基于单片机的远程无线温度报警系统

基于单片机的远程无线温度报警系统,课程研究的目的,随着社会的发展，温度的测量及控制变得越来越重要。温度是生产过程和科学实验中普遍而且重要的物理参数。利用无线通信进行温度数据采集的方式应用已经渗透到生活各个方面。在工业生产过程中为了高效地进行生产，必须对生产工艺过程中的主要参数，如温度，压力，流量，速度等进行有效的控制。准确测量和有效控制温度是优质，高产，低耗和安全生产的重要条件。在工业的研制和生产中，为了保证生产过程的稳定运行并提高控制精度，采用微电子技术是重要的途径。它的作用主要是改善劳动条件，节约能源，防止生产和设备事故，以获得好的技术指标和经济效益。,国内外研究现状,由于现代工艺越来越多的需要对实时温度进行监测和控制，而且需要的精度越来越高。所以温度监控系统国内外许多有关人员的重视，得到了十分广泛的应用。温度监控系统发展迅速，而且成果显著。由于单片微处理器的性能日益提高、价格又不断降低，使其性能价格比的优势非常明显。因此，如何将单片微处理器应用到温度自动控制领域，为越来越多的生产厂家所重视。在工业现场，由于生产环境恶劣，工作人员不能长时间停留在现场观察设备是否运行正常，就需要采集数据并传输数据到一个环境相对好的操控室内，这样就会产生数据传输问题此时便需要利用无线传输的方式进行数据采集 。,本设计需要实现的功能,设计并制作一个基于单片机的无线温度远程报警系统，能够对约20米范围内的温度进行无线采集、传输、显示并报警。当温度低于设定的最低温或者高于设定的最高温度范围时主机系统通过蜂鸣器和LED进行声光报警，并能通过按键进行选择设定报警方式。同时利用GSM模块可以进行短信报警，查询温度，设置温度上下限，方便远程操作。主机声光报警：（1）主机声光报警：蜂鸣器（超出温度上下限就报警）发光二极管（超出温度上下限就报警）温度范围 -20度到+50度本设计可以通过按键控制实现功能，通过按键可以切换声音报警和发光报警 或者同时实现2个报警；切换温度上限和下限；增加或者降低温度上下限值。（2）主机GSM短信报警：使用GSM模块发送短信进行远程报警。（超出温度上下限时就报警，并可以设置温度的上下限）。本设计可以通过手机短信控制实现功能，通过手机短信可以查询当前的实时温度，可以设置温度的上下限。从机：使用DS18b20 温度传感器采集温度 用51单片机 C语言编写程序；无线收发模块 20米内能清晰接收信号。,系统结构及原理图,系统主要包括温度采集模块，无线传输模块，单片机控制模块，显示模块和声光报警模块 ，GSM报警与设置模块六个部分。 主机、从机系统框图如图所示：从机： 主机：,其中从机采用数字温度传感器DS18B20，进行温度数据采集，当采集完毕，利用无线模块NRF905进行传输，传送给主机。主机接收端收到发送端数据时，通过单片机让接受到的数据在LCD1602上显示，通过按键可以1的步进改变温度设定值，设置温度的上下限。当温度低于设定的上下限温度时则进行报警并能通过按键来选择报警方式，同时可以使用GSM模块发送短信进行远程报警。并能通过发短信，查询实时温度与设置温度上下限。,单片机控制模块,控制模块是整个设计方案的核心，它控制了温度的采集、处理与显示、温度值的设定与温度越限时控制电路的启动。本控制模块由单片机AT89S52及其外围电路组成，电路如图所示。,温度数据采集模块,温度数据采集模块温度由DALLAS 公司生产的一线式数字温度传感器DS18B20采集。DS18B20 测温范围为-55+125，测温分辨率可达0.0625，被测温度用符号扩展的16位补码形式串行输出。CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。本设计采用三引脚PR-35封装的DS18B20，其引脚图见图。Vcc接外部+5V电源，GND接地，I/O与单片机的P3.7引脚相连。,LCD显示模块,显示部分采用LCD1602液晶显示模块，主要用来显示实时温度，报警方式（LED BEEP ALL）上下限的设置（MAX MIN）其连接电路：,温度设置模块 （按键）,温度设置部分采用独立式按键，SET为报警方式选择键，按下SET键后，有三种报警方式可以选择，分别为LED BEEP ALL ,按下对应的按键可以选择相应的报警方式。DOWN是下限温度调节选择键，按下DOWN后可以对温度的下限进行设定，设定好温度后，按下SET按键作为确定按键；UP为是上限温度调节选择键，按下UP 后可以对温度的上限进行设定，设定好温度后，按下SET按键作为确定按键 ， SET UP DOWN三个按键分别与单片机的P2.0到P2.1口相连；当没有键按下时，单片机与之相连的输入口线为高电平，当任何一个按键按下时，与之相连的 输入口线被置为低电平，产生外中断条件，在 中断服务程序中读取键盘值。,温度无线传输电路,无线传输模块NRF905和单片机的P1口相连，TRX_CE 接P3.2， DR接P3.3由于单片机将处理的温度数据信号经发送信号输出，然后经接收信号接收。电路图如图3-8所示,NRF 905收发过程,NRF905模块数据发送流程： 当单片机要发送数据时，先将接收机的地址和发送数据通过SPI接口传送给NRF905模块，同时单片机设置TRX-CE和TX_EN管脚同时置为高电平，启动发送端NRF905为发送模式，然后发送数据，当数据包发送数据结束后，将数据发送完成管脚DR置为高电平，选择自动重发，NRF905模块将连续发送数据包，直到TRX-CE 被设置为低，此时数据包发送过程结束并回到待机模式。