基于51单片机计温手环设计与制作

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目录

1产品功能分析.........................................................................................................1

1.1主要功能...........................................................................................................1

2设计方案遴选.........................................................................................................1

2.1单片机的选择...............................................................................................1

2.2通讯方式的选择............................................................................................2

2.3系统框图设计..................................................................................................2

3产品硬件设计.........................................................................................................3

3.1STC89C52RC单片机核心电路设计..........................................................3

3.2按键电路设计................................................................................................3

3.3LCD1602液晶显示模块电路......................................................................4

4产品软件设计.........................................................................................................5

4.1主程序流程图..................................................................................................5

4.2LCD1602液晶显示程序设计......................................................................6

4.3下位机程序设计..............................................................................................7

5产品使用说明.........................................................................................................8

5.1产品装配图....................................................................................................8

5.2产品装配与调试............................................................................................8

5.3产品使用说明..................................................................................................8

6产品设计技术标准.................................................................................................9

7参考资料...............................................................................................................10

8附录.......................................................................................................................11

附录1元器件清单...........................................................................................11

附录2电路原理图...........................................................................................11

附录3PCB设计图..........................................................................................13

附录4产品实物图.........................................................................................14

附录5主程序代码...........................................................................................15

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基于51单片机计温手环的设计与制作

1产品功能分析

随着人们的健康意识不断加强，各类的运动手环涌现而出，在这其中无线传

感技术是一种应用十分广泛的技术，结合应用实际来说，无线传感有着方便轻盈

的特点，为了提高手环测温精准而设计出的产品，它可以完全满足运动手环的日

常使用需求。系统的核心是无线传感系统，由主控芯片，无线传感电路，按键模

块以及LCD显示模块组成，系统核心使用单片机STC89C52RC芯片，通过温度传

感器测得目标温度然后通过无线传感器发送给STC89C52RC芯片，然后通过STC

89C52RC芯片判断安全阈值距离，在安全范围中只在显示模块显示被测目标温度，

若是超过了安全阈值，蜂鸣器则报警提示，该系统拥有响应快，测量目标精度高，

可靠性强，价格实惠，使用维修方便的优点。在毕业设计过程中，我认为计温手

环是先进，具有科技含量的技术水平，同时也让我更加系统化的学习并加强了关

于这方面的知识与趣闻，加强了对单片机系统的了解。培养了自己的动手能力和

独立思考能力。

2设计方案遴选

在进行硬件电路搭建前必须得选择合适的产品的零部件，发挥器件的基本

功能。

单片机的选择

方案1：使用STM32系列单片机

STM32单片机该款产品的优缺点：STM32系列主要是为需求低成本,功耗低，

高性能的嵌入式应用设计的ARM，基本集成市场市面中工业领域的功能的STM

32，唯一美中不足的地方在于成本偏高，使用起来较为复杂，对一个学生来讲，

这两个缺点都是偏大的。

方案2：使用51系列单片

51单片机该款产品的优缺点：51单片机是属于很容易上手，并且很经典

的一款产品，软件到内部硬件都拥有整套的按位操作系统，一般可称为微处理器，

片内RAM双重功能地址区间是所拥有的功能，以及乘法和除法指令，使用极为

灵活，但是没有完美无瑕的产品以及毫无逻辑赌洞的程序，51单片机也还是有

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缺点的，比如AD、EEPRON之类的功能需扩展，增加了硬软件的负担，且保护芯

