【正文】 碼管上顯示溫度值； C、 無線接收端接受溫度數(shù)據(jù)，上傳給單片機(jī)，并通過數(shù)碼管顯示； D、 機(jī)接受單片機(jī)信息，發(fā)出控制信號(hào)； E、 單片機(jī)接收上位機(jī)信號(hào)，發(fā)出信號(hào)控制繼電器，從而控制電烤箱溫度。 主站可以提高傳輸效率 ， 并可以有效的解決同頻干擾問題 ， 子站數(shù)據(jù)采集結(jié)束 ， 則可與計(jì)算機(jī)軟件處理系統(tǒng)進(jìn)行通信 。 因此 ， 主站收到應(yīng)答信號(hào)后發(fā)送傳輸數(shù)據(jù)命令 ， 并 且接收該子站發(fā)送來的數(shù)據(jù) 。 為了避免同頻干擾的問題 ， 系統(tǒng)采用分時(shí)技術(shù) ， 把系統(tǒng)主站與任意一個(gè)子站之間的通信采用時(shí)分的方式分開 。 AMS1117 應(yīng)用 ： 高效線性穩(wěn)壓器 、 后置穩(wěn)壓器，用于交換式電源 5V 至 線性穩(wěn)壓器 、 電池充電器 、 有源 SCSI 終端 、 筆記本電源管理 、 電池供電設(shè)備 。 AMS1117的片上微調(diào)把基準(zhǔn)電壓調(diào)整到 %的誤差以內(nèi)，而且電流限制也得到了調(diào)整，以盡 量減少因穩(wěn)壓器和電源電路超載而造成的壓力。 AMS1117系列穩(wěn)壓器有可調(diào)版與多種固定電壓版，設(shè)計(jì)用于提供 1A輸出電流且工作壓差可低至 1V。 基于無線網(wǎng)絡(luò)的分布式電烤箱溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 圖 37 電器開關(guān)電路 電源電路 單片機(jī)所用為 +5V電壓，而 NRF905無線模塊所用電壓為 +，所以在此設(shè)計(jì)了電源轉(zhuǎn) 換模塊，可以將 +5V電壓轉(zhuǎn)換為 +。二極管反向續(xù)流，抑制浪涌，一般選 4148 即可 。電阻 R 主要起限流作用，降低晶體管功耗，阻值為 1 KΩ 。 當(dāng)晶體管基極被輸入低電平時(shí)，晶體管截止，繼電器線圈斷電，觸點(diǎn) RL1 斷開。 繼電器采用天波公司的 HJR3FFSZ，具體線 線圈參數(shù)（ 20℃） 見表 33. 表 33 繼電器 線圈參數(shù) 額定電壓 (VDC) 3 5 6 9 12 18 24 48 線圈阻值 (Ω177。 nRF905在待機(jī)模式下的工作電流，跟外部晶體振蕩器的頻率有關(guān)。待機(jī)模式有利于減小工作電流，從待機(jī)模式到發(fā)送模式或接收模式的啟動(dòng)時(shí)間也比較 短。在掉電模式下， nRF905的工作電流最小，一般為 2． 5 A。 nRF905一次的數(shù)據(jù)傳輸量最多為 32字節(jié)。當(dāng)發(fā)送過程完成后， DR引腳通知微處理器數(shù)據(jù)發(fā)射完畢。在 ShockBurst接收模式下，當(dāng)一個(gè)包含正確地址和數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包被接收到后，地址匹配 (A 和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好 (DR)兩引腳通知微控制器 (MCU)。因此中間有很長(zhǎng)的時(shí)間空閑，這很有利于節(jié)能。 表 32 nRF905的工作模式表 PWR UP TRX_ CE O 掉電和 SPI編程 1 0 待機(jī)和 SPI編程 1 1 O ShockBurst接收模式 鹽城工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （ 2021） 11 a、 ShockBurst模式 與射頻數(shù)據(jù)包有關(guān)的高速信號(hào)處理都在 nRF905片內(nèi)進(jìn)行，數(shù)據(jù)速率由微控制器配置的 SPI接口決定。在節(jié)能模式下，可以進(jìn)行 SPI編程。兩種工作模式分別是 ShoekBumt接收模式和 ShoekBurst發(fā)送模式。 nRF905為 32腳 QFN封裝，其管腳的定義與功能如表 31所示。 圖 35 數(shù)碼管顯示電路 基于無線網(wǎng)絡(luò)的分布式電烤箱溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 收發(fā)電路的設(shè)計(jì) 收發(fā)電路采用 nRF905芯片，直接和單片機(jī)的 I/O口連接。簡(jiǎn)單地說就集電極和發(fā)射極相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)，基極是控制端，基極給高電平是，開關(guān)是斷開基極給低電平時(shí)，開關(guān)合上 。一個(gè)數(shù)碼管穩(wěn)定顯示要求的切換頻率要大于 50Hz，那么 4 個(gè)數(shù)碼管則需要 50 4＝ 200Hz 以上的切換頻率才能看到不閃爍并且持續(xù)穩(wěn)定顯示的字符。