【正文】 的無(wú)線信號(hào)為介質(zhì)，將溫度傳感 器檢測(cè)到的溫度信號(hào)進(jìn)行傳輸，通過(guò)顯示電路將溫度顯示出來(lái)。 STC89C52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash，256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門(mén)狗定時(shí)器， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。無(wú)線收發(fā)模塊的功能是將無(wú)線監(jiān)測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行傳輸，并互相讀取。是本系統(tǒng)非常理想的選擇。單片機(jī) 具有集成度高，通用性好，功能強(qiáng)，特別是體積小，重量輕，耗能低，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)和使用方便等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)字、智能化方面有廣泛的用途。 因?yàn)槊恳粋€(gè) DS18B20 的包含一個(gè)獨(dú)特的序號(hào)，多個(gè) DS18B20 可以同時(shí)存在于一條總線。 NRF24L01 是一款工業(yè)級(jí)內(nèi)置硬件鏈路層協(xié)議的低成本無(wú)線收發(fā)器。為此，需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的接口系統(tǒng)，控制這些射頻芯片工作，完成可靠穩(wěn)定的無(wú)線數(shù)據(jù)通信，這樣的研究也變得更加有意義了。本次設(shè)計(jì)利用 STC89C52 型號(hào)的單片機(jī)控制 DS18B20 型號(hào)的溫度傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。通過(guò)簡(jiǎn)單的無(wú)線通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)高可靠性與低功耗，小成本的無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 論文研究主要內(nèi)容 本次設(shè)計(jì)主要采用 STC89C52 單片機(jī)，之所以采用單片機(jī)系統(tǒng)，主要是由于單片系統(tǒng)具備如下特點(diǎn) （ 1） 高集成度，體積小，高可靠性 單片機(jī)將各功能部件集成在一塊晶體芯片上，集成度很高，體積自然也是最小的。該器件工作于 GHz 全球開(kāi)放 ISM 頻段，內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊，并融合增強(qiáng)型 Shock Burst 技術(shù)，其輸出功率和通信頻道可通過(guò)程序配置。這使得溫度傳感器放置在許多不同的地方。本系統(tǒng)使用 STC89C52 單片機(jī)，使溫度采集大為簡(jiǎn)便。 LED 數(shù)碼管（ LED Segment Displays）由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成“ 8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電極。無(wú)線模塊能夠?qū)π盘?hào)進(jìn)行遠(yuǎn)程收發(fā)，通過(guò) 的頻率進(jìn)行無(wú)線通信。另外， STC89C52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。這樣就實(shí)現(xiàn)了一個(gè)遠(yuǎn)程的溫度檢測(cè)系統(tǒng)。連接點(diǎn)越多其故障率也會(huì)越高。主函數(shù)中定義了各個(gè)函數(shù)后，再將需要調(diào)用的函數(shù)進(jìn)行編程，就可以在主函數(shù)中進(jìn)行調(diào)用。包含對(duì)LED 數(shù)碼管顯示控制函數(shù)和 NRF24L01 驅(qū)動(dòng)函數(shù)。 基于 51 單片機(jī)的無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 14 } DS18B20_delay(4)。 tempp = temperature*100。 SPI_RW_Reg(WRITE_REG+STATUS,0XFF)。其輸入管腳 XTAL1 和輸出管腳 XTAL2 用于接外部晶振。隨著 +5 V 電源電壓對(duì)電容的充電電阻逐 漸減小，最后約等于 0V 芯片的工作，無(wú)論是在什么工作條件下，按下手動(dòng)復(fù)位按鈕都能實(shí)現(xiàn)復(fù)位效果。由于它具有顯示清晰、亮度高、使用電壓低、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，因此使用非常廣泛。 在多個(gè)數(shù)碼管顯示時(shí)，一般是采用動(dòng)態(tài)顯示方式。 第 20 腳 VCC，電源正極。最后接收成功時(shí)，若 CE 變低，則 NRF24L01 進(jìn)入空閑模式 1。 讀取數(shù)據(jù)并對(duì)比 在 5 分鐘的時(shí)間內(nèi) LED 數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)和實(shí)際溫度如下： 表 LED 數(shù)碼管顯示溫度 時(shí)間 1min 2min 3min 4min 5min LED 顯示溫度（℃） 實(shí)際溫度（℃） 系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果 本系統(tǒng)在組裝 調(diào)試完成后，進(jìn)行了實(shí)地測(cè)試，測(cè)試地點(diǎn)選擇了實(shí)驗(yàn)室，測(cè)試中，傳感器與接收端的距離在 5 米，實(shí)際溫度采用了水銀溫度計(jì)，測(cè)試一共進(jìn)行了 50 次，我們?cè)诒砀裰羞x取了部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)， 從 收錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中我們發(fā)現(xiàn)， 由 基于 51 單片機(jī)的無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 25 于實(shí)際溫度采用 水銀 溫度計(jì)讀取，有一定誤差，會(huì)導(dǎo)致一定的差別。 