基于單片機(jī)的無線溫度遠(yuǎn)程采集監(jiān)測(cè)警報(bào)器的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文設(shè)計(jì)-在線瀏覽
2025-08-13 20:49本頁面
【正文】 數(shù)據(jù)，并依據(jù)室內(nèi)溫度情況進(jìn)行遙控通風(fēng)等操作，自動(dòng)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，可以更好地改善人們的居住環(huán)境。無線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性強(qiáng)、安全可靠，傳統(tǒng)的方法已經(jīng)不能滿足當(dāng)前工農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要，這樣的研究也變得更加有意義了。使用DS18B20線路簡(jiǎn)單，編程容易，具有耐磨耐碰，體積小，使用方便。它能代替模擬溫度傳感器和信號(hào)處理電路，直接與單片機(jī)溝通，完成溫度的采集和處理。在主控芯片的選擇上，TI公司生產(chǎn)的MSP430F149系列單片機(jī)是一款高性能的低功耗的16位單片機(jī)，內(nèi)置高速12位ADC，但價(jià)格比較昂貴，大大增加了設(shè)計(jì)成本。在溫度傳感器的選擇上，AD590精度高、價(jià)格低、不需輔助電源、線性好，但是需要用到差分放大器放大和A/D轉(zhuǎn)換，編程復(fù)雜。綜上考慮，DS18B20作為本設(shè)計(jì)的溫度傳感器。字符液晶LCD1602能顯示字符和數(shù)字等信息，價(jià)格便宜，容易控制。（1）主控制器：由AT89S52最小系統(tǒng)組成，其中包括單片機(jī)，晶振電路和復(fù)位電路。（3）測(cè)溫電路：利用溫度傳感器DS18B20完成溫度的采集和數(shù)據(jù)的處理。（5）報(bào)警電路：當(dāng)溫度超過所設(shè)上下限時(shí)，蜂鳴器報(bào)警。本系統(tǒng)以DS18B20監(jiān)測(cè)溫度，NRF24L01無線模塊傳輸溫度信號(hào)。DS18B20將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，送達(dá)至單片機(jī)來處理，單片機(jī)又將溫度信號(hào)處理傳達(dá)至NRF24L01無線模塊，NRF24L01無線模塊再將溫度信息編碼給發(fā)送出去。NRF24L01無線模塊接收到采集端發(fā)送過來的溫度信息后，將溫度信息傳給單片機(jī)處理，單片機(jī)處理溫度信息，并通過數(shù)碼管將溫度值顯示出來。接收端電路圖參照附錄一圖2。從機(jī)為發(fā)射端，由溫度傳感器DS18B20，AT89S52單片機(jī)，nRF24L01無線射頻模塊和外設(shè)繼電器組成。溫度無線采集報(bào)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖11所示。在一個(gè)單芯片上，8位CPU在系統(tǒng)可編程，使得STC89C52提供高度靈活，為許多嵌入式控制應(yīng)用。STC89C52支持兩種軟件可以選擇的節(jié)電模式。在RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止的掉電保護(hù)方式[1]。單片機(jī)最小系統(tǒng)包括單片機(jī)、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路構(gòu)成。 圖21 單片機(jī)最小系統(tǒng)STC89C52 單片機(jī)工作電壓范圍：,所以通常給單片機(jī)外界5V直流電源。復(fù)位電路是完成單片機(jī)工作開始狀態(tài)，確保單片機(jī)啟動(dòng)的過程。單片機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，當(dāng)受到外界環(huán)境的干擾可能會(huì)出現(xiàn)程序跑飛的時(shí)候，按下復(fù)位按鈕后內(nèi)部的程序會(huì)自動(dòng)從頭開始執(zhí)行[2]。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的是外部手動(dòng)按鍵復(fù)位電路，需要接上拉電阻提高輸出高電平的值。時(shí)鐘電路就是振蕩電路，主要是向單片機(jī)來提供一個(gè)正弦波的信號(hào)作為基準(zhǔn)，決定單片機(jī)執(zhí)行的速度。如果采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)當(dāng)不接。 本系統(tǒng)采用STC系統(tǒng)列單片機(jī)，相比其它系列單片機(jī)具有很多優(yōu)點(diǎn)。