以讓溫度控制系統(tǒng)更好地實現溫度預測。2.能效比不斷提高：節(jié)能降耗是當前全球熱能領域的熱點問題，溫度控制系統(tǒng)也在不斷探索新的節(jié)能技術。例如，人體感知技術、低功率電子技術、可再生能源的利用等技術手段都有望極大地提高溫度控制系統(tǒng)的能效比。3.應用場景逐漸擴展：溫度控制系統(tǒng)的適用場景從傳統(tǒng)的空調、暖氣等舒適性環(huán)境溫控向工業(yè)制冷、醫(yī)療保健、科研實驗等不同領域延伸。這些新的應用領域給溫度控制系統(tǒng)帶來了新的需求和挑戰(zhàn)，同時也促進溫度控制系統(tǒng)技術的進一步發(fā)展。總之，溫度控制系統(tǒng)正處于不斷創(chuàng)新和發(fā)展的階段，智能化、節(jié)能化、自適應等技術成為其重要的發(fā)展方向。隨著科技的不斷進步以及各行業(yè)對于熱能控制需求的深入，溫度控制系統(tǒng)未來將會呈現出更廣泛的應用場景并實現更高水平的發(fā)展。（二）主要設計內容本次設計的無線溫度測控系統(tǒng)采用了溫度傳感器用來檢測空氣溫度，當溫度超過設定閾值時，系統(tǒng)會自動進行報警，蜂鳴器開始鳴叫并同時打開風扇或加熱片來調控溫度，為了方便用戶查看室內溫度數據，還設計了藍牙模塊實時進行人機交互。該系統(tǒng)主要功能有以下幾點：（1）對環(huán)境溫度進行實時的檢測；（2）OLED液晶顯示模塊可以實時顯示環(huán)境中的溫度數據；（3）設計有按鍵可以調節(jié)溫度的閾值，當溫度超出閾值時就會報警并進行調控；（4）單片機收集到的環(huán)境數據，通過藍牙模塊進行實時人機交互；

