单片机的无线远程温控系统设计
目录
一、引言 1
（一）选题的目的和意义 1
（二）设计意义 1
（三）设计任务 1
二、总体方案设计 1
（一）方案的选择 1
（二）方案简述 2
三、系统硬件设计 2
（一）AT89C51单片机概述 2
（二）NRF24L01模块 6
（三）LCD1602液晶显示器模块 7
（四）按键模块 9
（五）蜂鸣器报警模块 9
（六）DS18B20温度传感器模块 10
四、系统软件设计 11
（一）主程序流程图设计 11
（二）子程序设计 12
总结 15
附录 16
附录一 系统总原理图 16
附录二 PCB图 17
附录三 实物图 18
附录四 源程序 19
参考文献 30
致 谢 31
一、引言
（一）选题的目的和意义
对于温度的控制在工业活动中非常普遍，温度参数是一个最常用的被控参数，在化工、食品、燃料以及钢铁产业中都涉及到温控过程。由此可见，温控在工业活动中的地位越来越高，并且随着科学技术的迅速发展，对于温控系统的性能提出了更高的要求，要求其具有更高的精度和更快的速度。随着工业环境的逐渐复杂，以至于许多场合已经不适合实验人员全程监控，于是温控系统发生了巨大的改革，在工业上对于温度的控制已经不再仅限于较近距离的控制，远程温度控制已经在各个场合迅速发展，并且得到了各界的广泛关注。
目前工业上较为通用的有无线电和有线网络等通信方式的远程温度控制，虽然各种类型在不同场合都得 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
到了广泛的利用，但是每一种都存在各自的优缺点。在无线通信商，由于不需要布置很复杂的线路，并且通信质量高，不易受到外界干扰，所以它的应用场合较有线网络较为广泛。而有线通信由于要通过长长的通信电缆才能传输信号，所以在电缆受到损坏时，对于通信的质量将会带来巨大的影响。基于上述分析，所以本文设计了一种基于AT89C51单片机而实现的无线远程温控系统。
（二）设计意义
本文设计的无线远程温控系统相比于其他温控系统，能够具有以下出色的特点:
1.采用DS18B20温度传感器作为温度采集装置，有高达0.5℃的精度，比传统的温度传感器使用更加灵活；
2.能够通过LCD1602液晶显示器将温度数据显示出来，使得操作人员能够直观地得知试验现场的温度情况；
3.具有无线收发的功能，使得工作人员可以从恶劣的实验环境中解脱出来，不会再遭受高温低温的煎熬；
4.功耗低，成本低廉。
（三）设计任务
1.设计一个测温范围再0~100摄氏度的无线远程温控系统；
2.利用液晶显示器将温度数据反馈给使用者；
3.系统能够利用无线收发芯片将温度数据发送出去，并且具有60米以内的收发距离能力；
4.能够灵活设置温度；
5.具有超温报警功能。
二、总体方案设计
（一）方案的选择
方案一：采用51单片机作为控制核心，配合基于Dallas单线数字式的DS18B20温度传感器模块、NFR24L01无线收发模块、LCD1602液晶显示模块、蜂鸣器报警模块、晶振电路模块以及复位电路模块而构成，由于51单片机在业界内已经具备了相当成熟的开发技术并且开发资料丰富，对于完成本次毕业设计是绝对有利的，另外该方案成本低廉，模块分明并且稳定性强。
方案二：采用FPGA芯片作为主控芯片，片外同样配合基于Dallas单线数字式的DS18B20温度传感器模块、NFR24L01无线收发模块、LCD1602液晶显示模块、蜂鸣器报警模块、晶振电路模块以及复位电路等模块。FPGA的显著特点是速度远高于单片机，其主频动辄上百兆，是数字信号处理的首选，然而本次设计的无线温度控制系统对于处理速度没有过高的要求，并且考虑到过高的数字信号会给整体系统带来不稳定性，使最终的设计可靠性得不到保障。
综合上述两个方案的分析，本次设计采用方案一作为无线远程温控系统的最终设计方案。
（二）方案简述
