【導(dǎo)讀】傳統(tǒng)的溫度測(cè)量系統(tǒng)不僅要設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)節(jié)電路，還要經(jīng)過復(fù)雜的標(biāo)準(zhǔn)和。便于管理，發(fā)生故障時(shí)，要耗費(fèi)大量的人力物力排查和重新鋪設(shè)線纜。本文提出一種采用單片機(jī)STC89C52RC控制。通過簡(jiǎn)單的無線通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)可靠性與功耗平。受到距離限制的缺陷。在經(jīng)過軟硬件測(cè)試后，我們基本實(shí)現(xiàn)了用溫度傳感器采集溫度，用nRF24L01進(jìn)行一定距離傳輸后在接受端的LCD1602上顯示出來的模型。實(shí)時(shí)性的無線溫度檢測(cè)是該設(shè)計(jì)的最大特點(diǎn)。

　　

【正文】 當(dāng)主機(jī)收到 DSl8B20 的響應(yīng)信號(hào)后，便可以發(fā)出 ROM 操作命令之一，這些命令如下： 指 令代碼 代碼 Skip ROM（跳躍 ROM 指令） [CCH] 這條指令使芯片不對(duì) ROM編碼做出反應(yīng)，在單總線的情況之下，為了節(jié)省時(shí)間則可以選用此指令。如果在多芯片掛接時(shí)使用此指令將會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)沖突，導(dǎo)致錯(cuò)誤出現(xiàn)。 Read Scratchpad （從 RAM 中讀數(shù)據(jù)） [BEH] 此指令將從 RAM 中讀數(shù)據(jù)，讀地址從地址 0 開始，一直可以讀到地址 9，完成整個(gè) RAM數(shù)據(jù)的讀出。芯片允許在讀過程中用復(fù)位信號(hào)中止讀取，即可以不讀后面不需要的字節(jié)以減少讀取時(shí)間。 2020 屆電子信息工程畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 Convert T（溫度轉(zhuǎn)換） [44H] 收到此 指令后芯片將進(jìn)行一次溫度轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換的溫度值放入 RAM 的第 2 地址。此后由于芯片忙于溫度轉(zhuǎn)換處理，當(dāng)控制器發(fā)一個(gè)讀時(shí)間隙時(shí)，總線上輸出“ 0”，當(dāng)儲(chǔ)存工作完成時(shí)，總線將輸出“ 1”。在寄生工作方式時(shí)必須在發(fā)出此指令后立刻超用強(qiáng)上拉并至少保持 500MS，來維持芯片工作。 與 DS18B20 的所有通訊都是由一個(gè)單片機(jī)的復(fù)位脈沖和一個(gè) DS18B20 的應(yīng)答脈沖開始的。單片機(jī)先發(fā)一個(gè)復(fù)位脈沖，保持低電平時(shí)間最少 480μs ，最多不能超過 960μs 。然后，單片機(jī)釋放總線，等待 DS18B20 的應(yīng)答脈沖。 DS18B20在接受到復(fù) 位脈沖后等待 15～ 60μs 才發(fā)出應(yīng)答脈沖。應(yīng)答脈沖能保持 60～240μs 。單片機(jī)從發(fā)送完復(fù)位脈沖到再次控制總線至少要等待 480 μs 。 讀時(shí)隙需 15～ 60 μs ，且在 2 次獨(dú)立的讀時(shí)隙之間至少需要 1 μs 的恢復(fù)時(shí)間。讀時(shí)隙起始于單片機(jī)拉低總線至少 1 μs 。 DSl8820 在讀時(shí)隙開始 15μs后開始采樣總線電平。 寫時(shí)隙需要 15～ 75 μs ，且在 2 次獨(dú)立的寫時(shí)隙之間至少需要 1μs 的恢復(fù)時(shí)間。寫時(shí)隙起始于單片機(jī)拉低總線。 DS18B20 的硬件設(shè)計(jì) DS18B20 在本系統(tǒng)中與發(fā)送端單片機(jī)的 。如圖： GND1I/ O2V C C3U2D S 1 8 B 2 0V C CP 3 3 圖 的 DS18B20 硬件連接圖 圖 nRF24L01 單端 50Ω射頻輸出電路原理圖 xx：無線溫度檢測(cè)裝置設(shè)計(jì) 24 顯示模塊 本系統(tǒng)顯示模塊分兩種： 接收端顯示模塊用 LCD1602 液晶模塊。 發(fā)送端使用數(shù)碼管顯示。 