二、系統(tǒng)設計方案（一）設計思路本次設計的大棚溫度控制系統(tǒng)主要由3個部分組成，分別是溫度檢測模塊和溫度數據顯示模塊以及報警模塊構成,該系統(tǒng)使用了STC8G2K64S4單片機作為系統(tǒng)的主控核心，系統(tǒng)結構圖如圖1-1所示。系統(tǒng)的溫度數據檢測模塊使用了DBS18B20傳感器來實現，數據通過AD數模轉換后再傳輸給STC8G2K64S4單片機，單片機在接收到溫度數據后，會將其顯示在OLED液晶顯示模塊上，用戶可以通過系統(tǒng)開關來設計溫度的閾值，當系統(tǒng)檢測到當前的溫度超過閾值時，便會控制蜂鳴器啟動進行報警提示并且進行溫度調控，JDY-31藍牙模塊可以實現STC8G2K64S4單片機與手機之間的信息傳輸，STC8G2K64S4單片機會將收集到的溫度數據通過無線串口發(fā)送至手機以便于顯示。圖1-1系統(tǒng)結構圖（二）系統(tǒng)構成在進行基于STC8G2K64S4單片機無線溫度測控系統(tǒng)的設計時，共分為2部分，分別是硬件設計部分和軟件設計部分。硬件部分包括系統(tǒng)主控核心的選擇、溫度傳感器選擇、藍牙模塊的選擇和一些其它電子元器件的選擇。在確定好無線溫度系統(tǒng)的所需元器件后，便可以進行該系統(tǒng)電子電路的設計，設計時應確保電路走向正確路線通暢。完成電路圖的設計后，便可以基于STC8G2K64S4單片機進行無線溫度測控系統(tǒng)的焊接工作，將元器件組裝成一個完成的系統(tǒng)。系統(tǒng)的硬件部分設計完成后，接下來便開始進行系統(tǒng)軟件的設計，使系統(tǒng)各部件統(tǒng)一運行起來。系統(tǒng)程序的編寫需要用到KEIL軟件，該軟件內部集成了各種調試和編譯的工具，還可以方便的進行程序的仿真調試。程序使用C語言來進行編寫，測試完成后即可將hex文件燒錄進STC8G2K64S4單片機內，以此來對無線溫度測控系統(tǒng)進行調試。三、系統(tǒng)硬件部分設計（一）單片機最小系統(tǒng)本次設計的無線溫度測控系統(tǒng)選用了STC8G2K64S4單片機，STC8G2K64S4是一款由STC微電子（北京）有限公司推出的單片機芯片。該芯片基于高性能8051內核，采用了先進的CMOS工藝，并具有低功耗、高響應等特點。以下是其主要特性：1.主頻高達40MHz。2.內置64KBFlash存儲器，可實現大容量程序存儲和快速啟動。3.4KBRAM，支持數據緩存和運算處理。4.支持多種定時器/計數器，同時具備多種輸入輸出模式，且易于擴展。5.雙串口、SPI接口、I2C總線控制器等各種通信接口集成在芯片上。STC8G2K64S4的復位電路只要包括兩個方面，1.通過外部晶體震蕩的自動復位:單片機在上電或者出現異常情況時（如噪聲、干擾等），內部晶振電路無法穩(wěn)定工作，此時晶體振蕩器會自動啟動復位電路使芯片重新初始化整個系統(tǒng)。2.通過復位電路引腳RST的手動復位:通過在RST引腳上提供一個低電平脈沖信號或使其接地狀態(tài)，可以強制芯片執(zhí)行復位操作。在某些特殊的應用場合下，需要對單片機進行手動初始化以保證程序正常工作，這種情況下，外部可以加入一個復位按鈕到RST引腳上，在需要的時候按下按鈕即可觸發(fā)手動的復位操作。STC8G2K64S4時鐘電路采用了12倍頻的高速晶體振蕩器作為主時鐘源，經過分頻和多路復用后，產生系統(tǒng)時鐘、串行時鐘和定時器時鐘等各種不同的時鐘信號。具體來說，STC8G2K64S4的時鐘電路與外部元器件包括兩個方面：1.外部高速晶體振蕩器2.內部時鐘預分頻器和選通MULT的硬件倍頻器主控芯片實物如圖2-1所示。圖2-1主控芯片實物（二）按鍵控制電路本次基于STC8G2K64S4單片機設計的無線溫度測控系統(tǒng)，通過4個按鍵來實現對大棚內溫度的實時監(jiān)測，當系統(tǒng)開啟時，OLED液晶顯示屏上顯示室內當前溫度，當SW2被按下時，系統(tǒng)的溫度閾值增加，當SW3被按下時，系統(tǒng)的溫度閾值減小，當SW4被按下時，系統(tǒng)控制風扇打開，當SW5被按下時，系統(tǒng)控制加熱片打開。按鍵的4個開關是為了更好的控制變量，P4.1、P4.2、P4.3、P4.4這4個引腳分別與主控芯片的29、30、31、32引腳相連，方便將數據直接傳輸到芯片，按鍵控制電路如圖3-2所示。