片能力较差，很容易烧掉芯片，综合成本、技术成熟程度以及产品功能的需求，

所以我选择了51系列的单片机。

传感器的选择

方案一：使用模拟集成的温度传感器，因为传感器是用硅半导体生产而来的。

最常见的就是AD590。它是温度电流的传感器，实现了提高系统抗干扰能力。不

足的就是依赖放大电路和模数转换电路，电路设计起来十分麻烦。

方案二：使用数字智能温度传感器，这个温度传感器包含很多的模块，比如

说模数转换器模块。广泛使用的产品就是DS18B20。DS18B20测量出来的温度是

用十六位数字量这个形式给我们展示出来的。DS18B20温度传感器无需进行AD

转换，与单片机接口连接更为简单，因此本设计选用DS18B20温度传感器。

系统框图设计

以单片机最小系统作为核心控制电路，通过DS18B20传感器检测温度并采

集温度数据传输至单片机；通过LCD1602液晶显示屏显示测量出来的温度；利用

按钮管理设置报警阈值，当温度超出设定温度范围，通过蜂鸣器和LED指示灯实

现声光报警。

图2-1系统框图

2

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3产品硬件设计

由STC89C52RC单片机组成的此系统,温度传感器,LCD1602液晶显示器,

蜂鸣器模块，按键模块，NRF24L01通信模块以及电源组成。

主要利用传感器检测到传感器收到的实际参数值，再把传感器收到的实际

参数值显示于LCD1602液晶显示器上面。

电路板上面有四个按键，一个是电源的开关按键，其余三个是：设置阈

值，其余的按键是设置键，设置+、设置-、这个设置+、设置-、只可以处于设

置模式之中才可以对它进行操作。

在处于设置模式之中时，LCD1602液晶显示器有对应显示标志，设置阈值

存储在单片机的Flash中，掉电的话，不会丢失数据，无需重新设置数据阈

值。

STC89C52RC单片机核心电路设计

STC89C52RC是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—Flash

ProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8

位微处理器，俗称单片机。STC89C52RC提供以下标准功能：4k字节Flash闪

速存储器，256字节片内数据存储器(00H-7FH为片内RAM，80H-FFH为特殊功

能寄存器SFR)，32个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中

断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，STC89C52RC

可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式

停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工

作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作

直到下一个硬件复位。

按键电路设计

有一种电子开关—按键，实现开关接通仅需按下按键，断开连接仅需松开

按键，轻触按键内部中金属弹片受力弹动触发来实现接通断开功能，此设计

内，按键是一个系统输入，是人机交互的实现枢纽，要想实现对系统输入。按

键单片机控制引脚默认为高电平，按键按下，单片机对应引脚于是成为低电

平。

我分别设计了四个按键分别是温度加、温度减、温度设置键和复位键

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图3-1复位电路

图3-2按键电路

LCD1602液晶显示模块电路

工业字符型液晶之一—1602LCD显示屏,1602指显示表现可观内容是

16*2。意为显示两行，每一行有16个字符，HD44780液晶芯片是市面上字

符液晶使用最多的，基本完全一样的控制原理，所以基于HD44780写控制程

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序能很轻松的兼容并应用市面市场中的字符型液晶。

字段显示和字符显示两种种类是LCD1603显示器的特点，LCD显示中显

示字段,需送达对应信号与对应管脚才能显示，字符显示是根据需要显示基本

字符。本设计系统选择了字符型显示，LCD1602作为本系统中的显示模块输出

信息，相比较传统的数码管显示器，功耗低，体积小是液晶显示模块显示内容

丰富的优点。并且也不需要去多添加驱动电路，现在的主流的显示器件当属液

晶显示模块，鉴于我使用的LOD102液晶显示器就能显示可观测的2行16个

汉字。

图3-3液晶显示模块

4产品软件设计

主程序流程图

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发射端接收端

开始开始

初始化温按键设置温

度传感器度报警阈值

是

测得温判断温度数据

度数据是否超过阈值

否

蜂鸣器报警

发送温

度数据

显示测得温度

结束结束

图4-1主程序流程图

LCD1602液晶显示程序设计

显示屏还没有显示之前，先确定一个位置，输入想要的坐标就可以了，显示

都是一位一位显示的，从高位开始显示，字符串也是这样，不需要每个字符都定

位一次，显示屏会自动定位的。

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开始

