基于單片機(jī)的無線溫度采集監(jiān)測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2024-07-23 20:41 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 ，為高阻態(tài)，不能正常地輸出高/低電平，因而該組I/O口在使用時(shí)必須外接上拉電阻。 nRF24L01概述nRF24L01是一款功耗低的新型單片射頻收發(fā)器件，～ ISM頻段。數(shù)據(jù)的傳輸率為l Mb/s或2Mb/s，～,內(nèi)置頻率合成器，功率放大器，晶體振蕩器，調(diào)制器的功能模塊和增強(qiáng)型ShockBurst技術(shù)，其輸出功率與通信信道可以由程序配置[4]。nRF24L01可以通過配置寄存器配置為發(fā)射、接收、空閑及掉電這四種工作模式，具體如表21所示。表21 nRF24L01工作模式模式PWR_UPPRIM_RXCEFIFO寄存器狀態(tài)接收模式111發(fā)射模式101數(shù)據(jù)在TXFIFO寄存器中發(fā)射模式101→0停留在發(fā)送模式，直至數(shù)據(jù)發(fā)送完待機(jī)模式2101TX_FIFO為空待機(jī)模式110無數(shù)據(jù)傳輸?shù)綦? DS18B20溫度傳感器DS18B20是單線數(shù)字溫度傳感，體積小，適用電壓更寬而且更加經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，測(cè)溫范圍為55176。C~+125176。C。由于DS18B20溫度檢測(cè)與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出都集中在一個(gè)芯片上，所以大大提高了抗干擾能力[5]。DS18B20的工作周期可分為溫度檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理兩個(gè)部分。用于存放DS18B20ID編碼的ROM 只讀存儲(chǔ)器，它共有64位ROM。用于內(nèi)部計(jì)算和數(shù)據(jù)存取的RAM 數(shù)據(jù)暫存器。DS18B20測(cè)量的精度高，電路的連接相對(duì)簡單，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)至3根或2根端口線上，并且CPU只需要一根線就能夠和多個(gè)DS18B20進(jìn)行通信，其占用的微處理器端口比較少，可以節(jié)約較多的引線與邏輯電路。像這樣的傳感器僅僅只需一條數(shù)據(jù)線就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 硬件系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)隨著生活水平的不斷提高和科學(xué)技術(shù)的逐漸進(jìn)步，人們對(duì)溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的精度要求也越來越嚴(yán)格。然而傳統(tǒng)的溫度測(cè)量裝置在環(huán)境、成本等因素下很難滿足現(xiàn)在的需求。本設(shè)計(jì)選用DS18B20作為溫度采集元件，配合低功耗單片機(jī)的使用就能夠很巧妙地克服傳統(tǒng)上的不足。而且本文采用nRF24L01無線傳輸模塊，打破了傳統(tǒng)操作中距離受限布線復(fù)雜等問題，使系統(tǒng)操作更容易實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)由STC89C52作為主控CPU， DS18B20溫度采集模塊、nRF24L0l無線收發(fā)模塊和顯示模塊組成整個(gè)系統(tǒng)，如圖31所示。圖31系統(tǒng)總體架構(gòu)圖 無線收發(fā)模塊本模塊由nRF24L01及其外圍電路組成。nRF24L01作為單片射頻收發(fā)芯片。溫度無線傳輸采用NRF24L01無線模塊，nRF24L01單端匹配網(wǎng)絡(luò)：晶振，偏置電阻，去耦電容。如圖32與圖33。 圖32 NRF24L01無線發(fā)射接線圖 圖33 NRF24L01無線接收模塊接線圖 顯示模塊顯示采用LCD1602顯示，經(jīng)過無線傳輸后，溫度數(shù)據(jù)信息將在1602液晶顯示芯片上進(jìn)行顯示，1602液晶顯示芯片采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口[7]，顯示電路如圖34。