【正文】 本文采用模塊化的方式進(jìn)行敘述，分方案設(shè)計(jì)， 硬件設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)對(duì)各模塊進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。如果收到應(yīng)答，置位 TX_DS；如果沒接受到應(yīng)答，返回進(jìn)行重發(fā)， 設(shè)定最多 重發(fā) 10 次。溫度子程序流程圖如圖 42所示： 圖 42： DS18B20溫度讀取過程流程圖 報(bào)警處理程序設(shè)計(jì) 當(dāng)現(xiàn)在溫度值大于設(shè)定上限值（或者小于設(shè)定下限值時(shí)）執(zhí)行相應(yīng)的控制命令。在設(shè)計(jì)中采用了最為典型的連接方式，只用到了單片機(jī) 的的 TXD0（ ）和 RXD0（ ）兩個(gè)引 腳，電平轉(zhuǎn)換電路原理圖如圖 313 所示。其中有兩種方法：一是 USART 硬件直接實(shí)現(xiàn)；一是通過定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)。其電路圖如圖 38所示 EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD108 0 5 1C O N A T 6 2 B1 2 3J3D S 1 8 B 2 0V C C 圖 38測(cè)溫電路電路圖 （ 3）控制設(shè)備部分 安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 本設(shè)計(jì)采用發(fā)光二極管來模擬報(bào)警，此部分電路圖如圖 39所示 EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD108051C O N A T 62 BD1L E D2KR7 圖 39 報(bào)警電路 (4）輸入部分 本設(shè)計(jì)采用三個(gè)按鍵，采用查詢方式，一個(gè)用于選擇切換設(shè)置報(bào)警溫度和當(dāng)前溫度，另外兩個(gè)用于設(shè)置報(bào)警溫度的加和減。該電路是把本人的8V直流輸入進(jìn)行全橋整流，成為脈動(dòng)直流，經(jīng)過，一級(jí)濾波后送至 三端穩(wěn)壓集成電路lm7805 穩(wěn)壓，再經(jīng)二級(jí)濾波后即為＋ 5V輸出，圖 45 的四個(gè)二極管組成了全橋整流電路， C1， C3 是一級(jí)濾波電容， U1 是穩(wěn)壓管 lm7805， C4 是二級(jí)濾波電容。實(shí)際應(yīng)用中，復(fù)位操作有兩種形式：一種是上電復(fù)位，另一種是上電與按鍵均有效的復(fù)位。 CSN， SCK， MOSI， MISO： SPI 引腳端，微處理器可通過此引腳配置 nRF24L01： IRQ：中斷標(biāo)志位 。 具有自動(dòng)應(yīng)答和自動(dòng)再發(fā)射功能 。由主機(jī)發(fā)出的復(fù)位脈沖和跟在其后的由 DS18B20 發(fā)出的應(yīng)答脈沖構(gòu)成。 ⒋ I/O 線 80C51 共有 4個(gè) 8位并行 I/O 端口： P0、 P P P3 口，共 32個(gè)引腳。 并行輸入輸出口： 4 個(gè) 8 位并行 I/O 口 (P0P3) 。由于經(jīng)費(fèi)有限，本系統(tǒng)暫時(shí)實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)溫度無線測(cè)量。他可以實(shí)現(xiàn)在線編程，在線仿真。 溫度傳感器 1 溫度傳感器 2 溫度傳感器 3 模擬緩沖器放大 1 A/D 轉(zhuǎn)換 1 A/D 轉(zhuǎn)換 2 模擬緩沖器放大 1 模擬緩沖器放大 1 A/D 轉(zhuǎn)換 3 單 片 機(jī) Nrf21L01 朱野：基于無線傳感網(wǎng) 絡(luò)的溫度監(jiān)控系統(tǒng) 6 圖 22方案二原理框圖 2． 2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)原則 構(gòu)建遠(yuǎn)程溫度采集網(wǎng)絡(luò)時(shí)需要考慮數(shù)據(jù)的傳輸方式、通信的質(zhì)量、數(shù)據(jù)安全、是否便于安裝和成本等問題。 2021年無線傳感器網(wǎng)絡(luò)控制實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)了一個(gè)多跳無線輪詢網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用于敦煌微氣象環(huán)境檢測(cè)，主要負(fù)責(zé)對(duì)莫高窟內(nèi)溫度、濕度以及二氧化碳濃度進(jìn)行檢測(cè)。 2021年美國軍方成功地測(cè)試了由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組建的槍聲定位系統(tǒng)。通常，查詢信息是通過廣播或多播的方式從觀察者向網(wǎng)絡(luò)內(nèi)傳感器傳輸，而探測(cè)結(jié)果信息則是由分布在各處的傳感器節(jié)點(diǎn)向查詢節(jié)點(diǎn)匯聚。 (2)傳感器節(jié)點(diǎn)的能量、計(jì)算能力和存儲(chǔ)容量有限。