【正文】 測溫度不在設(shè)定范圍內(nèi)時，系統(tǒng)正常運行，時刻顯示著現(xiàn)場的溫度值。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互纏繞。 電磁式蜂鳴器：電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。 壓電式蜂鳴器 ： 壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共系統(tǒng)的硬件設(shè)計與實現(xiàn) 12 鳴箱、外殼等組成。 VSS1VDD2GND3RS4RW5E6D07D18D29D310D411D512D613D714LCD1 圖 37 LCD1602管腳圖 VCC403938373635343332EA/VPP31ALE30PSEN292827262524232221VSS20XLAT219XLAT118RES9RXD/1043215678TXD/11INT0/12INT1/13T0/14T1/15WR/16RD/17AT89S51GNDVCCRSWREVSS1VDD2GND3RS4RW5E6D07D18D29D310D411D512D613D714LCD1VCCGNDRSEWR1 2 3 4 5 6 7 8 9RP1 圖 38 LCD1602應(yīng)用電路 報警電路 模塊的設(shè)計 蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計算機、打印機、復(fù)印機、報警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。如圖 38 所示。因此在各類電子產(chǎn)品中被廣泛的推廣和使用。 6 E E(或 EN)端為使能 (enable)端，下降沿使能。表 31 LCD引腳功能表 引腳 符號 功能說明 1 VSS 一般接地 2 VDD 接電源（ +5V） 3 V0 LCD對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高 4 RS RS為寄存器選擇，高電平時選數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選指令寄存器。 VCC403938373635343332EA/VPP31ALE30PSEN292827262524232221VSS20XLAT219XLAT118RES9RXD/1043215678TXD/11INT0/12INT1/13T0/14T1/15WR/16RD/17AT89S51VCC12345678CONS2GNDMISOSCKCECSNMISIIRQ+CECSNSCKMISOMISIIRQVCCGND10uFC710uFC8Cap Pol1+Vin VoutGNDLM317R15200R16600 圖 36 NRF24L01應(yīng)用電路 顯示電路模塊的設(shè)計 如圖 37 所示，采用 1602 LCD 顯示。相應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)信息是從 MISO 輸出給 MCU。但針對單個字節(jié)而言，要先送高位再送低位。最后接收成功時，若CE 變低，則 NRF24L01 進入空閑模式 1。當接收方檢測到有效的地址和 CRC 時，就將數(shù)據(jù)包存儲在 RX FIFO中，同時中斷標志位 RX_DR 置高， IRQ 變低，產(chǎn)生中斷，通知 MCU 去取數(shù)據(jù)。最后發(fā)射成功時 ， 若 CE 為低則 NRF24L01 進入空閑模式 1； 若發(fā)送堆棧中有數(shù)據(jù)且 CE 為高，則進入下一次發(fā)射 ； 若發(fā)送堆棧中無數(shù)據(jù)且 CE 為高，則進入空閑模式 2。 CE1CSN2SCK3MOSI4MISO5VDD_PA11ANT112ANT213VSS14VDD151616VSS VSSDVDD18VDD1719IREF2076VSSVDD8XC1XC2IRQ109 圖 35 NRF24L01管腳圖 發(fā)射數(shù)據(jù)時，首先將 NRF24L01 配置為發(fā)射模式 ： 接著把接收節(jié)點地址 TX_ADDR和有效數(shù)據(jù) TX_PLD 按照時序由 SPI 口寫入 NRF24L01 緩存區(qū) ， TX_PLD 必須在 CSN為低時連續(xù)寫入，而 TX_ADDR 在發(fā)射時寫入一次即可，然后 CE 置為高電平并保持至少 10μs，延遲 130μs后發(fā)射數(shù)據(jù) ； 若自動應(yīng)答開啟，那么 NRF24L01 在發(fā)射數(shù)據(jù)后立即進入接收模式，接收應(yīng)答信號（自動應(yīng)答接收地址應(yīng)該與接收節(jié)點地址TX_ADDR 一致）。 