【单片机控制的无线温度采集系统的硬件设计案例概述综述4700字】

-8-单片机控制的无线温度采集系统的硬件设计案例概述目录TOC\o"1-3"\h\u30955单片机控制的无线温度采集系统的硬件设计案例概述 -1-185551.1整体方案设计 -1-3411.2最小系统模块 -1-134651.2.1STC89C52简介 -1-174171.2.2最小系统电路 -4-45931.3温度传感器测温模块 -5-30091.1.1DS18B20简介 -5-110511.1.2温度检测电路 -7-163971.4显示模块 -8-69031.4.1LCD1602简介 -8-94021.4.2温度显示电路 -10-169921.5蓝牙模块 -11-228591.5.1HC-05蓝牙模块简介 -11-89261.5.2蓝牙电路 -12-167311.6其他电路 -13-168231.6.1报警电路 -13-12431.6.2LED显示电路 -14-101621.6.3按键电路 -14-39871.6.4电源电路 -15-1.1整体方案设计整个系统主要是由STC89C52的最小系统模块来控制，温度采集模块的温度传感器使用DS18B20，按键电路使用市面上常见的按压按键作为系统的复位键、状态设置键以及报警温度加减设置键，电源电路采用自锁开关与电源座作为电源接口，需要接入5V电源。显示采用LCD1602和手机APP,显示输出则为蜂鸣器+LED的形式。蓝牙模块使用HC-05作为无线传输模块。1.2最小系统模块1.2.1STC89C52简介（1）STC89C52单片机功能介绍STC89C52是一种功耗低和性能高的CMOS8位微控制器MCU，里面有8位CPU和Flash单元[2][2]陈中,朱代忠.基于STC89C52单片机的控制系统设计[M].清华大学出版社,2015.（2）8051单片机的引脚功能STC89C52是宏晶科技于2006年后推出MCS-51系列单片机，有40个引脚，其引脚排列如图3-1所示：图3-1STC89C52引脚图引脚的功能特性如下：VCC（40脚）：接5V的电源引脚。GND（20脚）：接地引脚。XTAL2（18脚）：反相放大器的输入端。XTAL1（19脚）：与XTAL2（18脚）一样，但是还可以作为时钟电路的输入端。RESET（9脚）：当振荡器运行时，使单片机复位；当单片机不能正常供电，可以从这个引脚引入备用电源。ALE（30脚）：在输出地址的时候会产生脉冲，就是告诉锁存器把这些地址线锁存住，然后数据线就可以操作读写了。PSEN（29脚）：当PSEN=0时，这个引脚才有效，才能从存储器中读取信号。EA（31脚）：通过EA的高低电平，来分别访问内外部存储器。多功能I/O口引脚STC89C52具有4个双向的可以独立作为输入或输出的I/O端口（P0、P1、P2、P3），分别如下：P0端口（32～39脚）：真双向端口，输入可以缓冲，输出能锁存，能驱动8个TTL负载。P1端口（1～8脚）：没多少功能，没有三态，但是要先置1，只能是输出或输入。能驱动4个TTL负载。P2端口（21～28脚）：与P1端口一样。P3端口（10～17脚）：与P1端口一样，具有很多的复用功能，能驱动四个TTL负载但是无论输入/输出都要先置1，它还有第二个功能，它的另外一个功能如表1.1所示：表1.1P3口第二功能端口引脚第二功能RXD串行输入TXD串行输出INT0外部中断0INT1外部中断1T0定时器或计数器0时钟接收T1定时器或计数器1时钟接收WR外部随机存储器进行W操作RD外部随机存储器进行R操作1.2.2最小系统电路STC89C52的最小系统里含有晶振电路、复位电路和EA上拉电路。11M的晶振Y1接在19脚和18脚这两个引脚上，Y1与19脚的交接处再连接个22pF的C3到地，C2与C3一样，只是与18引脚相连，这是晶振电路。它的作用就是配合最小系统中的其他元件组成的外围电路，产生频率高的脉冲震荡信号，为MCU工作提供时钟信号，晶振越接近MCU且取值越高，起振效果越好。晶振电路如图3-2所示：图3-2晶振电路10uF电解电容C1和按键K1并联接在单片机的9脚上，并且与VCC相连，R1的一端与单片机的9脚相连，另一端接到C2，这就是复位电路。