【正文】 經(jīng)濟(jì)。 在溫度控制的 方法 上， 傳統(tǒng) 的控制 方法 (包括經(jīng)典控制和現(xiàn)代控制 )在處理具有非線形或不精確特性的 被控對象時(shí)十分困難。 在溫度采集方法上，通常是利用熱電偶把熱化為電信號，再通過 A/D 轉(zhuǎn)換得到溫度值。綜合上面的考慮，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)了基于無線電通信的遠(yuǎn)程溫度控制系統(tǒng)。在現(xiàn)代社會中，溫度控制不僅應(yīng)用在工廠生產(chǎn)方面，其作用也體 現(xiàn)到了各個(gè)方面，隨著人們生活質(zhì)量的提高，酒店廠房及家庭生活中都會見到溫度控制的影子，溫度控制將更好的服務(wù)于社會。傳統(tǒng)的溫度采集的方法不僅費(fèi)時(shí)，而且精度差滿足不了各行業(yè)對于溫度數(shù)據(jù)提高精度，設(shè)備高可靠性的需求。選擇適當(dāng)?shù)膯纹瑱C(jī)和溫度傳感器以及前端處理電路，可以獲得較高的測量精度，不但方便快捷，成本低廉，省事省力，而且大 幅度提高了測量精度。無論你生活在哪里，從事什么工作，無時(shí)無刻不在與溫度打著交道。在冶金、鋼鐵、石化、水泥、玻璃、醫(yī)藥等 行業(yè)，可以說幾乎所有的工業(yè)部門都不得不考慮著溫度的因素。無線溫度監(jiān)控 不僅 可以應(yīng)用在 工廠生產(chǎn)方面，其作用也體現(xiàn)到了各個(gè)方面，隨著人們生活質(zhì)量的提高，酒 店廠房及家庭生活中都 將 會見到 它 的影子， 無線遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控將會有更廣闊的發(fā)展空間。該系統(tǒng)由發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)組成，發(fā)射系統(tǒng)進(jìn)行溫度采集以及數(shù)據(jù)發(fā)射，接收系統(tǒng)作為主系統(tǒng)，對數(shù)據(jù)接收處理并顯示出來。該系統(tǒng)具有操作方便，遠(yuǎn)距離操控，功能多樣，電路簡潔，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，符合電子技術(shù)的發(fā)展趨勢，有很廣闊的市場前景。 設(shè)計(jì)要求與方案論證 3 2 設(shè)計(jì)要求與方案論證 設(shè)計(jì)要求 （ 1）溫度監(jiān)測范圍：室溫 ～ 125℃ ； （ 2）接收系統(tǒng)顯示溫度實(shí)際值，收發(fā)距離： 60 米以內(nèi)； （ 3）可以人工設(shè)定報(bào)警溫度上、下限定值； （ 4）超過溫度限定值時(shí)蜂鳴器報(bào)警和發(fā)光報(bào)警 。 FPGA 可實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能，規(guī)模大，密度高，它將所有的器件集成在一塊芯片上，減小了體積，提高了穩(wěn)定性，并可用 EDA 軟件仿真、在線調(diào)試，易于進(jìn)行功能擴(kuò)展，響應(yīng)速度快。 方案二：采用 8 位單片機(jī)作為主要的控制芯片?？紤]到本系 統(tǒng)對程序運(yùn)行速度的要求不高以及成本問題，最后選擇用 8 位單片機(jī)，由于 AT89S51 單片機(jī)比其他 8 位單片機(jī)價(jià)格便宜，并且其內(nèi)部具有豐富的資源，故采用 AT89S51 單片機(jī)作為 本系統(tǒng) 主控制芯片。 此設(shè)計(jì)方案需用 A/D 轉(zhuǎn)換電路，增加了線路的復(fù)雜程度，增加硬件成本而且熱敏電阻的感溫特性曲線并不是嚴(yán)格線性的，會產(chǎn)生較大的測量誤 差。 方案二：采用 DS18B20。它在測溫精度、轉(zhuǎn)換時(shí)間、測數(shù)距離、設(shè)計(jì)要求與方案論證 4 分辨率等方面比其他溫度傳感器有了很大的進(jìn)步，給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。 無線收發(fā)模塊 的選擇方案與論證 方案一：采用 TX315AT01 和 TX315AR01 的無線收發(fā)模塊。 TX315A 可應(yīng)用于 無線遙控 、 數(shù)據(jù)傳送 、 自動抄表系統(tǒng) 、 無線鍵盤操作系統(tǒng) 、 警戒系統(tǒng)。 此系統(tǒng)用此 模塊很好，但是這個(gè)模塊的價(jià)格太昂貴，所以放棄此方案。 NRF24L01 是一款新型單片射頻收發(fā)器件 ， 工作于 GHz～ GHz ISM 頻段。 NRF24L01 功耗低 ， 在以 6dBm的功率發(fā)射時(shí)，工作電流也只有 9mA； 接收時(shí)，工作電流只有 ，多種低功率工作模式 (掉電模式和空閑模式 )使節(jié)能設(shè)計(jì)更方便，而且價(jià)格相對其他無線模塊較低，易于購買，因此選擇此方案。但本系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)較多的內(nèi)容，硬件電路設(shè)計(jì)會比較復(fù)雜，而且功耗大，所以不適合本設(shè)計(jì)。 方案三：采用 LCD1602 液晶屏顯示，顯示內(nèi)容較多，方便組合，可視面積大 ，畫面效果好，抗干擾能力強(qiáng)，調(diào)用方便簡單，而且可以節(jié)省軟件中斷資源。 比較上述三種方案，方案三電 路簡單、顯示信息量大、能很好的滿足題目要求，因此采用方案三 。 