接收端顯示模塊 本設(shè)計(jì)在接收端部分采用 LCD1602 液晶顯示模塊 來顯示溫度， ,P0 由上拉電阻提高驅(qū)動(dòng)能力，作為數(shù)據(jù)輸出并作為 LCD 的驅(qū)動(dòng)， P2口的 ~ 分別作為 液晶顯示模塊 的使能信號(hào) E， 數(shù)據(jù) /命令選擇 RS， R/W 端則配置成寫。具體電路如圖 所示。 D0D1D2D3D4D5D6D7P 27P 2512345678910111213141516J 13C O N 16R3P O T 1V C CP 26 圖 LCD1602 液晶顯示模塊電路圖 發(fā)送端顯示模塊 本設(shè)計(jì)在發(fā)送端部分采用數(shù)碼管顯示， P0由上拉電阻提高驅(qū)動(dòng)能力，作為數(shù)據(jù)輸出。 ~ 分別作為數(shù)碼管位顯示 S1~S4。 如圖 所示： 2020 屆電子信息工程畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 e1d2dp3c4g5s46b7s38s29f10a11s112U37 S E GD0 D1D2D3D4D5D6D7S1 S2 S3S4 圖 發(fā)送端數(shù)碼管顯示連接 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路 74HC245 是方向可控的八路緩沖器，主要用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)總線的雙向異步通信。為了保護(hù)脆弱的主控芯片，通常在主控芯片的并行接口與外部受控設(shè)備的并行接口間添加緩沖器。當(dāng)主控芯片與受控設(shè)備之間需要實(shí)現(xiàn)雙向異步通信時(shí)，自然就得選用雙向的八路緩沖器了， 245 就是面向這種需求的。常見于同并口液晶屏、并口打印機(jī)、并口傳感器或通訊模塊等設(shè)備的接口上。 74HC 具有的特點(diǎn) : 采用 CMOS 工藝 寬電壓工作范圍： — 雙向三態(tài)輸出 八線雙向收發(fā)器 封裝形式： SOP SOP20~ TSSOP DIP20 74HC245 的每個(gè)輸出引腳都有 20mA 的灌入電流，因此可以直接驅(qū)動(dòng) LED，而輸出電流可達(dá)到 35mA(74HC245 如圖 所示 )。 xx：無線溫度檢測(cè)裝置設(shè)計(jì) 26 圖 74HC245 引腳圖 報(bào)警電路 當(dāng)外界溫度超過預(yù)設(shè)溫度 上限 時(shí)，為更加有效的引起用戶的注意，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。該電路由蜂鳴器和 NPN 三極管組成，具體電路如圖 所示。 圖 蜂鳴器報(bào)警電路 溫度上限修改電路 溫度上限修改電路是 為了修改溫度報(bào)警的上限的值而設(shè)定的，有了該電路，可以很快地 修改溫度的上限，從而提高預(yù)警效率 。 2020 屆電子信息工程畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 圖 溫度值上限修改電路 電源電路 電源 為整個(gè)系統(tǒng)的正常工作提供能量，因此電源系統(tǒng)應(yīng)該滿足可靠性、穩(wěn)定性、并要求低功耗，能更長(zhǎng)久的工作并符合節(jié)能減排理念。電源部分分為主電源和工作電源。主電源以是否能夠穩(wěn)定工作作為選定標(biāo)準(zhǔn)，工作電源是為 NRF24L01 提供穩(wěn)定的 ，故需要穩(wěn)定地工作。 工作電源 NRF24lL01 無線模塊 的 工作 電壓是 ，采用了穩(wěn)壓芯片 AS1117。 AS1117 是一款低壓差的線性穩(wěn)壓器，當(dāng)輸出 1A 電流時(shí)，輸入輸出 的電壓差典型值僅為 。AS1117 除了能提供多種固定電壓版本外（ Vout=,5V），還提供可調(diào)端輸出版本，該版本能提供的輸出電壓范圍為 ~。 AS1117 正常工作環(huán)境溫度范圍極寬，為 50℃ ～ 140℃ ，確保芯片和電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性。同時(shí)在產(chǎn)品生產(chǎn)中應(yīng)用先進(jìn)的修正技術(shù)，確保輸出電壓和參考源精度在 177。1%的精度范圍內(nèi) [7]。 