基于單片機的溫度數據無線傳輸系統設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 U2STC89C52 圖 23 單片機的引腳圖 NRF24L01 與 NRF905 的選 擇 NRF24L01 無線模塊是 在 近期生產的一 款 無線模塊， 相比于以前一些較早 使用 的無線模塊 有著許多的優點 。 NRF24L01 無線模塊擁有四種工作模式，分別為發射模式、接收模式、空閑模式和掉電模式，通過配置寄存器來選擇工作模式，在使用時NRF24L01 的引腳可以和單片機的任何端口 連接使用，但在編程控制時要注意 。NRF24L01 的引腳功能如表 21所示。 NRF24L01 與 NRF905 相 比較，在傳輸距離上 NRF905 優于 NRF24L01，但在價格上 NRF905 比 NRF24L01 貴很多，并且在此次設計中不需要 較 遠距離 的數據 傳輸，如果用 NRF905 的話就 會 顯得浪費。 在使用中 NRF24L01 的 電路比較簡單，軟件設計部分相對簡單許多 。 結合以上分析無線模塊選擇 NRF24L01。 NRF24L01 引腳功能如圖 24所示。 鹽城工學院本科生畢業設計說明書（ 20xx） 5 表 21 NRF24L01 工作模式 工作 模式 PWR_UP PRIM_RX CE FIFO 寄存器狀態 接收模式 1 1 1 發射模式 1 0 1 數據在 TX_FIFO 寄存器中 發射模式 1 0 1→0 停留在發送式 ， 直至數據發送完 待機模式 2 1 0 1 TX_FIFO 為空 待機模式 1 1 0 無數據傳輸 掉電 0 圖 24 NRF24L01 引腳 圖 穩壓器 AMS1117 的選擇 AMS1117 屬于正向的低壓降壓穩壓器，固定輸出版的 AMS1117 穩壓器可按輸出電壓進行分類，分為 、 、 、 、 、 、 ，每個版的 AMS1117穩壓器只能輸出一種電壓。 由于系統中的無線模塊的所需要的電源電壓為 ，所以穩壓器選擇 作為無線模塊的電源。 穩壓器的 實物 如圖25所示 ，其引腳功能從做到有分別 為 GND， Vout， Vint。 圖 25 穩壓器的實物 DS18B20 與熱敏電阻的選擇 傳統的溫度檢測元件大多數是用熱敏電阻為傳感器，利用熱敏電阻來檢測溫度。 當用這種傳統方法測量溫度是會有很多的問題，這都源于熱敏電阻不具有的可基于單片機的溫度數據無線傳輸系統 6 靠性，容易出現問題，而且測溫的準確性低，所測得的溫度數據 還 必須通過特定的電路才能將數據 轉換成數字信號 送給單片機處理。 DS18B20 引腳功能如圖 26所示。 圖 26 DS18B20 引腳圖 DS18B20 溫度傳感器相比于傳統的溫度傳感器具有很多優點。 在對其進行封裝后可以適用于許多不同的環境中，根據不同的需要可以相應的改變外觀。在將封裝后的 DB18B20 應用時，具有體積小，重量輕，形式多樣，而且還不容易因為外力原因損壞的優點，可以適用于許多惡劣狹窄的環境中。由于 DS18B20 溫度傳感器直接與單片機進行單線通信，就一根數據線連接，電路簡單，接線方便，而且 DS18B20溫度傳感器的功能滿足此次設計的所有要求。所以在溫度傳感器上選擇了 DS18B20。 LED 四位 數碼管 與 LCD 液晶屏 的選擇 在 LED 數碼管和 LCD 液晶屏的選擇中我選擇 的是 LED 數碼管，因為 平時學習的就是數碼管，對數碼管的使用和編程熟悉，雖然在硬件電路的 設計 上 LED 數碼管比LED 液晶屏 復雜多了，但在熟悉程度上還是 對 LED 數碼管 比較熟悉 。 數碼管如果按段數劃分的話，可以分為七段和八段 數碼管 ， 七 段和 八 段 的 區別在于 八段 的 數碼管多 了 一個 顯示位 ， 即為小數點位 （ dp），這個小數點 使得 數碼管能更準確的將內容顯示出來了。八段的數碼管按能顯示多少位數還可以分為 1 位、2 位、 3位、 4 位等 一體的數碼管， 在這 些問題 上按需要進行選擇。