发布时间 : 星期三 文章基于单片机的无线温度远程采集监测报警器的设计毕业论文设计 - 图文更新完毕开始阅读
前言
温度与人类的生活息息相关。早在2000多年前，人类就开始为监测温度进行了各种努力，并开始使用温度传感器监测温度。在人类社会中，无论工业、农业、医学及环保等部门都与温度有着密切的关系。随着电子技术的发展和生产的要求，需要进行温度采集的场合越来越多，准确方便地测量温度变得非常重要。濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。 在工业中，由于生产环境的好坏，工作人员不能在现场较长时间的观测设备是否有运行正常，就需要将采集到的数据传输到一个环境相对好的操控室中，这样就会产生数据传输的问题。由于空间大、需要传输的数据较多，使用传统的有线数据传输方式就需要很多很长的通讯线，浪费资源，占用空间大，可操作性差，容易出现错误换线的现象。而且，当数据采集点在运动状态时，环境不能铺设电缆，数据不得转让，这个时候需要使用温度采集无线传输。在农业上，传统的温度采集都是采用的人工方法，工作量大，可靠性差，无论大棚还是粮仓占地面积大，监测点分散在不同的地方，用传统的方法已经不能满足目前农业发展的需要。在日常生活中，随着人们生活水平的提升，居住条件渐渐变得智能化。现在已经有很多家庭都会在室内安装温度采集系统，其原理就是利用无线技术采集室内温度数据，并依据室内温度情况进行遥控通风等操作，自动调节室内温度，可以更好地改善人们的居住环境。銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。 无论在工业、农业还是日常生活中，凡是布线复杂或不能布线的地方都希望可以通过无线温度监测系统来解决。无线温度监测系统的稳定性强、安全可靠，传统的方法已经不能满足当前工农业发展的需要，这样的研究也变得更加有意义了。挤貼綬电麥结鈺贖哓类。 1 系统总体设计方案
本设计采用价格便宜、操作简便，低功耗的AT89S52单片机作为主控芯片。使用DS18B20线路简单，编程容易，具有耐磨耐碰，体积小，使用方便。由美国DALLAS半导体公司生产的可编程DS18B20温度传感器作为温度检测元件，测温范围为-55～125℃。它能代替模拟温度传感器和信号处理电路，直接与单片机沟通，完成温度的采集和处理。采用高速低功耗的NRF24L01无线射频模块，具有自动重发的功能、数据包识别及CRC校验功能，增强型ShockBurstTM模式可以同时控制应答及重发功能而无需增加MCU的工作量。赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。 在主控芯片的选择上，TI公司生产的MSP430F149系列单片机是一款高性能的低功耗的16位单片机，内置高速12位ADC，但价格比较昂贵，大大增加了设计成本。所以选择价格便宜、操作简便，低功耗的传统的AT89S52单片机。塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。 在温度传感器的选择上，AD590精度高、价格低、不需辅助电源、线性好，但是需要用到差分放大器放大和A/D转换，编程复杂。而DS18B20体积小，使用方便、经济实惠。综上考虑，DS18B20作为本设计的温度传感器。裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。 在显示模块的选择上，LED7段数码显示管，成本低，容易显示控制，但不能够显示字符。字符液晶LCD1602能显示字符和数字等信息，价格便宜，容易控制。 仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。 本系统主要由六个模块组成：、测温电路、发送电路、接收电路、显示电路和报警电路。 （1）主控制器：由AT89S52最小系统组成，其中包括单片机，晶振电路和复位电路。
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（2）发送电路和接收电路：由nRF24L01来完成无线数据的传输。 （3）测温电路：利用温度传感器DS18B20完成温度的采集和数据的处理。 （4）显示电路：显示当前所测得的温度。
（5）报警电路：当温度超过所设上下限时，蜂鸣器报警。 （6）电源模块：提供电源。
本系统以DS18B20监测温度，NRF24L01无线模块传输温度信号。采用STC89C52单片机作为主控芯片。DS18B20将温度信号转化成电信号，送达至单片机来处理，单片机又将温度信号处理传达至NRF24L01无线模块，NRF24L01无线模块再将温度信息编码给发送出去。发射端端电路图见附录一图1。NRF24L01无线模块接收到采集端发送过来的温度信息后，将温度信息传给单片机处理，单片机处理温度信息，并通过数码管将温度值显示出来。同时程序可以设定上下限报警温度。接收端电路图参照附录一图2。绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。 本文设计一从机与一主机。从机为发射端，由温度传感器DS18B20，AT89S52单片机，nRF24L01无线射频模块和外设继电器组成。主机为接收端，由AT89S52单片机，nRF24L01无线射频模块，显示模块，报警电路组成。温度无线采集报警系统结构框图如图1-1所示。
骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。 STC89发射 接收 C52 主 控 制 器
DS18B20 图1-1 温度无线采集报警系统结构框图
STC89C52 主 控 制 器 显示电路
报警电路 2 主要元器件介绍
2.1 AT89S52单片机简介
STC89C52是一种低功耗、高性能具有8K可编Flash使用高密度存储技术存储器。在一个单芯片上，8位CPU在系统可编程，使得STC89C52提供高度灵活，为许多嵌入式控制应用。STC89C52具有以下标准功能：8K字节的Flash，256字节的RAM，32位I / O线，看门狗定时器，两个数据指针，三个十六位定时器/计数器，一个六向量二级中断结构，全双工串行口，片内振荡器和时钟电路。STC89C52支持两种软件可以选择的节电模式。在CPU工作停止，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作的空闲模式。在RAM内容被保存，