AS1117 的特點(diǎn)： 包括三端可調(diào)輸出和固定電壓輸出版本（固定電壓包括 ， ， ， ， 5V 等 ，其他電壓規(guī)格可根據(jù)用戶定制）； 最大輸出電流為 1A； 輸出電壓精度高達(dá) 177。1％； 穩(wěn)定工作電壓范圍為高達(dá) 15V； 電壓線性度為 ％； 負(fù)載線性度為 ％； xx：無線溫度檢測(cè)裝置設(shè)計(jì) 28 環(huán)境溫度： TA 的范圍是 50℃ ~140℃ ； 圖 工作電源電路圖 主電源 主電源采用廣州三敏電子生產(chǎn)的 精密 5V700mA()隔離開關(guān)電源 /ACDC 降壓模塊 ，該 電源為隔離型工業(yè)級(jí)模塊電源，具有溫度保護(hù)、過流保護(hù)及短路全保護(hù)，高低壓隔離， AC85~265V 寬電壓輸入，交直流兩用， 431 精準(zhǔn)穩(wěn)壓 DC5V 輸出，超小體積，高可靠性，性價(jià)比高等特點(diǎn)。 輸入電壓 AC 85 ~ 265v 50/60HZ 或 DC100v370v 輸出電壓 DC5V（ 177。 ） 輸出電流 700mA 功 率 2020 屆電子信息工程畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 顯示模塊 顯示模塊分為兩部分，其中發(fā)射端采用 4 位 LED 數(shù)碼管顯示溫度值，接收端用LCD1602 顯示溫度值及溫度上限值。 發(fā)送端 顯示模塊： LED數(shù)碼管也稱半導(dǎo)體數(shù)碼管，是目前數(shù)字電路中最常用的顯示器件。它是以發(fā)光二極管作筆段并按共陰極方式或共陽極方式連接后封裝而成的。兩種LED 數(shù)碼管的外形與內(nèi)部結(jié)構(gòu)，＋、－分別表示公共陽極和公共陰極， a～ g是7 個(gè)筆段電極， DP 為小數(shù)點(diǎn)。 LED 數(shù)碼管型號(hào)較多，規(guī)格尺寸也各異，顯示顏色有紅、綠、橙等 [8]。 LED 數(shù)碼管根據(jù) LED 的接法不同分為共陰和共陽兩類，了解 LED 的這些特性，對(duì)編程是很重要的，因?yàn)椴煌愋偷臄?shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。右圖是共陰和共陽極數(shù)碼管的內(nèi)部電路，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。 將多只 LED的陰極連在一起即為共陰式，而將多只 LED的陽極連在一起即為共陽式。以共陰式為例，如把 陰極接地，在相應(yīng)段的陽極接上正電源，該段即會(huì)發(fā)光。當(dāng)然， LED 的電流通常較小，一般均需在回路中接上限流電阻。 各個(gè)數(shù)碼管的段碼都是 單片機(jī)的數(shù)據(jù)口 輸出 ,即各個(gè)數(shù)碼管輸入的段碼都是一樣的 , 為了使其分別顯示不同的數(shù)字 , 可采用動(dòng)態(tài)顯示的方式 ,即先只讓最低位顯示 0(含點(diǎn) )，經(jīng)過一段延時(shí)，再只讓次低位顯示 1，如此類推。由視覺暫留 ,只要我們的延時(shí)時(shí)間足夠短，就能夠使得數(shù)碼的顯示看起來非常的穩(wěn)定清楚。過程如下 表： 表 段碼 位碼 顯示器狀態(tài) 08H 01H □□□□□□□ 0 abH 02H □□□□□□ 1□ 12H 04H □□□□□ 2□□ 22H 08H □□□□ 3□□□ a1H 10H □□□ 4□□□□ 24H 20H □□ 5□□□□□ 04H 40H □ 6□□□□□□ aaH 80H 7□□□□□□□ xx：無線溫度檢測(cè)裝置設(shè)計(jì) 30 接收端 顯示 模塊 1602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣 型液晶模塊。它由若干個(gè) 5X7 或者 5X11 等 點(diǎn)陣 字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒芎芎玫仫@示圖形（用自定義 CGRAM，顯示效果也不好） [9]。 1602LCD 是指顯示的內(nèi)容為 16X2,即可以顯示兩行，每行 16個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。 市面上字符液晶大多數(shù)是基于 HD44780 液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于 HD44780 寫的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型液晶。 