NRF24L01 主要特性 有GFSK 調(diào)制：硬件集成 OSI 鏈路層 ； 具有自動應(yīng)答和自動再發(fā)射功能 ； 片內(nèi)自動生成報頭和 CRC 校驗碼 ； 數(shù)據(jù)傳輸率為 l Mb/s 或 2Mb/s； SPI 速率為 0 Mb/s～ 10 Mb/s；系統(tǒng)的硬件設(shè)計與實現(xiàn) 9 125 個頻道：與其他 NRF24 系列射頻器件相兼容 ； QFN20 引腳 4mm4mm 封裝 ； 供電電壓為 ～ 。內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊 ， 并融合了增強 Shock Burs 技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。它具有測量精度高，電路連接簡單特點，此類傳感器僅需 要一條數(shù)據(jù)線進行數(shù)據(jù)傳輸，使用 P10 與 DS18B20 的 I/O 口連接 ， VCC 接電源 ,GND 接地。采用數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20，它是 DALLAS公司生產(chǎn)的單總線式數(shù)字溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能、搞干擾能力強、易配處理器等優(yōu)點，特別適用于構(gòu)成多點溫度測控系統(tǒng)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字 信號（提供 9 位二進制數(shù)字）給單片機處理，且在同一總線上可以掛接多個傳感器芯片。如圖 33 所示。單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器， 18 引腳 XTAL1是放大器的輸入端， 19 引腳 XTAL2 是放大器的輸出端，這兩個引腳之間跨接的晶振和微調(diào)電容作為反饋元件一起構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。 VCC403938373635343332EA/VPP31ALE30PSEN292827262524232221VSS20XLAT219XLAT118RES9RXD/1043215678TXD/11INT0/12INT1/13T0/14T1/15WR/16RD/17AT89S51 圖 32 AT89S51管腳圖 單片機主控制電路即包括了單片機的時鐘電路和復(fù)位電路。空閑模式下，CPU停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。 AT89S51 具有以下標準功能： 4k 字節(jié) Flash，256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器， 2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位定時器 /溫度采集 AT89S51 單片機（副） 無線發(fā)射 液晶顯示 AT89S51 單片機（主） 無線接收 聲光報警 獨立鍵盤 系統(tǒng)的硬件設(shè)計與實現(xiàn) 7 計數(shù)器，一個 6 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。 主要單元電路的設(shè)計 單片機主控制模塊的設(shè)計 AT89S51單片機為 40引腳雙列直插芯片 , 如圖 32所示。 圖 31 總設(shè)計框圖 系 統(tǒng)硬件概述 硬件電路是由單片機芯片 AT89S51 為控制核心，具有在線編程，豐富的中斷源、靈活性強、低功耗等功能，能在 3V低壓工作；溫度的采集由 DS18B20 來構(gòu)成，它具有微型化、低功耗、高性能、搞干擾能力強、易配處理器等優(yōu)點，特別適用于構(gòu)成多點溫度測控系統(tǒng)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號給單片機處理，且在同一總線上可以掛接多個傳感器芯片；無線收發(fā)模塊用 NRF24L01，工作于 ～ ISM頻段， NRF24L01 功耗低 ， 在以 6dBm的功率發(fā)射時，工作電流也只有 9mA。 系統(tǒng)的硬件設(shè)計與實現(xiàn) 6 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計與實現(xiàn) 系統(tǒng)硬件電路主要分為：單片機 AT89S51 主、從 系統(tǒng)、接收電路、顯示電路、鍵盤電路、溫度采集電路、 發(fā)射電路。此方案實行起來方便，電路也簡單，因此選用此 方案。 報警模塊的選擇方案與論證 方案一：采用 555 定時器構(gòu)成蜂鳴器，常用于定時報警， 非常實用，其時間可控，設(shè)計要求與方案論證 5 但本設(shè)計報警時間是隨機的，取決于試驗現(xiàn)場的溫度，因此不可行。系統(tǒng)中需要顯示溫度和上限溫度等信息，要求顯示內(nèi)容豐富。 