徐長志+陳莉

摘要：該文設計了一個保鮮庫智能溫度監(jiān)控系統(tǒng)，利用傳感器AD590進行溫度數據采集，使用單片機STC12C5A進行溫度采樣，AD轉換測量、控制、顯示、并在溫度超出控制范圍時報警，通過NRF24L01射頻模塊進行遠程通信、數據傳輸、遠程觀察保鮮庫狀態(tài)。硬件設計包括STC12C5A單片機最小系統(tǒng)、測溫電路、數碼管顯示電路，報警電路、射頻模塊等組成。軟件設計包括主程序、讀出溫度子程序、溫度計算子程序、數碼管顯示子程序設計。該系統(tǒng)可以實現溫度的采集、顯示，監(jiān)測、溫報警、遠程數據傳輸。

關鍵詞：STC12C5A；保鮮庫；AD590；溫度監(jiān)控；遠程監(jiān)控

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）27-0134-03

保鮮庫對環(huán)境溫度有一定的要求，當環(huán)境溫度超出預定溫度時，保鮮庫就不能起到保鮮作用，因此對溫度的檢測，顯示，控制很重要。文獻[1]-[4]設計了基于單片機的溫度檢測或采集系統(tǒng)，達到了對溫度的采集，顯示及控制功能；采用的單片機為DS18B20、 AT89C52或8051，本文采用STC12C5A八位單片機、傳感器AD590、及nRF24L01射頻模塊設計了一

用于溫度遠程控制的遠程監(jiān)控系統(tǒng)，實現對環(huán)境溫度的采集、檢測、顯示、報警及遠程數據傳輸。

1 系統(tǒng)結構設計

系統(tǒng)采用STC12C5A八位機作為微處理控制單元，使用4×4鍵盤將要設定的溫度最高值和最低值數據并完成溫度檢測功能的轉換，使用溫度傳感器AD590采集溫度信號，將信號送入單片機STC12C5A處理，用LED顯示器顯示環(huán)境溫度，檢測范圍0攝氏度到90攝氏度，設計了報警電路，在環(huán)境溫度超出設定溫度時實現報警，使用射頻模塊nRF24L01進行當前環(huán)境溫度數據的遠程傳送。

系統(tǒng)結構框圖如圖1所示：

2 系統(tǒng)硬件設計

2.1 單片機最小系統(tǒng)的設計

STC12C5A單片機是與工業(yè)標準MCS-51指令集和輸出管腳相兼容的單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機，速度高于傳統(tǒng)51單片機8-12倍具有速度高，功耗低，抗干擾能力強等優(yōu)點，同時自帶8路高速10位A/D轉換，。

2.2溫度傳感電路設計

AD590的性能特點：AD590是美國AD公司的單片集成兩端感溫電流源，其輸出電流與絕對溫度成比例。在4V至30V電源電壓范圍內，可充當高阻抗，恒流調節(jié)器，適用于150℃以下的溫度檢測應用。成本低，單芯片集成，無需支持電路，如線性化電路，精密電壓放大器，電阻測量電路或者冷結補償。

與常用的DS18B20不同，AD590提供高阻抗電流輸出，對長線路上的壓降不敏感，適用于任何絕緣良好的雙絞線，與接受電路的距離可以達到數百英尺，甚至還可以實現多路的復用，可通過一個CMOS多路復用器進行輸出的切換，特別適合遠程檢測應用，這有利于在大型保鮮庫內分散式布置溫度傳感器，并集中控制。

溫度傳感器電路的輸出經過電阻產生的壓差送入STC12C5A自帶的ADC，讀出數值記錄并供單片機處理。

2.3 溫度控制電路的設計

溫度控制電路如圖5所示：將P0.0、P0.1、P0.7端口與三極管的基極連接，用于控制溫度和實現報警。P0.0、P0.1、P0.7端口的輸出為高低電平，將事先設定的溫度值與實際測量溫度值比較，用比較的差值控制P0.0、P0.1、P0.7端口的高低電平，溫度檢測范圍為0攝氏度到90攝氏度檢測范圍，當測量的溫度超過設定的最高溫度時，端口由高電平變成低電平，基極輸入為“0”，這時三極管導通推動報警器和控制電路工作，反之，當端口為高電平時，基極輸入為“1”，三極管不導通，報警器和控制電路都不工作。因此溫度控制電路實際是通過檢測值和設定值控制單片機的P0.0、P0.1、P0.7口的高低電平，用于控制報警器和控制電路就可以控制模擬電路的工作。

