【正文】 基于 51 單片機(jī)的無線測溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 27 參 考 文 獻(xiàn) [1] 李華 ． MCU51 系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù) [M]． 北京航空航天大學(xué)出版社， 20xx， 3. [2] 許育誠 ． 軟件測試與質(zhì)量管理 [J]海事大學(xué) ． 20xx， 6， 1442. [3] 景新梅 ． 軟件產(chǎn)業(yè)原動(dòng)力 [J],中國計(jì)算機(jī)報(bào) ． 20xx， 7， 3233. [4] 劉湘濤，江世明 ． 單片機(jī)原理與應(yīng)用 [M]． 北京 :電子工業(yè)出版社， 20xx， 7. [5] 萬福軍 ． 單片微機(jī)原理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用 [M]． 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社， 20xx， 5. [6] 胡輝．單片 機(jī)原理及應(yīng)用設(shè)計(jì) [M]． 中國水利水電出版社， 20xx， 10. [7] 繆學(xué)勤．解讀 IEC61158 第四版現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn) [J]． 儀器儀表標(biāo)準(zhǔn)化與計(jì)量， 20xx， 3， 14. [8] 劉藝，徐大琴．嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)大學(xué)教材 [M] ． 人民郵電出版社， 20xx， 12. [9] 張迎新，雷文． C8051F 系列 SOC 單片機(jī)原理及應(yīng)用 [M]． 國防工業(yè)出版社， 20xx， 12. [10] 官晟．張杰 .微機(jī)主從通信系統(tǒng)多 232 口連接電路設(shè)計(jì) [J]． 微計(jì)算機(jī)信息， 20xx， 4， 1016. [11] 董春霞，張勝利． I2C 總線技術(shù)及 其在智能儀表中的應(yīng)用 [J]． 20xx， 4， 2426. [12] 何立民， I2C 總線應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) [M]． 北京航空航天大學(xué)出版社， 20xx， 5. 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[19] Philips SJA1000—— Standa。對于 PROTEUS 這款軟件，也能熟練掌握電路設(shè)計(jì)仿真。此次設(shè)計(jì)中學(xué)到了很多很多東西，這是最重要的。在此次設(shè)計(jì)中，知道了做凡事要有一顆平常的心，不要想著走捷徑，一步一腳印。對電路的設(shè)計(jì)、布局要先有一個(gè)好的構(gòu)思，才顯得電路板美觀、大方。在最初的設(shè)計(jì)中，發(fā)揮“三個(gè)臭皮匠，頂個(gè)諸葛亮”的作用，相互學(xué)習(xí)、相互討論、研究，完成了最初的設(shè)想。本系統(tǒng)基于 NFR24L01無線收發(fā)模塊的設(shè)計(jì)成功完 成。根據(jù)顯示溫度與實(shí)際溫度相比較結(jié)果顯示，本系統(tǒng)通過無線模塊傳輸?shù)臏囟葴?zhǔn)確無誤的顯示在 LED 數(shù)碼管上，這證明本系統(tǒng)溫度測試電路能夠正常工作。 讀取數(shù)據(jù)并對比 在 5 分鐘的時(shí)間內(nèi) LED 數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)和實(shí)際溫度如下： 表 LED 數(shù)碼管顯示溫度 時(shí)間 1min 2min 3min 4min 5min LED 顯示溫度（℃） 實(shí)際溫度（℃） 系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果 本系統(tǒng)在組裝 調(diào)試完成后，進(jìn)行了實(shí)地測試，測試地點(diǎn)選擇了實(shí)驗(yàn)室，測試中，傳感器與接收端的距離在 5 米，實(shí)際溫度采用了水銀溫度計(jì)，測試一共進(jìn)行了 50 次，我們在表格中選取了部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)， 從 收錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中我們發(fā)現(xiàn)， 由 基于 51 單片機(jī)的無線測溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 25 于實(shí)際溫度采用 水銀 溫度計(jì)讀取，有一定誤差，會(huì)導(dǎo)致一定的差別。與此同時(shí)記錄下實(shí)時(shí)的溫度。通過顯示數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)對比的方式來檢測系統(tǒng)的功能。 實(shí)物圖見附錄 1。 測試方案 在設(shè)計(jì)程序完成后 ，著手完成真正的實(shí)物制作，我采用的是網(wǎng)孔電路板焊接器件，按照電路圖排版。則使用軟件仿真的方式進(jìn)行系統(tǒng)測試。