基于51單片機(jī)的無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

大連海事大學(xué)裝訂線(xiàn)畢 業(yè) 論 文二一四年六月基于 51 單片機(jī)的無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 通信工程1班姓 名： 杜嘉麟 指導(dǎo)教師： 李作洲 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院摘 要溫度是日常生活中必不可少的重要參數(shù)。在日常生活中有許多時(shí)候我們都離不開(kāi)溫度的測(cè)量。簡(jiǎn)單的溫度計(jì)已經(jīng)不能滿(mǎn)足一些特定情況下的溫度測(cè)量，尤其在某一些環(huán)境惡劣的工業(yè)場(chǎng)所和戶(hù)外場(chǎng)所，在這種情況下再使用傳統(tǒng)溫度計(jì)測(cè)量溫度是不切實(shí)際的。所以無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)便顯得異常重要。當(dāng)下一些無(wú)線(xiàn)溫度測(cè)量系統(tǒng)已得到開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)，但因其高昂的成本導(dǎo)致其還沒(méi)有普及到日常生活當(dāng)中。在實(shí)際測(cè)溫過(guò)程中既要保證系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性又需要保證產(chǎn)品的低功耗，操作簡(jiǎn)單。因此設(shè)計(jì)一種低功耗，小成本，易使用的無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)就顯得很有意義。本次設(shè)計(jì)利用STC89C52型號(hào)的單片機(jī)控制DS18B20型號(hào)的溫度傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。通過(guò)簡(jiǎn)單的無(wú)線(xiàn)通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)高可靠性與低功耗，小成本的無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的遠(yuǎn)程檢測(cè)。小成本、低功耗、即時(shí)性的無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)是本次設(shè)計(jì)的最大特點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)的無(wú)線(xiàn)傳輸模塊采用的型號(hào)是NRF24L01。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠，功耗較低，成本低廉，提供了一種新型的無(wú)線(xiàn)傳感器的解決方案。關(guān)鍵詞：51單片機(jī)；無(wú)線(xiàn)測(cè)溫；無(wú)線(xiàn)傳輸模塊AbstractTemperature is the essential parameter in daily life, which is often to need measure. The traditional thermometer can not meet the temperature measurement of the specific circumstances, especially in some of the harsh industrial space and outdoor space, where the measurement is unrealistic. So the development and design of wireless temperature measuring system is very important.Many wireless temperature measurement systems have been developed so far, however, high cost stops the systems wildly applied in our daily life. In the actual measurement process it is necessary to ensure the stability of the system, the real-time and the low power consumption. So the design of a low power and low cost wireless temperature measuring system is of great significance. Some temperature sensors, model DS18B20, are controlled by SCM, type STC89C52. These devices constitute the measurement and control system. Using simple wireless communication protocol, a high reliability, low power consumption and low cost system is designed, which can realize remote detection of temperature. Low cost, low power consumption, real-time and remote control are focuses of this design. The wireless transmission module used in this system is NRF24L01.This system has advantages of simple structure, reliable performance, low power consumption and low cost, providing a novel scheme, namely using wireless sensors.Keywords: MCS-51r, wireless temperature measurement, Wireless transmission module目 錄第1章緒 論11.1 論文研究主要內(nèi)容11.2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀3第2章關(guān)鍵技術(shù)介紹52.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)介紹52.2 無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊52.3 數(shù)碼管顯示電路52.4 電源模塊電路6第3章系統(tǒng)分析73.1 構(gòu)架概述73.1.1 功能構(gòu)架73.1.2 模塊需求描述73.2 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境83.3 系統(tǒng)任務(wù)的可行性分析83.3.1 技術(shù)可行性83.3.2 系統(tǒng)安全性分析9第4章系統(tǒng)設(shè)計(jì)104.1 構(gòu)架概述104.2 系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)10第5章系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)125.1 軟件實(shí)現(xiàn)125.1.1 主函數(shù)模塊功能介紹125.1.2 發(fā)送程序功能介紹125.1.3 接收程序功能介紹125.1.4 函數(shù)實(shí)現(xiàn)135.2 硬件實(shí)現(xiàn)165.2.1 單片機(jī)接口及功能介紹165.2.2 晶振電路設(shè)計(jì)165.2.4 報(bào)警電路設(shè)計(jì)175.2.5 溫度檢測(cè)電路設(shè)計(jì)185.2.6 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)185.2.7 NRF24L0121第6章系統(tǒng)測(cè)試246.1 測(cè)試方案246.2 讀取數(shù)據(jù)并對(duì)比246.3系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果24結(jié)論26參 考 文 獻(xiàn)27致 謝28附錄129基于 51 單片機(jī)的無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)第1章緒 論在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，由于生產(chǎn)環(huán)境惡劣，工作人員不能長(zhǎng)時(shí)間停留在現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)察設(shè)備是否運(yùn)行正常，就需要采集數(shù)據(jù)并傳輸數(shù)據(jù)到一個(gè)環(huán)境相對(duì)好的操控室內(nèi)，這樣就會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題。