这个按键的目的是为了控制随时的复位，当程序出现死机或者受到其他干扰的时候，复位键无疑就是保证程序不会崩溃，可以从头开始运行，就相当于电脑的重启键一样，当遇到突发状况不能解决时，这无疑是一个最好的解决办法。复位电路如图3-3所示：图3-3复位电路特别地，当31脚（EA）=1时，在复位后，MCU只能从内部只读存储器的0000H地址开始；当EA=0时，与高电平时相同，只是从外部存储器相同地址开始。EA=1，才能确保MCU通过内部只读存储器读取程序来执行。单片机的最小系统的总体电路如图3-4所示：图3-4单片机的最小系统的总体电路1.3温度传感器测温模块1.1.1DS18B20简介（1）DS18B20的功能特性DS18B20是一种半导体数字式温度传感器，可以直接测量，不需要什么其他元器件的特殊的结构非常经济实惠，让用户不仅可以单点测温又可以无限点进行测温，结构电路也非常简单，采用三线制与单片机相连，就是将DS18B20的VSS和GND端口相应的接入电源和地，然后将数据口DQ与单片机的随便一个输入输出口相连，如果有多个点的温度要测量，就将所有传感器的DQ端口相连接，再与同一个单片机的输入输出口相连即可，这种简单的电路为传感器网络的构建减少了大量工作，若要对传感器进行区分的话，就直接看DS18B20出厂就会分配对应的序列号，所以多点测温中每个点的温度区分就可以根据相应的序列号区分DS18B20所对应的温度，而且DS18B20的测温范围可以达到-55℃至+125℃之间，所以在极端环境下，这种传感器受到的干扰小，测量也比较精确，能接受的上下限比较大，在很多情况下都能得到广泛的应用，它的分辨率也可以达到0.0625℃，精度很高，所以温度的测量所引入的误差就很小。它的实物图如图3-5所示：图3-5DS18B20实物图（3）DS18B20的测温原理DS18B20的测温原理就是通过计数器计数进而来控制温度寄存器的计数，温度值就是温度寄存器中储存的值，低温度系数晶振灵敏度低，不易受温度刺激，所以能够产生稳定脉冲，用来让计数器1中的预置值每接受一次脉冲，就会减1，而高温度系数晶振灵敏度高一点，易受温度刺激，所以为计数器2减法计数产生脉冲[3][3]丘素芳.DS18B20数字温度传感器的原理及应用分析[J].科学与财富,2017,000(012):25-25.[4]王帅,沈浩,骆长泽,沙宪政.Android平台下蓝牙温度测量[J].中国医疗器械杂志,2015:33-34+48.[5]刘光伟.基于单片机的温室温湿度监测系统设计与实现[D].燕山大学,2012.[6]曹菁菁,曾绍坤,陈书辉,等.基于HC05蓝牙模块和51单片机的手机控温装置:,CN209331820U[P].2019.[7]唐菁敏,曲文博.一种基于单片机的温湿度监控系统:,CN110095150A[P].2019.[8]靳晓波.基于单片机的无线温度采集系统设计与实现[J].安徽电子信息职业技术学院学报.2011.12(4):10-12.[9]郭文义,李海军,房佳佳,等.基于蓝牙的无线温湿度采集系统的设计与分析[J].内蒙古大学学报:自然科学版,2019,50(01):79-81.[10]陈旭阳.基于单片机和蓝牙通信的温度报警系统的设计和实现[J].福建质量管理,2020,000(003):278.[11]胡文，宁世勇.Android嵌入式系统程序开发[M].北京：机械工业出版社,2011.[12]FeiXie,FeiZhong,ShanTingDing,XuanZeWang.IntelligentTemperatureControllingSystemBasedonSingleChipMicrocomputer[J].AppliedMechanicsandMaterials,2012,2077.斜率累加器斜率累加器比较预置比较预置LSB置位/清除低温度系数晶振LSB置位/清除低温度系数晶振计数器1预置预置加1加1温度寄存器=温度寄存器=0高温度系数晶振计数器2高温度系数晶振计数器2停止停止==0图3-6DS18B20测温原理流程在每次测温的时候，都需要先在计数器1和温度寄存器中预置一个DS18B20的最低下限值所对应的基数值，然后通过比较斜率累加器和计数器1的预置值，如果不一样，就需要将温度寄存器预置的温度值的最低有效位LSB进行置位清除，由低温度系数晶振产生的时钟脉冲输入到计数器1，使计数器1每接受一次脉冲就会减1，当计数器1中的值减到0时，温度寄存器的值才开始加1，再重新将预置值放到计数器1中，重复上述操作，等到高温度系数晶振产生的时钟脉冲使计数器2的值减到0，温度寄存器不再计数，此时温度寄存器的值就是所测的温度值，只要计数门没停止工作，上述操作就会持续循环。