基于單片機的無線測溫系統(tǒng)設計

王獻合,黃巧巧,田麗娜　（湖北文理學院理工學院,湖北　襄陽　441025）

基于單片機的無線測溫系統(tǒng)設計

王獻合,黃巧巧,田麗娜
（湖北文理學院理工學院,湖北襄陽441025）

基于STC89C52單片機設計無線測溫系統(tǒng)，實現(xiàn)無線通信。該設計用傳感器采集數(shù)據(jù)后，反饋給單片機并顯示實時的溫度值，當溫度超出范圍時接收端的單片機控制蜂鳴器使其報警。此設計具有實時監(jiān)控系統(tǒng)精度高、抗干擾能力強、傳輸速率高、通信穩(wěn)定和使用方便等特點。

單片機；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)測點處于危險的環(huán)境時，考慮人員的安全，為此，本文研究了一種基于基于單片機的無線測溫系統(tǒng)。

1　無線測溫系統(tǒng)總體設計

無線測溫系統(tǒng)由測量發(fā)送和主控接收兩個分系統(tǒng)分構(gòu)成。各分系統(tǒng)設計原理如圖1和圖2所示。當系統(tǒng)開始工作時，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)場溫度的實時測量，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)，并對其進行顯示報警等處理。

2　系統(tǒng)硬件設計

2.1單片機系統(tǒng)

測量發(fā)送分系統(tǒng)的核心器件有單片機構(gòu)成，主要進行溫度數(shù)據(jù)采集工作。本系統(tǒng)選用單片機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存儲器。單片機控制模塊由STC89C52最小系統(tǒng)組成，由STC89C52單片機，晶振電路和復位電路等構(gòu)成。本設計時鐘頻率有晶振電路提供，晶振電路由兩個30pF電容元件和一個11.0592MHz晶體振蕩器構(gòu)成，連接單片機的X1、X2引腳。滿足溫度數(shù)據(jù)采集的實時性要求。X1，X2接外部振蕩電路，RESET端接復位電路，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，可以滿足多點通信和跳頻通信的需要。最高工作速率達2Mb/s，高效GFSK調(diào)制方式，內(nèi)置硬件CRC檢錯和點對多點通信地址控制，提高了數(shù)據(jù)抗突發(fā)干擾和隨機干擾的能力,其可靠傳輸距離1000米。該模塊地址可以由軟件進行自由設置，只有接收到本模塊地址時才能進行傳輸數(shù)據(jù)，進而直接與各系列的單片機相接，其軟件編程較為方便。

數(shù)據(jù)傳送過程，首先要將NRF24L01設置成發(fā)射模式，然后把接收數(shù)據(jù)的節(jié)點地址（TX_ADDR）以及發(fā)送的數(shù)據(jù)（TX_PLD）按照一定的時序從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才能連續(xù)寫入，而節(jié)點地址只需在發(fā)射時寫入一次，接著把CE設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)；若自動應答開啟，則NRF24L01發(fā)射完數(shù)據(jù)后馬上進入接收模式狀態(tài)，等待接收應答信號。當收到應答信號，就完成通信成功，把TX_DS置高，此時發(fā)送的數(shù)據(jù)將從TXFIFO中清除；假如沒有收到應答信號，NRF24L01將會自動重新發(fā)射數(shù)據(jù)，并對重發(fā)次數(shù)進行計數(shù)加1，當重發(fā)次數(shù)達到上限時，將MAX_RT設置為高電平，同時TXFIFO中的數(shù)據(jù)保留以便再次重發(fā)；當MAX_ RT和TX_DS其中一個設置高電平時，使IRQ變?yōu)榈碗娖剑l(fā)生中斷，通知MCU。當數(shù)據(jù)發(fā)射成功時，如果此刻CE為低電平，那么NRF24L01就進入空閑模式1；如果發(fā)送堆棧中有數(shù)據(jù)同時CE為高電平，則進行再次發(fā)射，若發(fā)送堆棧中無數(shù)據(jù)同時CE為高電平，將進入空閑模式2。

數(shù)據(jù)接收過程，首先把NRF24L01設置為接收模式，經(jīng)130微秒延遲后進入等待接收數(shù)據(jù)狀態(tài)。當收到有效的地址和效驗碼時，NRF24L01將會自動把接收的數(shù)據(jù)存儲在RXFIFO中，于此同時把中斷標志位設置成高電平，IRQ設置為低電平，產(chǎn)生中斷，通知MCU讀取數(shù)據(jù)。若此時自動應答開啟，接收端將進入發(fā)射狀態(tài)并且回傳應答信號。如果接收成功，并且CE變低電平，則NRF24L01模塊進入空閑模式。本設計無線模塊由單片機端口P2口控制。

2.3溫度采集傳感器的硬件設計

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，精度高的特點。適用于各種狹小空間設備數(shù)字測溫和控制領域。經(jīng)濟、方便。溫度采集由DS18B20的DQ端接入單片機P0.0口。

2.4顯示模塊和報警電路

本設計的接收系統(tǒng)采用液晶顯示模塊LCD1602顯示測量數(shù)據(jù)，單片機端口P0由上拉電阻提高驅(qū)動能力，進行數(shù)據(jù)輸出并作為LCD的驅(qū)動。LCD1602顯示模塊數(shù)據(jù)端接單片機P0口，RS，RW，E分別接單片機的P3.5、P3.6、P3.4。

當外界溫度超過預設溫度的上、下限時，會自動報警。由蜂鳴器下拉三極管組成實現(xiàn)報警功能。

2.5電源模塊電路設計

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)軟件設計

本系統(tǒng)的軟件設計分為接受和發(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。發(fā)送部分主要是對溫度傳感器上采集來的數(shù)據(jù)進行處理，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)進行處理并在液晶顯示頻上顯示，同時判斷溫度值是否超出設定的安全區(qū)間，當溫度值不在安全范圍內(nèi)時，蜂鳴器報警，接收部分流程圖見圖5。

4　總結(jié)

基于STC89C52單片機的無線測溫系統(tǒng)經(jīng)調(diào)試工作正常。實驗結(jié)果表明,實時監(jiān)控系統(tǒng)精度高、抗干擾能力強，傳輸信號的距離較遠，能滿足較多的應用場合，且數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃愿摺１鞠到y(tǒng)軟、硬件設計完善，可靠性高，使用方便。

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