由于廠(chǎng)房大、需要傳輸數(shù)據(jù)多，使用傳統(tǒng)的有線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸方式就需要鋪設(shè)很多很長(zhǎng)的通訊線(xiàn)，浪費(fèi)資源，占用空間，可操作性差，出現(xiàn)錯(cuò)誤換線(xiàn)困難。而且，當(dāng)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、所處的環(huán)境不允許或無(wú)法鋪設(shè)電纜時(shí)，數(shù)據(jù)甚至無(wú)法傳輸，此時(shí)便需要利用無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行數(shù)據(jù)采集。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，不論是溫室大棚的溫度監(jiān)測(cè)，還是糧倉(cāng)的管理，傳統(tǒng)上都是采取分區(qū)取樣的人工方法，工作量大，可靠性差。而且大棚和糧倉(cāng)占地面積大，檢測(cè)目標(biāo)分散，測(cè)點(diǎn)較多，傳統(tǒng)的方法已經(jīng)不能滿(mǎn)足當(dāng)前農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要。當(dāng)前的科技水平下，無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的發(fā)展使得溫度采集測(cè)量精確，簡(jiǎn)便易行。在日常生活中，隨著人們生活水平的提高，居住條件也逐漸變得智能化。如今很多家庭都會(huì)安裝室內(nèi)溫度采集控制系統(tǒng)，其原理就是利用無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)采集室內(nèi)溫度數(shù)據(jù)，并根據(jù)室內(nèi)溫度情況進(jìn)行遙控通風(fēng)等操作，自動(dòng)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度濕度，可以更好地改善人們的居住環(huán)境。在現(xiàn)實(shí)生活中，這種無(wú)線(xiàn)溫度采集系統(tǒng)已經(jīng)被成功應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、軍事國(guó)防、機(jī)器人控制等許多重要領(lǐng)域，而且類(lèi)似于這種溫度采集系統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到民用和軍事領(lǐng)域。凡是布線(xiàn)繁雜或不允許布線(xiàn)的場(chǎng)合都希望能通過(guò)無(wú)線(xiàn)方案來(lái)解決。為此，需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的接口系統(tǒng)，控制這些射頻芯片工作，完成可靠穩(wěn)定的無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)通信，這樣的研究也變得更加有意義了。1.1 論文研究主要內(nèi)容本次設(shè)計(jì)主要采用STC89C52單片機(jī)，之所以采用單片機(jī)系統(tǒng)，主要是由于單片系統(tǒng)具備如下特點(diǎn)（1）高集成度，體積小，高可靠性單片機(jī)將各功能部件集成在一塊晶體芯片上，集成度很高，體積自然也是最小的。芯片本身是按工業(yè)測(cè)控環(huán)境要求設(shè)計(jì)的，內(nèi)部布線(xiàn)很短，其抗工業(yè)噪音性能優(yōu)于一般通用的CPU。單片機(jī)程序指令，常數(shù)及表格等固化在ROM中不易破壞，許多信號(hào)通道均在一個(gè)芯片內(nèi)，故可靠性高。（2）控制功能強(qiáng)為了滿(mǎn)足對(duì)對(duì)象的控制要求，單片機(jī)的指令系統(tǒng)均有極豐富的條件:分支轉(zhuǎn)移能力，I/O口的邏輯操作及位處理能力，非常適用于專(zhuān)門(mén)的控制功能。（3）低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品為了滿(mǎn)足廣泛使用于便攜式系統(tǒng)，許多單片機(jī)內(nèi)的工作電壓僅為1.8V3.6V，而工作電流僅為數(shù)百微安。（4）易擴(kuò)展片內(nèi)具有計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行所必需的部件。芯片外部有許多供擴(kuò)展用的三總線(xiàn)及并行、串行輸入/輸出管腳，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。（5）優(yōu)異的性能價(jià)格比單片機(jī)的性能極高。為了提高速度和運(yùn)行效率，單片機(jī)已開(kāi)始使用RISC流水線(xiàn)和DSP等技術(shù)。單片機(jī)的尋址能力也已突破64KB的限制，有的已可達(dá)到1MB和16MB，片內(nèi)的ROM容量可達(dá)62MB，RAM容量則可達(dá)2MB。由于單片機(jī)的廣泛使用，因而銷(xiāo)量極大，各大公司的商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)更使其價(jià)格十分低廉，其性能價(jià)格比極高。本系統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)部分設(shè)計(jì)采用了Nordic公司新推出的工作于2.4GHz頻段NRF24L01射頻芯片，由STC89C52單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)短距離無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)通信。該接口設(shè)計(jì)具有成本低、傳輸速率高、軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單以及通信穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。整個(gè)系統(tǒng)有發(fā)送和接收二部分，通過(guò)NRF24L01無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)通信收發(fā)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。發(fā)送部分以單片機(jī)STC89C52為核心，使用溫度轉(zhuǎn)換芯片DS18B20實(shí)時(shí)采集溫度并通過(guò)NRF24N01將采集的溫度無(wú)線(xiàn)傳送給接收部分，然后在數(shù)碼管上顯示，通過(guò)蜂鳴器實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度過(guò)高或過(guò)低進(jìn)行報(bào)警。NRF24L01是一款工業(yè)級(jí)內(nèi)置硬件鏈路層協(xié)議的低成本無(wú)線(xiàn)收發(fā)器。