本温控系统采用AT89C51单片机作为控制核心，它通过DS18B20温度传感器采集环境中的温度，并通过其内部的AD实现模数转换，通过其输出管脚将带有温度数据的数字信号传送给AT89C51单片机，单片机得到数据后对数据进行解码，然后将得到的温度值通过LCD1602液晶显示出来，并通过NFR24L01无线收发模块将温度数据传送出去，与此同时在AT89C51内部，单片机对采集数据进行判断，当采集到的温度超过上限时，蜂鸣器报警模块将会进行报警。
本无线远程温控系统时基于下图2-1中的结构框图而实现的。
图2-1 无限远程温控系统总框图
三、系统硬件设计
（一）AT89C51单片机概述
1.AT89C51单片机组成
图3-1 AT89C51内部结构
ATMEL公司出产的AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器 的单片机，它是一种能在低电压场合工作的高性能CMOS类型的8位处理器。它内部集成的只读存储器具有高达1000多次的可擦除性，这样好的性能使得它非常适合学生做实验。另外这种类型的单片机已经采用了高密度的非易失储存器的制造技术，AT89C51单片机的通用IO管脚能够和工业上广泛采用的MCS-51类型的指令集能够完美兼容。ATMEL公司研发的这种高效率的微控制器将FLASH和性能强大的8位CPU集成在一个芯片里使得它在嵌入式领域有着广泛的应用。常用的AT89C2051型单片机是AT89C51单片机的精简版本。基于上述的特点，在很多嵌入式场合，AT89C51单片机正在发挥着越来越多的作用。图3-2为DIP-40封装类型AT89C51单片机的芯片引脚图。
图3-2 AT89C51单片机引脚图
2.AT89C51单片机引脚结构
（1）电源引脚
VCC：芯片电源端；
??GND：接地端；
（2）I/O口引脚
P0口：AT89C51的P0口是双向的8为漏极开路I/O口。当在P0口管脚初次写1时，PO口被定义为高阻抗输入。PO端口还能当外部程序的数据储存器，定义它为地址/数据的第8位。在进行FLASH的编程时，P0口做为原码的输入口；当进行FLASH的校验时，从P0口输出原码，此时必须拉高PO口的外部。
P1口：P1口能够接受4TTL门电流，其内部提供上拉电阻。当在P1口写1后，被内部电路上拉为高电平，可以用于输入。当外部把P1口下拉到低电平时，由于内部上拉的作用，P1口将有电流输出。在进行FLASH的编程校验时，P1口被作为第八位地址的接收。
一、引言 1
（一）选题的目的和意义 1
（二）设计意义 1
（三）设计任务 1
二、总体方案设计 1
（一）方案的选择 1
（二）方案简述 2
三、系统硬件设计 2
（一）AT89C51单片机概述 2
（二）NRF24L01模块 6
（三）LCD1602液晶显示器模块 7
（四）按键模块 9
（五）蜂鸣器报警模块 9
（六）DS18B20温度传感器模块 10
四、系统软件设计 11
（一）主程序流程图设计 11
（二）子程序设计 12
总结 15
附录 16
附录一 系统总原理图 16
附录二 PCB图 17
附录三 实物图 18
附录四 源程序 19
参考文献 30
致 谢 31
一、引言
（一）选题的目的和意义
对于温度的控制在工业活动中非常普遍，温度参数是一个最常用的被控参数，在化工、食品、燃料以及钢铁产业中都涉及到温控过程。由此可见，温控在工业活动中的地位越来越高，并且随着科学技术的迅速发展，对于温控系统的性能提出了更高的要求，要求其具有更高的精度和更快的速度。随着工业环境的逐渐复杂，以至于许多场合已经不适合实验人员全程监控，于是温控系统发生了巨大的改革，在工业上对于温度的控制已经不再仅限于较近距离的控制，远程温度控制已经在各个场合迅速发展，并且得到了各界的广泛关注。
目前工业上较为通用的有无线电和有线网络等通信方式的远程温度控制，虽然各种类型在不同场合都得 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