方案二：采用 9102 三極管驅(qū)動蜂鳴器，當(dāng)達(dá)到溫度上下限值，就會給三極管一個(gè)高電平驅(qū)動蜂鳴器，實(shí)現(xiàn)聲音報(bào)警，并且可以接個(gè)發(fā)光二級管，同時(shí)點(diǎn)亮二極管，實(shí)現(xiàn)發(fā)光 報(bào)警。 電路設(shè)計(jì)最終方案的確定 由以上討論的各種方案最終得出本次 設(shè)計(jì)的方案為：采用單片機(jī)芯片 AT89S51作為主控制芯片， DS18B20 數(shù)字溫度傳感， NRF24L01 作為無線收發(fā)模塊， LCD1602作為顯示模塊 ， 采用蜂鳴器和發(fā)光二極管進(jìn)行聲光報(bào)警。設(shè)計(jì)總框圖如圖 31 所示， 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總原理圖見附錄 1。接收時(shí)，工作電流只有 ，多種低功率工作模式 (掉電模式和空閑模式 )使節(jié)能設(shè)計(jì)更方便；顯示部份由 1602 LCD 來完成；報(bào)警電路采用三極管驅(qū)動蜂鳴器及發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警。 有四個(gè) I/O口 P0,P1,P2,P3,每一條 I/O 線都能獨(dú)立地作輸出或輸入。另外，AT89S51 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。掉電保護(hù)方式下，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。本設(shè)計(jì)采用的是內(nèi)部時(shí)鐘電路。 9 引腳是單片機(jī)的復(fù)位輸入端，接上電容，電阻及電阻和按鈕組成手動復(fù)位電路。 VCC403938373635343332EA/VPP31ALE30PSEN292827262524232221VSS20XLAT219XLAT118RES9RXD/1043215678TXD/11INT0/12INT1/13T0/14T1/15WR/16RD/17AT89S5112Y1XTAL30pFC1130pFC12GNDGND22UFC91KR5S110KR6VCCGNDKEY1KEY2KEY3KEY4VCC 圖 33 單片機(jī)復(fù)位和時(shí)鐘電路 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 8 溫度采集電路 模塊的設(shè)計(jì) 溫度采集電路如圖 34 所示。它具有 3 引腳 TO－ 92 小體積封裝形式，溫度測量范圍為－ 55℃～＋ 125℃，可編程為 9 位～ 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達(dá) ℃，被測溫度用符號擴(kuò)展的 16 位數(shù)字量方式串行輸出，其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生，多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)到 3 根或 2 根線上， CPU 只需一根端口線就能與多個(gè) DS18B20 通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。 VCC403938373635343332EA/VPP31ALE30PSEN292827262524232221VSS20XLAT219XLAT118RES9RXD/1043215678TXD/11INT0/12INT1/13T0/14T1/15WR/16RD/17AT89S51123DA1VCC4K7R4GNDDQVCCDQGNDDQ 圖 34 溫度傳感器應(yīng)用電路 無線收發(fā)電路模塊 的設(shè)計(jì) NRF24L01 是一款新型單片射頻收發(fā)器件 ， 工作于 ～ ISM 頻段。 NRF24L01 功耗低 ， 在以6dBm的功率發(fā)射時(shí)，工作電流也只有 9mA； 接收時(shí)，工作電流只有 ，多種低 功率工作模式 (掉電模式和空閑模式 )使節(jié)能設(shè)計(jì)更方便。 NRF14L01 的封裝及引腳排列如圖 35 所示。如果收到應(yīng)答，則認(rèn)為此次通信成功， TX_DS 置高，同時(shí) TX_PLD從 TX FIFO 中清除 ； 若未收到應(yīng)答，則自動重新發(fā)射該數(shù)據(jù) (自動重發(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)保留以便在次重發(fā) ； MAX_RT或 TX_DS 置高時(shí)，使 IRQ 變低，產(chǎn)生中斷，通知 MCU。 接收數(shù)據(jù)時(shí) ， 首先將 NRF24L01 配置為接收模式，接著延遲 130μs進(jìn)入接收狀態(tài)等待數(shù)據(jù)的到來。若此時(shí)自動應(yīng)答開啟，接收方則同時(shí)進(jìn)入發(fā)射狀態(tài)回傳應(yīng)答信號。 SPI 口為同步串行通信接口，最大傳輸速率為 10Mb/s，傳輸時(shí)先傳送低位字節(jié)，再傳送高位字節(jié)。與 SPI 相關(guān)的指令共有 8 個(gè)，使用時(shí)這些控制指令由 NRF24L01 的 MOSI 輸入。 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 10 NFR24L01 模塊采用 ，其應(yīng)用電路及電源轉(zhuǎn)換電路如圖 36 所示。 1602 字符型 LCD 通常有 14 條引腳線或 16條引腳線的 LCD，多出來的 2 條線是背光電源線 VCC(15 腳 )和地線 GND(16 腳 )，其控制原理與 14 腳的 LCD 完全一樣， 具體各個(gè)腳的功能如表 31。 