【導(dǎo)讀】在現(xiàn)代的生活環(huán)境下，溫度扮演著越來(lái)越重要的角色。無(wú)論你的生活、學(xué)習(xí)、工。作的狀況怎么樣，溫度都無(wú)時(shí)無(wú)刻的伴隨著你。溫度監(jiān)控在工業(yè)生產(chǎn)中占有非常重要。的地位,并與工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化有著密切關(guān)系。溫度控制的速度和精度隨著社會(huì)的的發(fā)。展也會(huì)不斷增高。近年來(lái),溫度監(jiān)控領(lǐng)域發(fā)生了巨大的變化,工業(yè)生產(chǎn)的控制不再局限。于溫度的近距離傳輸或直接控制,需要遠(yuǎn)程控制,這就產(chǎn)生了無(wú)線溫度監(jiān)控。本文論述的無(wú)線溫度控制是將無(wú)線發(fā)送與接收和自動(dòng)控制相結(jié)合的一種監(jiān)控。傳感器DS18B20和無(wú)線收發(fā)模塊NRF24L01對(duì)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)線傳輸。傳輸模塊調(diào)制傳輸；接收機(jī)完成溫度接受數(shù)據(jù)功能以及數(shù)碼管顯示溫度測(cè)量值功能。上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可以顯示發(fā)送機(jī)采集的溫度以及一段時(shí)間內(nèi)的溫度曲線。部門(mén)、工業(yè)生產(chǎn)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，它可使操作人員與惡劣的工作環(huán)境分離開(kāi)來(lái)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化，提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。

　　

【正文】 是國(guó)內(nèi)使用最廣的 EDA軟件，它把設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì) PCB 板圖 、 仿真電路、 電路原理圖 和設(shè)計(jì) PLD 等許多實(shí)用功能組合在一起來(lái)完成 EDA 的工作，她是第一個(gè)吧 EDA 軟件做成基于操作系統(tǒng)的應(yīng)用產(chǎn)品。和 Protel 99SE軟件比較， Protel DXP 有著更加完善的功能和更加成熟的 風(fēng)格，更加靈活的界面，尤其是在設(shè)計(jì) PLD 電路和仿真方面有了重大改進(jìn)。擺脫了 Protel 前期版本基于 PCB 設(shè)計(jì)的產(chǎn)品定 ,顯露出一個(gè)普及型全線 EDA 產(chǎn)品嶄新的面貌。 PCB 原理圖設(shè)計(jì) Protel 2020 加入了超級(jí)庫(kù)的概念，這就使得能夠找到更多元器件的封裝， Protel 2020 附帶了六萬(wàn)八千 多個(gè)元件的元件庫(kù)，其中原理圖 FPGA 的設(shè)計(jì)課隨時(shí)調(diào) 用及預(yù)綜合元件集成庫(kù)，并且所有封裝都可以全部符合需要，若找不到合適的封裝 ，也可以在PCB 庫(kù)的編輯器里制作所需要的封裝。 下面將對(duì) Protel 2020 的作圖流 程做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。如圖 所示。 圖 PCB 板制作方法 ① 確定合適的元件封裝 ② 生成網(wǎng)格表：查看各元件的封裝 Design— NetList for Project— Protel 生成 .NET 文件 ③ 規(guī)劃電路板 System— Files— PCB Board Wizard ④ 載入元件封裝和網(wǎng)絡(luò) Design— Import Changes From? — Validate Changes（使變化生 Execute Changes（執(zhí)行變化） ⑤ 元件布局 Tools— Component Placement— Auto Placer（把右邊的網(wǎng)格刪掉，但可能把左構(gòu)思原理圖 新建原理圖 原理圖環(huán)境 加載文件庫(kù) 元器件調(diào)整 放置元器件 原理圖連接 注釋與修改 規(guī)則檢查 打印輸出 23 邊元件也刪掉，可以先關(guān)閉軟件，重啟軟件再刪。） 按照元件信號(hào)走向手動(dòng)布局。布局均勻，導(dǎo)線不要有交叉。 Design— Board Options? — Visible Grid— Grid2 選擇大的。