定位行列坐标

显示一个字符

否

数据是否显示完？

是

结束

图4-1液晶显示流程图

产品程序清单

图4-2产品程序清单

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5产品使用说明

产品分为两个部分：发射端与接收端

发射端：STC89C52RC单片机，LED，电源和按键，DS18B20温度传感

器模块，NRF24L01通信模块

接收端：STC89C52RC单片机，显示屏1602，蜂鸣器和LED，电源和按

键。NRF24L01通信模块

产品装配调试

认真检查焊接的万能板，怕有漏焊，怕有虚焊，不然故障出错，十分危

险。使用万用表测量值，看看有没有错误，如果有，马上立刻处理，上电检

查，带入代码，操作一下产品，看有没有错。

图5-1产品装配图

产品使用说明

1.接上电，显示屏显示温度，传感器测量温度。2.温度超过设定阈值，就

会触发报警。3.温度过低同样也会报警4.也可以使用按键来调最高最低温度。

5.使用酒精降温。

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图5-2产品使用说明图

6产品设计技术标准

[1]J-STD-001E电气与电子组件的焊接要求

[2]IPC-A-610D(中文版)，IPC-A-610E电子组件的可接受性要求

[3]IPC-7711/21电子组件和电路板的返工&返修

[4]GB/T11457-2006信息技术软件工程术语；

[5]GB/T8566-2007信息技术软件生存周期过程标准；

[6]GB/T8567-2006计算机软件文档编制规范。

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7参考资料

[1]谭浩强.C程序设计[M].北京：清华大学出版社,2005:32～34

[2]张毅刚.单片机原理及应用[M].北京：高等教育出版社，2008:45～55

[3]陈桂友,柴远斌.单片机应用技术[M].北京：机械工业出版社,2008.8:27～55

[4]秦曾煌.电工学电子技术[M].北京：高等教育出版社,2004.7:31～47

[5]熊诗波,黄长艺.机械工程测试技术基础[M].北京：机械工业出版社,2006.5:68～79

[6]李晓妮.单片机温度控制系统的设计[J].江学院学报(自然科学版),2005:81～107

[7]余瑾,姚燕.基于DS18B20测温的单片机温度控制系统[J].微计算机信息,2009（3）：

17～23

[8]王梅红.基于单片机的温度控制系统设计与仿真[J].四川兵工学报,2012（2）：67～69

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8附录

附录1元器件清单

（1）发射端元件清单：

（2）接收端元件清单：

附录2电路原理图

（1）发射端电路原理图

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（2）接收端电路原理图

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附录3PCB设计图

（1）发射端PCB设计图

（2）接收端PCB

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附录4产品实物图

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附录5主程序代码

发送端代码：

#include<reg52.h>//包含头文件

#include<intrins.h>

#include"api_c.h"//包含NRF24L01头文件

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint//宏定义变量范围

sbitDS1820_dat=P2^0;//定义温度IO

uinttemp;//定义温度变量

ucharms;//定义时间变量

bitonce;//定义发送标志位

voiddelay(uintT)//延时函数

{

while(T--);

}

voidInitial()//DS13B20初始化函数

{

DS1820_dat=1;

delay(2);//延时16毫秒

DS1820_dat=0;

delay(40);

DS1820_dat=1;

delay(22);

}

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voidInput(ucharf)//18B20输入指令子程序

{

ucharj;

for(j=0;j<8;j++)

{

DS1820_dat=0;

DS1820_dat=f&0x01;

delay(10);

DS1820_dat=1;

f>>=1;

}

}

ucharOutput()//18b20读数、输出子程序

{

ucharj,b;

for(j=0;j<8;j++)

{

DS1820_dat=0;

b>>=1;

DS1820_dat=1;

if(DS1820_dat)

{

b=b|0x80;

}

delay(10);

}

return(b);

}

voidTemper()

{

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uintStore,Store_2,Store_1;