通過在 辦公室 內(nèi)安裝基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的溫度采集節(jié)點(diǎn)來 測(cè)量樓內(nèi)各點(diǎn)溫度， 經(jīng)過分析處理完成溫度的監(jiān)控 。傳統(tǒng)的使用線纜直接連接實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸?shù)姆绞?，將?yán)重限制數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的安放靈活性，設(shè)備布線困難。從實(shí)際情況 , 本著低成本、低功耗的原則 , 對(duì)該系統(tǒng)軟硬件進(jìn)行設(shè)計(jì) , 并解決了傳統(tǒng)的有線監(jiān)控系統(tǒng)的諸多問題 , 具有簡單、靈活和易開發(fā)等優(yōu)點(diǎn)。隨著通信技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)和傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展和日益成熟，具有感知能力、計(jì)算能力和通信能力的微型傳感器開始在世界范圍內(nèi)出現(xiàn)， 由這些微型傳感器構(gòu)成的傳感器網(wǎng)絡(luò)引起了人們的極大關(guān)注。這種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合了傳感器技術(shù)、微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)、分布式信息處理和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，能夠協(xié)調(diào)地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境或監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息，并對(duì)這些信息進(jìn)行處理。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量低成本、能耗低的微小傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)測(cè)控系統(tǒng)。為達(dá)到實(shí)時(shí)、無人值守、不需重新布線的目的，所選用的傳感器應(yīng)該是有源的、準(zhǔn)實(shí)時(shí)、低功耗和便于安裝的。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)研究了一種基 于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的無線溫度 監(jiān)控 系統(tǒng)。 隨著傳感器節(jié)點(diǎn)的微型化，在設(shè)計(jì)中大部分節(jié)點(diǎn)的能量靠電池提供，其能量有限，而且由于條件限制，難以在使用過程中給節(jié)點(diǎn)更換電池，所以傳感器節(jié)點(diǎn)的能量限制是整個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的瓶頸，它直接決定了網(wǎng)絡(luò)的工作壽命冊(cè)；安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 另一方面，傳感器節(jié)點(diǎn)的計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力都較低，使得其不能進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，因而對(duì)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究者們提出了挑戰(zhàn)，它們必須設(shè)計(jì)簡單有 效的路由協(xié)議等，來適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的隨機(jī)布設(shè)、自組織和環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)使其在軍事、環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能交通、醫(yī)療設(shè)備、智能家居等各個(gè)領(lǐng)域和其他商業(yè)領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景和很高的應(yīng)用價(jià)值。它是將節(jié)點(diǎn)安置在建筑物周圍，按照一定的程序組建成網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行突發(fā)事件的的檢測(cè)，經(jīng)鑒定其精度可達(dá)lm，反應(yīng)時(shí)間短于 3秒，為救護(hù)、反恐提供了有力的輔助手段。目前我國無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究取得了二定的成就，支撐無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)研究也取得了一定的進(jìn)展，如無線通信技術(shù)、芯片集成技術(shù)的成熟和進(jìn)步。