當(dāng)切換速度足夠快時(shí)，由于人眼的“視覺暫留”現(xiàn)象，視覺效果將是六個(gè)數(shù)碼管同時(shí)顯示，選通信號(hào)的時(shí)序關(guān) 系如圖所示。故 采 用共陽極 。 P口全為 1,LED全亮，要編程控制。 顯示 電路 的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)下位機(jī)溫度顯示采用 4位共陽極數(shù)碼管， 共陰 極 即負(fù)端接地，正端接 P口。系統(tǒng)增益： 128。分壓電阻為 24kΩ 和 15kΩ ，產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓為 。在該種連接方式下，對(duì)AD7705 的數(shù)據(jù)的讀取可按 51 系列單片機(jī)串行口的工作方式 0 完成 設(shè)計(jì) 。 在本設(shè)計(jì)中 SCLK 接 AT89C51 的同步脈沖輸出端 TXD,AD7705 的數(shù)據(jù)輸入。 由于 A／ D轉(zhuǎn)換器的滿量程輸出電壓為 5V，轉(zhuǎn)換數(shù)字為 FFFFH，對(duì)應(yīng)為 65535 kg的重量。 放大器的放大倍數(shù)應(yīng)與傳感器及 A／ D轉(zhuǎn)換器相匹配。 測(cè)溫原理：電路采用 TL431和電位器 VR1調(diào)節(jié)產(chǎn)生 ；采用 RR VR Pt100構(gòu)成測(cè)量電橋（其中 R1＝ R2， VR2為 100Ω精密電阻），當(dāng) Pt100的電阻值和 VR2的電阻值不相等時(shí)，電橋輸出一個(gè) mV級(jí)的壓差信號(hào)，這個(gè)壓差信號(hào)經(jīng)過運(yùn)放 LM324放大后輸出期望大小的電壓信號(hào)，該信號(hào)可直接連 AD轉(zhuǎn)換芯片。常用的采樣電路有兩種：一為橋式測(cè)溫電路，一為恒流源式測(cè)溫電路。 本 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的測(cè)溫電路主要由橋式測(cè)溫電路和 A/D轉(zhuǎn)換器組成，橋式測(cè)溫電路主要由熱電阻 PT100構(gòu)成，而 A/D轉(zhuǎn)換器則由內(nèi)置運(yùn)算放大器的 AD7705為主要器件構(gòu)成。由于鉑電阻的電阻值與溫度成非線性關(guān)系，所以需要進(jìn)行非線性校正。當(dāng)系 統(tǒng)復(fù)位時(shí)， CPU內(nèi)部寄存器將回歸初始狀態(tài)。如圖 31， RESET 腳通過 SW 按鈕開關(guān)接到高電平上，用手按 SW開關(guān)，不管手多快都會(huì)超過 2us，換言之，只要按下 SW 開關(guān)，使 RESET 管腳成高電平，就一定會(huì)使系統(tǒng)復(fù)位。 對(duì)于微型計(jì)算機(jī)而言，復(fù)位 RESET 是一項(xiàng)很重要的歸零調(diào)整操作。其管腳圖如圖 31 所示。 圖 31 STC89C52單片機(jī)部分電路結(jié)構(gòu)圖 STC89C52 單片機(jī)內(nèi)部主要包括累加器 ACC(有時(shí)也簡(jiǎn)稱為 A)、程序狀態(tài)字PSW、地址指示器 DPTR、只讀存儲(chǔ)器 ROM、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 RAM、寄存器、并行 I/O 接口 P0~P定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串行 I/O 接口以及定時(shí)控制邏輯電路等。 上位機(jī)軟件采用 編程，可完成數(shù)據(jù)在下位機(jī)和上位機(jī)之間的傳輸，和上位機(jī)的監(jiān)控和數(shù)據(jù)曲線分析等功能。 溫度采集 單片機(jī)溫度轉(zhuǎn)換 STC89C52 nRF905 發(fā)送 /接收數(shù)據(jù) 溫度控制 參數(shù)調(diào)節(jié) 高溫報(bào)警 圖 22子站總體框架圖 電烤箱 溫度顯示 鹽城工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （ 2021） 5 圖為系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，用 溫度傳感器 DS18B20 直接 采集電烤箱溫度， 采集到的數(shù)據(jù)傳送給 單片機(jī) STC89C52，后用 nRF905 無線發(fā)射模塊發(fā)送出去，控制端同樣采用 nRF905 模塊接收數(shù)據(jù)同時(shí)傳給單片機(jī)，單片機(jī)用控制繼電器的開關(guān)來實(shí)現(xiàn)對(duì)電烤箱溫度的 PID 控制和高溫報(bào)警等功能，采用 VB 進(jìn)行分布式電烤箱溫度控制系統(tǒng)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì) ， 從而達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。 