由于此次顯示 的內容 需要有小數點所以選擇了八段數碼管，根據測溫的需求選擇了四 個 一體的數碼管 。四位一體的數碼管共用一組段選數據線，相比一個一體的電路簡單，焊接容易，編程 量小 ，所以選擇了四個一體的八段數碼管。實物如圖 27所示。 圖 27 四位八段數碼管實物圖 鹽城工學院本科生畢業設計說明書（ 20xx） 7 3 系統 硬件的設計 單片機的最小系統電路設計 以單片機為核心的 系統 ，最小系統是一個 必不可少的部分 ，它是維持單片機正常工作的基礎。最小系統的電路又可分為 晶振電路 和 復位電路 兩個部分， 電路如圖31所示。 ，晶振電路決定著單片機的正常工作周期。 這部分 電路使用的是 單片機的 XTAL2（ 18 腳）和 XTAL1（ 19 腳），在電路 中電容的作用是對振蕩頻率起到微調，在電容大小的選擇上是根據晶振頻率的大小對應選擇的，一般 6MHZ 的晶振選擇 20pF 的電容， 12MHZ 的晶振選擇 30pF 的電容。 ， 這部分電路的連接用的是單片機的的 RST（ 9 腳）引腳，作用是給單片機一個高電平，持續的時間 大于 兩個機器周期，可以對單片機進行復位操作。復位 單路的設計 有好幾種，在此次設計中，根據設計的需要我采用的是手動復位的方法。在復位電路的 接法 上我采用的是最常用的接法， 只 由電阻和電容組成，電阻的大小為 1KΩ和 10KΩ，電容的大小為 10uF。 復位電路晶振電路P 1 . 0P 1 . 1P 1 . 2P 1 . 3P 1 . 4P 1 . 5P 1 . 6P 1 . 7P 2 . 7P 2 . 6P 2 . 5P 2 . 4P 2 . 3P 2 . 2P 2 . 1P 2 . 0P 0 . 0P 0 . 1P 0 . 2P 0 . 3P 0 . 4P 0 . 5P 0 . 6P 0 . 7R XD ( P 3 . 0 )TX D ( P 3 . 1 )T 0 ( P 3 . 4 )T 1 ( P 3 . 5 )( P 3 . 2 )I N T 0( P 3 . 3 )I NT 1( P 3 . 7 )RD( P 3 . 6 )WRV SSX 1X 2R ES ETV CC12345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221? 10 μ F1 0 k ?1 2 M Hz3 0 pF3 0 p FP S E NAL E / P R O GEA / Vpp5V?5V?1k ?ST C8 9 C5 22k ? 圖 31 復位電路 基于 DS18B20 的 測溫 電路 的設計 溫度檢測 電路如圖 32 所示 。 DS18B20 溫度傳感器是通過一根單 數據 線和單片機的 I/O 口進行通信。在此次的設計中采用的是 與傳感器進行通信，通過單片機進行編程控制和數據處理。在這次的設計中利用 DS18B20 作為測溫器件，使用編程控制來實現對溫度的自動測量，將溫度數據轉換為數字量輸出。 基于單片機的溫度數據無線傳輸系統 8 123J1DS18B20+5V溫度傳感器R7 圖 32 溫度 檢測 電路 基于 NRF24L01 的無線發射模塊 與接收模塊 的設計 NRF24L01 無線 模塊是近期生產的一種新型射頻收發模塊，能夠 完成 無線數據的發射與接收。我在此次設計中用到的是 NRF24L01 無線模塊的發送與接收功能，來完成對單片機處理后的數據進行發送和接收同樣來自 NRF24L01 無線模塊發射的數據傳送給單片機進行處理。在使用時 NRF24L01 無線模塊輸出的功率和無線通信的頻段可以通過編程實現控制，此次設計中我用到了 NRF24L01 無線模塊的六個控制端和單片機通訊，分別是 CE、 SCK、 MISO、 MOSI、 IRQ、 CSN，通過在每個端口串聯一個 1KΩ的電阻進行限流。 NRF24L01 無線模塊的六 個端口功能如下： CSN： 片 選 信號端 端， 低電平有效 ； SCK： 模塊 控制的時鐘線 ； MISO： 模塊 控制數據線 ； MOSI： 模塊 控制數據線 ； IRQ： 模塊得 中斷信號 ； CE： 模塊 的模式控制線。 