基于单片机的无线测温系统设计

王献合,黄巧巧,田丽娜　（湖北文理学院理工学院,湖北　襄阳　441025）

基于单片机的无线测温系统设计

王献合,黄巧巧,田丽娜
（湖北文理学院理工学院,湖北襄阳441025）

基于STC89C52单片机设计无线测温系统，实现无线通信。该设计用传感器采集数据后，反馈给单片机并显示实时的温度值，当温度超出范围时接收端的单片机控制蜂鸣器使其报警。此设计具有实时监控系统精度高、抗干扰能力强、传输速率高、通信稳定和使用方便等特点。

单片机；无线传输；温度传感器；蜂鸣器

温度是和人们的生活息息相关的物理量之一，温度的采集或控制都使用的非常重要。特别是温度监测点处于危险的环境时，考虑人员的安全，为此，本文研究了一种基于基于单片机的无线测温系统。

1　无线测温系统总体设计

无线测温系统由测量发送和主控接收两个分系统分构成。各分系统设计原理如图1和图2所示。当系统开始工作时，由主控单元发送测量控制指令，测量发送系统按照指令执行现场温度的实时测量，然后无线模块把测量数据发送给主控接收分系统；主控接收系统通过无线模块接收，系统保存和分析测量数据，并对其进行显示报警等处理。

2　系统硬件设计

2.1单片机系统

测量发送分系统的核心器件有单片机构成，主要进行温度数据采集工作。本系统选用单片机STC89C52做控制器件，STC89C52是STC公司生产的一种高性能、低功耗的8位微控制器，有8K在系统可编程Flash存储器。单片机控制模块由STC89C52最小系统组成，由STC89C52单片机，晶振电路和复位电路等构成。本设计时钟频率有晶振电路提供，晶振电路由两个30pF电容元件和一个11.0592MHz晶体振荡器构成，连接单片机的X1、X2引脚。满足温度数据采集的实时性要求。X1，X2接外部振荡电路，RESET端接复位电路，EA端拉高。

2.2NRF24L01无线模块

采用NRF24L01做无线模块，NRF24L01使用频段是2.4GHz开放ISM频段，该频段全球可以免许可证使用，共有126频道，可以满足多点通信和跳频通信的需要。最高工作速率达2Mb/s，高效GFSK调制方式，内置硬件CRC检错和点对多点通信地址控制，提高了数据抗突发干扰和随机干扰的能力,其可靠传输距离1000米。该模块地址可以由软件进行自由设置，只有接收到本模块地址时才能进行传输数据，进而直接与各系列的单片机相接，其软件编程较为方便。

数据传送过程，首先要将NRF24L01设置成发射模式，然后把接收数据的节点地址（TX_ADDR）以及发送的数据（TX_PLD）按照一定的时序从SPI口依次写入NRF24L01缓存区，TX_PLD必须在NRF24L01模块的使能端有效时才能连续写入，而节点地址只需在发射时写入一次，接着把CE设置成高电平并保持至少10微秒，经130微秒延迟后发射数据；若自动应答开启，则NRF24L01发射完数据后马上进入接收模式状态，等待接收应答信号。当收到应答信号，就完成通信成功，把TX_DS置高，此时发送的数据将从TXFIFO中清除；假如没有收到应答信号，NRF24L01将会自动重新发射数据，并对重发次数进行计数加1，当重发次数达到上限时，将MAX_RT设置为高电平，同时TXFIFO中的数据保留以便再次重发；当MAX_ RT和TX_DS其中一个设置高电平时，使IRQ变为低电平，发生中断，通知MCU。当数据发射成功时，如果此刻CE为低电平，那么NRF24L01就进入空闲模式1；如果发送堆栈中有数据同时CE为高电平，则进行再次发射，若发送堆栈中无数据同时CE为高电平，将进入空闲模式2。

数据接收过程，首先把NRF24L01设置为接收模式，经130微秒延迟后进入等待接收数据状态。当收到有效的地址和效验码时，NRF24L01将会自动把接收的数据存储在RXFIFO中，于此同时把中断标志位设置成高电平，IRQ设置为低电平，产生中断，通知MCU读取数据。若此时自动应答开启，接收端将进入发射状态并且回传应答信号。如果接收成功，并且CE变低电平，则NRF24L01模块进入空闲模式。本设计无线模块由单片机端口P2口控制。

2.3温度采集传感器的硬件设计

采用美国DALLAS公司生产的DS18B20可组网数字温度传感器芯片，具有耐磨耐碰，体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。经济、方便。温度采集由DS18B20的DQ端接入单片机P0.0口。

2.4显示模块和报警电路

本设计的接收系统采用液晶显示模块LCD1602显示测量数据，单片机端口P0由上拉电阻提高驱动能力，进行数据输出并作为LCD的驱动。LCD1602显示模块数据端接单片机P0口，RS，RW，E分别接单片机的P3.5、P3.6、P3.4。

当外界温度超过预设温度的上、下限时，会自动报警。由蜂鸣器下拉三极管组成实现报警功能。

2.5电源模块电路设计

由VCC提供+5V的电压，经过LM 1117降压为+3.3V电压，作为NRF24L01模块的电源。AMS1117是一个低漏失电压调整器，它的稳压管，输出3.3V电压给nRF24L01供电。图3无线模块电源电路。

3　系统软件设计

本系统的软件设计分为接受和发送两部分。主要完成控制指令的发送、测量数据包的接收和处理等任务。发送部分主要是对温度传感器上采集来的数据进行处理，然后由NRF24L01发送出去。发送部分流程图见图4。接收部分主要是对NRF24L01上接收到的数据进行处理并在液晶显示频上显示，同时判断温度值是否超出设定的安全区间，当温度值不在安全范围内时，蜂鸣器报警，接收部分流程图见图5。

4　总结

基于STC89C52单片机的无线测温系统经调试工作正常。实验结果表明,实时监控系统精度高、抗干扰能力强，传输信号的距离较远，能满足较多的应用场合，且数据传输的可靠性高。本系统软、硬件设计完善，可靠性高，使用方便。

[1]李建忠.单片机原理及应用[M].西安电子科技大学出版社,2008.

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[4]陈其纯．电子线路[M].北京：高等教育出版社,2001.

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王献合（1983—），男，河南范县人，本科，助理工程师，研究方向;无线通信。