何為　沈王姚　楊紫含　徐建

【摘 要】該系統(tǒng)采用C51單片機(jī)為核心并且利用了4個DS18B20溫度傳感器，2個液晶顯示器1602，以及nRF905的無線收發(fā)模塊成功的完成了對溫度數(shù)據(jù)的采集、顯示和傳輸以及接受并顯示，并且增加了溫度報警功能。我們經(jīng)過了長期的研究并制定了合理的方案之后對系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計，具體是電源電路的設(shè)計，芯片的選擇與應(yīng)用，程序代碼的編寫以及各個模塊功能的實現(xiàn)，并且根據(jù)系統(tǒng)的特點，將系統(tǒng)分為采集發(fā)送模塊和接受顯示模塊。在系統(tǒng)設(shè)計完成后在實驗室進(jìn)行了多次的調(diào)試和測試。測試結(jié)果表明：系統(tǒng)軟、硬件符合設(shè)計要求，可以投入使用。

【關(guān)鍵字】溫度；數(shù)據(jù)采集；無線傳輸；LCD；單片機(jī)

0 引言

本系統(tǒng)以STC單片機(jī)作為主控芯片，采用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20，并利用其特有的單總線特性組成傳感器網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用液晶LCD1602作為人機(jī)交互界面，在充分綜合分析藍(lán)牙、GPRS、GSM等無線數(shù)據(jù)傳輸方式的基礎(chǔ)上，針對有線的數(shù)據(jù)采集方式應(yīng)用受到限制的場合，結(jié)合實際，并考慮到做成實物調(diào)試和開發(fā)難易程度等可行性問題上，確立了無線射頻收發(fā)一體芯片的解決方案，即利用基于nRF905芯片的無線收發(fā)模塊完成數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送，再應(yīng)用傳感技術(shù)，實現(xiàn)多點溫度數(shù)據(jù)采集。系統(tǒng)還預(yù)設(shè)溫度自動報警功能，能對溫度的實時監(jiān)控起到預(yù)警作用。整個系統(tǒng)分為：（1）溫度數(shù)據(jù)采集和發(fā)送模塊；（2）溫度數(shù)據(jù)接收及顯示模塊兩部分；該系統(tǒng)的設(shè)計意義深遠(yuǎn)，不僅在于能將數(shù)據(jù)采集與無線傳輸相結(jié)合，充分發(fā)揮了無線傳輸?shù)膬?yōu)勢，而且能有比較廣泛的應(yīng)用。

1 溫度數(shù)據(jù)采集與無線傳輸系統(tǒng)設(shè)計的總體設(shè)計

整個系統(tǒng)由溫度數(shù)據(jù)采集顯示和發(fā)送程序和溫度數(shù)據(jù)接收及顯示程序兩部分組成；

a溫度數(shù)據(jù)采集顯示與發(fā)送模塊是由溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)DS18B20網(wǎng)絡(luò)、液晶屏LCD1602、nRF905無線收發(fā)模塊和主控芯片STC89C52RC組成；

b溫度數(shù)據(jù)接收及顯示模塊則是由基于nRF905的無線收發(fā)模塊和主控芯片STC89C52RC、液晶屏LCD1602構(gòu)成。

2 溫度數(shù)據(jù)采集與無線傳輸硬件系統(tǒng)設(shè)計的硬件設(shè)計

2.1 系統(tǒng)電源電路

該模塊將市電經(jīng)過變壓器變壓后，轉(zhuǎn)化為18V的交流電壓，利用LM7805轉(zhuǎn)壓芯片將18V的交流電轉(zhuǎn)化為5V直流電，為單片機(jī)等提供電源。LM317H將18V交流電轉(zhuǎn)化為3.3V直流電，以供無線射頻芯片使用。

2.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)

單片機(jī)采用內(nèi)時鐘方式，利用芯片內(nèi)部振蕩電路，在引腳上外接定時元件，內(nèi)部振蕩器便能產(chǎn)生自激蕩。定時元件采用的是12MHz的晶振和30pF的兩個電容組成的并聯(lián)諧振電路。