在此次設計中將 NRF24L01 作為 發射模塊 時，各引腳 CSN、 MISO、 IRQ、 MOSI、SCK、 CE，對應的接 在 單片機的 、 、 、 、 、 。 發射 模塊的電路 如圖 33所示 。 + IRQ MISO MOSI SCK CSN CER11KR21KR31KR41KR51KR61K12345678GNDJ4 圖 33 發射模塊 電路圖 鹽城工學院本科生畢業設計說明書（ 20xx） 9 在此次設計中將 NRF24L01 作為 接收 模塊時， 各引腳 CSN、 MISO、 IRQ、 MOSI、SCK、 CE，對應的接 在 單片機的 、 、 、 、 、 。 接收 模塊的電路如圖 34所示 。 + IRQ MISO MOSI SCK CSN CER11KR21KR31KR41KR51KR61K12345678GNDJ4 圖 34 接收 模塊電路圖 供電電路 的設計 AMS1117 是一個正向低壓降穩壓器，本設計采用的 是 ，為無線發射模塊和接收模塊提供 的電壓。此系統另外還有兩個電容共同構成， 原理圖和實物的引腳從左到右是對應的。 電路如圖 35 所示 。 1 2 3U 2A M S 1 1 1 7 3 . 3+ 3 . 3 V+ 5 VC 60 . 1 u FC 73 3 u F / 2 5 V 圖 35 穩壓器供電電路 S9012 放大電路 的設計 系統 中 發射模塊與接收模塊在這 使用這 部分 電路時， 作用是 完全 一樣的，在硬件 的焊接 上 也 沒有區別，所以就 放在一起介紹 。 S9012 三極管是一種非常普遍的三極管，在很多家用電器里都有 用到 ，各種放大電路中也經常用到， S9012 三極管的應用是很廣泛 的 。 系統在顯示模塊 用的是動態掃描的方法， 沒有用任何鎖存芯片，會導致數碼管在顯示溫度值時出現亮度不夠，基于單片機的溫度數據無線傳輸系統 10 無法觀察的現象。 為了解決這個問題，所以 采用了 S9012 三極管放大信號的辦法 。在 此 次設計中選 用了四個 S9012 三極管，它們的基極分別 與 單片機的 、 、 、 相連，發射極分別連接數碼管的四個位選端 SMG SMG SMG SMG4， 集電極都接地 , S9012 三極管 的接法是根據數碼管是共陰極來接的。 電路如圖 36 所示 。 SMG1 SMG2 SMG3 SMG4R151KR161KR171KR181K Q19012Q29012Q39012Q49012 圖 36 S9012 放大電路 四位共陰極數碼管顯示電路 的設計 這部分電路和 S9012 放大電路部分一樣，發射模塊與接收模塊在 使用這 部分的作用都是 完全 一樣的，在硬件電路上面沒有區別， 所以也 放在一起介紹。 電路 如圖37所示。 在此次設計中選用的是四位共 陰極數碼管，這是一種非常普遍的數碼管，四個數碼管共用同一組段選數據線 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g 及 dp（小數點）。在使用時通過位選對其進行 選通 控制，四個位選端分別連接四個 S9012 三極管的發射極 SMGSMG SMG SMG4，然后接地。 四位數碼管的八根段選數據線，按 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g 及 dp 的順序分別連接單片機的 、 、 、 、 、 、 、 口，同時給每個段選端都串聯一個 470Ω的限流電阻 ，然后給高電平。只有同時給位選端低電平，段選端高電平時數碼 管才能正常工作 。 鹽城工學院本科生畢業設計說明書（ 20xx） 11 SMG1SMG2SMG3SMG4abfcgdeDPY117421105abcdefg3dpdpabfcgdeDPYdp129DIG1DIG1abfcgdeDPYdpabfcgdeDPYdp8DIG36DIG4DS1DPY_7SEG_DP 圖 37 四位共陰極數碼管顯示電路 基于單片機