就看不見(jiàn)背景網(wǎng)格 ⑥ 設(shè)置布線規(guī)格（線的寬度和布線層面） Design— Rules? — Routing— Width— Width— All Width— 右鍵 — New Rules? — 網(wǎng)絡(luò) — 在 All 上選擇 GND 或者? Routing Layers— Enabled Layers— 選擇 Bottom Layer 自動(dòng)布線： Auto Route— ALL （布線原則：安全間距原則和安全載流原則） PCB 的 EMC 設(shè)計(jì) 元器件布局的基本原則 ① 連接器及其引腳應(yīng)該根據(jù)元器件在板上的位置確定。所有連接器最好在硬紙板的一側(cè)，應(yīng)該避免從兩側(cè)映出電纜，一邊減小共模電流輻射。因?yàn)?PCB 板上 有高頻數(shù)字信號(hào)，假如有共模輻射產(chǎn)生，那么電纜就是共模輻射理想 的天線。 ② I/O 驅(qū)動(dòng)器需要連接器緊靠，要避免 I/O 信號(hào)走線距離過(guò)長(zhǎng)。如果其他連接器和高速的數(shù)字芯片之間信號(hào)沒(méi)有直接的交換時(shí)，高速的數(shù)字集成芯片需要放在距離連接器比較遠(yuǎn)的位置。否則，高速的信號(hào)很可能利用磁場(chǎng)和電場(chǎng)的耦合對(duì)輸出 /輸入環(huán)路造成差模干擾，同時(shí)利用接口電纜對(duì)外輻射。如果連接器與高速器件必須相連，就用該把高速器件丟在鏈接器處面。盡可能讓走線短，然后依次安放中速器件和低速器件。否則，我們的高速信號(hào)就會(huì)穿過(guò)印制板才可以到達(dá)連接器，中、低速的電路產(chǎn)生較大的干擾。 ③ 高速器件走線要盡量短，在我們的線路板上 。 ④ 發(fā)熱器件必須要離集成電路遠(yuǎn)，最好的做法就是放在邊緣，以便于器件的散熱。 ⑤ 電感在布局的時(shí)候時(shí)，千萬(wàn)不可靠在一起，如果這樣就會(huì)形成一個(gè)變壓器并相互之間感應(yīng)從而造成干擾信號(hào)，所以他們之間的間隔至少要保證具有一個(gè)器件高度，或者把兩個(gè)電感成直角排列。 ⑥ 很多的電磁干擾都來(lái)至于電源，集成電路的去偶電容應(yīng)該盡量靠近 IC 的電源引腳，且去耦電容的引線盡量短。 布線設(shè)計(jì)原則 ① 走線長(zhǎng)度盡可能短。 ② 避免 PCB 導(dǎo)線的不連續(xù)性，跡線寬度不能突變，避免 90176。拐角走線。 ③ PCB 走線中應(yīng)該遵循 3W 法則；所有走線 的間隔距離滿足：走線邊緣間隔距離應(yīng)大于或等于 2 倍走線寬度，也就是中心之間的距離為走線寬度的 3 倍。 ④ 短截線。 24 ⑤ 最小化環(huán)面積；信號(hào)路徑和他的返回線緊靠在一起將有助于最小化地環(huán)。 ⑥ 過(guò)孔 。 元器件布局分布如圖 所示。 圖 元器件布局分布圖 25 6 調(diào)試及結(jié)果 軟件調(diào)試 當(dāng)硬件調(diào)試完成以后下一步就是下載程序到單片機(jī)進(jìn)行軟件調(diào)試，軟件調(diào)試很簡(jiǎn)單，當(dāng)編譯是哪里出現(xiàn)錯(cuò)誤就在哪里修改，當(dāng)編譯后的結(jié)果出現(xiàn) 0 錯(cuò)誤時(shí)，現(xiàn)在先不要著急下載到單片機(jī)，還要在 KEIL 軟件里看看程序的每一步執(zhí)行的時(shí)候，單 片機(jī)每個(gè)引腳的電平情況，確保每個(gè)功能都準(zhǔn)確以后就可以往單片機(jī)里面下載了。 硬件軟件聯(lián)合調(diào)試 硬件調(diào)試和軟件調(diào)試完成以后，需要進(jìn)行軟硬件的聯(lián)合調(diào)試。 聯(lián)合測(cè)試可能出現(xiàn)下面的一些情況，若液晶顯示器沒(méi)有顯示，那么首先應(yīng)先檢查電源是否有電，如果電源指示燈亮，則要檢查是否是程序沒(méi)有下載到單片機(jī)內(nèi)部，若出錯(cuò)則再下載一次程序即可。如果程序下載以后仍然沒(méi)有顯示，或者沒(méi)有顯示正確的內(nèi)容，需要檢查一下外圍電路與單片機(jī)引腳的鏈接是否和我們程序中設(shè)置的一樣，若不一樣，則應(yīng)重新進(jìn)行軟件調(diào)試，更改程序中的引腳設(shè)計(jì)，當(dāng)確定所有 的參數(shù)都準(zhǔn)確無(wú)誤后，再通電測(cè)試。調(diào)試過(guò)程要保證仿真時(shí)所有的功能都能夠?qū)崿F(xiàn)。 實(shí)物調(diào)試 整個(gè)系統(tǒng)完成后最主要的部分就是對(duì)其做全面的測(cè)試，查看硬件電路是否連接無(wú)誤有無(wú)虛接短路，用萬(wàn)能表對(duì)各路器件進(jìn)行仔細(xì)的檢測(cè)以確保線路連接完好。軟件部分則通過(guò)將程序燒寫(xiě)到單片機(jī)上然后進(jìn)行調(diào)試。 STC_ISP 軟件燒寫(xiě)程序操作分為 5 步： ① USB 下載 STC89C51 單片機(jī) 的 PL2303 驅(qū)動(dòng)安裝 ② 選擇芯片型號(hào)，必須是 STC89C51 ③ 打開(kāi)需要燒寫(xiě)的發(fā)送或接受的 HEX 文件 ④ 選擇對(duì)應(yīng)的 COM 口（到電腦 屬性中的設(shè)備管理器查看） ⑤先關(guān)掉開(kāi)發(fā)板電源，點(diǎn)擊“下載” ，然后稍等片刻再打開(kāi)電源，等待下載完成。 