徐長志+陳莉

摘要：該文設計了一個保鮮庫智能溫度監(jiān)控系統(tǒng)，利用傳感器AD590進行溫度數(shù)據(jù)采集，使用單片機STC12C5A進行溫度采樣，AD轉(zhuǎn)換測量、控制、顯示、并在溫度超出控制范圍時報警，通過NRF24L01射頻模塊進行遠程通信、數(shù)據(jù)傳輸、遠程觀察保鮮庫狀態(tài)。硬件設計包括STC12C5A單片機最小系統(tǒng)、測溫電路、數(shù)碼管顯示電路，報警電路、射頻模塊等組成。軟件設計包括主程序、讀出溫度子程序、溫度計算子程序、數(shù)碼管顯示子程序設計。該系統(tǒng)可以實現(xiàn)溫度的采集、顯示，監(jiān)測、溫報警、遠程數(shù)據(jù)傳輸。

關鍵詞：STC12C5A；保鮮庫；AD590；溫度監(jiān)控；遠程監(jiān)控

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）27-0134-03

保鮮庫對環(huán)境溫度有一定的要求，當環(huán)境溫度超出預定溫度時，保鮮庫就不能起到保鮮作用，因此對溫度的檢測，顯示，控制很重要。文獻[1]-[4]設計了基于單片機的溫度檢測或采集系統(tǒng)，達到了對溫度的采集，顯示及控制功能；采用的單片機為DS18B20、 AT89C52或8051，本文采用STC12C5A八位單片機、傳感器AD590、及nRF24L01射頻模塊設計了一

用于溫度遠程控制的遠程監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對環(huán)境溫度的采集、檢測、顯示、報警及遠程數(shù)據(jù)傳輸。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計

系統(tǒng)采用STC12C5A八位機作為微處理控制單元，使用4×4鍵盤將要設定的溫度最高值和最低值數(shù)據(jù)并完成溫度檢測功能的轉(zhuǎn)換，使用溫度傳感器AD590采集溫度信號，將信號送入單片機STC12C5A處理，用LED顯示器顯示環(huán)境溫度，檢測范圍0攝氏度到90攝氏度，設計了報警電路，在環(huán)境溫度超出設定溫度時實現(xiàn)報警，使用射頻模塊nRF24L01進行當前環(huán)境溫度數(shù)據(jù)的遠程傳送。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示：

2 系統(tǒng)硬件設計

2.1 單片機最小系統(tǒng)的設計

STC12C5A單片機是與工業(yè)標準MCS-51指令集和輸出管腳相兼容的單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機，速度高于傳統(tǒng)51單片機8-12倍具有速度高，功耗低，抗干擾能力強等優(yōu)點，同時自帶8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換，。

2.2溫度傳感電路設計

AD590的性能特點：AD590是美國AD公司的單片集成兩端感溫電流源，其輸出電流與絕對溫度成比例。在4V至30V電源電壓范圍內(nèi)，可充當高阻抗，恒流調(diào)節(jié)器，適用于150℃以下的溫度檢測應用。成本低，單芯片集成，無需支持電路，如線性化電路，精密電壓放大器，電阻測量電路或者冷結(jié)補償。

與常用的DS18B20不同，AD590提供高阻抗電流輸出，對長線路上的壓降不敏感，適用于任何絕緣良好的雙絞線，與接受電路的距離可以達到數(shù)百英尺，甚至還可以實現(xiàn)多路的復用，可通過一個CMOS多路復用器進行輸出的切換，特別適合遠程檢測應用，這有利于在大型保鮮庫內(nèi)分散式布置溫度傳感器，并集中控制。

溫度傳感器電路的輸出經(jīng)過電阻產(chǎn)生的壓差送入STC12C5A自帶的ADC，讀出數(shù)值記錄并供單片機處理。

2.3 溫度控制電路的設計

溫度控制電路如圖5所示：將P0.0、P0.1、P0.7端口與三極管的基極連接，用于控制溫度和實現(xiàn)報警。P0.0、P0.1、P0.7端口的輸出為高低電平，將事先設定的溫度值與實際測量溫度值比較，用比較的差值控制P0.0、P0.1、P0.7端口的高低電平，溫度檢測范圍為0攝氏度到90攝氏度檢測范圍，當測量的溫度超過設定的最高溫度時，端口由高電平變成低電平，基極輸入為“0”，這時三極管導通推動報警器和控制電路工作，反之，當端口為高電平時，基極輸入為“1”，三極管不導通，報警器和控制電路都不工作。因此溫度控制電路實際是通過檢測值和設定值控制單片機的P0.0、P0.1、P0.7口的高低電平，用于控制報警器和控制電路就可以控制模擬電路的工作。

2.4顯示電路的設計

采用四位數(shù)碼管設計顯示電路，當位選打開時，送入相應的段碼，則相應的數(shù)碼管打開，關掉位選，打開另一個位選，每次打開關掉相應的位選時，時間間隔低于20ms，人類視覺的角度上看，全部數(shù)碼管是同時顯示的。4位數(shù)碼管由三極管8550驅(qū)動，驅(qū)動電路如圖6所示。

2.5繼電器

繼電器是控制系統(tǒng)中一種重要的元件，它的作用就是按照某種要求接通或斷開控制系統(tǒng)的電路，是根據(jù)某種物理量的變化來改變其觸點狀態(tài)的控制元件。設計中繼電器用來控制加熱和制冷系統(tǒng)。繼電器在控制系統(tǒng)中的作用有兩點：