圖3-2按鍵控制電路（三）電源電路本次基于STC8G2K64S4單片機設計的無線溫度測控系統(tǒng)，它是一個5V直流輸入，經過一個低壓差穩(wěn)壓器，將5V電壓轉成3.3V電壓，它的工作原理是當輸入電壓進入AMS1117時，該電壓首先通過一個保險開關二極管D1，然后進入一個濾波器，這樣就可以過濾掉電源中的高頻噪聲和漣漪。接下來，經過三個內部誤差放大器進行放大和反饋，在額定負載和輸入電壓范圍內，提供一個穩(wěn)定的輸出電壓。電源降壓電路工作原理如圖3-3所示。圖3-3電源模塊降壓電路（四）報警電路此無線溫度測控系統(tǒng)設置有報警電路，當室內的溫度超過設定的閾值時，蜂鳴器會發(fā)出并且打開風扇來進行降溫。當室內的溫度低于設定的閾值時，蜂鳴器會發(fā)出并且打開加熱片來進行降溫。蜂鳴器報警電路的工作原理如圖3-4所示，三極管的作用是將單片機輸出的電壓與電流放大，單片機輸出的電壓是3.3V，但是蜂鳴器需要的電流是5V，所以需要將輸出的電壓放大到5V，起到了放大電壓的作用，而且單片機輸出的電流很小，達不到蜂鳴器的工作電流，所以也起到了將電流放大的作用。圖3-4蜂鳴器報警電路（五）OLED液晶顯示電路本文所設計的無線溫度測控系統(tǒng)，在系統(tǒng)中添加了一塊顯示屏，便于房主及時了解溫度數據。本系統(tǒng)的選用OLED顯示屏作為顯示工具。選擇OLED屏是因為它比LCD屏有幾個優(yōu)點，1.高亮度和高對比度。OLED屏幕可以自身發(fā)光，因此其亮度非常高，而且黑色表現得深邃、色調明顯，使色彩更加清晰明亮，同時橫向視角范圍廣闊，可以在任何角度觀看。2.超薄輕便。OLED屏幕采用有機薄膜技術制造，厚度僅約為0.1毫米，非常纖薄輕便，便于攜帶和安裝，同時也方便了產品設計師做出靈活的形態(tài)和樣式。3.快速響應速度。OLED屏幕能夠實現超快的像素響應速度，從而解決了傳統(tǒng)LCD屏幕存在的追加、模糊等問題。OLED顯示電路的工作原理如圖3-5所示。圖3-5OLED液晶顯示電路（六）溫度傳感器電路本系統(tǒng)選用DS18B20作為空氣溫度傳感器。DS18B20具有外部電源電壓范圍廣泛，數據存儲功能以及可編程分辨率等特點。選擇DS18B20是因為它有幾個優(yōu)點；1.單總線接口：DS18B20采用單總線接口（即將數據、電源、地線等信號通過一個引腳進行傳輸），可以大大減少系統(tǒng)的復雜度，降低成本，方便集成和設計。2.高精度：DS18B20的測量精度高達±0.5度，適用于精度要求較高的場合，尤其是在工業(yè)自動化和實驗室研究領域中更為突出。3.可靠性：DS18B20內部集成可編程閾值報警功能，在檢測到溫度超出預設范圍時，會產生一個預警信號，避免因異常過熱或過冷對設備造成損壞。同時其不易受外部干擾，抗干擾能力很強。DS18B20的工作原理如圖3-6所示，加入一個4.7kΩ的下拉電阻是為了吸收電流，防止電流過大損壞元器件。圖3-6溫度檢測電路（七）藍牙電路此系統(tǒng)也可以通過藍牙模塊將數據顯示到手機上，使用的是JDY-31藍牙模塊，JDY-31是一款基于藍牙4.0BLE協(xié)議的串口透傳無線通信模塊，主要應用于各種需要低功耗、短距離數據傳輸和透傳的場合。其主要技術特點如下：1.高性價比。JDY-31性價比非常高，價格低廉，且所需元器件較為簡潔。2.低功耗。JDY-31內部采用了超低功耗的TICC2541芯片，通信時候可最大程度節(jié)省電能消耗，長時間工作效果顯著。3.藍牙BLE支持。該模塊使用藍牙BLE（BluetoothLowEnergy）協(xié)議實現數據傳輸，具有快速連接、安全加密和低功耗的優(yōu)點，且相對于傳統(tǒng)藍牙，與外圍設備實時交互更方便靈活。藍牙模塊的工作原理如圖3-7所示,JDY-31采用的是UART通信,藍牙傳感器的TXD接口是數據接受端口，RXD為藍牙模塊的數據發(fā)送端口.圖3-7藍牙模塊四、系統(tǒng)軟件部分設計（一）軟件主程序設計在完成無線溫度測控系統(tǒng)的硬件部分設計后，就可以開始軟件部分設計，在進行設計前，應先將主程序的流程圖設計好，當程序開始運行時，首先由溫度傳感器進行溫度采集，然后將數據顯示到OLED顯示屏上，將發(fā)送的數據與設定的溫度閾值進行比較，如果超過設定的閾值，則蜂鳴器會發(fā)出警報并打開風扇，如果低于設定的閾值，則蜂鳴器會發(fā)出警報并打開加熱片，如果處于設定的閾值范圍內，則繼續(xù)進行上述流程，軟件主程序如圖4-1所示。開始開始單片機復位讀取溫度數據OLED顯示數據藍牙發(fā)送數據NY是否超出閾值是否低于閾值Y蜂鳴器報警