NRF905模块数据接收流程：单片机控制TRX_CE为高电平，TX_EN为低电平，设置NRF905模块进入接收模式，在650US后，NRF905开始监测空中的信息，等待接收数据，当NRF905模块检测到与接收频率相同的载波时。设置载波检测管脚CD为高电平，当接收到有效地址时，设置地址配备管脚AM为高电平，然后单片机通过SPI接口以一定速率提取数据包的有效接收数据，当所有数据接收完毕后吗，将DR，AM置为低电平。NRF905进入待机模式。,GSM模块电路,GSM可以支持TTL/233通信两种电平通信：当与单片机进行TTL电平通信时： GSM模块电路的串口TTL接口（直接与单片机RXD-P3.0 TXD-P3.1 GND-GND相接）电路图如图3-9所示。,GSM传输电路,蜂鸣器报警电路,蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型，其中电磁式蜂鸣器又分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器两种。本设计使用无源蜂鸣器报警。无源蜂鸣器工作的理想信号是方波。无源蜂鸣器接直流电是不会工作的 ，设计主要是通过控制I/0口电平来使三极管导通-断开从而产生方波来驱使蜂鸣器工作，当BEEP为低电平时，三极管导通，当BEEP为高电平时三极管截止电路图如下图。,蜂鸣器电路,总电路图,软件设计,系统软件要实现的功能如下：（1）、完成从机的温度采集，无线传输及主机的接收处理；（2）、利用LCD液晶显示屏显示通过无线传输模块接收到的实时温度，并显示温度上下限的温度值及报警状态的显示。（3）、按键调节功能；要软件实现3个按键的调节功能，SET按键报警模式选择按键；UP按键是温度上限的选择按键；DOWN按键是温度下限按键。选择好MAX 或MIN 就可以1步进增加或减少1；然后按下SET键确认按键。(4)、当温度超过设定的温度范围时进行声光报警；通过按键可以切换声音报警和发光报警 或者同时实现2个报警 。(5)、当温度超过设定的温度范围时使用GSM模块发送短信进行远程报警。并能通过发短信，查询实时温度与设置温度上下限。,软件设计主流程图,温度控制程序的设计应考虑如下：(1)键盘扫描、键码识别和温度显示；(2)温度采集；(3)数据处理与传送；(4)越限报警和报警方式选择。（5）GSM模块越限的报警跟通过短信设置上下限跟查询实时温度。 主机和从机的系统流程图如图,从机流程图：,DS18B20初始化时序,主机首先发出一个480960微秒的低电平脉冲，然后释放总线变为高电平，并在随后的480微秒时间内对总线进行检测，如果有低电平出现说明总线上有器件已做出应答。若无低电平出现一直都是高电平说明总线上无器件应答。做为从器件的DS18B20在一上电后就一直在检测总线上是否有480960微秒的低电平出现，如果有，在总线转为高电平后等待1560微秒后将总线电平拉低60240微秒做出响应存在脉冲，告诉主机本器件已做好准备。若没有检测到就一直在检测等待。初始化程序如下所示：bit Init_DS18B20(void) bit flag2; /储存DS18B20是否存在的标志，flag=0，表示存在；flag=1，表示不存在 DQ = 1; /先将数据线拉高 for(time=0;time2;time+) /略微延时约6微秒 ; DQ = 0; /再将数据线从高拉低，要求保持480960us for(time=0;time200;time+) /略微延时约600微秒 ; /以向DS18B20发出一持续480960us的低电平复位脉冲 DQ = 1; /释放数据线（将数据线拉高） for(time=0;time10;time+) ; /延时约30us（释放总线后需等待1560us让DS18B20输出存在脉冲） flag2=DQ; /让单片机检测是否输出了存在脉冲（DQ=0表示存在） for(time=0;time200;time+) /延时足够长时间，等待存在脉冲输出完毕 ; return (flag2); /返回检测成功标志,此初始化程序功能为：检测DS18B20是否存在，如存在，将位地址38H置1；如不存在，将位地址38H清零。,结束语,本文详细介绍了基于单片机AT89S52的远程温度无线报警系统的设计方案与软硬件实现。系统包括：温度数据采集模块，无线传输模块，单片机控制模块，显示模块和温度设置模块，报警电路，GSM报警与设置模块六个部分。文中对每个部分功能、实现过程作了详细介绍。完成了课题既定的任务，达到了预期的目标。系统具有如下特点：(1)、AT89S52单片机的采用，有利于功能扩展；（2）、采用智能温度传感器DS18B20采集温度数据，简化了硬件电路设计，温度采集数据更加精准；(3)、采用NRF905无线数据传输模块(4)、采用GSM模块报警跟设置，真正实现远程报警跟设置 。本系统没有增加外部存储器，设定温度不能保存，断电复位后必须重新设置温度；采用LCD液晶显示方式，显示界面简单易操作。,致谢,大学本科四年的求学生涯即将结束, 在此，衷心地感谢我的指导教师周玲老师！在本人做毕业设计中，得到了周玲老师的悉心指导和无私帮助。她严谨的治学态度和谦和的为人给我留下了深刻的印象。在我做毕业设计的每个阶段，从查阅资料到设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，实物制