2.4顯示電路的設計

采用四位數碼管設計顯示電路，當位選打開時，送入相應的段碼，則相應的數碼管打開，關掉位選，打開另一個位選，每次打開關掉相應的位選時，時間間隔低于20ms，人類視覺的角度上看，全部數碼管是同時顯示的。4位數碼管由三極管8550驅動，驅動電路如圖6所示。

2.5繼電器

繼電器是控制系統(tǒng)中一種重要的元件，它的作用就是按照某種要求接通或斷開控制系統(tǒng)的電路，是根據某種物理量的變化來改變其觸點狀態(tài)的控制元件。設計中繼電器用來控制加熱和制冷系統(tǒng)。繼電器在控制系統(tǒng)中的作用有兩點：

（1）傳遞信號。它用觸電的轉換接通或斷開電路以傳遞控制信號；

（2）功率放大。使繼電器動作的功率通常是非常小的，而被其觸點所控制電路的功率要大得多，因此繼電器電路必須有放大功率的作用，從而可以實現對電路的控制。

2.6 射頻模塊

nRF24L01是一款工作在2.4GHz～2.5GHz的ISM 頻段的單片無線收發(fā)器芯片，極低的電流消耗：當工作在發(fā)射模式下發(fā)射功率為0dBm 時電流消耗為11.3mA ，接收模式時為12.3mA，掉電模式和待機模式下電流消耗更低，既能滿足保鮮庫內范圍要求，有能保證較低的功耗，增加續(xù)航。

3系統(tǒng)軟件設計

3.1 主程序流程圖

主程序負責讀出、處理、顯示AD590的測量的當前環(huán)境溫度值，溫度測量每1s進行一次。其程序流程見圖7所示。通過調用讀溫度子程序把存入內存儲中的整數部分與小數部分分開存放在不同的兩個單元中，再通過調用顯示子程序顯示溫度。

3.2 讀出溫度子程序

讀出溫度子程序的主要功能通過ADC采集AD590輸出電流經過電阻的電壓，再經過測試求出電壓與溫度的關系系數，從而讀出AD590所處位置的溫度。

3.3 射頻模塊發(fā)射子程序

首先將NRF24L01配置為發(fā)射模式，接著把接收節(jié)點地址TX_ADDR和有效數據TX_PLD按照時序由SPI口寫入NRF24L01緩存區(qū)，若自動應答開啟，那么nRF24L01在發(fā)射數據后立即進入接收模式，接收應答信號。如果收到應答，則認為此次通信成功，TX_DS置高，同時TX_PLD從TX FIFO中清除；若未收到應答，則自動重新發(fā)射該數據，若重發(fā)次數（ARC）達到上限，MAX_RT置高，TX FIFO中數據保留以便再次重發(fā)；MAX_RT或TX_DS置高時，使IRQ變低，產生中斷，通知MCU。最后發(fā)射成功時，若CE為低則NRF24L01進入空閑模式1，結束通信。

3.4 系統(tǒng)流程圖

本設計主要實現的是在一個封閉的空間的溫度的控制，設計總流程如圖8所示，軟件實現的主要功能是上電顯示“8888”，然后實時顯示溫度，每按一下復位鍵，也顯示“8888”，因設計中用的是非自鎖開關，松手后，立即顯示當前溫度，當前溫度與設置的溫度上下限進行比較，當高于上限時，單片機控制端為低電平，相應的繼電器控制打開，當低于下限時，另一繼電器開啟。

3.5 顯示程序設計

顯示程序采用動態(tài)掃描。顯示精確到小數點后一位，故在顯示程序中，需要對輸入的數據進行拆數，拆成個位，十位。然后依次開個位、十位選通端進行顯示，在選通十位的同時將小數點顯示出來。連續(xù)的動態(tài)掃描，輪流向各位數碼管送出字形碼和相應的位選，利用發(fā)光管和人眼視覺暫留作用，使人感覺是一組穩(wěn)定的數據顯示。程序循環(huán)檢測是否有按鍵信號，執(zhí)行相應處理，最后通過顯示程序顯示相應的電壓數值。

4 結束語

本文設計了一個用于保鮮庫溫度遠程監(jiān)控的系統(tǒng)，系統(tǒng)包括單片機最小系統(tǒng)，溫度傳感器電路，溫度控制電路，驅動電路，遠程傳送數據模塊，可以實現對環(huán)境溫度的測定，顯示，報警和數據遠程發(fā)送。 溫度檢測精確達到0.1度；溫度檢測范圍為0攝氏度到90攝氏度。

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