該器件工作于2.4 GHz全球開(kāi)放ISM頻段，內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊，并融合增強(qiáng)型Shock Burst技術(shù)，其輸出功率和通信頻道可通過(guò)程序配置。擁有Shock Burst和Enhanced Shock Burst兩種數(shù)據(jù)傳輸模式?？芍苯优c單片機(jī)IO連接，外接元件數(shù)目少。NRF24L01功耗低，以-6 dBm的功率發(fā)射時(shí)，工作電流僅9 mA；接收時(shí)，工作電流僅123 mA，多種低功率工作模式(掉電和空閑模式)更利于節(jié)能設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)測(cè)溫模塊采用的是DS18B20溫度傳感器，DS18B20數(shù)字溫度傳感器接線(xiàn)方便，封裝成后可應(yīng)用于多種場(chǎng)合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號(hào)多種多樣，有LTM8877，LTM8874等等。主要根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同而改變其外觀(guān)。封裝后的DS18B20可用于電纜溝測(cè)溫，高爐水循環(huán)測(cè)溫，鍋爐測(cè)溫，機(jī)房測(cè)溫，農(nóng)業(yè)大棚測(cè)溫，潔凈室測(cè)溫，彈藥庫(kù)測(cè)溫等各種非極限溫度場(chǎng)合。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制領(lǐng)域。DS18B20獨(dú)特的一線(xiàn)接口，只需要一條口線(xiàn)通信 多點(diǎn)能力，簡(jiǎn)化了分布式溫度傳感應(yīng)用 無(wú)需外部元件 可用數(shù)據(jù)總線(xiàn)供電，電壓范圍為3.0 V至5.5 V 無(wú)需備用電源 測(cè)量溫度范圍為-55攝氏度至+125攝氏度。華氏相當(dāng)于是-67華氏度到257華氏度 -10攝氏度至+85攝氏度范圍內(nèi)精度為0.5攝氏度。溫度傳感器可編程的分辨率為912位，溫度轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字格式最大值為750毫秒，用戶(hù)可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置，應(yīng)用范圍包括恒溫控制、工業(yè)系統(tǒng)、消費(fèi)電子產(chǎn)品溫度計(jì)、或任何熱敏感系統(tǒng)。描述該DS18B20的數(shù)字溫度計(jì)提供9至12位（可編程設(shè)備溫度讀數(shù))。由于DS18B20是一條口線(xiàn)通信，所以中央微處理器與DS18B20只有一個(gè)一條口線(xiàn)連接。為讀寫(xiě)以及溫度轉(zhuǎn)換可以從數(shù)據(jù)線(xiàn)本身獲得能量，不需要外接電源。 因?yàn)槊恳粋€(gè)DS18B20的包含一個(gè)獨(dú)特的序號(hào)，多個(gè)DS18B20可以同時(shí)存在于一條總線(xiàn)。這使得溫度傳感器放置在許多不同的地方。它的用途很多，包括空調(diào)環(huán)境控制，感測(cè)建筑物內(nèi)溫設(shè)備或機(jī)器，并進(jìn)行過(guò)程監(jiān)測(cè)和控制。1.2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀溫度采集控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然已經(jīng)十分廣泛，但從國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的溫度監(jiān)控來(lái)講，總體發(fā)展水平仍然不高，同日本、美國(guó)、德國(guó)等先進(jìn)國(guó)家相比，仍然有著較大的差距。成熟的溫控產(chǎn)品主要以“點(diǎn)位”控制及常規(guī)的PID控制器為主，它們只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制，而用于較高控制場(chǎng)合的智能化、自適應(yīng)控制儀表，國(guó)內(nèi)技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并廣泛應(yīng)用的控制儀表較少。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及加入WTO，我國(guó)政府及企業(yè)對(duì)此都非常重視，對(duì)相關(guān)企業(yè)資源進(jìn)行了重組，相繼建立了一些國(guó)家、企業(yè)的研發(fā)中心，開(kāi)展創(chuàng)新性研究，使我國(guó)儀表工業(yè)得到了迅速的發(fā)展。 隨著新技術(shù)的不斷開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，近年來(lái)單片機(jī)發(fā)展十分迅速，一個(gè)以微機(jī)應(yīng)用為主的新技術(shù)革命浪潮正在蓬勃興起，單片機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到電力、冶金、化工、建材、機(jī)械、食品、石油等各個(gè)行業(yè)。傳統(tǒng)的溫度采集方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且精度差，單片機(jī)的出現(xiàn)使得溫度的采集和數(shù)據(jù)處理問(wèn)題能夠得到很好的解決。溫度是工業(yè)對(duì)象中的一個(gè)重要的被控參數(shù)。然而所采用的測(cè)溫元件和測(cè)量方法也不相同；產(chǎn)品的工藝不同，控制溫度的精度也不相同。因此對(duì)數(shù)據(jù)采集的精度和采用的控制方法也不相同。傳統(tǒng)的控制方式已不能滿(mǎn)足高精度，高速度的控制要求，如溫度控制表溫度接觸器，其主要缺點(diǎn)是溫度波動(dòng)范圍大，由于它主要通過(guò)控制接觸器的通斷時(shí)間比例來(lái)達(dá)到改變加熱功率的目的，受儀表本身誤差和交流接觸器的壽命限制，通斷頻率很低。近幾年來(lái)快速發(fā)展了多種先進(jìn)的溫度控制方式，如：PID控制，模糊控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及遺傳算法控制等。這些控制技術(shù)大大的提高了控制精度，不但使控制變得簡(jiǎn)便，而且使產(chǎn)品的質(zhì)量更好，降低了產(chǎn)品的成本，提高了生產(chǎn)效率。本系統(tǒng)要求有數(shù)據(jù)處理，顯示功能等,被控對(duì)象為一階慣性環(huán)節(jié)和一階積分環(huán)節(jié)的組合，慣性時(shí)間常數(shù)為2s，開(kāi)環(huán)增益k=10，溫度控制范圍為-50150。 本設(shè)計(jì)使用單片機(jī)作為核心進(jìn)行控制。單片機(jī)具有集成度高，通用性好，功能強(qiáng)，特別是體積小，重量輕，耗能低，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)和使用方便等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)字、智能化方面有廣泛的用途。本系統(tǒng)使用STC89C52單片機(jī)，使溫度采集大為簡(jiǎn)便。第2章關(guān)鍵技術(shù)介紹2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)介紹單片機(jī)最小系統(tǒng)即是單片機(jī)運(yùn)行的最基本電路，最小系統(tǒng)中的組成缺一不可。最小系統(tǒng)主要是由三部分組成，其中包括單片機(jī)、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路等幾部分組成。這幾部分是單片機(jī)系統(tǒng)必不可少的，既然被稱(chēng)為單片機(jī)最小系統(tǒng)，他的每一部分都是單片機(jī)系統(tǒng)必不可少的部分，單片機(jī)是一切控制的核心，他負(fù)責(zé)單片機(jī)軟件的運(yùn)行，協(xié)調(diào)各個(gè)硬件電路之間的協(xié)調(diào)運(yùn)行。