方案二：采用點陣式數(shù)碼管顯示，點陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對于顯示文字比較適合 ， 如采用在顯示數(shù)字顯得太浪費 ， 且價格也相對較高 ,所以也不用此種作為顯示。 顯示模塊 的選擇方案與論證 方案一：采用數(shù)碼管顯示，成本低、亮度高。內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊 ， 并融合了增強型 Shock Burst 技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。 方案二：采用一對 NRF24L01 作為 無線收發(fā)模塊。 TX315A 由TX315AT01 發(fā)射組件和 TX315AR01 接收組件兩部分組成，因其頻率絕對一致，故在使用時可隨意增加發(fā)射和接收組件，以組成所需的功能系統(tǒng)。 應(yīng)用目前最先進的聲表面波器件和數(shù)據(jù)專用 ASK 超外差式單片接收電路開發(fā)生產(chǎn)了 TX315 系列模塊電路，其中含有 RF、 TF、 DATA 等高頻 、 中頻 、 數(shù)字處理電路。 DS18B20 直接輸出數(shù)字溫度值，不需要校正，因此選擇此方案。 DS18B20 的數(shù)字溫度輸出通過 1Wire 總線，又稱為“一線”總線，這種獨特的方式 可以使多個 DS18B20 方便地組建成傳感器網(wǎng)絡(luò)，為整個測量系統(tǒng)的建立和組合提供了更大的可能性。因此此方案不可行。 溫度采集 模塊選擇方案與論證 方案一：使用熱敏電阻作為傳感器，用熱敏電阻與一個相應(yīng)阻值電阻相串聯(lián)分壓，利用熱敏電阻阻值隨溫度變化而變化的特性，采集這兩個電阻變化的分壓值，并進行A/D 轉(zhuǎn)換。 8 位單片機具有價格比較便宜，并且技術(shù)比較成熟，低功耗，易于購買等優(yōu)點，但是 8 位機程序執(zhí)行速度比較慢，內(nèi)部資源比 16 位單片機少很多。但成本高，同時由于引腳較多，電路板的布線比較復(fù)雜，加重了電路設(shè)計和實現(xiàn)焊接的工作。 系統(tǒng)基本方案選擇和論證 單片機芯 片選擇方案與論證 方案一：采用 FPGA（現(xiàn)場可編程們陣列）作為系統(tǒng)的控制器。 經(jīng)過設(shè)計 和一系列的調(diào)試，測試結(jié)果 基本 達到了該設(shè)計預(yù)期制定的各項要求 ，順利地完成了本次畢業(yè)設(shè)計的 目標。該系統(tǒng)具有溫度過限報警功能，設(shè)有 4 個獨立按鍵，分別進行溫度高低限定值的選擇、設(shè)定，清除 報警聲和報警燈。 本設(shè)計主要研究內(nèi)容 本設(shè)計是基于單片機的無線溫度監(jiān)控系統(tǒng)，經(jīng)過大量查閱資料和研究，最終確定采用 AT89S51 為主控芯片， DS18B20 作為溫度采集芯片， NRF24L01 作為無線接收和發(fā)射模塊，采用 LCD1602 液晶屏進行顯示。 目前國內(nèi)外對于溫度監(jiān)控的研究和應(yīng)用已非常普遍，但對于無線遠程溫度監(jiān)控這方面的研究和應(yīng)用還有相當大的提升空間。自 18 世紀工業(yè)革命以來，工業(yè)發(fā)展對是否能掌 握溫度有著絕對的聯(lián)系。 緒論 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 在人類的生活環(huán)境中，溫度扮演著極其重要的角色。單片機的出現(xiàn)使得溫度數(shù)據(jù)的采集和處理得到了很好的解決。 近年來，單片機發(fā)展十分迅速，一個以 微機應(yīng)用為主的新技術(shù)革命浪潮正在蓬勃發(fā)展，單片機已經(jīng)滲透到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、 國防，科研以及日常生活等各個領(lǐng)域。 現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計、工程建設(shè)及日常生活中常常需要用到溫度控制 ， 早期溫度控制主要應(yīng)用于工廠中，例如鋼鐵的水溶溫度，不同等級的鋼鐵要通過不同溫度的鐵水來實現(xiàn)，這樣就可能有效的利用溫度控制來掌握所需要的產(chǎn)品了。這種方法速度慢，而且精度不是很高。而溫度系統(tǒng)為大滯后系統(tǒng)，較大的純滯后可引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。它不需要像有線網(wǎng)絡(luò)控制耗費巨大的通信資源，也不受網(wǎng)絡(luò)速度的影響。每一種方式都有其優(yōu)點和缺點。近年來，溫度控制領(lǐng)域發(fā)生了很大的變化，工業(yè)生產(chǎn)中對溫度的控制不再局限于近距