2.3 溫度數(shù)據(jù)采集

本系統(tǒng)為多點溫度采集，DS18B20支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為-55℃～+125℃，在-10～+85℃范圍內(nèi)，精度為±0.5℃?，F(xiàn)場溫度直接以“單總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。DS18B20采用外部供電方式，只需要用一個接口引腳就可以驅(qū)動多路DS18B20，本系統(tǒng)設(shè)計之初只采用4個溫度傳感器，如圖2所示。單片機(jī)通過讀取各個DS18B20的序列號，分別獲取溫度數(shù)據(jù)。

2.4 溫度數(shù)據(jù)顯示電路

LCD1602的引腳1接地，引腳2接5V電源，引腳3接電位器來調(diào)節(jié)顯示器的對比度，引腳4～14接單片機(jī)，引腳15接10K電阻來設(shè)置顯示器的亮度。

2.5 數(shù)據(jù)收發(fā)電路

VCC接3.3V電壓；μCLK為輸出時鐘，本系統(tǒng)中無需使用，懸空；CD為輸出，單片機(jī)不對其進(jìn)行控制，懸空：GND接地；其它引腳和單片機(jī)相連，由單片機(jī)控制其發(fā)送數(shù)據(jù)或接收數(shù)據(jù)。

2.6 無線模塊芯片nRF905

nRF905芯片是挪威Nordic公司推出的單片射頻發(fā)射芯片，工作電壓為1.9-3.6V，32引腳QFN封裝，工作于433/868/915MHz三個ISM頻道，其由一個完全集成的頻率調(diào)制器，一個帶解調(diào)器的接收器，一個功率放大器，一個晶體振蕩器和一個調(diào)節(jié)器組成。ShockBurst工作模式能夠自動產(chǎn)生前導(dǎo)碼和CRC，可以很容易通過SPI接口進(jìn)行編程配置，電流消耗很低，在發(fā)射功率為+10dBm時，發(fā)射電流為30mA，接收電流為12.5mA。進(jìn)入Powerdown模式可以很容易實現(xiàn)節(jié)電。圖3為基于nRF905的無線收發(fā)模塊電路圖：

3 溫度數(shù)據(jù)采集與無線傳輸硬件系統(tǒng)的軟件設(shè)計

系統(tǒng)采用C語言進(jìn)行軟件設(shè)計，編程和調(diào)試環(huán)境為Keil 4，系統(tǒng)的軟件部分發(fā)送端、接收端主流程圖如圖4、圖5所示。

4 系統(tǒng)的整體性能調(diào)試

4.1 硬件性能的測試

按照本文的軟硬件最初設(shè)計思想，在連接好硬件實物之后，我們直接對整體實物進(jìn)行測試，通過對代碼的精心改寫，使得最終的測試結(jié)果達(dá)到了滿意的效果：發(fā)送端的液晶屏能夠?qū)崟r顯示溫度的變化，接收端的液晶屏溫度數(shù)值的顯示也能隨著發(fā)送端的變化而變化。

4.2 無線傳輸距離的測試

傳輸距離的測試分室外和室內(nèi)兩種環(huán)境下進(jìn)行。其中室外環(huán)境的測試在操場上進(jìn)行，經(jīng)測試在兩節(jié)點相距70米左右時仍然能進(jìn)行正常通信，但是在通信距離超過150米左右時發(fā)生通信中斷的現(xiàn)象。室內(nèi)環(huán)境測試，由于障礙物的存在，節(jié)點通信的距離下降十分明顯，在不需要穿墻時的通信距離在65米左右，穿兩堵墻時的通信距離在50米左右。

5 結(jié)束語

本系統(tǒng)以C51單片機(jī)為主控芯片，通過DS18B20溫度傳感器采集溫度數(shù)據(jù)，并利用nRF905無線傳輸模塊和液晶屏1602進(jìn)行數(shù)據(jù)的無線收發(fā)和顯示。通過對軟件代碼的精心修改使得最終的系統(tǒng)調(diào)試獲得滿意的結(jié)果，達(dá)到了最終的設(shè)計目的。

【參考文獻(xiàn)】

[1]黃賢武.傳感器原理與應(yīng)用[J].電子科技大學(xué)出版社，2006.

[2]江世明，劉先任.基于DS18B20的智能溫度測量裝置[J].邵陽學(xué)院學(xué)報，2004.

[3]Nordic VLSI ASA. Single chip 433/868/915MHz Transceiver Nrf905[J]. Product Datasheet，2004.

[責(zé)任編輯：朱麗娜]