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振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止的掉电保护方式。这个模块以单片机为中心，把程序代码烧进去，然后外接复位电路、振荡电路、键盘控制、LED显示电路、报警电路等子模块。瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。 单片机最小系统包括单片机、复位电路、时钟电路构成。要使单片机工作起来最基本的电路构成为单片机最小系统如图2-1示。鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。
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图2-1 单片机最小系统
STC89C52 单片机工作电压范围：4V-5.5V,所以通常给单片机外界5V直流电源。连接方式为单片机中的40脚VCC接正极5V，而20脚VSS接电源地端。栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。 复位电路是完成单片机工作开始状态，确保单片机启动的过程。单片机在接通电源时会产生复位信号，完成单片机的启动这一过程确定单片机的起始工作状态。单片机系统在运行时，，当受到外界环境的干扰可能会出现程序跑飞的时候，按下复位按钮后内部的程序会自
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动从头开始执行一般复位包含上电自动复位与外部按键的手动复位，单片机要是在时钟电路的工作以后，在RESET端持续的给出2个机器周期高电平就可以完成复位的操作。本系统设计采用的是外部手动按键复位电路，需要接上拉电阻提高输出高电平的值。辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。 时钟电路就相当于单片机的一个心脏，掌握着单片机的整个工作节奏。时钟电路就是振荡电路，主要是向单片机来提供一个正弦波的信号作为基准，决定单片机执行的速度。XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出，反向放大器可以配置为片内振荡器。如果采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应当不接。因为一个机器周期含有六个状态周期，而每个状态周期为两个振荡周期，所以一个机器周期共有十二个振荡周期，如果外接石英晶体振荡器的振荡频率为12MHZ，那么一个振荡周期是1/12us。 峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺。 本系统采用STC系统列单片机，相比其它系列单片机具有很多优点。一般STC单片机资源比其它单片机要多，而且执行的速度快；STC系列单片机使用串口对单片机进行烧写,下
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载程序较为方便；STC89C52单片机内部集成了看门狗电路；且具有很强抗干扰能力。詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。 本系统采用内部方式的时钟电路和加电自复位的复位电路，如下图2-2图和2-3所示：
图2-2 时钟电路
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图2-3 复位电路
由于单片机P0口内部不含上拉电阻，为高阻态，不能正常地输出高/低电平，因而该组I/O口在使用时必须外接上拉电阻。则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。 2.2 nRF24L01概述
nRF24L01是一款功耗低的新型单片射频收发器件，工作2.4GHz～2.5GHz ISM频段。数据的传输率为l Mb/s或2Mb/s，供电电压1.9V～3.6V,内置频率合成器，功率放大器，晶体振荡器，调制器的功能模块和增强型ShockBurst技术，其输出功率与通信信道可以由程序配置[4]。胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。 nRF24L01可以通过配置寄存器配置为发射、接收、空闲及掉电这四种工作模式，具体如表2-1所示。
表2-1 nRF24L01工作模式
模式 接收模式 发射模式 发射模式 待机模式2 待机模式1 掉电 PWR_UP 1 1 1 1 1 0 PRIM_RX 1 0 0 0 - - CE 1 1 1→0 1 0 - FIFO寄存器状态 - 数据在TX FIFO 寄存器中 停留在发送模式，直至数据发送完 TX_FIFO为空 无数据传输 - 2.3 DS18B20温度传感器
DS18B20是单线数字温度传感，体积小，适用电压更宽而且更加经济实惠，测温范围为-55°C~+125°C。由于DS18B20温度检测与数字数据输出都集中在一个芯片上，所以大大提
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高了抗干扰能力。DS18B20的工作周期可分为温度检测和数据处理两个部分。用于存放DS18B20ID编码的ROM 只读存储器，它共有64位ROM。用于内部计算和数据存取的RAM 数据暂存器。鳃躋峽祷紉诵帮废掃減。 DS18B20测量的精度高，电路的连接相对简单，多个DS18B20可以并联至3根或2根端口线上，并且CPU只需要一根线就能够和多个DS18B20进行通信，其占用的微处理器端口比较少，可以节约较多的引线与逻辑电路。像这样的传感器仅仅只需一条数据线就可以进行数据的传输。稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜。 3 硬件系统设计
3.1 硬件系统总体结构
随着生活水平的不断提高和科学技术的逐渐进步，人们对温度监测数据的精度要求也越
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