圖34 顯示電路 聲光報(bào)警電路。當(dāng)外界溫度超過預(yù)設(shè)溫度上下限時(shí)，為更加有效的引起注意，及時(shí)關(guān)注溫度的變化，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了聲報(bào)警電路。電路如圖35所示。圖35聲音報(bào)警電路圖 按鍵控制電路本電路設(shè)計(jì)了三個(gè)按鍵，一個(gè)設(shè)置鍵、一個(gè)加鍵、一個(gè)減鍵。設(shè)置鍵控制溫度上下限的選擇，加減鍵調(diào)節(jié)溫度的上下限值。如圖36所示。圖36 按鍵連接電路圖 溫度采集模塊溫度傳感器DS18B20可直接與單片機(jī)相連完成數(shù)據(jù)的采集與處理，本設(shè)計(jì)中與發(fā)送端單片機(jī)的P26連接[8]，接口電路如圖37所示。圖37 溫度傳感器接口電路 電源模塊 ，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證在系統(tǒng)工作時(shí)，單片機(jī)、傳感器的工作電壓穩(wěn)定都能夠滿足系統(tǒng)的要求，而且電池更換比較方便。電源接口電路如圖38其中P1為電池接口，SW2為電源開關(guān)。D3為電源指示燈。圖38 電源接口電路4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)思路應(yīng)用系統(tǒng)中的應(yīng)用軟件是根據(jù)系統(tǒng)功能要求設(shè)計(jì)的，應(yīng)穩(wěn)定正確的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能。在本系統(tǒng)中，軟件設(shè)計(jì)要求做到以下幾點(diǎn)：(1)軟件結(jié)構(gòu)要清晰，簡潔，流程合理。(2)各個(gè)功能的程序?qū)崿F(xiàn)模塊化。這樣，即便于調(diào)試，鏈接，又方便移植、修改。(3)在程序存儲(chǔ)區(qū)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)需要合理的規(guī)劃，既能夠節(jié)約內(nèi)存的容量，又能操作方便[9]。(4)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)標(biāo)志化管理。各個(gè)功能程序運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行結(jié)果以及運(yùn)行要求都要設(shè)置狀態(tài)標(biāo)志以便查詢，程序轉(zhuǎn)移，控制都可通過狀態(tài)標(biāo)志條件來控制。 主程序流程圖設(shè)計(jì)首先對(duì)LCD1602初始化，再進(jìn)行按鍵掃描，設(shè)定溫度的上下限值，然后對(duì)無線接收模塊進(jìn)行初始化，接著傳輸溫度數(shù)據(jù)，并判斷是否有超出人工設(shè)定的范圍，要是超過了就啟動(dòng)報(bào)警程序，要是不超過則繼續(xù)判斷，如此循環(huán)。 發(fā)送部分發(fā)送部分的一個(gè)循環(huán)的總體思路是這樣的，先初始化nRF24L01，從DS18B20讀出溫度（DS18B20采用默認(rèn)的12位精度），將得到的溫度值的反碼轉(zhuǎn)化成十進(jìn)制，取溫度數(shù)組的高兩位（即整數(shù)部分）寫入發(fā)送數(shù)據(jù)數(shù)組，然后初始化nRF24L01，將溫度發(fā)送，其流程圖如圖41所示。開始初始化從DS18B20讀溫度轉(zhuǎn)換溫度為十進(jìn)制延時(shí)將溫度寫入發(fā)射數(shù)組發(fā)射數(shù)據(jù)圖41 發(fā)射部分總體流程圖 接收部分接收部分的總體思路是這樣的，首先還是初始化nRF24L01，然后進(jìn)入大循環(huán)判斷狀態(tài)寄存器是否有接收中斷[10]。如果有就從FIFO_buffer讀入二進(jìn)制數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制在數(shù)碼管上顯示出來，其流程圖如圖42所示。開始初始化判斷接收中斷從RX_FIF0 buffer讀數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)
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