【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 塊，顯示模塊，報(bào)警電路組成。 溫度無(wú)線采集報(bào)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 11 所示。 圖 11 溫度無(wú)線采集報(bào)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 2 主要元器件介紹 AT89S52 單片機(jī)簡(jiǎn)介 STC89C52 是一種低功耗、高性能具有 8K 可編 Flash 使用高密度存儲(chǔ)技術(shù)存儲(chǔ)器。 在一個(gè)單芯片 上， 8 位 CPU 在系統(tǒng)可編程，使得 STC89C52 提供高度靈活，為許多嵌入式控制應(yīng)用。 STC89C52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8K 字節(jié)的 Flash， 256 字節(jié)的 RAM， 32 位 I / O 線，看門狗定時(shí)器，兩個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 十六 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一 個(gè) 六 向量二級(jí)中斷結(jié)構(gòu) ，全雙工串行口，片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。 STC89C52 支持兩種軟件可以選擇的節(jié)電模式。在 CPU 工作停止，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作的空閑模式。在 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)位為止的掉電保護(hù)方式 [1]。這個(gè)模塊以單片機(jī)為中心，把程序代碼燒進(jìn)去，然后外接復(fù)位電路、振蕩電路、鍵盤控制、LED 顯示電路、報(bào)警電路等子模塊。 單片機(jī)最小系統(tǒng)包括單片機(jī)、復(fù)位 電路、時(shí)鐘電路構(gòu)成。要使單片機(jī)工作起來(lái)最基本的電路構(gòu)成為單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖 21 示。 STC89C52 主 控 制 器 發(fā)射 DS18B20 接收 STC89C52 主 控 制 器 顯示電路 報(bào)警電路 4 圖 21 單片機(jī)最小系統(tǒng) STC89C52 單片機(jī)工作電壓范圍： ,所以通常給單片機(jī)外界 5V 直流電源。連接方式為單片機(jī)中的 40 腳 VCC 接正極 5V，而 20 腳 VSS 接電源地端。 復(fù)位電路是完成單片機(jī)工作開始狀態(tài)，確保單片機(jī)啟動(dòng)的過(guò)程。單片機(jī)在接通電源時(shí)會(huì)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，完成單片機(jī)的啟動(dòng)這一過(guò)程確定單片機(jī)的起始工作狀態(tài)。單片機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，當(dāng)受到外界環(huán)境的干擾可能會(huì)出 現(xiàn)程序跑飛的時(shí)候，按下復(fù)位按鈕后內(nèi)部的程序會(huì)自動(dòng)從頭開始執(zhí)行 [2]。 一般復(fù)位包含上電自動(dòng)復(fù)位與外部按鍵的手動(dòng)復(fù)位，單片機(jī)要是在時(shí)鐘電路的工作以后，在 RESET 端持續(xù)的給出 2 個(gè)機(jī)器周期高電平就可以完成復(fù)位的操作。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的是外部手動(dòng)按鍵復(fù)位電路，需要接上拉電阻提高輸出高電平的值。 時(shí)鐘電路就相當(dāng)于單片機(jī)的一個(gè)心臟，掌握著單片機(jī)的整個(gè)工作節(jié)奏。時(shí)鐘電路就是振蕩電路，主要是向單片機(jī)來(lái)提供一個(gè)正弦波的信號(hào)作為基準(zhǔn)，決定單片機(jī)執(zhí)行的速度。XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出，反向放大器可以配置為 片內(nèi)振蕩器。如果采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2 應(yīng)當(dāng)不接。因?yàn)橐粋€(gè)機(jī)器周期含有六個(gè)狀態(tài)周期，而每個(gè)狀態(tài)周期為兩個(gè)振蕩周期，所以一個(gè)機(jī)器周期共有十二個(gè)振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為 12MHZ，那么一個(gè)振蕩周期是 1/12us。 本系統(tǒng)采用 STC 系統(tǒng)列單片機(jī)，相比其它系列單片機(jī)具有很多優(yōu)點(diǎn)。一般 STC 單片機(jī)資源比其它單片機(jī)要多，而且執(zhí)行的速度快； STC 系列單片機(jī)使用串口對(duì)單片機(jī)進(jìn)行燒寫 ,下載程序較為方便； STC89C52 單片機(jī)內(nèi)部集成了看門狗電路；且具有很強(qiáng)抗干擾能力 [3]。 本系統(tǒng)采用內(nèi)部方式 的時(shí)鐘電路和加電自復(fù)位的復(fù)位電路，如下圖 22 圖和 23 所示： 圖 22 時(shí)鐘電路 圖 23 復(fù)位電路 5 由于單片機(jī) P0 口內(nèi)部不含上拉電阻，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，工作 ～ ISM 頻段。數(shù)據(jù)的傳輸率為 l Mb/s 或 2Mb/s，供電電壓 ～ ,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(guò)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_UP PRIM_RX CE FIFO 寄存器狀態(tài) 接收模式 1 1 1 發(fā)射模式 1 0 1 數(shù)據(jù)在 TX FIFO 寄存器中 發(fā)射模式 1 0 1→0 停留在發(fā)送模式，直至數(shù)據(jù)發(fā)送完 待機(jī)模式 2 1 0 1 TX_FIFO 為空 待機(jī)模式 1 1 0 無(wú)數(shù)據(jù)傳輸 掉電 0 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(jiǎn)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(lái)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(wú)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(wú)線收發(fā)模塊和顯示模塊組成整個(gè)系統(tǒng)，如圖 31 所示。 6 圖 31 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖 無(wú)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(wú)線傳輸采用 NRF24L01 無(wú)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(wú)線發(fā)射接線圖 圖 33 NRF24L01 無(wú)線接收模塊接線圖 顯示模塊 顯示采用 LCD1602 顯示， 經(jīng)過(guò)無(wú)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 電路通過(guò)三極管基極串連一個(gè)電阻與單片機(jī) 端口連接從而達(dá)到控制蜂鳴器是否報(bào)警。當(dāng)外界溫度超過(guò)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。 MCU溫度檢測(cè)模塊無(wú)線發(fā)射模塊MCU溫度顯示模塊無(wú)線接收模塊 7 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 8 電源模塊 發(fā)射和