到了广泛的利用，但是每一种都存在各自的优缺点。在无线通信商，由于不需要布置很复杂的线路，并且通信质量高，不易受到外界干扰，所以它的应用场合较有线网络较为广泛。而有线通信由于要通过长长的通信电缆才能传输信号，所以在电缆受到损坏时，对于通信的质量将会带来巨大的影响。基于上述分析，所以本文设计了一种基于AT89C51单片机而实现的无线远程温控系统。
（二）设计意义
本文设计的无线远程温控系统相比于其他温控系统，能够具有以下出色的特点:
1.采用DS18B20温度传感器作为温度采集装置，有高达0.5℃的精度，比传统的温度传感器使用更加灵活；
2.能够通过LCD1602液晶显示器将温度数据显示出来，使得操作人员能够直观地得知试验现场的温度情况；
3.具有无线收发的功能，使得工作人员可以从恶劣的实验环境中解脱出来，不会再遭受高温低温的煎熬；
4.功耗低，成本低廉。
（三）设计任务
1.设计一个测温范围再0~100摄氏度的无线远程温控系统；
2.利用液晶显示器将温度数据反馈给使用者；
3.系统能够利用无线收发芯片将温度数据发送出去，并且具有60米以内的收发距离能力；
4.能够灵活设置温度；
5.具有超温报警功能。
二、总体方案设计
（一）方案的选择
方案一：采用51单片机作为控制核心，配合基于Dallas单线数字式的DS18B20温度传感器模块、NFR24L01无线收发模块、LCD1602液晶显示模块、蜂鸣器报警模块、晶振电路模块以及复位电路模块而构成，由于51单片机在业界内已经具备了相当成熟的开发技术并且开发资料丰富，对于完成本次毕业设计是绝对有利的，另外该方案成本低廉，模块分明并且稳定性强。
方案二：采用FPGA芯片作为主控芯片，片外同样配合基于Dallas单线数字式的DS18B20温度传感器模块、NFR24L01无线收发模块、LCD1602液晶显示模块、蜂鸣器报警模块、晶振电路模块以及复位电路等模块。FPGA的显著特点是速度远高于单片机，其主频动辄上百兆，是数字信号处理的首选，然而本次设计的无线温度控制系统对于处理速度没有过高的要求，并且考虑到过高的数字信号会给整体系统带来不稳定性，使最终的设计可靠性得不到保障。
综合上述两个方案的分析，本次设计采用方案一作为无线远程温控系统的最终设计方案。
（二）方案简述
本温控系统采用AT89C51单片机作为控制核心，它通过DS18B20温度传感器采集环境中的温度，并通过其内部的AD实现模数转换，通过其输出管脚将带有温度数据的数字信号传送给AT89C51单片机，单片机得到数据后对数据进行解码，然后将得到的温度值通过LCD1602液晶显示出来，并通过NFR24L01无线收发模块将温度数据传送出去，与此同时在AT89C51内部，单片机对采集数据进行判断，当采集到的温度超过上限时，蜂鸣器报警模块将会进行报警。
本无线远程温控系统时基于下图2-1中的结构框图而实现的。
图2-1 无限远程温控系统总框图
三、系统硬件设计
（一）AT89C51单片机概述
1.AT89C51单片机组成
图3-1 AT89C51内部结构
ATMEL公司出产的AT89C51是一种带4K字节
图3-2 AT89C51单片机引脚图
2.AT89C51单片机引脚结构
（1）电源引脚
VCC：芯片电源端；
??GND：接地端；
（2）I/O口引脚
P0口：AT89C51的P0口是双向的8为漏极开路I/O口。当在P0口管脚初次写1时，PO口被定义为高阻抗输入。PO端口还能当外部程序的数据储存器，定义它为地址/数据的第8位。在进行FLASH的编程时，P0口做为原码的输入口；当进行FLASH的校验时，从P0口输出原码，此时必须拉高PO口的外部。
P1口：P1口能够接受4TTL门电流，其内部提供上拉电阻。当在P1口写1后，被内部电路上拉为高电平，可以用于输入。当外部把P1口下拉到低电平时，由于内部上拉的作用，P1口将有电流输出。在进行FLASH的编程校验时，P1口被作为第八位地址的接收。
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