因?yàn)橐獙⑾到y(tǒng)應(yīng)用到多個(gè)辦公樓和鍋爐房之間，所以還要考慮周圍惡劣的環(huán)境所帶來的干擾。在這種方案中，調(diào)試十分方便，而且人機(jī)交互友好。 DS18B20 采集溫度數(shù)據(jù)送到從單片機(jī)，再從單片機(jī)送到NRF24L01 無線模塊發(fā)送出去，接收端 NRF24L01 無線模塊接收發(fā)送過來的信號(hào)，并把它送到主單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。 串行口： 一個(gè)全雙工異步串行通信口。 P3 口還具有第二功能，用于特殊信號(hào)輸入輸出和控制信號(hào)（屬控制總線）。當(dāng) DS18B20 發(fā)出響應(yīng)主機(jī)的應(yīng)答脈沖時(shí)，即朱野：基于無線傳感網(wǎng) 絡(luò)的溫度監(jiān)控系統(tǒng) 10 向主機(jī)表明它已處在總線上并且準(zhǔn)備工作。 片內(nèi)自動(dòng)生成報(bào)頭和 CRC 校驗(yàn)碼 。 VDD：電源輸入端 。本設(shè)計(jì)采用按鍵復(fù)位。 123J18V A C D3I N 40 04D1D I O D ED2D I O D ED4I N 40 04D5D6I N 40 04C2104C1104C4220ufC32200ufU1L m 78 0sV un V ou t12J2C O N 2+ 5VG N D5V 電源模塊 圖 35電源電路 ＋ 3V 電源，采用電源電路如圖 36 所示。如圖 310 所示。 USART 模塊包括四個(gè)部分：波特率部分，控制串行通信數(shù)據(jù)接收和發(fā)送的速度；接收部分，接收串行輸入的數(shù)據(jù)；發(fā)送部分，發(fā)送串行輸出的數(shù)據(jù)；接口部分，完成串并、并串轉(zhuǎn)換。 EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD108 0 5 1C O N A T 6 2 B1 6 2 7 3 8 4 9 5J4D B 9C 1 40 . 1 u fC 1 60 . 1 u fC 1 80 . 1 u fC 1 70 . 1 u fC 1 50 . 1 u fV C CCL+V+CLC2+C2V DOUT2RIN2ROUT2DIN2DIN1ROUT1RIN1GNDDOUT1VCCM A X 3 2 3 2C O M P O N E N T _ 圖 313 電平轉(zhuǎn)換電路原理圖 溫度控制電路 設(shè)計(jì) 當(dāng) 監(jiān)控區(qū)域 溫度低于設(shè)定溫度是啟動(dòng)繼電器 k1 開啟加熱器、當(dāng)監(jiān)控地區(qū)溫度高于設(shè)定溫度時(shí)啟動(dòng)繼電器 k2開啟風(fēng)扇散熱，當(dāng)溫度回到設(shè)定溫度內(nèi)是關(guān)閉 k k2。本開始 初始化 延時(shí)程序 讀取最高溫度 讀取最低溫度 讀 取溫度寄存器 跳過讀序列號(hào) 結(jié)束 安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 設(shè)計(jì)用發(fā)光二極管發(fā)亮表示報(bào)警輸出。發(fā)射端主要程序流程圖如圖 43 朱野：基于無線傳感網(wǎng) 絡(luò)的溫度監(jiān)控系統(tǒng) 22 圖 43發(fā)射端主要程序流程圖 開始 初始化 進(jìn)入默認(rèn)液晶顯示 SET 鍵按下？ 讀取溫度 SET 鍵再次按下 是否超過報(bào)警溫度 顯示處理 溫度數(shù)據(jù)送入發(fā)射器緩存器 Nrf24l01 設(shè)置為發(fā)射模式 應(yīng)答是否接收到 置位 TXDS,IRQ 調(diào)整模式 報(bào)警處理 是 是 否 否 是 否 否 是 安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 接收端主程序設(shè)計(jì) 開始上電 ,nRF24L01 初始化，設(shè)置為接受模式，然后讀取狀態(tài)寄存器。 本次的設(shè)計(jì)可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)、家電等智能自控系統(tǒng)中。 當(dāng)溫度高于設(shè)定溫度就開啟繼電器打開風(fēng)扇散熱、當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度就會(huì)打開加熱器加熱使溫度控制在設(shè)定的范圍內(nèi)。然后把溫度送入發(fā)射緩存器， nRF24L01 設(shè)置為發(fā)射模式，開始發(fā)射處理。由于本設(shè)計(jì)只用一片DS18B20，故跳過讀取序列號(hào)，然后發(fā)送讀取溫 度寄存器命令，延時(shí)一定時(shí)間后，分兩次分別讀取出溫度的低位和高位，然后放到一個(gè)字節(jié)里面。這種芯片非常適合本系統(tǒng)低功耗的要求，在不傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，降低了系統(tǒng)能量消耗。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要通過上位機(jī)來實(shí)現(xiàn)系安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（