子站 的組成及工作原理 本文所設(shè)計(jì)的無線智能精密溫控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要由 STC89C52，溫度傳感器DS18B20， LED顯示器 ，無線 nRF905模塊， 高溫報(bào)警 和 ISP串口通訊電路組成。 本系統(tǒng)選用的是nRF905， 三頻段收發(fā)合一，工作頻率為國(guó)際通用的 ISM頻段 433/868/915MHz GMSK調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)，特別適合工業(yè)控制場(chǎng)合采用 DSS+PLL頻率合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性極好靈敏度高，達(dá)到 100dBm低工作電壓（ ），功耗小，待機(jī)狀態(tài)僅為 1uA，可滿足低功耗設(shè)備的要求最大發(fā)射功率達(dá) +10dBm具有多個(gè)頻道 (最多 170個(gè)以上 )，特別滿足需要多信道工作的特殊場(chǎng)合工作速率最高可達(dá) （僅 10個(gè)），基本無需調(diào)試由于采用了低發(fā)射功率、高接收靈敏度的設(shè)計(jì)，使用無需申請(qǐng)?jiān)S可證，開闊地的使用距離與具體使用環(huán)境及元件參數(shù)有關(guān) ,最遠(yuǎn)可達(dá) 1000米。 無線網(wǎng)絡(luò) 現(xiàn)在的許多通用單片機(jī) (MCU)已經(jīng)把 USB、 CAN和以太網(wǎng)作為標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)集成在芯片內(nèi)部一樣，越 來越多的無線網(wǎng)絡(luò)芯片和無線網(wǎng)絡(luò)解決方案也在向集成方向發(fā)展。 單片機(jī)通過串行接口引腳外接無線數(shù)傳溫度傳感器1信號(hào)調(diào)理電路單片機(jī)STC 89 C 52無線數(shù)據(jù)傳送模塊單片機(jī)STC 89 C 52顯示模塊無線數(shù)據(jù)傳送模塊計(jì)算機(jī)電烤箱 1溫度傳感器2信號(hào)調(diào)理電路單片機(jī)STC 89 C 52無線數(shù)據(jù)傳送模塊顯示模塊電烤箱 2溫度傳感器N信號(hào)調(diào)理電路單片機(jī)STC 89 C 52無線數(shù)據(jù)傳送模塊顯示模塊電烤箱 3基于無線網(wǎng)絡(luò)的分布式電烤箱溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 模塊的發(fā)送和接收單元 ， 通過 MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片接計(jì)算機(jī)的 USB接口 。 系統(tǒng)原理如圖 21所示。 現(xiàn)場(chǎng)溫度傳感器輸出的信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路后 ，經(jīng)放大電路和模數(shù)轉(zhuǎn)化， 送入單片機(jī)，并在其控制下完成存儲(chǔ)等工作 。 鹽城工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （ 2021） 3 2. 基于無線網(wǎng)絡(luò)的分布式電烤箱溫控 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 基于無線網(wǎng)絡(luò)的分布式電烤箱溫控 系統(tǒng)的組成 系統(tǒng)的組成框圖 本系統(tǒng)主要包括三個(gè)部分 ： 子站 、 主站和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng) 。 設(shè)計(jì) 系統(tǒng) 主要 完成 以下工作 ： A、 設(shè)計(jì) 溫度測(cè)量和 A/D轉(zhuǎn)換電路 ； B、 設(shè)計(jì)數(shù)碼管顯示電路； C、 完成 NRF905 無線模塊的編程和應(yīng)用； D、 設(shè)計(jì)電器開關(guān)電路，用于控制電烤箱的開關(guān)來控制電烤箱的溫度； E、 設(shè)計(jì)高溫報(bào)警電路； F、 設(shè)計(jì)電源轉(zhuǎn)換電路，將 +5V 電源轉(zhuǎn)換為 + 電源供 NRF905 無線傳輸模塊使用； G、 設(shè)計(jì)上位機(jī)界面，并完成上位機(jī)的編程； H、 設(shè)計(jì)主程序，對(duì)單片機(jī) STC89C52 進(jìn)行編程，完成最終控制功能。