（1）傳遞信號。它用觸電的轉(zhuǎn)換接通或斷開電路以傳遞控制信號；

（2）功率放大。使繼電器動作的功率通常是非常小的，而被其觸點所控制電路的功率要大得多，因此繼電器電路必須有放大功率的作用，從而可以實現(xiàn)對電路的控制。

2.6 射頻模塊

nRF24L01是一款工作在2.4GHz～2.5GHz的ISM 頻段的單片無線收發(fā)器芯片，極低的電流消耗：當工作在發(fā)射模式下發(fā)射功率為0dBm 時電流消耗為11.3mA ，接收模式時為12.3mA，掉電模式和待機模式下電流消耗更低，既能滿足保鮮庫內(nèi)范圍要求，有能保證較低的功耗，增加續(xù)航。

3系統(tǒng)軟件設計

3.1 主程序流程圖

主程序負責讀出、處理、顯示AD590的測量的當前環(huán)境溫度值，溫度測量每1s進行一次。其程序流程見圖7所示。通過調(diào)用讀溫度子程序把存入內(nèi)存儲中的整數(shù)部分與小數(shù)部分分開存放在不同的兩個單元中，再通過調(diào)用顯示子程序顯示溫度。

3.2 讀出溫度子程序

讀出溫度子程序的主要功能通過ADC采集AD590輸出電流經(jīng)過電阻的電壓，再經(jīng)過測試求出電壓與溫度的關系系數(shù)，從而讀出AD590所處位置的溫度。

3.3 射頻模塊發(fā)射子程序

首先將NRF24L01配置為發(fā)射模式，接著把接收節(jié)點地址TX_ADDR和有效數(shù)據(jù)TX_PLD按照時序由SPI口寫入NRF24L01緩存區(qū)，若自動應答開啟，那么nRF24L01在發(fā)射數(shù)據(jù)后立即進入接收模式，接收應答信號。如果收到應答，則認為此次通信成功，TX_DS置高，同時TX_PLD從TX FIFO中清除；若未收到應答，則自動重新發(fā)射該數(shù)據(jù)，若重發(fā)次數(shù)（ARC）達到上限，MAX_RT置高，TX FIFO中數(shù)據(jù)保留以便再次重發(fā)；MAX_RT或TX_DS置高時，使IRQ變低，產(chǎn)生中斷，通知MCU。最后發(fā)射成功時，若CE為低則NRF24L01進入空閑模式1，結(jié)束通信。

3.4 系統(tǒng)流程圖

本設計主要實現(xiàn)的是在一個封閉的空間的溫度的控制，設計總流程如圖8所示，軟件實現(xiàn)的主要功能是上電顯示“8888”，然后實時顯示溫度，每按一下復位鍵，也顯示“8888”，因設計中用的是非自鎖開關，松手后，立即顯示當前溫度，當前溫度與設置的溫度上下限進行比較，當高于上限時，單片機控制端為低電平，相應的繼電器控制打開，當?shù)陀谙孪迺r，另一繼電器開啟。

3.5 顯示程序設計

顯示程序采用動態(tài)掃描。顯示精確到小數(shù)點后一位，故在顯示程序中，需要對輸入的數(shù)據(jù)進行拆數(shù)，拆成個位，十位。然后依次開個位、十位選通端進行顯示，在選通十位的同時將小數(shù)點顯示出來。連續(xù)的動態(tài)掃描，輪流向各位數(shù)碼管送出字形碼和相應的位選，利用發(fā)光管和人眼視覺暫留作用，使人感覺是一組穩(wěn)定的數(shù)據(jù)顯示。程序循環(huán)檢測是否有按鍵信號，執(zhí)行相應處理，最后通過顯示程序顯示相應的電壓數(shù)值。

4 結(jié)束語

本文設計了一個用于保鮮庫溫度遠程監(jiān)控的系統(tǒng)，系統(tǒng)包括單片機最小系統(tǒng)，溫度傳感器電路，溫度控制電路，驅(qū)動電路，遠程傳送數(shù)據(jù)模塊，可以實現(xiàn)對環(huán)境溫度的測定，顯示，報警和數(shù)據(jù)遠程發(fā)送。 溫度檢測精確達到0.1度；溫度檢測范圍為0攝氏度到90攝氏度。

參考文獻：

[1] 柴鎖柱，金順利.基于DS18B20的溫濕度采集系統(tǒng)設計[J].滄州師范專科學院學報，2010，3（26），104-107.

[2] 武狄，李強，于海英.基于AT89C52單片機的溫度檢測系統(tǒng)設計[J].計算機與數(shù)字工程，2013，12（35）.2027-2029.

[3] 黃語燕.洛東養(yǎng)豬舍墊料溫度無線實時測量系統(tǒng)[D].福建農(nóng)林大學，2013.

[4] 荊學東，趙世清，基于8051單片機的溫度檢測儀設計[J].煤礦機械，2011，11（27）.228-229.

[5] 姚湘陵，秦實宏，袁發(fā)庭.基于nRF24L01的無線心電采集系統(tǒng)的設計[J].電子設計工程，2013，21（2），185-189.

[6] 龍婉藝.基于無線傳輸?shù)臄?shù)字式大氣壓力的設計[D].沈陽工業(yè)大學，2013.