軟件代碼需要燒寫(xiě)在單片機(jī)內(nèi)，供電后，單片機(jī)運(yùn)行程序即可開(kāi)始運(yùn)行，隨著事先的設(shè)定實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。單片機(jī)又稱(chēng)單片微控制器，是在一塊芯片中集成了CPU中央處理器、RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、ROM程序存儲(chǔ)器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和多種功能的I/O輸入/輸出接口等一臺(tái)計(jì)算機(jī)所需要的基本功能部件，從而可以完成復(fù)雜的運(yùn)算、邏輯控制、通信等功能。單片機(jī)的最小系統(tǒng)就是讓單片機(jī)能正常工作并發(fā)揮其功能時(shí)所必須的組成部分也可理解為是用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)。2.2 無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸廣泛地應(yīng)用于社會(huì)的各個(gè)行業(yè)，主要包括監(jiān)控系統(tǒng)、遙控系統(tǒng)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和信號(hào)采集系統(tǒng)。因?yàn)槠浞€(wěn)定的性能和性?xún)r(jià)比很高深受大眾喜愛(ài)。開(kāi)源軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)對(duì)無(wú)線(xiàn)電的行業(yè)影響頗深，無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊也不例外。它提供信號(hào)運(yùn)行和處理模塊，用它可以在易制作的低成本射頻（RF）硬件和通用微處理器上實(shí)現(xiàn)軟件定義的無(wú)線(xiàn)電。無(wú)線(xiàn)模塊廣泛被業(yè)余愛(ài)好者，學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和商業(yè)機(jī)構(gòu)用來(lái)研究和構(gòu)建無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)。開(kāi)發(fā)者能夠簡(jiǎn)單快速的構(gòu)建一個(gè)實(shí)時(shí)、高容量的無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)。2.3 數(shù)碼管顯示電路顯示模塊在單片機(jī)系統(tǒng)中有著非常重要的作用，根絕系統(tǒng)需求的不同會(huì)設(shè)計(jì)不同的顯示電路。在顯示溫度的過(guò)程中會(huì)使用顯示電路，此電路對(duì)于顯示的要求比較高，所以此電路使用了LED數(shù)碼管顯示電路，此電路的優(yōu)點(diǎn)是成本低，控制簡(jiǎn)單，占用資源少。是本系統(tǒng)非常理想的選擇。LED數(shù)碼管（LED Segment Displays）由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線(xiàn)已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電極。數(shù)碼管實(shí)際上是由七個(gè)發(fā)光管組成8字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點(diǎn)就是8個(gè)。這些段分別由字母a,b,c,d,e,f,g,dp來(lái)表示。數(shù)碼管在使用過(guò)程中必須設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路，如果單片機(jī)和數(shù)碼管直接相連的話(huà)會(huì)導(dǎo)致數(shù)碼管亮度不足或者出現(xiàn)燒損單片機(jī)的情況。2.4 電源模塊電路電源是系統(tǒng)運(yùn)行的一切的基礎(chǔ)，所以電源供電電路必不可少，它必須給系統(tǒng)的各個(gè)器件進(jìn)行供電，保證系統(tǒng)的運(yùn)行。供電電路由電源芯片為主要組成，他能夠提供穩(wěn)定的合適的電源以使電路能夠正常穩(wěn)定的運(yùn)行，電源供電電路是一切運(yùn)行的基礎(chǔ)。第3章系統(tǒng)分析3.1 構(gòu)架概述3.1.1 功能構(gòu)架根據(jù)需求調(diào)研結(jié)果確定本系統(tǒng)主要包括以下功能模塊，如圖3.1所示。溫度傳感器時(shí)鐘電路復(fù)位電路單片機(jī)發(fā)送模塊接收模塊單片機(jī)顯示模塊報(bào)警模塊圖3.1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)3.1.2 模塊需求描述（1）單片機(jī)最小系統(tǒng)功能描述單片機(jī)最小系統(tǒng)的功能是核心控制系統(tǒng)，單片機(jī)最小系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能是控制功能電路的正常運(yùn)行，已達(dá)到實(shí)現(xiàn)功能的目的。單片機(jī)最小系統(tǒng)是功能實(shí)現(xiàn)的控制單元，此模塊還必須包含時(shí)鐘電路和復(fù)位電路，由于運(yùn)行環(huán)境和很多不確定的因素導(dǎo)致的系統(tǒng)不正常運(yùn)行，外部復(fù)位電路是必不可少的，在系統(tǒng)運(yùn)行不正常時(shí)，內(nèi)部復(fù)位電路已經(jīng)無(wú)法正常復(fù)位，所以外部復(fù)位電路必不可少。時(shí)鐘電路也是單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的必須器件之一，本系統(tǒng)選用了12M的晶振，主要系統(tǒng)是通信系統(tǒng)，故選用12M的晶振，以方便通信。（2）電源模塊功能電源對(duì)于任何一個(gè)現(xiàn)代化產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，都是一切的基礎(chǔ)。他是一切電子設(shè)備運(yùn)行的能量來(lái)源。電源模塊的設(shè)計(jì)必須滿(mǎn)足電路內(nèi)部一切供電電壓電路的需求，對(duì)于不同的電壓需求必須有相應(yīng)的電路和電源模塊進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。（3）無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊功能無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊是利用NRF24L01為基礎(chǔ)研發(fā)的，NRF24L01是一款新型單片射頻收發(fā)器件。工作于2.4 GHz2.5 GHz ISM頻段。無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊的功能是將無(wú)線(xiàn)監(jiān)測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行傳輸，并互相讀取。無(wú)線(xiàn)模塊能夠?qū)π盘?hào)進(jìn)行遠(yuǎn)程收發(fā)，通過(guò)2.4GHz的頻率進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信。其中輸出功率和通信頻道可通過(guò)程序進(jìn)行配置。NRF24L01功耗低，在以-6dBm的功率發(fā)射時(shí)，支持多種低功率工作模式，有掉電模式和空閑模式，使節(jié)能設(shè)計(jì)更方便。（4）LED顯示模塊功能顯示電路現(xiàn)在已經(jīng)成為了最小系統(tǒng)不可缺失的一部分，雖然單片機(jī)最小系統(tǒng)并未包含顯示電路，可是現(xiàn)有的單片機(jī)電路沒(méi)有了顯示電路已經(jīng)不能稱(chēng)為合格的單片機(jī)系統(tǒng)。只有具有顯示電路才是更加先進(jìn)和美觀(guān)的電路，LED顯示模塊主要負(fù)責(zé)在使用過(guò)程中數(shù)據(jù)的查看，保證在有輸入時(shí)液晶顯示電路會(huì)有相應(yīng)的顯示，將輸入的內(nèi)容顯示在液晶顯示屏上。