孟翰文 李昊 柏植

摘要：設(shè)計(jì)是基于STC89C52微型控制器的無(wú)線(xiàn)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)中使用DS18B20做為溫度采集芯片，NRF24L01無(wú)線(xiàn)芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)通信。采用按鍵控制的方法進(jìn)行設(shè)置報(bào)警閾值溫度的上下限。采用分離模塊化設(shè)計(jì)，發(fā)送模塊進(jìn)行溫度測(cè)集并通過(guò)總線(xiàn)傳輸至單片機(jī)，繼而使用無(wú)線(xiàn)發(fā)送模塊傳送至接收模塊，再傳輸至單片機(jī)最終使用LCD1602液晶進(jìn)行顯示。本設(shè)計(jì)的主要功能是進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度測(cè)量且通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式傳輸并最終在屏上顯示，上下限溫度范圍可通過(guò)按鍵設(shè)定，實(shí)測(cè)溫度超出溫度范圍則蜂鳴器報(bào)警。經(jīng)過(guò)實(shí)物調(diào)試，可以完成預(yù)期的實(shí)物調(diào)制功能。

關(guān)鍵詞： STC89C52單片機(jī);無(wú)線(xiàn); 溫度監(jiān)測(cè);告警

1無(wú)線(xiàn)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

本次設(shè)計(jì)的目的是能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境的溫度且能實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)通信并顯示，采用了STC89C52單片機(jī)作為核心微型處理器，利用NRF24L01芯片做為無(wú)線(xiàn)通信模塊來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，并使用DS18B20進(jìn)行實(shí)時(shí)環(huán)境的溫度監(jiān)測(cè)，本次設(shè)計(jì)的核心功能如下。

（1）系統(tǒng)中發(fā)送和接受的信息利用無(wú)線(xiàn)通信進(jìn)行傳輸。

（2）系統(tǒng)的相關(guān)環(huán)境的溫度信息通過(guò)顯示器件顯示。

（3）系統(tǒng)具備報(bào)警功能。

1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

本設(shè)計(jì)采用DS18B20作為溫度模塊的芯片，旨在可以進(jìn)行快捷的環(huán)境溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，其溫度傳感器芯片具有組網(wǎng)的功能，且適用于各種環(huán)境下的溫度采集。系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)、晶振電路模塊、復(fù)位電路模塊、無(wú)線(xiàn)模塊及按鍵模塊、報(bào)警模塊、液晶顯示模塊、溫度監(jiān)測(cè)模塊構(gòu)成;其結(jié)構(gòu)框圖則如圖1所示。

2 無(wú)線(xiàn)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì)

2.1STC89C52RC單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)以STC89C52RC為核心控制器，與其他的模塊包括晶振電路模塊、復(fù)位電路模塊、復(fù)位電路模塊、按鍵模塊、無(wú)線(xiàn)模塊、溫度監(jiān)測(cè)模塊、報(bào)警模塊及液晶顯示模塊共同組成系統(tǒng)的主電路模塊，對(duì)發(fā)送到達(dá)的溫度信息進(jìn)行處理并通過(guò)1602液晶進(jìn)行輸出，其可以通過(guò)按鍵模塊進(jìn)行控制，并可以設(shè)置監(jiān)測(cè)溫度的上下限值。

STC89C52RC單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖2所示。

2.2溫度監(jiān)測(cè)模塊設(shè)計(jì)

溫度檢測(cè)芯片DSB18B20的RAM操作指令，其功能指令通過(guò)RAM進(jìn)行發(fā)送且由9個(gè)字節(jié)組成，其中第零和第一字節(jié)是溫度寄存器的高低字節(jié)并且這兩個(gè)字節(jié)是只讀狀態(tài)。第二和第三字節(jié)是高溫和低溫報(bào)警寄存器。第四個(gè)字節(jié)為配置寄存器。通過(guò)更改R0、R1的值可以用來(lái)設(shè)定DS18B20的分辨率，默認(rèn)設(shè)置是12位的分辨率。第五和第六和第七字節(jié)無(wú)法寫(xiě)入，作為保留字節(jié)存在。第八個(gè)字節(jié)中保存的是循環(huán)冗余校驗(yàn)值。