蜂鳴器報警

N打開風扇打開加熱片圖4-1主程序流程圖（二）OLED顯示程序設計OLED液晶顯示模塊負責進行溫度數據顯示及閾值的調節(jié)。系統(tǒng)上電后，顯示模塊會先執(zhí)行初始化程序、屏幕清空、內部存儲清空。初始化完畢后顯示模塊會與STC8G2K64S4單片機維持單向通信，單片機會控制OLED液晶顯示模塊屏幕亮度及內部，延遲一段時間后會持續(xù)的更新環(huán)境數據。用戶可以通過設置按鍵，使OLED液晶顯示模塊進入閾值設計界面，通過按鍵可以控制溫度的報警上限，OLED顯示模塊如圖4-2所示。子程序入口子程序入口OLED初始化MCU發(fā)送檢測的數據OLED讀取數據數據顯示圖4-2顯示模塊流程圖（三）溫度檢測程序設計開始系統(tǒng)初始化讀取溫度數據返回數據開始系統(tǒng)初始化讀取溫度數據返回數據圖4-3溫度顯示模塊流程圖（四）按鍵子程序設計無線溫度測控系統(tǒng)總共設置了5個按鍵，分別是復位按鍵、溫度加減按鍵、風扇鍵和加熱片鍵，點擊溫度加減按鍵即可增加溫度的閾值上限和下限，點擊風扇鍵則會打開風扇對室內進行降溫，點擊加熱按鍵則會打開加熱片對室內進行升溫，點擊復位按鍵則是將溫度閾值初始化，按鍵電路子程序如圖4-4所示。子程序入口子程序入口溫度閾值加溫度閾值減打開風扇打開加熱片按鍵2按鍵3按鍵4按鍵5返回YYYYNNNN圖4-4按鍵子程序流程圖（五）報警子程序設計無線溫度測控系統(tǒng)運行時，單片機會不斷接收到溫度傳感器傳輸回來的數據，并將數據與溫度的閾值進行比較，如果超出閾值，則蜂鳴器發(fā)出警報并且打開風扇，如果低于閾值，則蜂鳴器發(fā)出警報并且打開加熱片，如果處于閾值范圍內，則不發(fā)出警報，報警電路子程序如圖4-5所示開始開始系統(tǒng)初始化是否超出閾值蜂鳴器報警YN是否低于閾值蜂鳴器報警NY打開風扇打開加熱片N圖4-5報警電路流程圖（六）藍牙電路程序設計當無線溫度測控系統(tǒng)運行時，為了能夠遠距離的了解溫度數據，所以需要將溫度數據顯示在手機上，此時，我們就需要建立藍牙模塊與手機之間的通信，藍牙電路子程序工作時，通過藍牙模塊將數據發(fā)送到手機上，藍牙子程序如圖4-6所示。開始開始藍牙模塊初始化是否連接成功Y建立連接N發(fā)送溫度數據圖4-6藍牙模塊流程圖五、溫度測控系統(tǒng)調試當無線溫度測控系統(tǒng)的硬件與軟件部分都設計好后，接下來我們就需要對這套系統(tǒng)進行焊接與調試，首先準備好焊接工具及元器件。并根據原理圖進行單片機電路的焊接工作。元器件焊接的過程中需要注意焊點是否牢固，避免虛焊、漏焊，線路連接是否正確通暢。在完成硬件的焊接后，即可將程序燒錄至單片機里進行功能測試。系統(tǒng)的初次上電前，應注意觀察硬件情況避免出現過熱導致元器件損壞，當出現異常現象時應及時關閉電源，排查問題后再繼續(xù)通電測試。當系統(tǒng)開始運行時，OLED模塊上顯示出當前的濕溫度與溫度閾值，當按鍵2溫度閾值加按鍵被按下后，無線溫度測控系統(tǒng)的溫度閾值增加當按鍵3溫度閾值減按鍵被按下時，無線溫度測控系統(tǒng)的溫度閾值減小，當按鍵4風扇啟動鍵被按下時，系統(tǒng)控制風扇打開，當當按鍵5加熱片啟動鍵被按下時，系統(tǒng)控制加熱片打開，當按鍵1復位按鍵被按下時，程序復位，單片機重新檢測室內溫度，實物調試部分如圖5-1所示。圖5-1實物調試顯示當系統(tǒng)要與藍牙模塊連接時，首先要打開藍牙，然后選擇藍牙模塊進行配對，如圖5-2所示。圖5-2藍牙配對顯示配對完成后就可以打開藍牙串口，然后選擇相應的藍牙設備進行連接，如圖5-3所示。圖5-3藍牙連接顯示連接完成后就可以在藍牙界面看見實時的溫度數據。