液晶顯示電路在設(shè)置完成后，需要實(shí)時(shí)顯示接收到的溫度信息。保證了系統(tǒng)的人性化和科學(xué)化。使其更加美觀(guān)更加人性化。3.2 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境 硬件環(huán)境：硬盤(pán)40G，內(nèi)存1024MB軟件環(huán)境：windows xp/73.3 系統(tǒng)任務(wù)的可行性分析3.3.1 技術(shù)可行性 本系統(tǒng)采用雙控制模塊化結(jié)構(gòu)，分兩部分進(jìn)行控制。兩部分由各自的單片機(jī)進(jìn)行控制，各自獨(dú)立運(yùn)行，互不影響。這樣對(duì)于系統(tǒng)的安全更加有保障。在某個(gè)模塊的出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候不會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。本系統(tǒng)選用的單片機(jī)STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)在中編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。STC89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線(xiàn)，看門(mén)狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，STC89C52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。STC89C52采用40引腳的雙列直插封裝（DIP方式）。STC89C52具有豐富的資源，而且性?xún)r(jià)比很高，對(duì)于一個(gè)有市場(chǎng)意義的項(xiàng)目來(lái)說(shuō)成本的控制是非常重要的。3.3.2 系統(tǒng)安全性分析本系統(tǒng)選擇了單片機(jī)STC89C52，顯示部分選擇了LED數(shù)碼管。系統(tǒng)功能上分為發(fā)送端和接受端兩部分，發(fā)送端主要功能是負(fù)責(zé)收集傳感器得到的信號(hào)，在單片機(jī)處理后，通過(guò)NRF24L01發(fā)送到接收端。接受端主要功能是接受發(fā)送端發(fā)出的信號(hào)，并在LED數(shù)碼管上顯示發(fā)送數(shù)據(jù)。系統(tǒng)采用行業(yè)范圍內(nèi)比較經(jīng)典且有一定使用經(jīng)驗(yàn)的傳感器和器件。保證了系統(tǒng)的安全性。第4章系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 構(gòu)架概述本系統(tǒng)主要分兩部分，溫度檢測(cè)電路和溫度顯示電路。將部分電路分開(kāi)的主要目的是實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)收發(fā)功能。本系統(tǒng)的遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)收發(fā)功能可以實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控的功能。對(duì)于無(wú)線(xiàn)收發(fā)功能主要是依靠NRF24L01模塊，通過(guò)兩個(gè)模塊之間的通信進(jìn)行數(shù)據(jù)交流。兩個(gè)系統(tǒng)相互獨(dú)立，又相互依存。兩個(gè)電路在相互配合過(guò)程中，采用NRF24L01模塊的無(wú)線(xiàn)信號(hào)為介質(zhì)，將溫度傳感器檢測(cè)到的溫度信號(hào)進(jìn)行傳輸，通過(guò)顯示電路將溫度顯示出來(lái)。這樣就實(shí)現(xiàn)了一個(gè)遠(yuǎn)程的溫度檢測(cè)系統(tǒng)。溫度檢測(cè)電路主要是由單片機(jī)最小系統(tǒng)、電源電路、NRF24L01模塊和溫度檢測(cè)電路。溫度檢測(cè)電路通過(guò)單片機(jī)對(duì)溫度傳感器進(jìn)行控制，溫度傳感器采用的是DS18B20，此溫度傳感器采用單總線(xiàn)方式進(jìn)行信號(hào)傳輸。在信號(hào)傳輸必須保證時(shí)序的準(zhǔn)確控制。在控制時(shí)序的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)溫度信號(hào)的準(zhǔn)確傳輸。溫度顯示電路主要有單片機(jī)最小系統(tǒng)、電源電路、NRF24L01模塊和溫度顯示用的LED數(shù)碼管電路。溫度顯示電路使用單片機(jī)控制NRF24L01模塊和LED數(shù)碼管。單片機(jī)實(shí)時(shí)檢測(cè)NRF24L01模塊的信號(hào)，一旦有信號(hào)單片機(jī)即將信號(hào)顯示在LED數(shù)碼管上。這兩部分電路互相獨(dú)立，控制不同，代碼不同，流程不同，其互相之間不產(chǎn)生干涉。電路中溫度檢測(cè)模塊單片機(jī)將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給顯示模塊單片機(jī)即可實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)模塊的數(shù)據(jù)發(fā)送。4.2 系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本系統(tǒng)電路由于系統(tǒng)的特殊性質(zhì)主要分兩部分，無(wú)線(xiàn)發(fā)射電路和無(wú)線(xiàn)接收電路。根據(jù)系統(tǒng)功能分工不同，需要將系統(tǒng)分為無(wú)線(xiàn)發(fā)射電路和無(wú)線(xiàn)接收電路。各自不同功能的模塊需要配置不同的電路，以實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)信號(hào)的收發(fā)功能。兩部分電路相互依存也相互獨(dú)立，兩部分電路其實(shí)是兩個(gè)系統(tǒng)，其完全可以獨(dú)立運(yùn)行。無(wú)線(xiàn)模塊溫度檢測(cè)電路主要是對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的電路，電路相對(duì)較為簡(jiǎn)單。由于此模塊工作環(huán)境會(huì)較為惡劣，所以此電路盡量簡(jiǎn)化。連接點(diǎn)越多其故障率也會(huì)越高。本系統(tǒng)在單片機(jī)最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加相應(yīng)的電源電路、檢測(cè)電路和無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊就完成電路設(shè)計(jì)。無(wú)線(xiàn)模塊顯示電路主要是顯示溫度檢測(cè)電路發(fā)送來(lái)的溫度信號(hào)。其主要的功能就是通過(guò)數(shù)碼管進(jìn)行顯示溫度。這兩個(gè)電路其主要實(shí)現(xiàn)的功能是無(wú)線(xiàn)信號(hào)傳輸，其表現(xiàn)形式溫度能夠正常的顯示。電路圖見(jiàn)附錄圖2和圖3。 4.3 系統(tǒng)控制流程系統(tǒng)控制流程圖如下：無(wú)完成開(kāi)始初始化未完成溫度信號(hào)單片機(jī)無(wú)線(xiàn)發(fā)送模塊單片機(jī)LED數(shù)模管顯示是否有數(shù)據(jù)有圖4.3 軟件流程圖第5章系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)5.1 軟件實(shí)現(xiàn)5.1.1 主函數(shù)模塊功能介紹日常生活中，要完成一件復(fù)雜的功能，我們總是習(xí)慣把“大功能”分解為多個(gè)“小功能”以實(shí)現(xiàn)。在C語(yǔ)言程序的世界里，“功能”可稱(chēng)呼為“函數(shù)”，因此“函數(shù)”其實(shí)就是一段實(shí)現(xiàn)了某種功能的代碼，并且可以供其它代碼調(diào)用。一個(gè)程序，無(wú)論復(fù)雜或簡(jiǎn)單，總體上都是一個(gè)“函數(shù)”；這個(gè)函數(shù)就稱(chēng)為“main 函數(shù)”，也就是“主函數(shù)”。