基于 51 單片機(jī)的無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 27 參 考 文 獻(xiàn) [1] 李華 ． MCU51 系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù) [M]． 北京航空航天大學(xué)出版社， 20xx， 3. [2] 許育誠(chéng) ． 軟件測(cè)試與質(zhì)量管理 [J]海事大學(xué) ． 20xx， 6， 1442. [3] 景新梅 ． 軟件產(chǎn)業(yè)原動(dòng)力 [J],中國(guó)計(jì)算機(jī)報(bào) ． 20xx， 7， 3233. [4] 劉湘濤，江世明 ． 單片機(jī)原理與應(yīng)用 [M]． 北京 :電子工業(yè)出版社， 20xx， 7. [5] 萬(wàn)福軍 ． 單片微機(jī)原理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用 [M]． 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社， 20xx， 5. [6] 胡輝．單片 機(jī)原理及應(yīng)用設(shè)計(jì) [M]． 中國(guó)水利水電出版社， 20xx， 10. [7] 繆學(xué)勤．解讀 IEC61158 第四版現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn) [J]． 儀器儀表標(biāo)準(zhǔn)化與計(jì)量， 20xx， 3， 14. [8] 劉藝，徐大琴．嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)大學(xué)教材 [M] ． 人民郵電出版社， 20xx， 12. [9] 張迎新，雷文． C8051F 系列 SOC 單片機(jī)原理及應(yīng)用 [M]． 國(guó)防工業(yè)出版社， 20xx， 12. [10] 官晟．張杰 .微機(jī)主從通信系統(tǒng)多 232 口連接電路設(shè)計(jì) [J]． 微計(jì)算機(jī)信息， 20xx， 4， 1016. [11] 董春霞，張勝利． I2C 總線技術(shù)及 其在智能儀表中的應(yīng)用 [J]． 20xx， 4， 2426. [12] 何立民， I2C 總線應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) [M]． 北京航空航天大學(xué)出版社， 20xx， 5. [13] 潘新民，王燕芳．單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)實(shí)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) [M]． 人民郵電出版社， 20xx， 7. [14] 陽(yáng)憲惠．現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用 [M]． 清華大學(xué)出版社， 20xx， 9. [15] 楊振江． A/D， D/A 轉(zhuǎn)換器接口技術(shù)及實(shí)用線路 [M]． 西安電子科技大學(xué)出版社， 20xx，8. [16] 張毅剛． MCS51 單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì) [M]． 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社， 20xx， 6. [17] 張毅剛．基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集 [J]． 哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 20xx， 4， 3538. [18] Microchip Technology Inc. PIC16C5X EPROM/ROMBased 8bit CMOS Microcontroller Series [EB/OL]． 20xx. [19] Philips SJA1000—— Standa。根據(jù)顯示溫度與實(shí)際溫度相比較結(jié)果顯示，本系統(tǒng)通過(guò)無(wú)線模塊傳輸?shù)臏囟葴?zhǔn)確無(wú)誤的顯示在 LED 數(shù)碼管上，這證明本系統(tǒng)溫度測(cè)試電路能夠正常工作。保證系統(tǒng)功能全面的完成。 D IR1A12A23A34A45A56A67A78A89GND10B811B712B613B514B415B316B217B118G19VCC20X1S N 7 4H C 24 5N S L E ( 20 )ABCDEFGDP5VP 00P 01P 02P 03P 04P 05P 06P 075VR 184 .7KR 194 .7KR 204 .7KR 214 .7K5VA2B6C9D11E12F3G8DP10COM11COM24COM35COM47R 11S M 4C3B2E1R 16P N P 8 55 0C3B2E1R 15P N P 8 55 0C3B2E1R 14P N P 8 55 0C3B2E1R 13P N P 8 55 0P 12P 13P 14P 15 圖 數(shù)碼管驅(qū) 動(dòng)電路圖 NRF24L01 （ 1） NRF24L01 簡(jiǎn)介 NRF24L01 是由 NORDIC 出品的工作在 ~ 的 ISM 頻段的單片無(wú)線收發(fā)器芯片。這種方式由于各個(gè)數(shù)碼管共用一個(gè)段碼輸出端口，分時(shí)輪流選通。但是 LED 有其自己的特點(diǎn)，它具有低功耗，容易控制，占用 CPU 資源少這些優(yōu)點(diǎn)，從而成為一些顯示器的首選。其結(jié)構(gòu)如圖 所示。其中的電容 C7 和 C8 對(duì)頻率起到一定的微調(diào)作用，電容容量都選擇 30pF。