【導讀】傳統的溫度測量系統不僅要設計信號調節(jié)電路，還要經過復雜的標準和。便于管理，發(fā)生故障時，要耗費大量的人力物力排查和重新鋪設線纜。本文提出一種采用單片機STC89C52RC控制。通過簡單的無線通信協議，實現可靠性與功耗平。受到距離限制的缺陷。在經過軟硬件測試后，我們基本實現了用溫度傳感器采集溫度，用nRF24L01進行一定距離傳輸后在接受端的LCD1602上顯示出來的模型。實時性的無線溫度檢測是該設計的最大特點。

　　

【正文】 當主機收到 DSl8B20 的響應信號后，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 ROM編碼做出反應，在單總線的情況之下，為了節(jié)省時間則可以選用此指令。如果在多芯片掛接時使用此指令將會出現數據沖突，導致錯誤出現。 Read Scratchpad （從 RAM 中讀數據） [BEH] 此指令將從 RAM 中讀數據，讀地址從地址 0 開始，一直可以讀到地址 9，完成整個 RAM數據的讀出。芯片允許在讀過程中用復位信號中止讀取，即可以不讀后面不需要的字節(jié)以減少讀取時間。 2020 屆電子信息工程畢業(yè)設計（論文） 23 Convert T（溫度轉換） [44H] 收到此 指令后芯片將進行一次溫度轉換，將轉換的溫度值放入 RAM 的第 2 地址。此后由于芯片忙于溫度轉換處理，當控制器發(fā)一個讀時間隙時，總線上輸出“ 0”，當儲存工作完成時，總線將輸出“ 1”。在寄生工作方式時必須在發(fā)出此指令后立刻超用強上拉并至少保持 500MS，來維持芯片工作。 與 DS18B20 的所有通訊都是由一個單片機的復位脈沖和一個 DS18B20 的應答脈沖開始的。單片機先發(fā)一個復位脈沖，保持低電平時間最少 480μs ，最多不能超過 960μs 。然后，單片機釋放總線，等待 DS18B20 的應答脈沖。 DS18B20在接受到復 位脈沖后等待 15～ 60μs 才發(fā)出應答脈沖。應答脈沖能保持 60～240μs 。單片機從發(fā)送完復位脈沖到再次控制總線至少要等待 480 μs 。 讀時隙需 15～ 60 μs ，且在 2 次獨立的讀時隙之間至少需要 1 μs 的恢復時間。讀時隙起始于單片機拉低總線至少 1 μs 。 DSl8820 在讀時隙開始 15μs后開始采樣總線電平。 寫時隙需要 15～ 75 μs ，且在 2 次獨立的寫時隙之間至少需要 1μs 的恢復時間。寫時隙起始于單片機拉低總線。 DS18B20 的硬件設計 DS18B20 在本系統中與發(fā)送端單片機的 。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：無線溫度檢測裝置設計 24 顯示模塊 本系統顯示模塊分兩種： 接收端顯示模塊用 LCD1602 液晶模塊。 發(fā)送端使用數碼管顯示。 接收端顯示模塊 本設計在接收端部分采用 LCD1602 液晶顯示模塊 來顯示溫度， ,P0 由上拉電阻提高驅動能力，作為數據輸出并作為 LCD 的驅動， P2口的 ~ 分別作為 液晶顯示模塊 的使能信號 E， 數據 /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 本設計在發(fā)送端部分采用數碼管顯示， P0由上拉電阻提高驅動能力，作為數據輸出。 ~ 分別作為數碼管位顯示 S1~S4。 如圖 所示： 2020 屆電子信息工程畢業(yè)設計（論文） 25 e1d2dp3c4g5s46b7s38s29f10a11s112U37 S E GD0 D1D2D3D4D5D6D7S1 S2 S3S4 圖 發(fā)送端數碼管顯示連接 數碼管驅動電路 74HC245 是方向可控的八路緩沖器，主要用于實現數據總線的雙向異步通信。為了保護脆弱的主控芯片，通常在主控芯片的并行接口與外部受控設備的并行接口間添加緩沖器。當主控芯片與受控設備之間需要實現雙向異步通信時，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、并口傳感器或通訊模塊等設備的接口上。 74HC 具有的特點 : 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 的每個輸出引腳都有 20mA 的灌入電流，因此可以直接驅動 LED，而輸出電流可達到 35mA(74HC245 如圖 所示 )。 xx：無線溫度檢測裝置設計 26 圖 74HC245 引腳圖 報警電路 當外界溫度超過預設溫度 上限 時，為更加有效的引起用戶的注意，及時關注溫度的變化，本系統設計了聲報警電路。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 為了修改溫度報警的上限的值而設定的，有了該電路，可以很快地 修改溫度的上限，從而提高預警效率 。 2020 屆電子信息工程畢業(yè)設計（論文） 27 圖 溫度值上限修改電路 電源電路 電源 為整個系統的正常工作提供能量，因此電源系統應該滿足可靠性、穩(wěn)定性、并要求低功耗，能更長久的工作并符合節(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)定工作作為選定標準，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，當輸出 1A 電流時，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的穩(wěn)定性。同時在產品生產中應用先進的修正技術，確保輸出電壓和參考源精度在 177。1%的精度范圍內 [7]。 