本系統(tǒng)采用內(nèi)部方式的時(shí)鐘電路和加電自復(fù)位的復(fù)位電路，如下圖22圖和23所示： 圖22 時(shí)鐘電路 圖23 復(fù)位電路由于單片機(jī)P0口內(nèi)部不含上拉電阻，為高阻態(tài)，不能正常地輸出高/低電平，因而該組I/O口在使用時(shí)必須外接上拉電阻。數(shù)據(jù)的傳輸率為l Mb/s或2Mb/s，～,內(nèi)置頻率合成器，功率放大器，晶體振蕩器，調(diào)制器的功能模塊和增強(qiáng)型ShockBurst技術(shù)，其輸出功率與通信信道可以由程序配置[4]。表21 nRF24L01工作模式模式PWR_UPPRIM_RXCEFIFO寄存器狀態(tài)接收模式111發(fā)射模式101數(shù)據(jù)在TX寄存器中發(fā)射模式101→0停留在發(fā)送模式，直至數(shù)據(jù)發(fā)送完待機(jī)模式2101TX_FIFO為空待機(jī)模式110無數(shù)據(jù)傳輸?shù)綦? DS18B20溫度傳感器DS18B20是單線數(shù)字溫度傳感，體積小，適用電壓更寬而且更加經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，測(cè)溫范圍為55176。C。DS18B20的工作周期可分為溫度檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理兩個(gè)部分。用于內(nèi)部計(jì)算和數(shù)據(jù)存取的RAM 數(shù)據(jù)暫存器。像這樣的傳感器僅僅只需一條數(shù)據(jù)線就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。然而傳統(tǒng)的溫度測(cè)量裝置在環(huán)境、成本等因素下很難滿足現(xiàn)在的需求。而且本文采用nRF24L01無線傳輸模塊，打破了傳統(tǒng)操作中距離受限布線復(fù)雜等問題，使系統(tǒng)操作更容易實(shí)現(xiàn)。圖31系統(tǒng)總體架構(gòu)圖 無線收發(fā)模塊本模塊由nRF24L01及其外圍電路組成。溫度無線傳輸采用NRF24L01無線模塊，nRF24L01單端匹配網(wǎng)絡(luò)：晶振，偏置電阻，去耦電容。 圖32 NRF24L01無線發(fā)射接線圖 圖33 NRF24L01無線接收模塊接線圖 顯示模塊顯示采用LCD1602顯示，經(jīng)過無線傳輸后，溫度數(shù)據(jù)信息將在1602液晶顯示芯片上進(jìn)行顯示，1602液晶顯示芯片采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口[7]，顯示電路如圖34。當(dāng)外界溫度超過預(yù)設(shè)溫度上下限時(shí)，為更加有效的引起注意，及時(shí)關(guān)注溫度的變化，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了聲報(bào)警電路。圖35聲音報(bào)警電路圖 按鍵控制電路本電路設(shè)計(jì)了三個(gè)按鍵，一個(gè)設(shè)置鍵、一個(gè)加鍵、一個(gè)減鍵。如圖36所示。圖37 溫度傳感器接口電路 電源模塊 ，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證在系統(tǒng)工作時(shí)，單片機(jī)、傳感器的工作電壓穩(wěn)定都能夠滿足系統(tǒng)的要求，而且電池更換比較方便。D3為電源指示燈。在本系統(tǒng)中，軟件設(shè)計(jì)要求做到以下幾點(diǎn)：(1)軟件結(jié)構(gòu)要清晰，簡(jiǎn)潔，流程合理。這樣，即便于調(diào)試，鏈接，又方便移植、修改。(4)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)標(biāo)志化管理。 主程序流程圖設(shè)計(jì)首先對(duì)LCD1602初始化，再進(jìn)行按鍵掃描，設(shè)定溫度的上下限值，然后對(duì)無線接收模塊進(jìn)行初始化，接著傳輸溫度數(shù)據(jù)，并判斷是否有超出人工設(shè)定的范圍，要是超過了就啟動(dòng)報(bào)警程序，要是不超過則繼續(xù)判斷，如此循環(huán)。開始初始化從DS18B20讀溫度轉(zhuǎn)換溫度為十進(jìn)制延時(shí)將溫度寫入發(fā)射數(shù)組發(fā)射數(shù)據(jù)圖41 發(fā)射部分總體流程圖 接收部分接收部分的總體思路是這樣的，首先還是初始化nRF24L01，然后進(jìn)入大循環(huán)判斷狀態(tài)寄存器是否有接收中斷[10]。開始初始化判斷接收中斷從RX_FIF
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