總結與展望到此，本次畢業(yè)設計的無線溫度測控系統(tǒng)就基本宣告完成了，經過測試無線溫度測控系統(tǒng)基本符合設計要求，各功能也都得到了實現。但由于時間的關系，本次設計的系統(tǒng)和市面上商用的溫度測控系統(tǒng)還具有明顯的差距，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和功能還需要進一步的提升，希望在以后得時間里可以對該設計進行完善和改進，使其更加貼近實用化。在進行畢業(yè)設計的過程中，使我對單片機有了更加深入的理解，課程中所學的知識大多的是理論層面的，如果將理論知識應用于實際，就非常考驗知識的扎實程度，并大大提升了獨立設計的能力。隨著科技的不斷發(fā)展和用戶需求的提高，無線溫度測控系統(tǒng)還有很大的改進空間。在未來的發(fā)展中，通過結合新技術、提高整體性能和增強用戶體驗，無線溫度測控系統(tǒng)將會呈現出越來越廣闊、多樣化的應用前景。

參考文獻[1]李杉1，庹先國1,2，張貴宇1,2，陳林1.基于STM32的多路溫度采集系統(tǒng)設計[J].四川理工學院學報(自然科學版),2018,第31卷,第3期[2]史緯朋，陳勁杰，葉其含，紀鵬飛.基于單片機的溫度采集和無線傳輸系統(tǒng)設計[J].信息技術,2016,第40卷,第5期[3]盧慶林.基于單片機MPS430F的無線通信系統(tǒng)設計[J].國外電子測量技術,2014,第33卷,第12期[4]鄧海濤，謝莉.基于單片機的多路溫度采集系統(tǒng)設計[J].湖南人文科技學院學報,2014,第5期[5]晏宇.基于單片機的無線溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設計與制作.南昌：南昌大學，2018.

附錄一原理圖

附錄二PCB圖

附錄三元件列表

附錄四源程序#include"stc8g.h"#include"oled.h"#include"bmp.h"#include"intrins.h"#include"onewire.h"sbitSW2=P4^1;sbitSW3=P4^2;sbitSW4=P4^3;sbitSW5=P4^4;sbitLRE=P4^5;sbitHRE=P4^6;sbitBUZZER=P4^0;floatva=15.0;intvaz=0;intvz=0;unsignedintTempH=23;unsignedintTempL=0;chardatas[5];bitbusy;charwptr;charrptr;charbuffer[16];voidUart2Isr()interrupt8{if(S2CON&0x02){S2CON&=~0x02;busy=0;}if(S2CON&0x01){S2CON&=~0x01;buffer[wptr++]=S2BUF;wptr&=0x0f;}}voidUartInit2(void) //9600bps@11.0592MHz{ S2CON=0x50; //8位數據,可變波特率 AUXR|=0x04; //定時器時鐘1T模式 T2L=0xE0; //設置定時初始值 T2H=0xFE; //設置定時初始值 AUXR|=0x10; //定時器2開始計時 wptr=0x00;rptr=0x00;busy=0;}voidUart2Send(chardat){while(busy);busy=1;S2BUF=dat;}voidUart2SendStr(char*p){while(*p){Uart2Send(*p++);}}voidDElay(unsignedintt){ while(--t) {unsignedchari,j; _nop_(); i=2; j=199; do { while(--j); }while(--i);}}voidDelay30ms() { unsignedchari,j,k; _nop_(); _nop_(); i=2; j=175; k=220; do { do { while(--k); }while(--j); }while(--i);}voidDelay40us() { unsignedchari; _nop_(); i=145; while(--i);}voidDelay1000ms() { unsignedchari,j,k; i=57; j=27; k=112; do { do { while(--k); }while(--j); }while(--i);}voidmain(){P_SW2=0x00; P0M0=0x00;P0M1=0x00; P1M0=0x00;P1M1=0x00; P2M0=0x00;P2M1=0x00; P3M0=0x00;P3M1=0x00; P4M0=0x00;P4M1=0x00;P5M0=0x00;P5M1=0x00;P6M0=0x00;P6M1=0x00;P7M0=0x00;P7M1=0x00;UartInit2(); IE2=0x01;EA=1; RSTCFG=0xf0;BUZZER=0; OLED_Init(); OLED_Clear(); Delay1000ms(); while(1) { va=rd_temperature(); vaz=(va*10)/10; OLED_ShowCHinese(0,0,7); OLED_ShowCHinese(16,0,8); OLED_ShowString(32,0,":",16); OLED_ShowNum(40,0,vaz,3,16); OLED_ShowString(64,0,"C",16); OLED_ShowString(0,2,"TH",16); OLED_ShowString(16,2,":",16); OLED_ShowNum(32,2,TempH,2,16); OLED_ShowString(0,4,"TL",16); OLED_ShowString(16,4,":",16); OLED_ShowNum(32,4,TempL,2,16); OLED_