基于單片機的無線溫度控制系統設計

郭海麗

衡水學院電子信息工程學院,河北 衡水 053000

溫度這個環境變量對我們的生產、生活都有著重要的影響，實現對溫度的檢測與控制效果常常與農業、工業上的生產效率、生產安全、能源管理等各項經濟技術指標息息相關。隨著科技的發展和社會生產力水平的不斷進步，溫度控制在人們的生產生活中發揮著越來越重要的作用，因此各個領域對溫度控制的穩定性和可靠性等要求也越來越高。

目前市面上的溫度控制系統大部分采用有線的方式進行數據的傳輸和控制，傳統的有線傳輸方式往往會受到環境、質量、功能要求和傳輸距離等多方面的限制，使得生產成本和使用成本大大增加，造成大量的人力、物力和財力的浪費。除此之外，工業生產中存在著各種需要溫度測量和控制的場合，有些場合存在大量的危險因素或是環境惡劣，不適合人靠近。因此在這種情況下，采用無線數據傳輸是非常有必要的，無線溫度控制系統能夠使生產過程更加安全，系統安裝和維護更加方便[1]。

1 系統設計方案

本設計是由STC89C52單片機作為控制芯片，以及ISD1720語音錄放芯片、數字溫度傳感器DS18B20、NRF2401無線收發模塊和液晶屏構成的無線溫度控制系統。整個系統由單片機控制部分、液晶顯示部分、語音控制部分、溫度采集部分和無線傳輸部分組成。單片機控制部分由兩塊單片機構成，一個作為主機單片機的控制芯片，一個作為從機單片機的控制芯片；液晶顯示部分由兩塊液晶屏組成，LCD12864液晶屏作為主機系統的顯示屏，LCD1602液晶屏作為從機的顯示屏。

ISD1720芯片可以錄制聲音進行語音播報從機的當前溫度；無線傳輸部分由兩塊NRF2401無線收發模塊分別作為主機系統和從機系統的數據傳輸通道。本設計的無線溫度控制系統能夠實時檢測從機的當前溫度，同時能夠在主機和從機的液晶屏上實時顯示，主機系統上有加熱和降溫按鍵[2]，能夠將從機的溫度調節到設定的溫度，還能語音播報從機的當前溫度，大大提高人們的工作效率。系統設計總體方案框圖如圖1所示。

圖1 系統設計總體方案框圖

2 系統主要硬件電路設計

2.1 無線模塊的電路

本系統的無線數據傳輸模塊采用的是NRF2401無線收發模塊，因為NRF2401無線收發模塊是用3.3V電源供電，可以與同樣也是3.3V供電的單片機或其他微控制器直接連接，但是如果與5V供電的單片機連接時，連接的引腳需要接限流電阻，防止模塊被燒壞。本次NRF2401無線收發模塊是與5V供電的STC89C52單片機相連接的，因此需要接限流電阻。無線收發模塊的電路原理圖如圖2。

圖2 無線收發模塊的電路原理圖

2.2 語音芯片的電路

本系統的語音芯片采用的是ISD1720，該芯片的功能很強大，具有錄音、播放、擦出錄音、快進、音量控制、芯片復位等功能。這些功能僅僅通過按鍵就可以完成，操作簡單。語音芯片的電路原理圖如圖3所示。

圖3 語音芯片的電路原理圖

2.3 電源模塊

本系統的電源由三部分組成：5V、3.3V和12V，主機單片機系統電源由5V電源經過充分濾波后一部分傳給主機單片機，另一部分傳給AMS1117電源降壓模塊，該模塊再將5V電壓降到3.3V，經過充分濾波供給NRF2401無線收發模塊，使其正常工作[3]。從機系統是由外部12V電源供給繼電器用來驅動恒溫加熱板的，再經過一個LM7805電路將12V電壓降到5V，經過充分濾波，一部分傳給從機單片機，使其可以正常工作，帶動相應的負載，另一部分傳給AMS1117電源降壓模塊，將5V降到3.3V，經過充分濾波，再供給從機上的NRF2401無線收發模塊。

3 軟件設計思路

本設計的軟件工程很復雜，由主機系統程序和從機系統程序兩部分組成。主機系統的程序是控制NRF2401模塊一直處于工作在接收狀態，當有按鍵被按下時進入發射狀態，同時停止接收，當發射結束后，自動跳出，進入接收狀態。從機系統的控制程序是控制從機上的NRF2401模塊用標志位循環工作在發射接收狀態，當發射結束后，自動定義標志位使其進入接收狀態，然后再跳出接收狀態，進入發射狀態，如此循環[4]。本次主從機通信是經過大量測試程序得到NRF2401模塊是單收單發型器件，不能同時工作在既接收又發送的狀態下，后來經過多次調試才通信成功。

4 結語

本設計以STC89C52單片機為控制芯片的無線溫度控制系統，在軟件方面和硬件方面都基本實現了實時采集從機的當前溫度、語音播報從機的當前溫度和主機通過NRF2401無線收發模塊發送命令來控制從機的加熱和降溫等功能。在硬件設計上采用了LCD12864液晶顯示屏作為主機的顯示器，這款液晶屏帶有中文字庫，能夠很清楚直觀地看到從機的當前溫度、設定的溫度以及從機的當前狀態，適合各種文化水平的人使用。從機系統上采用了一塊LCD1602液晶屏來顯示從機的當前溫度。本操作系統適合各種惡劣條件下使用，工作溫度范圍很廣，抗干擾性很強，有很強的實時性。