基于單片機的無線溫度采集監(jiān)測報警器的設計畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-07-23 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，調制器的功能模塊和增強型ShockBurst技術，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)送完待機模式2101TX_FIFO為空待機模式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)濟實惠，測溫范圍為55176。C~+125176。C。由于DS18B20溫度檢測與數(shù)字數(shù)據(jù)輸出都集中在一個芯片上，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和數(shù)據(jù)處理兩個部分。用于存放DS18B20ID編碼的ROM 只讀存儲器，它共有64位ROM。用于內(nèi)部計算和數(shù)據(jù)存取的RAM 數(shù)據(jù)暫存器。DS18B20測量的精度高，電路的連接相對簡單，多個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DS18B20進行通信，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)線就可以進行數(shù)據(jù)的傳輸。3 硬件系統(tǒng)設計 硬件系統(tǒng)總體結構隨著生活水平的不斷提高和科學技術的逐漸進步，人們對溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)的精度要求也越來越嚴格。然而傳統(tǒng)的溫度測量裝置在環(huán)境、成本等因素下很難滿足現(xiàn)在的需求。本設計選用DS18B20作為溫度采集元件，配合低功耗單片機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雜等問題，使系統(tǒng)操作更容易實現(xiàn)。本設計由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系統(tǒng)，如圖31所示。圖31系統(tǒng)總體架構圖 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：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液晶顯示芯片上進行顯示，1602液晶顯示芯片采用標準的16腳接口[7]，顯示電路如圖34。圖34 顯示電路 聲光報警電路。當外界溫度超過預設溫度上下限時，為更加有效的引起注意，及時關注溫度的變化，本系統(tǒng)設計了聲報警電路。電路如圖35所示。圖35聲音報警電路圖 按鍵控制電路本電路設計了三個按鍵，一個設置鍵、一個加鍵、一個減鍵。設置鍵控制溫度上下限的選擇，加減鍵調節(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可直接與單片機相連完成數(shù)據(jù)的采集與處理，本設計中與發(fā)送端單片機的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)過實驗驗證在系統(tǒng)工作時，單片機、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。D3為電源指示燈。圖38 電源接口電路4 系統(tǒng)軟件設計 軟件設計思路應用系統(tǒng)中的應用軟件是根據(jù)系統(tǒng)功能要求設計的，應穩(wěn)定正確的實現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能。在本系統(tǒng)中，軟件設計要求做到以下幾點：(1)軟件結構要清晰，簡潔，流程合理。(2)各個功能的程序實現(xiàn)模塊化。這樣，即便于調試，鏈接，又方便移植、修改。(3)在程序存儲區(qū)，數(shù)據(jù)存儲區(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)運行狀態(tài)實現(xiàn)標志化管理。各個功能程序運行狀態(tài)，運行結果以及運行要求都要設置狀態(tài)標志以便查詢，程序轉移，控制都可通過狀態(tài)標志條件來控制。 主程序流程圖設計首先對LCD1602初始化，再進行按鍵掃描，設定溫度的上下限值，然后對無線接收模塊進行初始化，接著傳輸溫度數(shù)據(jù)，并判斷是否有超出人工設定的范圍，要是超過了就啟動報警程序，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采用默認的12位精度），將得到的溫度值的反碼轉化成十進制，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讀溫度轉換溫度為十進制延時將溫度寫入發(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讀入二進制數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)轉換成十進制在數(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)轉換為十進制數(shù)
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