基于單片機的無線遠程溫度檢測系統設計

侯澤振，張　麗，賁永青（.宿州學院　機械與電子工程學院，安徽　宿州　34000；.臨沂市科技館，山東　臨沂　76037）

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基于單片機的無線遠程溫度檢測系統設計

侯澤振1，張麗2，賁永青1
（1.宿州學院機械與電子工程學院，安徽宿州234000；2.臨沂市科技館，山東臨沂276037）

摘要：設計以STC89C52單片機為本系統主控芯片的無線遠程實時溫度測量系統的設計.從機能夠根據溫度傳感器DS18B20所采集的若干數據以此來獲取溫度,并通過NRF24L01無線收發芯片發送到主機,主機接收并處理后通過LCD1602液晶顯示屏顯示,并且可以與設定好的溫度上下限進行比較，實現遠程實時溫度測量預警.該設計可以用來幫助人們從事一些復雜的環境溫度測量和監控工作,從而節約人力資源.

關鍵詞:STC89C52；無線遠程；DS18B20；NRF24L01；LCD1602；溫度測量預警

1　引言

隨著科技的進步，工業生產控制日益趨于自動化和無人化，比如在一些領域的溫度可能會較高或較低，并且現場也會較復雜，這種情況下，人無法靠近或者現場無需人力來進行監控.因此，設計一個較為通用的遠程溫度控制系統具有重要意義.目前，溫度測量控制系統在工業、農業，及人們日常生活中扮演著一個越來越重要的角色，許多產品對溫度測量范圍要求比較嚴格，而由于目前市場上普遍存在的溫度檢測儀器大都存在諸多缺陷，比如溫度傳遞信息不夠及時、精度達不到等缺點，極不利于工業控制者根據溫度變化而及時采取相應措施，因此在以單片機為基礎的數據采集和實時控制系統中，基于單片機的無線遠程溫度檢測系統愈顯重要，成為未來及現在溫度測量及溫度數據采集技術的發展趨勢.

2　無線遠程溫度檢測系統的創新點

本項目是基于單片機的溫度測量系統，該系統能夠非常方便地實現溫度采集和顯示.它的使用很方便，具有靈敏度高，量程寬，精度高，功耗低，積小等優點，適用于工農業生產中和我們日常生活中的溫度測量.（比如放在學校，家庭中，辦公室等測量室溫并顯示或者可在工廠里做測溫的裝置等）.同時也能夠作為溫度處理模塊而嵌入到其他系統中，成為其他子系統的輔助擴展模塊.總體而言，該系統可用于多種場合，既方便又實用.其最大特點是可以在人不便能達到的地方進行無線遠程溫度檢測.在基于單片機的無線遠程溫度檢測系統設計中，“無線、遠程”是一創新點，可以在人不便能達到的地方進行無線遠程溫度檢測，且在該設計中，無線傳播的距離良好，適宜在多種工業生產中應用.

3　本系統整體的設計方案

該系統主要包括單片機控制模塊，液晶顯示模塊，溫度采集模塊，無線傳送模塊，溫度報警模塊和溫度上下限設置模塊等六大部分.

以下為系統總框圖：

4　系統硬件構成及各部分功能

4.1STC89C52主控芯片

STC89C52單片機是STC公司生產的一種高性能、低功耗CMOS8位微控制處理器，具有較為靈巧的8位CPU和系統可編程Flash存儲器，具有以下標準功能：512字節RAM，8k字節Flash，看門狗定時器，MAX810復位電路，內置4KBEEPROM，4個外部中斷，3個16位定時器/計數器，全雙工串行口,32位I/O口線等[1].其處理速度快，能夠滿足系統對數據處理的要求.

4.2系統溫度采集模塊

溫度數字傳感器DS18B20采集，測溫分辨頻率可達到很高，被測溫度數據用符號擴展的16位補碼數據形式串行輸出.CPU占用微處理器的端口較少，只需要一根端口便可與DS18B20進行通信，可節省大量的邏輯電路和引線.

4.3系統溫度上下限預警設置模塊

該模塊共包括有三個操作按鍵：（1）溫度上下限減少鍵：功能是減少上下限溫度值.（2）溫度上下限增加鍵：功能是增加上下限溫度值.（3）模式切換鍵：進行模式之間的切換，模式包括上限溫度值設置模式，下限溫度值設置模式，按鍵每次按下實現這兩個模式之間的切換.

4.4NRF24L01無線傳送模塊

該模塊由分別位于主機和從機上的兩個NRF24L01芯片組成，主要完成溫度的傳達.

NRF24L01是一款新型的單片射頻收發器件，其工作頻段于2.4GHz～2.5GHzISM.內置功率放大器、頻率合成器、調制器、晶體振蕩器等功能模塊，并且嵌入了增強型Shock-Burst技術，其中通信頻道和輸出功率能夠通過軟件程序來進行配置.NRF24L01功耗較低，即使在以-6dBm的功率發射工作時，其工作電流也只有9mA；接收模式時，工作電流只有12.3mA，多種低功率工作模式（空閑模式和掉電模式）使節能設計更為方便.

其主要特點為：

硬件集成OSI鏈路層;

GFSK調制：

CRC校驗碼和片內自動生成報頭;

自動再發射功能和具有自動應答;

SPI速率為0～10Mb/s;

數據傳輸率為lMb/s或2Mb/s;

與其他NRF24系列射頻器件相兼容;

125個頻道；

供電電壓為1.9V～3.6V；

QFN20引腳4mm×4mm封裝[2].

4.5系統供電模塊

系統利用5VUSB電源線給主系統供電.將電源線插入電腦USB接口或手機充電寶USB接口即可實現對本系統的供電，當然也可以利用5V電源插頭給系統供電.低壓供電、高效率運行是本系統的又一創新點.

4.6無線NRF24L01供電模塊

用AMS11173.3V芯片將主系統5V電轉化為3.3V電給無線NRF24L01模塊供電.

4.7LCD1602液晶顯示模塊

為了更直觀的監控區域的溫度情況，系統采用16*2點陣液晶顯示屏進行顯示監控，利用單片機的數據端口來控制液晶顯示器,即液晶作為外部存儲設備的使用,配置讀寫控制信號序列,指定特定的指針就可實現液晶讀寫數據的這種方式,使液晶的操作得到簡化,同時提高了內部讀取數據的速度.

5　實驗結果及分析

通過對本系統的實際操作，測量某處的溫度時，利用NRF24L01無線傳輸模塊能夠將溫度傳感器測得的數據遠程傳送到另一個地方，并當溫度值超出或低于設定溫度值時，蜂鳴器會發出響聲來報警，實現了本系統設計的無線溫度傳輸及報警功能.本系統的設計非常適用于危險或人不便能達到的地方進行無線遠程溫度檢測，極大地節約了人力資源，具有廣闊的發展前景.

參考文獻：

〔1〕何立民.MCS-51系列單片機應用系統設計[M].北京：北京航空航天大學出版社，1990.

收稿日期：2015年11月23日

中圖分類號：TP393

文獻標識碼：A

文章編號：1673-260X（2016）01-0036-02