基于单片机的无线远程温度检测系统设计

侯泽振，张　丽，贲永青（.宿州学院　机械与电子工程学院，安徽　宿州　34000；.临沂市科技馆，山东　临沂　76037）



基于单片机的无线远程温度检测系统设计

侯泽振1，张丽2，贲永青1
（1.宿州学院机械与电子工程学院，安徽宿州234000；2.临沂市科技馆，山东临沂276037）

摘要：设计以STC89C52单片机为本系统主控芯片的无线远程实时温度测量系统的设计.从机能够根据温度传感器DS18B20所采集的若干数据以此来获取温度,并通过NRF24L01无线收发芯片发送到主机,主机接收并处理后通过LCD1602液晶显示屏显示,并且可以与设定好的温度上下限进行比较，实现远程实时温度测量预警.该设计可以用来帮助人们从事一些复杂的环境温度测量和监控工作,从而节约人力资源.

关键词:STC89C52；无线远程；DS18B20；NRF24L01；LCD1602；温度测量预警

1　引言

随着科技的进步，工业生产控制日益趋于自动化和无人化，比如在一些领域的温度可能会较高或较低，并且现场也会较复杂，这种情况下，人无法靠近或者现场无需人力来进行监控.因此，设计一个较为通用的远程温度控制系统具有重要意义.目前，温度测量控制系统在工业、农业，及人们日常生活中扮演着一个越来越重要的角色，许多产品对温度测量范围要求比较严格，而由于目前市场上普遍存在的温度检测仪器大都存在诸多缺陷，比如温度传递信息不够及时、精度达不到等缺点，极不利于工业控制者根据温度变化而及时采取相应措施，因此在以单片机为基础的数据采集和实时控制系统中，基于单片机的无线远程温度检测系统愈显重要，成为未来及现在温度测量及温度数据采集技术的发展趋势.

2　无线远程温度检测系统的创新点

本项目是基于单片机的温度测量系统，该系统能够非常方便地实现温度采集和显示.它的使用很方便，具有灵敏度高，量程宽，精度高，功耗低，积小等优点，适用于工农业生产中和我们日常生活中的温度测量.（比如放在学校，家庭中，办公室等测量室温并显示或者可在工厂里做测温的装置等）.同时也能够作为温度处理模块而嵌入到其他系统中，成为其他子系统的辅助扩展模块.总体而言，该系统可用于多种场合，既方便又实用.其最大特点是可以在人不便能达到的地方进行无线远程温度检测.在基于单片机的无线远程温度检测系统设计中，“无线、远程”是一创新点，可以在人不便能达到的地方进行无线远程温度检测，且在该设计中，无线传播的距离良好，适宜在多种工业生产中应用.

3　本系统整体的设计方案

该系统主要包括单片机控制模块，液晶显示模块，温度采集模块，无线传送模块，温度报警模块和温度上下限设置模块等六大部分.

以下为系统总框图：

4　系统硬件构成及各部分功能

4.1STC89C52主控芯片

STC89C52单片机是STC公司生产的一种高性能、低功耗CMOS8位微控制处理器，具有较为灵巧的8位CPU和系统可编程Flash存储器，具有以下标准功能：512字节RAM，8k字节Flash，看门狗定时器，MAX810复位电路，内置4KBEEPROM，4个外部中断，3个16位定时器/计数器，全双工串行口,32位I/O口线等[1].其处理速度快，能够满足系统对数据处理的要求.

4.2系统温度采集模块

温度数字传感器DS18B20采集，测温分辨频率可达到很高，被测温度数据用符号扩展的16位补码数据形式串行输出.CPU占用微处理器的端口较少，只需要一根端口便可与DS18B20进行通信，可节省大量的逻辑电路和引线.

4.3系统温度上下限预警设置模块

该模块共包括有三个操作按键：（1）温度上下限减少键：功能是减少上下限温度值.（2）温度上下限增加键：功能是增加上下限温度值.（3）模式切换键：进行模式之间的切换，模式包括上限温度值设置模式，下限温度值设置模式，按键每次按下实现这两个模式之间的切换.

4.4NRF24L01无线传送模块

该模块由分别位于主机和从机上的两个NRF24L01芯片组成，主要完成温度的传达.

NRF24L01是一款新型的单片射频收发器件，其工作频段于2.4GHz～2.5GHzISM.内置功率放大器、频率合成器、调制器、晶体振荡器等功能模块，并且嵌入了增强型Shock-Burst技术，其中通信频道和输出功率能够通过软件程序来进行配置.NRF24L01功耗较低，即使在以-6dBm的功率发射工作时，其工作电流也只有9mA；接收模式时，工作电流只有12.3mA，多种低功率工作模式（空闲模式和掉电模式）使节能设计更为方便.

其主要特点为：

硬件集成OSI链路层;

GFSK调制：

CRC校验码和片内自动生成报头;

自动再发射功能和具有自动应答;

SPI速率为0～10Mb/s;

数据传输率为lMb/s或2Mb/s;

与其他NRF24系列射频器件相兼容;

125个频道；

供电电压为1.9V～3.6V；

QFN20引脚4mm×4mm封装[2].

4.5系统供电模块

系统利用5VUSB电源线给主系统供电.将电源线插入电脑USB接口或手机充电宝USB接口即可实现对本系统的供电，当然也可以利用5V电源插头给系统供电.低压供电、高效率运行是本系统的又一创新点.

4.6无线NRF24L01供电模块

用AMS11173.3V芯片将主系统5V电转化为3.3V电给无线NRF24L01模块供电.

4.7LCD1602液晶显示模块

为了更直观的监控区域的温度情况，系统采用16*2点阵液晶显示屏进行显示监控，利用单片机的数据端口来控制液晶显示器,即液晶作为外部存储设备的使用,配置读写控制信号序列,指定特定的指针就可实现液晶读写数据的这种方式,使液晶的操作得到简化,同时提高了内部读取数据的速度.

5　实验结果及分析

通过对本系统的实际操作，测量某处的温度时，利用NRF24L01无线传输模块能够将温度传感器测得的数据远程传送到另一个地方，并当温度值超出或低于设定温度值时，蜂鸣器会发出响声来报警，实现了本系统设计的无线温度传输及报警功能.本系统的设计非常适用于危险或人不便能达到的地方进行无线远程温度检测，极大地节约了人力资源，具有广阔的发展前景.

参考文献：

〔1〕何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，1990.

收稿日期：2015年11月23日

中图分类号：TP393

文献标识码：A

文章编号：1673-260X（2016）01-0036-02