基于單片機(jī)的無線測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王獻(xiàn)合,黃巧巧,田麗娜?。ê蔽睦韺W(xué)院理工學(xué)院,湖北　襄陽　441025）

基于單片機(jī)的無線測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王獻(xiàn)合,黃巧巧,田麗娜
（湖北文理學(xué)院理工學(xué)院,湖北襄陽441025）

基于STC89C52單片機(jī)設(shè)計(jì)無線測(cè)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)。

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(cè)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(cè)溫系統(tǒng)。

1　無線測(cè)溫系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

無線測(cè)溫系統(tǒng)由測(cè)量發(fā)送和主控接收兩個(gè)分系統(tǒng)分構(gòu)成。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(cè)量控制指令，測(cè)量發(fā)送系統(tǒng)按照指令執(zhí)行現(xiàn)場(chǎng)溫度的實(shí)時(shí)測(cè)量，然后無線模塊把測(cè)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(cè)量數(shù)據(jù)，并對(duì)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(cè)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STC89C52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。

2.2NRF24L01無線模塊

采用NRF24L01做無線模塊，NRF24L01使用頻段是2.4GHz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檢錯(cuò)和點(diǎn)對(duì)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)130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(hào)。當(dāng)收到應(yīng)答信號(hào)，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TXFIFO中清除；假如沒有收到應(yīng)答信號(hào)，NRF24L01將會(huì)自動(dòng)重新發(fā)射數(shù)據(jù)，并對(duì)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)TXFIFO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RXFIFO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(hào)。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)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(cè)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(cè)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L(zhǎng)CD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。

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LM 1117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(cè)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(duì)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(duì)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5。

4　總結(jié)

基于STC89C52單片機(jī)的無線測(cè)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(hào)的距離較遠(yuǎn)，能滿足較多的應(yīng)用場(chǎng)合，且數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃愿?。本系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計(jì)完善，可靠性高，使用方便。

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王獻(xiàn)合（1983—），男，河南范縣人，本科，助理工程師，研究方向;無線通信。