在沒(méi)通電之前檢查各元器件型號(hào)、規(guī)劃是否符合要求，用萬(wàn)用表檢查電路中是否存在短路現(xiàn)象。根據(jù)設(shè)計(jì)要求并結(jié)合實(shí)物編寫(xiě)修改程序。在調(diào)試中一開(kāi)始出現(xiàn)了一些小問(wèn)題，第一次硬件調(diào)試時(shí)將 USB 接口接入電腦，在程序燒錄時(shí)在設(shè)備管理器中找不到串口。于是，觀察芯片發(fā)現(xiàn)是 PL2303 驅(qū)動(dòng)，給計(jì)算機(jī)安裝 PL2303 驅(qū)動(dòng)便找到串口，再一次嘗試燒錄程序。接收機(jī)沒(méi)有溫度顯示，并且程序并沒(méi)有附給單片機(jī)，立即停止燒錄使其處于掉電模式。 經(jīng)過(guò)仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn) keil uVision2 里編寫(xiě)的程序關(guān)于DS18B20 的部分引腳分配錯(cuò)誤，并且實(shí)物中 DS18B20 溫度傳感器插反，經(jīng)過(guò)逐一糾正， 26 接收機(jī)成功顯示當(dāng)下時(shí)刻的溫度。 對(duì)接收機(jī)進(jìn)行調(diào)試是將程序成功燒錄后，接收機(jī)通過(guò) NRF24L01 無(wú)線模塊可以正確的接收到發(fā)射機(jī)采集的溫度。但是接收機(jī)上數(shù)碼管顯示有誤，涌過(guò)觀察發(fā)現(xiàn) 4 位數(shù)碼管的 d 和 g 段都不亮，檢查數(shù)碼管的 8 個(gè)數(shù)據(jù)引腳連接無(wú)誤，并在整個(gè)調(diào)試過(guò)程中偶爾數(shù)碼管正確顯示，究其原因是系統(tǒng)采用 DIP 雙列直插封裝，單片機(jī)沒(méi)有放置好導(dǎo)致接觸不良，數(shù)碼管顯示時(shí)而正確時(shí) 而有誤，將單片芯片重新居中放置便是問(wèn)題得到解決，調(diào)試成功實(shí)物結(jié)果如圖 所示。 圖 接收機(jī)接收到試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的溫度值后，通過(guò) USB 數(shù)據(jù)線連接的上位機(jī)。通過(guò)過(guò)程序的編寫(xiě)實(shí)現(xiàn)接收機(jī)與上位機(jī)的串口通信，將接收機(jī)收到的試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)溫度值發(fā)送到上位機(jī)無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)。在設(shè)備管理器中找到接收機(jī)的串口號(hào)后，雙擊打開(kāi)上位機(jī)無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)，輸入接收機(jī)串口號(hào)并打開(kāi)串口，調(diào)整波特率是無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)中的波特率與程序中編寫(xiě)的波特率調(diào)為一致為 4800Hz，無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)即可顯示溫度隨時(shí)間的變化，根據(jù)溫度曲線并可預(yù)測(cè)下一時(shí)刻的溫 度。但是如果波特率與程序不一致，上位機(jī)無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)不能正常工作，無(wú)線顯示當(dāng)下時(shí)刻的溫度值。在上位機(jī)無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)中可以設(shè)定溫度報(bào)警的上下限值，如果采集到的溫度超過(guò)報(bào)警上下限的值時(shí)，溫度將顯示為紅色發(fā)出警告，如果在正常范圍之內(nèi)，溫度值可顯示為綠色。如果不需要報(bào)警功能，用戶可以直接將報(bào)警功能關(guān)閉，并可以根據(jù)自己的需要設(shè)定報(bào)警溫度的上下限的值。上位機(jī)無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)如圖 所示。 27 圖 接入接收機(jī) USB 數(shù)據(jù)線， 修改上位機(jī)系統(tǒng)的串口號(hào)與波特率，分別設(shè)定報(bào)警上限、報(bào)警下限之后上位機(jī)監(jiān)控結(jié)果如圖 所示。 