AS1117 的特點： 包括三端可調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)格可根據用戶定制）； 最大輸出電流為 1A； 輸出電壓精度高達 177。1％； 穩(wěn)定工作電壓范圍為高達 15V； 電壓線性度為 ％； 負載線性度為 ％； xx：無線溫度檢測裝置設計 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的 精密 5V700mA()隔離開關電源 /ACDC 降壓模塊 ，該 電源為隔離型工業(yè)級模塊電源，具有溫度保護、過流保護及短路全保護，高低壓隔離， AC85~265V 寬電壓輸入，交直流兩用， 431 精準穩(wěn)壓 DC5V 輸出，超小體積，高可靠性，性價比高等特點。 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)設計（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數碼管也稱半導體數碼管，是目前數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 數碼管的外形與內部結構，＋、－分別表示公共陽極和公共陰極， a～ g是7 個筆段電極， DP 為小數點。 LED 數碼管型號較多，規(guī)格尺寸也各異，顯示顏色有紅、綠、橙等 [8]。 LED 數碼管根據 LED 的接法不同分為共陰和共陽兩類，了解 LED 的這些特性，對編程是很重要的，因為不同類型的數碼管，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碼管的內部電路，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，在相應段的陽極接上正電源，該段即會發(fā)光。當然， LED 的電流通常較小，一般均需在回路中接上限流電阻。 各個數碼管的段碼都是 單片機的數據口 輸出 ,即各個數碼管輸入的段碼都是一樣的 , 為了使其分別顯示不同的數字 , 可采用動態(tài)顯示的方式 ,即先只讓最低位顯示 0(含點 )，經過一段延時，再只讓次低位顯示 1，如此類推。由視覺暫留 ,只要我們的延時時間足夠短，就能夠使得數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：無線溫度檢測裝置設計 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、數字、符號等的點陣 型液晶模塊。它由若干個 5X7 或者 5X11 等 點陣 字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此所以它不能很好地顯示圖形（用自定義 CGRAM，顯示效果也不好） [9]。 1602LCD 是指顯示的內容為 16X2,即可以顯示兩行，每行 16個字符液晶模塊（顯示字符和數字）。 市面上字符液晶大多數是基于 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 主要技術參數： 顯示容量 :16179。2 個字符 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)設計（論文） 31 引腳功能說明 1602LCD 采用標準的 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 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 數據 2 VDD 電源正極 10 D3 數據 3 VL 液晶顯示偏壓 11 D4 數據 4 RS 數據 /命令選擇 12 D5 數據 5 R/W 讀 /寫選擇 13 D6 數據 6 E 使能信號 14 D7 數據 7 D0 數據 15 BLA 背光源正極 8 D1 數據 16 BLK 背光源負極 第 1腳： VSS 為地電源。 第 2腳： VDD 接 5V 正電源。 第 3腳： VL 為液晶顯示器對比度調 整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產生 “ 鬼影 ” ，使用時可以通過一個 10K 的電位器調整對比度。 第 4腳： RS 為寄存器選擇，高電平時選擇數據寄存器、低電平時選擇指令寄存器。 第 5腳： R/W 為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當 RS和 R/W 共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當 RS 為低電平 R/W 為高電平時可以讀忙信號，當 RS為高電平 R/W 為低電平時可以寫入數據。 第 6腳： E 端為使能端，當 E 端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。 第 7～ 14 腳： D0～ D7為 8 位雙 向數據線。 第 15腳：背光源正極。 第 16腳：背光源負極。 1602LCD 的指令說明及時序 1602 液晶模塊內部的控制器共有 11 條控制指令，如表 所示： xx：無線溫度檢測裝置設計 32 表 控制命令 表 序號 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 /關控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 5 光標或字符移位 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