比如有個(gè)“做菜”程序，那么“做菜”這個(gè)過(guò)程就是“主函數(shù)”。在主函數(shù)中，根據(jù)情況，你可能還需要調(diào)用“買(mǎi)菜，切菜，炒菜”等子函數(shù)。main函數(shù)在程序中大多數(shù)是必須存在的，但是依然有例外情況，比如windows編程中可以編寫(xiě)一個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)（dll）模塊，這是其他windows程序可以使用的代碼。由于DLL模塊不是獨(dú)立的程序，因此不需要main函數(shù)。再比如，用于專(zhuān)業(yè)環(huán)境的程序-如機(jī)器人中的控制芯片-可能不需要main函數(shù)。主函數(shù)是系統(tǒng)的開(kāi)始，軟件系統(tǒng)的入口就是主函數(shù)。主函數(shù)中定義了后續(xù)使用的函數(shù)，它是程序的核心，主要是在運(yùn)行過(guò)程中，控制各個(gè)軟件模塊的運(yùn)行。主函數(shù)中定義了各個(gè)函數(shù)后，再將需要調(diào)用的函數(shù)進(jìn)行編程，就可以在主函數(shù)中進(jìn)行調(diào)用。5.1.2 發(fā)送程序功能介紹發(fā)送程序主要根據(jù)硬件電路進(jìn)行的劃分，發(fā)送程序中包含了各個(gè)不同的函數(shù)。各個(gè)函數(shù)之間各有分工，功能也不盡相同。發(fā)送程序中主要包含了主函數(shù)、DS18B20溫度讀取函數(shù)和NRF24L01無(wú)線(xiàn)發(fā)送函數(shù)。DS18B20溫度讀取函數(shù)主要是對(duì)系統(tǒng)時(shí)序的控制，因?yàn)镈S18B20的硬件電路是單總線(xiàn)信號(hào)傳輸，這對(duì)于時(shí)序的控制非常復(fù)雜。發(fā)送程序中包含NRF24L01的初始化函數(shù)，用于對(duì)NRF24L01進(jìn)行初始化。NRF24L01無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊也需要非常復(fù)雜的時(shí)序控制。對(duì)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)時(shí)需要在硬件電路的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)。軟硬件電路互相依存，互相彌補(bǔ)。硬件電路的簡(jiǎn)單必然導(dǎo)致軟件控制的繁瑣。5.1.3 接收程序功能介紹接受程序其目的一目了然就是數(shù)據(jù)接受控制的函數(shù)。當(dāng)發(fā)送電路將無(wú)線(xiàn)信號(hào)發(fā)送出以后，接受電路就需要將無(wú)線(xiàn)電路的信號(hào)接受并進(jìn)行譯碼。軟件程序根據(jù)硬件電路設(shè)計(jì)的需要對(duì)硬件控制，讓各個(gè)模塊之間有序協(xié)調(diào)的工作。接收程序中包含NRF24L01的初始化函數(shù)，用于對(duì)NRF24L01進(jìn)行初始化。對(duì)NRF24L01寄存器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化。以免在使用過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤。包含對(duì)LED數(shù)碼管顯示控制函數(shù)和NRF24L01驅(qū)動(dòng)函數(shù)。以此保證系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確無(wú)誤的運(yùn)行。5.1.4 函數(shù)實(shí)現(xiàn)unsigned char DS18B20_Read(void) unsigned char i; unsigned char temp; temp=0; for(i=8;i0;i-) temp=_cror_(temp,1); DQ=0; _nop_(); _nop_(); DQ=1; _nop_(); _nop_(); if(DQ=1) temp=temp | 0x80; else temp=temp | 0x00; DS18B20_delay(4); return(temp);void TmReadTemp (void) /讀取溫度bit tem18b201 = 1;bit tem18b202 = 1;float tempp;tem18b201 = DS18B20_Reset();DS18B20_Write(0xCC);DS18B20_Write(0x44);DS18B20_delay(50); /等待500us轉(zhuǎn)換時(shí)間tem18b202 = DS18B20_Reset();DS18B20_Write(0xCC);DS18B20_Write(0xBE);tempL = DS18B20_Read();tempH = DS18B20_Read();temperature = (tempH*256)+tempL)*0.0625;DS18B20_delay(72);tempp = temperature*100;temp1 = tempp/1000;temp2 = (tempp-temp1*1000)/100;temp3 = (tempp-temp1*1000-temp2*100)/10;temp4 = (tempp-temp1*1000-temp2*100-temp3*10);TxBuf0=temp1;TxBuf1=temp2;TxBuf2=temp3;TxBuf3=temp4;/*主函數(shù)*void main(void) init_NRF24L01() ;/nRF24L01_TxPacket(TxBuf);/ Transmit Tx buffer dataDelay(6000);/P0=0xBF;while(1)TmReadTemp();nRF24L01_TxPacket(TxBuf);/ Transmit Tx buffer dataDelay(20);SPI_RW_Reg(WRITE_REG+STATUS,0XFF);/clear RX_DR or TX_DS or MAX_RT interrupt 5.2 硬件實(shí)現(xiàn)5.2.1 單片機(jī)接口及功能介紹單片微控制器簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī)，是一塊集成了CPU中央處理器、ROM程序存儲(chǔ)器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和多種功能的I/O輸入/輸出接口等的一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)。其包含計(jì)算機(jī)所需要的基本功能部件。其可以完成各種功能和函數(shù)中復(fù)雜的運(yùn)算、通信、邏輯控制等功能。單片機(jī)的最小系統(tǒng)是單片機(jī)運(yùn)行的最低保障，簡(jiǎn)單說(shuō)就是單片機(jī)能正常工作和實(shí)現(xiàn)功能所必須的組成部分。可解釋為使用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)。單片機(jī)的最小系統(tǒng)應(yīng)該包括單片機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和輸入/輸出設(shè)備。AT89S51單片機(jī)是完全集成的混合信號(hào)片上系統(tǒng)型MCU，片內(nèi)具有64KB可在系統(tǒng)編程的Flash，4352字節(jié)的片內(nèi)RAM。其他外設(shè)主要有：12/10位或8位ADC；2個(gè)12位DAC；3個(gè)模擬捕捉/比較器；硬件實(shí)現(xiàn)SPI/SMBus和UART串口三種接口同時(shí)支持，對(duì)于系統(tǒng)的可擴(kuò)展性非常有利；單片機(jī)AT89S51共包含通用的16位定時(shí)器5個(gè)；其具有6個(gè)可編輯計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列的捕捉/比較模塊；單片機(jī)內(nèi)還包含看門(mén)狗定時(shí)器、溫度傳感器和VDD監(jiān)視器。5.2.2 晶振電路設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路是為系統(tǒng)提供時(shí)鐘脈沖的，是系統(tǒng)電路中必不可少的一部分。