2.4顯示模塊

本次設(shè)計(jì)中采用的液晶顯示模塊為1602液晶顯示器，通過(guò)顯示模塊將接收端所接收到的溫度信息經(jīng)由單片機(jī)處理后顯示出來(lái)。且按鍵設(shè)置界面也由1602進(jìn)行顯示，進(jìn)入設(shè)置界面之時(shí)，光標(biāo)會(huì)在所要修改的數(shù)據(jù)上進(jìn)行閃爍?？梢詫?K電阻替換成一個(gè)10K的電位器，可以更改1602的顯示對(duì)比度。其中VSS和BLK與單片機(jī)的VCC相連接，VDD和VL之間串聯(lián)一個(gè)3K電阻與BLA接到GND引腳，D0～D7可以連接到單片機(jī)的P0口，RS、E端口分別接單片機(jī)的P1.0/1.1/1.2引腳。

2.6 無(wú)線(xiàn)模塊

NRF24L01芯片的固件設(shè)計(jì)主要是由其狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)所決定，其主要設(shè)計(jì)是由是通過(guò)命令和控制線(xiàn)CE引腳、CSN引腳和內(nèi)部中斷IRQ引腳實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于其中的發(fā)射節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)，可以使能ACK和IRQ，通信完成后內(nèi)部IRQ引腳則是會(huì)置于低電平狀態(tài)。

3 無(wú)線(xiàn)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)總體軟件設(shè)計(jì)流程

在軟件設(shè)計(jì)中，定義單片機(jī)對(duì)應(yīng)各個(gè)端口，定義各個(gè)不同變量，在循環(huán)中調(diào)用1602顯示函數(shù)，DS18B20驅(qū)動(dòng)程序，構(gòu)建時(shí)延函數(shù)以及按鍵響應(yīng)程序。

在發(fā)送端軟件設(shè)計(jì)流程中，首先要進(jìn)行模塊初始化將各模塊至于初始狀態(tài)，接收到接收端指令后開(kāi)始讀取溫度模塊數(shù)據(jù)，再經(jīng)過(guò)無(wú)線(xiàn)發(fā)送模塊發(fā)送至接收端，完成后重復(fù)該流程。

在接收端軟件設(shè)計(jì)流程中，首先也是進(jìn)行模塊初始化，開(kāi)始發(fā)送和接收信息，成功接收到發(fā)送端信息后單片機(jī)讀取顯示模塊進(jìn)行顯示，與設(shè)定的上下限閾值進(jìn)行對(duì)比后選擇是否啟動(dòng)報(bào)警模塊，掃描按鍵后重復(fù)流程。

3.2DS18B20軟件設(shè)計(jì)

DS18B20芯片中有一個(gè)單獨(dú)的序列號(hào)，這個(gè)序列號(hào)是由64位組成，可以使多個(gè)芯片共同在一條總線(xiàn)上使用，方便芯片數(shù)據(jù)處理。如果想使用芯片則需要先進(jìn)行模塊的初始化，先發(fā)送ROM中的指令，最后發(fā)送操作指令。RAM指令可以認(rèn)為是功能操作指令，主要是進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，RAM中的TH和TL及配置寄存器，將寫(xiě)入的第二、三、四字節(jié)復(fù)制到EEPROM，或者從EEPROM拷回，還可以讀取電源模式。

3.3 NRF24L01軟件設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)所選用的NRF24L01芯片通信頻率為2.4GHz是屬于全球開(kāi)放的ISM頻段，其最大的發(fā)射功率為0dBm，且無(wú)需申請(qǐng)?jiān)S可。芯片內(nèi)集成了有關(guān)于RF協(xié)議的高性能部分，其SPI端口可以利用單片機(jī)內(nèi)部的SPI端口或I/O口進(jìn)行模擬，內(nèi)部有FIFO可以與其他未處理端口連接。

參考文獻(xiàn)

[1]吳曉云，劉萌.紅外遙控定時(shí)開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù).2015，（12）.

[2]吳文珍，安學(xué)海.基于單片機(jī)的移動(dòng)無(wú)線(xiàn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].山東理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2021.

[3]江麗麗. 溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與誤差分析研究[D].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2016.

[4]田大軍. 基于STM32無(wú)線(xiàn)溫度驗(yàn)證儀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[M].電子產(chǎn)品世界，2020，110～111.

[5]鄭州. 多路溫度監(jiān)測(cè)預(yù)警及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].電子科技大學(xué)，2015.