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求編制設(shè)計(jì)方案，對功能意義測試。保證系統(tǒng)功能全面的完成。最后接收成功時(shí)，若 CE 變低，則 NRF24L01 進(jìn)入空閑模式 1。當(dāng)接收方檢測到有效的地址和 CRC 時(shí)，就將數(shù)據(jù)包存儲(chǔ)在RX FIFO 中，同時(shí)中斷標(biāo)志位 RX_DR 置高， IRQ 變低，產(chǎn)生中斷，通知 MCU 去取數(shù)據(jù)。若發(fā)送堆棧中無數(shù)據(jù)且 CE 為高，則進(jìn)入空閑模式 2。若未收到應(yīng)答，則自動(dòng)重新發(fā)射該數(shù)據(jù) (自動(dòng)重發(fā)已開啟 )，若重發(fā)次數(shù) (ARC)達(dá)到上限， MAX_RT 置高， TX FIFO中數(shù)據(jù)保留以便再次重發(fā) ， MAX_RT 或 TX_DS 置高時(shí)，使 IRQ 變低，產(chǎn)生中斷，通知 MCU。 發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí)，首先將 NRF24L01 配置為發(fā)射模式：接著把接收節(jié)點(diǎn)地址TX_ADDR 和有效數(shù)據(jù) TX_PLD 按照時(shí)序由 SPI 口寫入 NRF24L01 緩存區(qū)，TX_PLD 必須在 CSN 為低時(shí)連續(xù)寫入，而 TX_ADDR 在發(fā)射時(shí)寫入一次即可，然后 CE 置為高電平并保持至少 10μ s，延遲 130μ s 后發(fā)射數(shù)據(jù) ， 若自動(dòng)應(yīng)答開啟，那么 NRF24L01 在發(fā)射數(shù)據(jù)后立即進(jìn)入接收模式，接收應(yīng)答信號(hào)（自動(dòng)應(yīng)答接收地址應(yīng)該與接收節(jié)點(diǎn)地址 TX_ADDR 一致）。實(shí)物圖如圖 所示。輸出功率頻道選擇和協(xié)議的設(shè)置可以通過 SPI 接口進(jìn)行設(shè)置。 D IR1A12A23A34A45A56A67A78A89GND10B811B712B613B514B415B316B217B118G19VCC20X1S N 7 4H C 24 5N S L E ( 20 )ABCDEFGDP5VP 00P 01P 02P 03P 04P 05P 06P 075VR 184 .7KR 194 .7KR 204 .7KR 214 .7K5VA2B6C9D11E12F3G8DP10COM11COM24COM35COM47R 11S M 4C3B2E1R 16P N P 8 55 0C3B2E1R 15P N P 8 55 0C3B2E1R 14P N P 8 55 0C3B2E1R 13P N P 8 55 0P 12P 13P 14P 15 圖 數(shù)碼管驅(qū) 動(dòng)電路圖 NRF24L01 （ 1） NRF24L01 簡介 NRF24L01 是由 NORDIC 出品的工作在 ~ 的 ISM 頻段的單片無線收發(fā)器芯片。 第 20 腳 VCC，電源正極。 第 19 腳 OE，使能端，若該腳為“ 1” A/B 端的信號(hào)將不導(dǎo)通，只有為“ 0”時(shí) A/B 端才被啟用，該腳也就是起到開關(guān)的作用。如果 DIR=“ 0” OE=“ 0”則 B1 輸入 A1 輸出，其它類同。 圖 74HC245 實(shí)物圖 基于 51 單片機(jī)的無線測溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 21 其管腳定義如下： 第 1 腳 DIR，為輸入輸出端口轉(zhuǎn)換用， DIR=“ 1”高電平時(shí)信號(hào)由“ A”端輸入“ B”端輸出， DIR=“ 0”低電平時(shí)信號(hào)由“ B”端輸入“ A”端輸出。 由于單片機(jī)或 CPU 的數(shù)據(jù) /地址 /控制總線端口都有一定的負(fù)載能力，如果負(fù)載超過其負(fù)載能力，一般應(yīng)加驅(qū)動(dòng)器。 為了便于控制數(shù)碼管的顯示，在應(yīng)用數(shù)碼管顯示電路時(shí)通常也會(huì)用到一些驅(qū)動(dòng)器，常用的驅(qū)動(dòng) 器是 74HC245 芯片。但這種方法的數(shù)碼管接口電路中數(shù)碼管也不宜太多，一般在 8 個(gè)以內(nèi)，否則每個(gè)數(shù)碼管所分配到的實(shí)際的導(dǎo)通時(shí)間會(huì)太少，顯的亮度不足。這種方式由于各個(gè)數(shù)碼管共用一個(gè)段碼輸出端口，分時(shí)輪流選通。 在多個(gè)數(shù)碼管顯示時(shí)，一般是采用動(dòng)態(tài)顯示方式。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的 I/O 端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如 BCD 碼二 十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。 基于 51 單片機(jī)的無線測溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 20 圖 數(shù)碼管引腳圖 LED 數(shù)碼管的顯示方式分為：靜態(tài)顯示方式和動(dòng)態(tài)顯示方式。在 LED 數(shù)碼管中的 8 只發(fā)光二極管的 陽極連在一起，就是共陽極接法；若 8 只發(fā)光二極管的陰極連在一起，就是共陰極接法。 （ 2） 數(shù)碼管顯示電路 LED 數(shù)碼管的工作原理： LED 顯示器連同小數(shù)點(diǎn)在內(nèi)，一共是 8 個(gè) LED 數(shù)碼管可以通過向 LED 數(shù)碼管中送入不同的顯示碼，使其 8 段發(fā)光二極管的不同的段點(diǎn)亮發(fā)光，顯示出不同的字符。這種筆畫式的七段顯示器能顯示的字符較少，字符的形狀有些失真，但控制簡單，使用方便，它可以顯示從 1 到 9的數(shù)字。 圖 數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu) 數(shù)碼管由 7 個(gè)發(fā)光二極管組成，行成一個(gè)日字形，它們可以共陰極連接，也可以共陽極連接。但是 LED 有其自己的特點(diǎn)，它具有低功耗，容易控制，占用 CPU 資源少這些優(yōu)點(diǎn)，從而成為一些顯示器的首選。由于它具有顯示清晰、亮度高、使用電壓低、壽命長的特點(diǎn)，因此使用非常廣泛。硬件電路的簡單必須在軟件程序進(jìn)行補(bǔ)償才能夠完成任務(wù) ，其結(jié)構(gòu)如圖 所示。 電路設(shè)計(jì)非常簡單， DS18B20 共三個(gè)引腳， 2 引腳連接到單片機(jī)以后，采用單總線的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)在出產(chǎn)時(shí)設(shè)置不由用戶更改。在講解其工作流程之前我們有必要了解 DS18B20 的內(nèi)部存儲(chǔ)器資源。 圖 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路圖 溫度檢測電路設(shè)計(jì) DS18B20 的溫度檢測與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出全集成于一個(gè)芯片之上，從而抗干擾力更強(qiáng)。報(bào)警模塊電路圖如下圖 所示。其結(jié)構(gòu)如圖 所示。隨著 +5 V 電源電壓對電容的充電電阻逐 漸減小，最后約等于 0V 芯片的工作，無論是在什么工作條件下，按下手動(dòng)復(fù)位按鈕都能實(shí)現(xiàn)復(fù)位效果。有兩種基本形式的復(fù)位方法是上電復(fù)位和開關(guān)復(fù)位。單片機(jī)微控制器的復(fù)位引腳 RST 引腳 9 高電平在兩個(gè)以上的機(jī)器周期就執(zhí)行復(fù)位操作。在電路設(shè) 計(jì)中，無論是在復(fù)雜電路設(shè)計(jì)還 是 簡單的電路設(shè)計(jì)復(fù)位電路都 是 重要組成部分。由于系統(tǒng)電路和外部環(huán)境有不可預(yù)知性的問題，而導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。復(fù)位電路采用按鍵復(fù)位，這種方法簡單且用以實(shí)現(xiàn)。在使用外部時(shí)鐘時(shí)單片機(jī)的 XTAL2 引腳輸入外部時(shí)鐘信號(hào)，而 XTAL1 接地。其中的電容 C7 和 C8 對頻率起到一定的微調(diào)作用，電容容量都選擇 30pF。其輸入管腳 XTAL1 和輸出管腳 XTAL2 用于接外部晶振。本電路選用的晶振是 12M，因?yàn)楸倦娐肥墙o時(shí)間電路使用， 12M 晶振比較好計(jì)算時(shí)間。 時(shí)鐘電路是單片機(jī)系統(tǒng)中最重要的電路之一， 如圖 ， 它是給系統(tǒng)源源不斷的提供動(dòng)力的電路，時(shí)鐘信號(hào)就是它所提供的動(dòng)力。時(shí)序是電路控制的一部分，數(shù)據(jù)的傳輸是以時(shí)鐘脈沖為基礎(chǔ)的。其他外設(shè)主要有： 12/10 位或 8 位 ADC； 2 個(gè) 12 位 DAC； 3 個(gè)模擬捕捉 /比較器；硬件實(shí)現(xiàn) SPI/SMBus 和 UART 串口三種接口同時(shí)支持，對于系統(tǒng)的可擴(kuò)展性非常有利；單片機(jī) AT89S51 共包含通用的 16 位定時(shí)器 5 個(gè)；其具有 6 個(gè)可編輯計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器陣列的捕捉 /比較模塊；單片機(jī)內(nèi)還包含看門狗定時(shí)器、溫度傳感器和VDD 監(jiān)視器。單片機(jī)的最小系統(tǒng)應(yīng)該包括單片機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和輸入 /輸出設(shè)備。單片機(jī)的最小系統(tǒng)是單片機(jī)運(yùn)行的最低保障，簡單說就是單片機(jī)能正常工作和實(shí)現(xiàn)功能所必須的組成部分。其包含計(jì)算機(jī)所需要的基本功能部件。 SPI_RW_Reg(WRITE_REG+STATUS,0XFF)。 nRF24L01_TxPacket(TxBuf)。 //P0=0xBF。 //nRF24L01_TxPacket(TxBuf)。 TxBuf[3]=temp4。 TxBuf[1]=temp2。 temp4 = (tempptemp1*1000temp2*100temp3*10)。 temp2 = (tempptemp1*1000)/100。 tempp = temperature*100。 temperature = ((tempH*256)+tempL)*。 tempL = DS18B20_Read()。 DS18B20_