時(shí)序是電路控制的一部分，數(shù)據(jù)的傳輸是以時(shí)鐘脈沖為基礎(chǔ)的。本系統(tǒng)中使用了12MHz 的晶振為系統(tǒng)提供時(shí)鐘信號(hào)。時(shí)鐘電路是單片機(jī)系統(tǒng)中最重要的電路之一，如圖5.1，它是給系統(tǒng)源源不斷的提供動(dòng)力的電路，時(shí)鐘信號(hào)就是它所提供的動(dòng)力。在單片機(jī)系統(tǒng)中時(shí)鐘信號(hào)的頻率是運(yùn)行的關(guān)鍵，頻率高了或者低了都無(wú)法運(yùn)行。本電路選用的晶振是12M，因?yàn)楸倦娐肥墙o時(shí)間電路使用，12M晶振比較好計(jì)算時(shí)間。STC89C52片內(nèi)有高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器，并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。其輸入管腳XTAL1和輸出管腳XTAL2用于接外部晶振。電容C7和C8、外部晶振和單片機(jī)內(nèi)部的放大器一起構(gòu)成了自激震蕩電路。其中的電容C7和C8對(duì)頻率起到一定的微調(diào)作用，電容容量都選擇30pF。震蕩頻率的選擇的是12MHz的晶振。在使用外部時(shí)鐘時(shí)單片機(jī)的XTAL2引腳輸入外部時(shí)鐘信號(hào)，而XTAL1接地。圖5.1 時(shí)鐘電路圖5.2.3 復(fù)位電路設(shè)計(jì)外部復(fù)位電路是保證單片機(jī)電路的程序在不能正常運(yùn)行時(shí)，可以從指定的程序開(kāi)始運(yùn)行。復(fù)位電路采用按鍵復(fù)位，這種方法簡(jiǎn)單且用以實(shí)現(xiàn)。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行不正?；蛘叱霈F(xiàn)死機(jī)的現(xiàn)象，只要按下復(fù)位鍵系統(tǒng)便可以在指定的程序的位置開(kāi)始執(zhí)行。由于系統(tǒng)電路和外部環(huán)境有不可預(yù)知性的問(wèn)題，而導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。復(fù)位電路成為電路的必要作用就顯現(xiàn)出來(lái)。在電路設(shè)計(jì)中，無(wú)論是在復(fù)雜電路設(shè)計(jì)還是簡(jiǎn)單的電路設(shè)計(jì)復(fù)位電路都是重要組成部分。在單片機(jī)系統(tǒng)中，復(fù)位電路是非常關(guān)鍵的程序，程序不正常運(yùn)行或異常停止運(yùn)行時(shí)，就需要復(fù)位電路發(fā)揮作用。單片機(jī)微控制器的復(fù)位引腳RST引腳9高電平在兩個(gè)以上的機(jī)器周期就執(zhí)行復(fù)位操作。如果RST引腳持續(xù)的高電平，單片機(jī)就處于尋壞復(fù)位狀態(tài)的周期。有兩種基本形式的復(fù)位方法是上電復(fù)位和開(kāi)關(guān)復(fù)位。上電瞬態(tài)電容兩端的電壓不能突然改變，這時(shí)的電容器為低電平，并且連接在電阻上的電壓到RESET復(fù)位輸入為高時(shí)，芯片被復(fù)位。隨著+5 V電源電壓對(duì)電容的充電電阻逐漸減小，最后約等于0V芯片的工作，無(wú)論是在什么工作條件下，按下手動(dòng)復(fù)位按鈕都能實(shí)現(xiàn)復(fù)位效果。在一般情況下，只要RESET引腳保持10ms以上的高電平，就可以使單片機(jī)復(fù)位，重置為經(jīng)典的值。其結(jié)構(gòu)如圖5.2所示。圖5.2 復(fù)位電路5.2.4 報(bào)警電路設(shè)計(jì)由于單片機(jī)STC89C52提供的工作電流只有20mA，而蜂鳴器正常工作電流一般比較大，以至于單片機(jī)的I/O口是無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)的，因此需要一個(gè)外部的驅(qū)動(dòng)電路，提供正常工作所需要的電流。報(bào)警模塊電路圖如下圖5.3所示。在該電路中，BEEP連接在單片機(jī)引腳上，接口LS1為蜂鳴器，晶體管工作在飽和狀態(tài)，相當(dāng)于一個(gè)開(kāi)關(guān)。圖5.3 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路圖5.2.5 溫度檢測(cè)電路設(shè)計(jì)DS18B20的溫度檢測(cè)與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出全集成于一個(gè)芯片之上，從而抗干擾力更強(qiáng)。其一個(gè)工作周期可分為兩個(gè)部分，即溫度檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理。在講解其工作流程之前我們有必要了解DS18B20的內(nèi)部存儲(chǔ)器資源。DS18B20共有三種形態(tài)的存儲(chǔ)器資源，它們分別是： ROM 只讀存儲(chǔ)器，用于存放DS18B20ID編碼，其前8位是單線(xiàn)系列編碼（DS18B20的編碼是19H），后面48位是芯片唯一的序列號(hào)，最后8位是以上56的位的CRC碼（冗余校驗(yàn)）。數(shù)據(jù)在出產(chǎn)時(shí)設(shè)置不由用戶(hù)更改。DS18B20共64位ROM。電路設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單，DS18B20共三個(gè)引腳，2引腳連接到單片機(jī)以后，采用單總線(xiàn)的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)主要是靠軟件代碼對(duì)時(shí)序的控制。硬件電路的簡(jiǎn)單必須在軟件程序進(jìn)行補(bǔ)償才能夠完成任務(wù)，其結(jié)構(gòu)如圖5.4所示。圖5.4 DS18B20硬件連接圖5.2.6 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)（1）數(shù)碼管顯示器簡(jiǎn)介本設(shè)計(jì)采用LED數(shù)碼管顯示，在單片機(jī)系統(tǒng)中，通常用LED數(shù)碼顯示器來(lái)顯示各種數(shù)字或符合。由于它具有顯示清晰、亮度高、使用電壓低、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，因此使用非常廣泛。與LCD液晶顯示器相比，數(shù)碼管雖沒(méi)有液晶顯示器那樣的顯示效果，也沒(méi)有液晶顯示器做圖形界面具有人機(jī)交互美觀(guān)的特點(diǎn)。但是LED有其自己的特點(diǎn)，它具有低功耗，容易控制，占用CPU資源少這些優(yōu)點(diǎn)，從而成為一些顯示器的首選。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5.5所示。圖5.5 數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)數(shù)碼管由7個(gè)發(fā)光二極管組成，行成一個(gè)日字形，它們可以共陰極連接，也可以共陽(yáng)極連接。1位顯示器由8個(gè)發(fā)光二極管組成，其中7個(gè)發(fā)光二極管ag控制7個(gè)筆畫(huà)的亮或暗，另一個(gè)控制一個(gè)小數(shù)點(diǎn)的亮和暗，通過(guò)解碼電路得到的數(shù)碼接通相應(yīng)的發(fā)光二極而形成相應(yīng)的字符。這種筆畫(huà)式的七段顯示器能顯示的字符較少，字符的形狀有些失真，但控制簡(jiǎn)單，使用方便，它可以顯示從1到9的數(shù)字。這足以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。（2）數(shù)碼管顯示電路LED數(shù)碼管的工作原理：LED顯示器連同小數(shù)點(diǎn)在內(nèi)，一共是8個(gè)LED數(shù)碼管可以通過(guò)向LED數(shù)碼管中送入不同的顯示碼，使其8段發(fā)光二極管的不同的段點(diǎn)亮發(fā)光，顯示出不同的字符。利用這一工作原理可以將單片機(jī)中的數(shù)據(jù)在LED數(shù)碼管上顯示出來(lái)。