其包含計(jì)算機(jī)所需要的基本功能部件。 temp2 = (tempptemp1*1000)/100。 } void TmReadTemp (void) //讀取溫度 { bit tem18b201 = 1。 函數(shù)實(shí)現(xiàn) unsigned char DS18B20_Read(void) { unsigned char i。各個(gè)函數(shù)之間各有分工，功能也不盡相同。 無(wú)線模塊顯示電路主要是顯示溫度檢測(cè)電路發(fā)送來(lái)的溫度信號(hào)。溫度檢測(cè)電路通過(guò)單片機(jī)對(duì)溫度傳感器進(jìn)行控制，溫度傳感器采用的是 DS18B20，此溫度傳感器采用單總線方式進(jìn)行信號(hào)傳輸。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。溫度傳感器 時(shí)鐘電路 復(fù)位電路 單片機(jī) 發(fā)送模塊 接收模塊 單片機(jī) 顯示模塊 報(bào)警 模塊 基于 51 單片機(jī)的無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 8 NRF24L01 功耗低，在以 6dBm 的功率發(fā)射時(shí)，支持多種低功率 工作模式，有掉電模式和空閑模式，使節(jié)能設(shè)計(jì)更方便。這些段分別由字母 a,b,c,d,e,f,g,dp 來(lái)表示。最小系統(tǒng)主要是由三部分組成，其中包括單片機(jī)、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路等幾部分組成。 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 溫度采集控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然已經(jīng)十 分廣泛，但從國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的溫度監(jiān)控來(lái)講，總體發(fā)展水平仍然不高，同日本、美國(guó)、德國(guó)等先進(jìn)國(guó)家相比，仍然有著較大的差距?？芍苯优c單片機(jī) I／ O 連接，外接元件數(shù)目少。單片機(jī)程序指令，常數(shù)及表格等固化在 ROM 中不易破壞，許多信號(hào)通道均在一個(gè)芯片內(nèi)，故可靠性高。小成本、低功耗、即時(shí)性的無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)是本次設(shè)計(jì)的最大特點(diǎn)。在實(shí)際測(cè)溫過(guò)程中既要保證系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性又需要保證產(chǎn)品的低功耗，操作簡(jiǎn)單。 在現(xiàn)實(shí)生活中，這種無(wú)線溫度采集系統(tǒng)已經(jīng)被成功應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、軍事國(guó)防、機(jī)器人控制等許多重要領(lǐng)域，而且類似于這種溫度采集系統(tǒng)的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到民用和軍事領(lǐng)域。整個(gè)系統(tǒng)有發(fā)送和接收二部分，通過(guò) NRF24L01 無(wú)線數(shù)據(jù)通信收發(fā)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸。由于DS18B20 是一條口線通信，所以中央微處理器與 DS18B20 只有一個(gè)一條口線連接。本系統(tǒng)要求有數(shù)據(jù)處理，顯示功能等 ,被控對(duì)象為一階慣性環(huán)節(jié)和一階積分環(huán)節(jié)的組合，慣性時(shí)間常數(shù)為 2s，開(kāi)環(huán)增益 k=10，溫度控制范圍為 50～ 150℃。 數(shù)碼管顯示電路 顯示模塊在單片機(jī)系統(tǒng)中有著非常重要的作用，根絕系統(tǒng)需求的不同會(huì)設(shè)計(jì)不同的顯示電路。 （ 3）無(wú)線收發(fā)模塊功能 無(wú)線收發(fā)模塊是利用 NRF24L01 為基礎(chǔ)研發(fā)的， NRF24L01 是一款新型單片射頻收發(fā)器件。片上Flash 允許程序存儲(chǔ)器 在系統(tǒng)在中編程，亦適于常規(guī)編程器。對(duì)于無(wú)線收發(fā)功能主要是依靠 NRF24L01 模塊，通過(guò)兩個(gè)模塊之間的通信進(jìn)行數(shù)據(jù)交流。兩部分電路相互依 存也相互獨(dú)立，兩部分電路其實(shí)是兩個(gè)系統(tǒng)，其完全可以獨(dú)立運(yùn)行。再比如，用于專業(yè)環(huán)境的程序 如機(jī)器人中的控制芯片 可能不需要 main 函數(shù)。 接收程序中包含 NRF24L01 的初始化函數(shù)，用于對(duì) NRF24L01 進(jìn)行初始化。 _nop_()。 tempH = DS18B20_Read()。 while(1) { TmReadTemp()。在單片機(jī)系統(tǒng)中時(shí)鐘信號(hào)的頻率是運(yùn)行的關(guān)鍵，頻率高了或者低了都無(wú)法運(yùn)行。如果 RST 引腳持續(xù)的高電平，單片機(jī)就處于尋壞復(fù)位狀態(tài)的周期。系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)主要是靠軟件代碼對(duì)時(shí)序的控制。 靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。 第 1118 腳“ B”信號(hào)輸入輸出端，功能與“ A”端一樣，不再描述。 接收數(shù)據(jù)時(shí) ， 首先將 NRF24L01 配置為接收模 式，接著延遲 130μ s 進(jìn)入接收狀態(tài)等待數(shù)據(jù)的到來(lái)。 在 5 分鐘的時(shí)間內(nèi)，對(duì) LED 數(shù)碼管的顯示溫度進(jìn)行讀取并記錄。 在軟件設(shè)計(jì)的過(guò)程中，利用了 Keil這