圖 上位機(jī)監(jiān)控結(jié)果 28 由于報(bào)警溫度設(shè)定為 20 攝氏度與 25 攝氏度，當(dāng)下時(shí)刻溫度一超出范圍所以顯示為紅色，并且溫度比較穩(wěn)定，在一個(gè)時(shí) 間段內(nèi)溫度變化不大，所以溫度曲線趨于直線只是小范圍內(nèi)的波動(dòng)。 點(diǎn)擊上位機(jī)無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)中“歷史數(shù)據(jù)”可知該時(shí)間段溫度數(shù)據(jù)，溫度歷史數(shù)據(jù)整理后如表 所示。 表 溫度歷史數(shù)據(jù) 時(shí)間 16:57 16:58 16:59 17:00 17:01 溫度 186。C 29 結(jié)論 隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是單片微機(jī)的發(fā)展，使傳統(tǒng)的監(jiān)控儀器在原理，功能，精度及自動(dòng)化水平等方面發(fā)生了巨大的變化，使很多的傳統(tǒng)電子儀器被相應(yīng)的全新的儀器類型和測(cè)試系統(tǒng)體系所代替。在科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的今天，如何用簡(jiǎn)單便宜，性能良好的元器件制造出對(duì)人類生活有用的產(chǎn)品，已經(jīng)成為人們研究的主要趨勢(shì)。因此，溫度監(jiān)控儀作為簡(jiǎn)稱為儀器中不能缺少的一種儀器，如何用簡(jiǎn)單便宜，性能良好，外圍電路簡(jiǎn)單的元器件制造出性能良好的溫度監(jiān)控器便成為了溫度的發(fā)展方向。 溫度監(jiān) 控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)在很大意義上提高了生產(chǎn)生活的需要，方便了生產(chǎn)中對(duì)溫度的監(jiān)測(cè)。外圍電路比較簡(jiǎn)單，測(cè)量精度較高，分辨力高，使用方便。溫度監(jiān)控是現(xiàn)代監(jiān)控技術(shù)的重要組成部分，在保證產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源和安全生產(chǎn)等方面起著關(guān)鍵的作用。溫度監(jiān)控系統(tǒng)采用無(wú)線傳輸 ,解決了惡劣環(huán)境中有線傳輸布線難和不靈活的問(wèn)題 ,同時(shí)采用數(shù)碼管顯示 ,使得操作簡(jiǎn)單 ,顯示直接明了 ,而且大大減少了功耗。 本設(shè)計(jì)以 Atmel 公司生產(chǎn)的單片機(jī) AT89C51 為開(kāi)發(fā)平臺(tái)， NRF24L01 作為系統(tǒng)的無(wú)線收發(fā)模塊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸， DS18B20 溫度傳感器負(fù)責(zé)溫度的采集 及 LED 數(shù)碼管顯示特性及工作原理進(jìn)行了深入研究。通過(guò)軟件測(cè)試硬件制作相結(jié)合而設(shè)計(jì)了無(wú)線溫度監(jiān)測(cè)及顯示。采用 89C51 單片機(jī)，不僅易于數(shù)據(jù)采集，而且擴(kuò)展了其他功能，比如顯示、外部中斷等。 NRF24L01 無(wú)線收發(fā)模塊集成度高，傳輸速度快，精度高，集合了編碼解碼，發(fā)射接收功能，抗干擾能力強(qiáng)，用戶使用起來(lái)也非常方便，使得系統(tǒng)的硬件和軟件的設(shè)計(jì)輕松簡(jiǎn)單了許多。由 DALLA 公司生產(chǎn)的“一線”數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 與軟件設(shè)計(jì)相結(jié)合，進(jìn)一步增加了系統(tǒng)的測(cè)溫準(zhǔn)確性。在系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)中充分考慮了系統(tǒng)的有效性和抗干擾性。該 系統(tǒng)具有操作控制簡(jiǎn)單而且方便、顯示直觀明了、傳輸速度快，電路簡(jiǎn)潔、造價(jià)成本低廉等諸多優(yōu)點(diǎn)。 30 參 考 文 獻(xiàn) [1] 趙建領(lǐng) .51 系列單片機(jī)開(kāi)發(fā)寶典 [M].北京 : 電子工業(yè)出版社 .2020 [2] 黃智偉 .無(wú)線發(fā)射與接收電路設(shè)計(jì) [M].北京 :北京航空航天大學(xué)出版社 .2020 [3] 高峰 .單片微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)用技術(shù) [M].北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,2020. 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