在LED數(shù)碼管中的 8只發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起，就是共陽(yáng)極接法；若8只發(fā)光二極管的陰極連在一起，就是共陰極接法。在一般使用中，共陽(yáng)極的LED數(shù)碼管用得比較多，如圖5.6所示。圖5.6 數(shù)碼管引腳圖LED數(shù)碼管的顯示方式分為：靜態(tài)顯示方式和動(dòng)態(tài)顯示方式。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱(chēng)直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要58=40根I/O端口來(lái)驅(qū)動(dòng)，實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。在多個(gè)數(shù)碼管顯示時(shí)，一般是采用動(dòng)態(tài)顯示方式。每個(gè)數(shù)碼管的各相同的顯示位都連接在一起，每個(gè)數(shù)碼管的公共端都分別引出。這種方式由于各個(gè)數(shù)碼管共用一個(gè)段碼輸出端口，分時(shí)輪流選通。從而大大簡(jiǎn)化了硬件電路。但這種方法的數(shù)碼管接口電路中數(shù)碼管也不宜太多，一般在8個(gè)以?xún)?nèi)，否則每個(gè)數(shù)碼管所分配到的實(shí)際的導(dǎo)通時(shí)間會(huì)太少，顯的亮度不足。若數(shù)碼管位較多時(shí)應(yīng)采用增加驅(qū)動(dòng)能力的措施，從而提高顯示亮度。 為了便于控制數(shù)碼管的顯示，在應(yīng)用數(shù)碼管顯示電路時(shí)通常也會(huì)用到一些驅(qū)動(dòng)器，常用的驅(qū)動(dòng)器是74HC245芯片。74HC245芯片是總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器，典型的CMOS型三態(tài)緩沖門(mén)電路。 由于單片機(jī)或CPU的數(shù)據(jù)/地址/控制總線(xiàn)端口都有一定的負(fù)載能力，如果負(fù)載超過(guò)其負(fù)載能力，一般應(yīng)加驅(qū)動(dòng)器。 另外，也可以使用74HC244等其他電路，74HC244比74HC245多了鎖存器，實(shí)物圖如圖5.7所示。圖5.7 74HC245實(shí)物圖其管腳定義如下：第1腳DIR，為輸入輸出端口轉(zhuǎn)換用，DIR=“1”高電平時(shí)信號(hào)由“A”端輸入“B”端輸出，DIR=“0”低電平時(shí)信號(hào)由“B”端輸入“A”端輸出。 第2-9腳“A”信號(hào)輸入輸出端，A1=B1一直到A8=B8，A1與B1是一組，如果DIR=“1”O(jiān)E=“0”則A1輸入B1輸出，其它類(lèi)同。如果DIR=“0”O(jiān)E=“0”則B1輸入A1輸出，其它類(lèi)同。 第11-18腳“B”信號(hào)輸入輸出端，功能與“A”端一樣，不再描述。 第19腳OE，使能端，若該腳為“1”A/B端的信號(hào)將不導(dǎo)通，只有為“0”時(shí)A/B端才被啟用，該腳也就是起到開(kāi)關(guān)的作用。 第10腳GND，電源地。 第20腳VCC，電源正極。數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)總電路如圖5.7所示。圖5.8 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路圖5.2.7 NRF24L01（1）NRF24L01簡(jiǎn)介NRF24L01是由NORDIC出品的工作在2.4GHz2.5GHz的ISM 頻段的單片無(wú)線(xiàn)收發(fā)器芯片。無(wú)線(xiàn)收發(fā)器包括：頻率發(fā)生器、增強(qiáng)型“SchockBurst”模式控制器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器和解調(diào)器。輸出功率頻道選擇和協(xié)議的設(shè)置可以通過(guò)SPI 接口進(jìn)行設(shè)置。幾乎可以連接到各種單片機(jī)芯片，并完成無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳送工作。實(shí)物圖如圖5.8所示。圖5.9 NRF24L01實(shí)物圖極低的電流消耗：當(dāng)工作在發(fā)射模式下發(fā)射功率為0dBm時(shí)電流消耗為11.3mA，接收模式時(shí)為12.3mA，掉電模式和待機(jī)模式下電流消耗更低。發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí)，首先將NRF24L01配置為發(fā)射模式：接著把接收節(jié)點(diǎn)地址TX_ADDR和有效數(shù)據(jù)TX_PLD按照時(shí)序由SPI口寫(xiě)入NRF24L01緩存區(qū)，TX_PLD必須在CSN為低時(shí)連續(xù)寫(xiě)入，而TX_ADDR在發(fā)射時(shí)寫(xiě)入一次即可，然后CE置為高電平并保持至少10s，延遲130s后發(fā)射數(shù)據(jù)，若自動(dòng)應(yīng)答開(kāi)啟，那么NRF24L01在發(fā)射數(shù)據(jù)后立即進(jìn)入接收模式，接收應(yīng)答信號(hào)（自動(dòng)應(yīng)答接收地址應(yīng)該與接收節(jié)點(diǎn)地址TX_ADDR一致）。如果收到應(yīng)答，則認(rèn)為此次通信成功，TX_DS置高，同時(shí)TX_PLD從TX FIFO中清除;若未收到應(yīng)答，則自動(dòng)重新發(fā)射該數(shù)據(jù)(自動(dòng)重發(fā)已開(kāi)啟)，若重發(fā)次數(shù)(ARC)達(dá)到上限，MAX_RT置高，TX FIFO中數(shù)據(jù)保留以便再次重發(fā)，MAX_RT或TX_DS置高時(shí)，使IRQ變低，產(chǎn)生中斷，通知MCU。最后發(fā)射成功時(shí)，若CE為低則NRF24L01進(jìn)入空閑模式1，若發(fā)送堆棧中有數(shù)據(jù)且CE為高，則進(jìn)入下一次發(fā)射;若發(fā)送堆棧中無(wú)數(shù)據(jù)且CE為高，則進(jìn)入空閑模式2。接收數(shù)據(jù)時(shí)，首先將NRF24L01配置為接收模式，接著延遲130s進(jìn)入接收狀態(tài)等待數(shù)據(jù)的到來(lái)。當(dāng)接收方檢測(cè)到有效的地址和CRC時(shí)，就將數(shù)據(jù)包存儲(chǔ)在RX FIFO中，同時(shí)中斷標(biāo)志位RX_DR置高，IRQ變低，產(chǎn)生中斷，通知MCU去取數(shù)據(jù)。若此時(shí)自動(dòng)應(yīng)答開(kāi)啟，接收方則同時(shí)進(jìn)入發(fā)射狀態(tài)回傳應(yīng)答信號(hào)。最后接收成功時(shí)，若CE變低，則NRF24L01進(jìn)入空閑模式1。（2）NRF24L01應(yīng)用領(lǐng)域 無(wú)線(xiàn)鼠標(biāo) 鍵盤(pán) 游戲機(jī)操縱桿 無(wú)線(xiàn)門(mén)禁 無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)通訊 安防系統(tǒng) 遙控裝置 遙感勘測(cè) 智能運(yùn)動(dòng)設(shè)備 工業(yè)傳感器 玩具（3）NRF24L01性能參數(shù) 小體積，QFN20 4x4mm封裝 寬電壓工作范圍，1.9V3.6V，輸入引腳可承受5V電壓輸入 工作溫度范圍，-40+80 工作頻率范圍，2.400GHz2.525GHz 發(fā)射功率可選擇為0dBm、-6dBm、-12dBm和-18dBm 數(shù)據(jù)傳輸速率支持1Mbps、2Mbps2 低功耗設(shè)計(jì)，接收時(shí)工作電流12.3mA，0dBm功率發(fā)射時(shí)11.3mA，掉電模式時(shí)僅為900nA 126個(gè)通訊通道，6個(gè)數(shù)據(jù)通道，滿(mǎn)足多點(diǎn)通訊和調(diào)頻需要 增強(qiáng)型“ShockBurst”工作模式，硬件的CRC校驗(yàn)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的地址控制 數(shù)據(jù)包每次可傳輸132B