基于单片机的温度数据无线传输系统设计55页

基于单片机的温度数据无线传输系统设计55页内容摘要：

式、空闲模式和掉电模式，通过配置寄存器来选择工作模式，在使用时NRF24L01 的引脚可以和单片机的任何端口 连接使用，但在编程控制时要注意。 NRF24L01 的引脚功能如表 21所示。 NRF24L01 与 NRF905 相 比较，在传输距离上 NRF905 优于 NRF24L01，但在价格上 NRF905 比 NRF24L01贵很多，并且在此次设计中不需要 较 远距离 的数据 传输，如果用 NRF905 的话就 会 显得浪费。 在使用中 NRF24L01 的 电路比较简单，软件设计部分相对简单许多。 结合以上分析无线模块选择 NRF24L01。 NRF24L01 引脚功能如图 24所示。 表 21 NRF24L01工作模式 工作 模式 PWR_UP PRIM_RX CE FIFO寄存器状态 接收模式 1 1 1 发射模式 1 0 1 数据在 TX_FIFO寄存器中 发射模式 1 0 1→0 停留在发送式 ， 直至数据发送完 待机模式 2 1 0 1 TX_FIFO为空 待机模式 1 1 0 无数据传输 掉电 0 图 24 NRF24L01引脚 图 稳压器 AMS1117 的选择 AMS1117 属于正向的低压降压稳压器，固定输出版的 AMS1117 稳压器可按输出电压进行分类，分为 、 、 、 、 、 、 ，每个版的 AMS1117稳压器只能输出一种电压。 由于系统中的无线模块的所需要的电源电压为 ，所以稳压器选择 作为无线模块的电源。 稳压器的 实 物 如图25所示 ，其引脚功能从做到有分别为 GND， Vout， Vint。 图 25 DS18B20 与热敏电阻的选择 传统的温度检测元件大多数是用热敏电阻为传感器，利用热敏电阻来检测温度。 当用这种传统方法测量温度是会有很多的问题，这都源于热敏电阻不具有的可 靠性，容易出现问题，而且测温的准确性低，所测得的温度数据 还 必须通过特定的电路才能将数据 转换成数字信号 送给单片机处理。 DS18B20 引脚功能如图 26所示。 图 26 DS18B20引脚图 DS18B20 温度传 感器相比于传统的温度传感器具有很多优点。 在对其进行封装后可以适用于许多不同的环境中，根据不同的需要可以相应的改变外观。 在将封装后的 DB18B20 应用时，具有体积小，重量轻，形式多样，而且还不容易因为外力原因损坏的优点，可以适用于许多恶劣狭窄的环境中。 由于 DS18B20 温度传感器直接与单片机进行单线通信，就一根数据线连接，电路简单，接线方便，而且 DS18B20温度传感器的功能满足此次设计的所有要求。 所以在温度传感器上选择了 DS18B20。 LED 四位 数码管 与 LCD 液晶屏 的选择 在 LED 数码管和 LCD 液 晶屏的选择中我选择 的是 LED 数码管，因为平时学习的就是数码管，对数码管的使用和编程熟悉，虽然在硬件电路的 设计 上 LED 数码管比LED液晶屏 复杂多了，但在熟悉程度上还是 对 LED 数码管 比较熟悉。 数码管如果按段数划分的话，可以分为七段和八段 数码管 ， 七 段和 八 段 的 区别在于 八段 的 数码管多 了 一个 显示位 ， 即为小数点位 （ dp），这个小数点 使得 数码管能更准确的将内容显示出来了。 八段的数码管按能显示多少位数还可以分为 1位、2位、 3位、 4 位等 一体的数码管， 在这 些问题 上按需要进行选择。 由于此次显示 的内容 需要有小数点所以选择了八段数码 管，根据测温的需求选择了四 个 一体的数码管。 四位一体的数码管共用一组段选数据线，相比一个一体的电路简单，焊接容易，编程 量小 ，所以选择了四个一体的八段数码管。 实物如图 27所示。 图 27 四位八段数码管实物图 3 系统 硬件的设计 单片机的最小系统电路设计 以单片机为核心的 系统 ，最小系统是一个 必不可少的部分 ，它是维持单片机正常工作的基础。 最小系统的电路又可分为 晶振电路 和 复位电路 两个部分， 电路如图31所示。 ，晶振电路决定着单片机的正常工作周期。 这部分 电路使用的是 单片机的 XTAL2（ 18 脚）和 XTAL1（ 19 脚），在电路中电容的作用是对振荡频率起到微调，在电容大小的选择上是根据晶振频率的大小对应选择的，一般 6MHZ 的晶振选择 20pF 的电容， 12MHZ 的晶振选择 30pF 的电容。 ， 这部分电路的连接用的是单片机的的 RST（ 9脚）引脚，作用是给单片机一个高电平，持续的时间 大于 两个机器周期，可以对单片机进行复位操作。 复位 单路的设计 有好几种，在此次设计中，根据设计的需要我采用的是手动复位的方法。 在复位电路的 接法 上我采用的是最常用的接法， 只 由电阻和电容组成，电阻的大小为 1KΩ和 10KΩ，电容的大小为 10uF。 复位电路晶振电路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 . 7RXD ( P 3 . 0 )TXD ( 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 2RE S ETV CC12345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221 10 μ F1 0 k 1 2 M Hz3 0 pF30 p FPSENAL E / P R O GEA / Vpp5V5V1k ST C8 9 C5 22k  图 31 复位电路 基于 DS18B20 的 测温 电路 的设计 温度检测 电路如图 32 所示。 DS18B20 温度传感器是通过一根单 数据 线和单片机的 I/O 口进行通信。 