用 NRF905 無線通信模塊將溫度數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)搅硪豢刂平K端，完成單片機(jī)和 PC 機(jī)的通信可實(shí)現(xiàn)對(duì)上位機(jī)的信號(hào)采集、實(shí)時(shí)監(jiān)控、歷史數(shù)據(jù)等操作，具有抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，該系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集精度高、數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確、很好地實(shí)現(xiàn)了 電烤箱溫度的 數(shù)據(jù)采集和控制 功能。 NRF905 無線發(fā)射模塊在數(shù)據(jù)采集和傳輸過程中有低功耗，強(qiáng)抗于擾能力等優(yōu)點(diǎn)。 上位機(jī)發(fā)出控制信號(hào)，通過下載線傳輸給接收的單片機(jī)，再通過 NRF905 無線模塊傳送至現(xiàn)場(chǎng)，完成上位機(jī)的監(jiān)控和遠(yuǎn)程控制，同時(shí)上位機(jī)還可以記錄下溫度變化的歷史曲線和實(shí)時(shí)曲線。 基于無線網(wǎng)絡(luò)的分布式電烤箱溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 課題的基本內(nèi)容 課題 設(shè)計(jì)了一種基于 STC89C52 單片機(jī)的 分布式 無線智能精密溫控系統(tǒng)，可對(duì) 多個(gè) 電烤箱溫度進(jìn)行測(cè)量、誤差修正、判定，傳感器故障與高溫報(bào)警，并具有鍵盤控制和無線通訊顯示功能。在溫度控制系統(tǒng)中，單片機(jī)更是起到了不可替代的 核心作用。 隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，單片微型計(jì)算機(jī)的功能也不斷增強(qiáng)，許多高性能的新型機(jī)種不斷涌現(xiàn)出來。而采用無線傳輸技術(shù)當(dāng)然是 一個(gè)不錯(cuò)的選擇，有利地解決了這些問題，并且還有高網(wǎng)絡(luò)容量、高實(shí)時(shí)性、低功耗等優(yōu)點(diǎn) 。與計(jì)算機(jī)多級(jí)控制系統(tǒng)相比，分布式控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上更加靈活、布局更為合理和成本更低。這種分散化的控制方式能改善控制的可靠性，不會(huì)由于計(jì)算機(jī)的故障而使整個(gè)系統(tǒng)失去控制。實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)與測(cè)控技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，組建網(wǎng)絡(luò)化、集成化、分布式的測(cè)控系統(tǒng)，滿足測(cè)控系統(tǒng)集成項(xiàng)目的 市場(chǎng)需求，已成為現(xiàn)代測(cè)控領(lǐng)域極其重要的業(yè)務(wù)內(nèi)容。 在越來越多的場(chǎng)合下，單機(jī)本地化的測(cè)試系統(tǒng)已不能滿足用戶的要求，由此發(fā)展出了分布式遠(yuǎn)程測(cè)試系統(tǒng)，其中心思想是 分布式的采集，集中化的分析管理，共享的數(shù)據(jù)資源 。 傳統(tǒng)的測(cè)試 系 統(tǒng)是在工控機(jī)或 PC 機(jī)上安裝相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，就地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及測(cè)試分析 ，是一種單機(jī)小型本地化的測(cè)試系統(tǒng)。 Distributed system。 關(guān)鍵詞： 無線通信； 溫控系統(tǒng) ； 分布式系統(tǒng) ； 單片機(jī) 基于無線網(wǎng)絡(luò)的分布式電烤箱溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì) Design of Distributed Oven Temperature Control System Based on Wireless Network Abstract: With the rapid development of mobile munication technology, an increasing number of information collection and remote control system adopts wireless data transmission technology, it has the advantages of low cost, easy installation, easy movement pared with the wiring datatransmission, now it is widely used in automation field and environmental monitoring. Researched and analys