1602LCD 分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為 HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無差別，兩者尺寸差別如下圖 所示： 圖 1602LCD 尺寸圖 1602LCD 主要技術(shù)參數(shù)： 顯示容量 :16179。2 個(gè)字符 芯片工作電壓 :— 工作電流 :() 模塊最佳工作電壓 : 2020 屆電子信息工程畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 引腳功能說明 1602LCD 采用標(biāo)準(zhǔn)的 14 腳或 16 腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表 所示 : 表 ：引腳接口說明表 編號(hào) 符號(hào) 引腳說明 編號(hào) 符號(hào) 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù) 2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù) 3 VL 液晶顯示偏壓 11 D4 數(shù)據(jù) 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇 12 D5 數(shù)據(jù) 5 R/W 讀 /寫選擇 13 D6 數(shù)據(jù) 6 E 使能信號(hào) 14 D7 數(shù)據(jù) 7 D0 數(shù)據(jù) 15 BLA 背光源正極 8 D1 數(shù)據(jù) 16 BLK 背光源負(fù)極 第 1腳： VSS 為地電源。 第 2腳： VDD 接 5V 正電源。 第 3腳： VL 為液晶顯示器對(duì)比度調(diào) 整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生 “ 鬼影 ” ，使用時(shí)可以通過一個(gè) 10K 的電位器調(diào)整對(duì)比度。 第 4腳： RS 為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。 第 5腳： R/W 為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng) RS和 R/W 共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS 為低電平 R/W 為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng) RS為高電平 R/W 為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。 第 6腳： E 端為使能端，當(dāng) E 端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。 第 7～ 14 腳： D0～ D7為 8 位雙 向數(shù)據(jù)線。 第 15腳：背光源正極。 第 16腳：背光源負(fù)極。 1602LCD 的指令說明及時(shí)序 1602 液晶模塊內(nèi)部的控制器共有 11 條控制指令，如表 所示： xx：無線溫度檢測(cè)裝置設(shè)計(jì) 32 表 控制命令 表 序號(hào) 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 清顯示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 光標(biāo)返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 * 3 置輸入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 4 顯示開 /關(guān)控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 5 光標(biāo)或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * * 7 置字符發(fā)生存貯器地址 0 0 0 1 字符發(fā)生存貯器地址 8 置