在此次的设计中采用的是 与传感器进行通信，通过单片机进行编程控制和数据处理。 在这次的设计中利用 DS18B20 作为测温器件，使用编程控制来实现对温度的自动测量，将温度数据转换为数字量输出。 123J1DS18B20+5V温度传感器R7 图 32 温度 检测 电路 基于 NRF24L01 的无线发射模 块 与接收模块 的设计 NRF24L01 无线模块是近期生产的一种新型射频收发模块，能够 完成 无线数据的发射与接收。 我在此次设计中用到的是 NRF24L01 无线模块的发送与接收功能，来完成对单片机处理后的数据进行发送和接收同样来自 NRF24L01 无线模块发射的数据传送给单片机进行处理。 在使用时 NRF24L01 无线模块输出的功率和无线通信的频段可以通过编程实现控制，此次设计中我用到了 NRF24L01 无线模块的六个控制端和单片机通讯，分别是 CE、 SCK、 MISO、 MOSI、 IRQ、 CSN，通过在每个端口串联一个 1KΩ的电 阻进行限流。 NRF24L01 无线模块的六个端口功能如下： CSN： 片 选 信号端 端， 低电平有效 ； SCK： 模块 控制的时钟线 ； MISO： 模块 控制数据线 ； MOSI： 模块 控制数据线 ； IRQ： 模块得 中断信号 ； CE： 模块 的模式控制线。 在此次设计中将 NRF24L01 作为 发射模块 时，各引脚 CSN、 MISO、 IRQ、 MOSI、SCK、 CE，对应的接 在 单片机的 、 、 、 、 、。 发射 模块的电路 如图 33所示。 + IRQ MISO MOSI SCK CSN CER11KR21KR31KR41KR51KR61K12345678GNDJ4 图 33 发射模块 电路图 在此次 设计中将 NRF24L01 作为 接收 模块时，各引脚 CSN、 MISO、 IRQ、 MOSI、SCK、 CE，对应的接 在 单片机的 、 、 、 、 、。 接收 模块的电路如图 34所示。 + IRQ MISO MOSI SCK CSN CER11KR21KR31KR41KR51KR61K12345678GNDJ4 图 34 接收 模块电路图 供电电路 的设计 AMS1117 是一个正向低压降稳压器，本设计采用的 是 ，为无线发射模块和接收模块提供 的电压。 此系统另外还有两个电容共同构成， 原理图和实物的引脚从左到右是对应的。 电路如图 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 图 35 S9012 放大电路 的设计 系统 中 发射模块与接收模块在这 使用这 部分 电路时， 作用是 完全 一样的，在硬件 的焊接 上 也 没有区别，所以就 放在一起介绍。 S9012 三极管是一种非常普遍的三极管，在很多家用电器里都有 用到 ，各种放大电路中也经常用到， S9012 三极管的应用是很广泛 的。 系统在显示模块 用的是动态扫描的方法， 没有用任何锁存芯片，会导致数码管在显示温度值时出现亮度不够， 无法观察的现象。 为了解决这个问题，所以 采用了 S9012 三极管放大信号的办法。 在 此 次设计中选用了四个 S9012 三极管，它们的基极分别 与 单片机的 、 、 、 相连，发射极分别连接数码管的四个位选端 SMG SMG SMG SMG4， 集电极都接地 , S9012 三极管 的接法是根据数码管是共阴极来接的。 电路如图 36 所示。 SMG1 SMG2 SMG3 SMG4R151KR161KR171KR181K Q19012Q29012Q39012Q49012 图 36 S9012放大电路 四位共阴极数码管显示电路 的设计 这部分电路和 S9012 放大电路部分一样，发射模块与接收模块在 使用这 部分的作用都是 完全 一样的，在硬件电路上面没有区别， 所以也 放在一起介绍。 电路 如图37所示。 在此次设计中选用的是四位共阴极数码管，这是一种非常普遍的数码管，四个数码管共用同一组段选数据线 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g 及 dp（小数点）。 在使用时通过位选对其进行 选通 控制，四个位选端分别连接四个 S9012 三极管的发射极 SMGSMG SMG SMG4，然后接地。 四位数码管的八根段选数据线，按 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g 及 dp 的顺序分别连接单片机的 、 、 、 、 、 、 、 口，同时给每个段选端都串联一个 470Ω的限流电阻 ，然后给高电平。 只 有同时给位选端低电平，段选端高电平时数码管才能正常工作。 SMG1SMG2SMG3SMG4abfcgdeDPY117421105abcdefg3dpdpabfcgdeDPYdp129DIG1DIG1abfcgdeDPYdpabfcgdeDPYdp8DIG36DIG4DS1DPY_7SEG_DP 图 37 四位共阴极数码管显示电路 4 系统软件的设计 软件的总体设计 a. 发射模块 对于发送模块系统的设计是一个循环的系统，系统不停的重复着同样的工作。 具体步骤如下，先定义 NRF24L01 无线模块 的每个端口，配置 NRF24L01 无线模块 的各种参数，进行 NRF24L01 无线模块 的初始化。 其次进行 DS18B20 温度传感器 的设置，分为 DS18B20 温度传感器 的复位函数， DS18B20 温度传感器 写入函数，再进行DS18B20 温度传感器 读函数。 最后是单片机的读取温度，温度处理，主函数的调用每个子函数进行最后的处理，发送温度数据和显示温度数据。 具体流程图如图 41所示。 开 始初 始 化 无 线 模 块延 时 进 入启 动。