Initial();//对DS18B20复位

Input(0xcc);//跳过ROM

Input(0x44);//启动温度转换

Initial();//对DS18B20复位

Input(0xcc);//跳过ROM

Input(0xbe);//读RAM命令

Store_1=Output();//读温度的低字节

Store_2=Output();//读温度的高字节

Store=(Store_2*256)|Store_1;//合起来为温度的整数部分

Store=Store*0.625;

temp=Store;//乘以0.0625为温度值，这里扩大10000倍

}

voidmain()

{

ucharTxBuf[20]={0};

ucharRxBuf[20]={0};//定法发送接收缓冲数组

do

{

Temper();

}while(temp==850);//ds18b20温度传感器刚上电会读一个850，并不

是温度数据，所以这里我们用do{}while()语句处理掉

init_NRF24L01();//初始化24L01

nRF24L01_TxPacket(TxBuf);//发送一下

delay(8000);//短延时稳定数据

while(1)

{

Temper();//获取温度数据

TxBuf[0]=temp/256;

TxBuf[1]=temp%256;//将数据拆开发送

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TxBuf[2]=12;//发送数据结尾12

if(once==1)//发送标志位等于1，执行一下发送函数

{

nRF24L01_TxPacket(TxBuf);//TransmitTxbufferdata

once=0;//清零

delay(2000);//短延时一下

}

SetRX_Mode();//设置成接收模式

nRF24L01_RxPacket(RxBuf);//调用接收函数

if(RxBuf[0]==34)//判断接收到数据34，说明有机器

查询数据，发送标志位置一

{

once=1;//置一

}

Delay(1000);//延时，稳定一下数据

RxBuf[0]=0x00;

RxBuf[1]=0x00;

}

}

接收端代码：

#include<reg51.h>

#include<intrins.h>//包含头文件

#include"api_c.h"//包含NRF24L01

#include"eeprom52.h"//包含51单片机内部存储

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint//宏定义变量类型

#defineLCD1602_datP0//定义液晶IO

sbitLCD1602_rs=P2^5;

sbitLCD1602_rw=P2^6;//I/O定义

sbitLCD1602_e=P2^7;

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sbitbeep=P2^0;//定义蜂鸣器IO

sbitled_1=P1^0;

sbitled_2=P1^1;//定义指示灯IO

sbitkey_1=P1^5;

sbitkey_2=P1^6;

sbitkey_3=P1^7;//定义按键IO

uinttemp;//定义温度变量

ucharstate,ms,temp_h=30,temp_l=10;//显示变量定时变量温度上限

温度下限

uchartime;//连接时间变量

bitbeep1,s1,send;//蜂鸣器报警标志位，闪烁标志位发

送标志位

voiddelay(uintT)//短延时函数

{

while(T--);

}

voidLCD1602_write(ucharorder,dat)//1602一个字节处理

{

LCD1602_e=0;

LCD1602_rs=order;

LCD1602_dat=dat;

LCD1602_e=1;

delay(1);

LCD1602_e=0;

}

voidLCD1602_writebyte(uchar*prointer)//1602字符串

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处理

{

while(*prointer!='\0')

{

LCD1602_write(1,*prointer);

prointer++;

}

}

voidLCD1602_cls()//1602初始化

{

LCD1602_rw=0;

LCD1602_write(0,0x01);//1602清屏指令

delay(1500);

LCD1602_write(0,0x38);//功能设置8位、5*7点阵

delay(1500);

LCD1602_write(0,0x0c);//设置光标不显示开关、不显示光

标、字符不闪烁

LCD1602_write(0,0x06);

LCD1602_write(0,0xd0);

delay(1500);

}

voidshow()

{

if(time!=0)//只要显示变量不为0，说明

最近1秒内有通信

{

LCD1602_write(0,0x80);//在液晶第一行的第零个位

置，开始显示数据

LCD1602_writebyte("TEMP:");//显示Temp

if(temp>99)LCD1602_write(1,0x30+temp/100%10);//显示温度数据

elseLCD1602_writebyte("");