5 R/W R/W為讀寫信號線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。 7 DB0 底 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 0位（最低位） 8 DB1 底 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 1位 9 DB2 底 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 2位 10 DB3 底 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 3位 11 DB4 高 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 4位 12 DB5 高 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 5位 13 DB6 高 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 6位 14 DB7 高 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 7位（最高位）（也是 busy flag） 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 11 由于 1602 LCD 具有功耗低、壽命長、體積小、顯示內(nèi)容豐富、接口控制方便等優(yōu)點(diǎn)。本系統(tǒng)采用它來作為顯示器件，不僅簡化了硬件電路，而且極大的提高了系統(tǒng)的可靠性。 1602 LCD與單片機(jī) AT89S52 的連接電路很簡單。 蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管。當(dāng)接通電源后（ ～ 15V 直流工作電壓） ， 多諧振蕩器起振 ， 輸出 ～ 的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā)聲。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場。 本設(shè)計(jì)應(yīng)用三極管驅(qū)動蜂鳴器同時(shí)點(diǎn)亮發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)報(bào)警，其應(yīng)用電路如圖39 所示。 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì) 13 4 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì) 主程序的設(shè)計(jì) 主程序包括主系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)，子系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)和報(bào)警程序設(shè)計(jì)。主系統(tǒng) 流程圖如圖 41 所示。 子系統(tǒng)程序流程圖如圖 42 所示。報(bào)警程序流程圖如圖 43 所示。 main() { delay_ms(500)。 // LCD 初始化 wireless_init()。 // 超時(shí)計(jì)數(shù) if (Count = 140000) w_string(0x00, No Signal!!! )。 //掃描按鍵 key_action(k_val)。//讀芯片狀態(tài) tra[0] = 0x27。 write_more_byte(tra,2)。 // 讀數(shù)據(jù) if ((Rev_dat[0]+Rev_dat[1]) == 0xFF) //和校驗(yàn) { Count = 0。 //顯示當(dāng)前溫度 if (Rev_dat[0] 0) //負(fù)溫度顯示 { Rev_dat[0] = Rev_dat[0]。 w_data(0x0D, Rev_dat[0])。 w_data(0x0D, Rev_dat[0])。 main() { int8 dataout[16]。 // 上電 LED 亮 Wireless_init()。 // 初始化 18B20 delay_ms(1000)。 //讀溫度 dataout[1] = 0xFF dataout[0]。 // 重置 LED 指示燈 Send_16Bytes_Data(dataout)。 // 發(fā)送數(shù)據(jù) // 輸入值： addr：輸入數(shù)據(jù)地址 void Send_16Bytes_Data(unsigned char *addr) { unsigned char *p = addr,tra1[2],i。 Write_one_byte(0xA0)。i16。 } SET_SCN()。 for (i=0。i++)。 while (READ_IRQ() == 1)。 tra1[1] = 0x70。 tra1[0] = 0xE1。 } /* 接收數(shù)據(jù) */ // 寫一個(gè)字節(jié)到芯片 // 輸入?yún)?shù)： dat：數(shù)據(jù) void write_one_byte(unsigned char dat) { unsigned char i,dd=dat。i8。 0x80) // 發(fā)送數(shù)據(jù) { SET_MOSI()。 } SET_SCK()。 dd = 1。 /* 18B20 寫 1 個(gè)字節(jié)函數(shù)