LCD1602_write(1,0x30+temp/10%10);

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LCD1602_writebyte(".");

LCD1602_write(1,0x30+temp%10);

LCD1602_write(1,0xdf);

LCD1602_writebyte("C");//显示符号

LCD1602_write(0,0xc0);//在第二行的第0个位置开

始显示

LCD1602_writebyte("HT:");//显示温度上限

if(state==1&&s1==1)//当state等于1，说明

设置温度上限，当闪烁标志位等于1，显示空

{

LCD1602_writebyte("");

}else//否则显示数据

{

LCD1602_write(1,0x30+temp_h/10%10);

LCD1602_write(1,0x30+temp_h%10);

}

LCD1602_write(1,0xdf);

LCD1602_writebyte("C");

LCD1602_writebyte("LT:");//温度下限

if(state==2&&s1==1)

{

LCD1602_writebyte("");

}else

{

LCD1602_write(1,0x30+temp_l/10%10);

LCD1602_write(1,0x30+temp_l%10);

}

LCD1602_write(1,0xdf);

LCD1602_writebyte("C");

}

else//当time等于0，说明最近5S都没

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有传输数据

{

LCD1602_write(0,0x80);//显示固定界面

LCD1602_writebyte("Disconnect");

LCD1602_write(0,0xc0);

LCD1602_writebyte("");

}

}

voidkey()//按键处理函数

{

if(!key_1)//判断按键按下

{

delay(888);//延时消抖

if(!key_1)//再次判断按键按下

{

while(!key_1);//按键等待死循环释放

state=(state+1)%3;//变量累加，对3取余，相当于将数据限制在

了012

}

}

if(!key_2)//按键二按下

{

delay(888);//短延时数据消抖

if(!key_2)//再次判断按键按下

{

while(!key_2);//按键死循环

if(state==1)//当是1时，说明正在设置温度上限，数据加一，

然后执行一次存储

{

if(temp_h<99)temp_h++;

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SectorErase(0x2000);//保存上限值

byte_write(0x2000,temp_h);

}elseif(state==2)//等于2，说明修改温度下限

{

if(temp_h-1>temp_l)temp_l++;

SectorErase(0x2200);//保存上限值

byte_write(0x2200,temp_l);

}

}

}

if(!key_3)//按键三和按键二是一样的，只是按键二是数据加，按键

三是数据减

{

delay(888);

if(!key_3)

{

while(!key_3);

if(state==1)

{

if(temp_h-1>temp_l)temp_h--;

SectorErase(0x2000);//保存上限值

byte_write(0x2000,temp_h);

}elseif(state==2)

{

if(temp_l>1)temp_l--;

SectorErase(0x2200);//保存上限值

byte_write(0x2200,temp_l);

}

}

}

}

voidproc()//报警函数

{

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if(temp>=temp_h*10)//温度大于温度上限，驱动对应的指示灯

{

led_1=0;

led_2=1;

}elseif(temp<=temp_l*10)//温度低于下限，

{

led_1=1;

led_2=0;

}else//否则两个指示灯都熄灭

{

led_1=1;

led_2=1;

}

if(temp>=temp_h*10||temp<=temp_l*10)//只要温度大于上限，或者低

于下限，就将蜂鸣器报警标志位，置一

{

beep1=1;

}else//否则清零

{

beep1=0;

}

}

voidmain()

{

ucharTxBuf[20]={0};//定义发送接收缓冲数组

ucharRxBuf[20]={0};

TMOD=0x01;

TH0=0x3c;

TL0=0xb0;

ET0=1;

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TR0=1;

EA=1;//配置定时器。使用定时器0作为常规定

时，定时周期是50ms

init_NRF24L01();//初始化24L01

delay(40000);//延时稳定一下

nRF24L01_TxPacket(TxBuf);//发送一下数据，也可以不要的

delay(8000);//短延时稳定

LCD1602_cls();//调用初始