1.1.2温度检测电路DS18B20只有三个控制引脚，形似三极管，在与单片机结合进行单点温度测量的时候，需要将它的两个电源引脚VCC和GND引脚分别接+5V和地，引脚DQ与单片机的P35引脚相连，并且接一个10K的电阻R3，它能够使温度传感器开路或者没接时，能起到上拉作用，使它为高电平，起到保护电路的作用，温度检测电路如图3-7所示：图3-7温度检测电路图1.4显示模块1.4.1LCD1602简介（1）概述1602液晶屏的种类可以分为有背光和无背光两种，最大的差别就是有背光的比没有背光的厚，其他在使用方面并无大的区别，LCD1602显示模块的背光基本上都是LED颗粒+导光板+反射膜，下图3-8就是有背光和无背光两者尺寸的不同：图3-8液晶尺寸说明（2）主要技术参数◆显示容量:16×2个字符◆芯片工作电压:4.5—5.5V◆工作电流:2.0mA(5.0V)◆模块最佳工作电压:5.0V◆字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm（3）引脚功能由华田信科公司生产的LCD1602液晶显示屏，带背光的有14脚，而不带背光的是16脚，表1.2详细说明了每个引脚：表1.21602液晶引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地2VDD电源正极3VL偏压显示设置4RS信号/指令选择5R/W选择读写6E使能端7D0数据8D1数据9D2数据10D3数据11D4同上12D5同上13D6同上14D7同上15BLA背光源正极16BLK背光源负极第一脚：接地电源VSS。第二脚：5V正电源为VDD。第三脚：VL是偏压显示设置，通过调整对比度来显现出字符。第四脚：RS是数据/命令选择端，当RS=1时，是数据，当RS=0时，是命令。第五脚：R/W是选择读写端，和第四脚用法类似，当R/W=1时，是读操作，当R/W=0时，是写操作。当RS和R/W都等于0时，读写操作都可以，当RS=0，R/W=1时，它们两个都能可以读取忙信号，当RS=1时，R/W=0时，它们两个就可以写入数据。第六脚：使能端E，当E端从1到0时，LCD模块中的命令开始运行。第七至十四脚：接在P0端口上与其8个数据引脚相连，进行读写操作。第十五脚：背光源正极。第十六脚：背光源负极。（4）指令说明及时序LCD1602通过编辑命令来控制端口进行读写操作、字符操作和光标操作，控制命令有：指令1：将液晶显示器上的所有信息都清除。指令2：光标复位，光标返回到地址00H。指令3：设置模式命令，分别为I/D模式和S模式，当I/D=0时，光标左移，I/D=1时，与I/D=0时方向相反；当S=0时，屏幕字符不变，S=1时，向右移动一个单位。指令4：控制显示的开/关。有三种参数设定。当D=0，关显示；D=1，开显示。当C=0，无光标；当C=1，有光标。当B=0，不闪烁，B=1，闪烁。指令5：移动光标/字符，当S/C=1时，字符移动；当S/C=0时，光标移动。指令6：设定位数、行数和字符等功能，有三种参数设定。指令7：设置数据发生器主存的地址。指令8：设置显示数据主存的地址。指令9：读BF忙信号，当BF=1时，是忙，所以不能进行对其他指令或数据进行操作，BF=0时，是不忙，可以接受其他操作。指令10：写数据。指令11：读数据1.4.2温度显示电路温度显示电路由LCD1602和一个电阻R2组成，其中LCD1602的两个电源输入1引脚和2引脚分别接地和+5V，3脚接2k电阻R2，而电阻R2的另一端接GND，这个电阻的作用是为了调节显示屏的对比度的，4脚与MCU的P10引脚相连，5脚与MCU的P11引脚相连，6脚与MCU的P12引脚相连。7~14脚与MCU的P0端口相连，15脚和16脚与系统VCC和GND相连，温度显示模块的电路连接图如图3-9所示：图3-9液晶模块的电路的连接图1.5蓝牙模块1.5.1HC-05蓝牙模块简介（1）概述HC-05是主模式和从模式共同存在的蓝牙串口模块，带有状态指示灯，指示灯快速闪烁表示没有蓝牙连接，当主从连接成功之后，指示灯开始慢慢闪烁，传输数据，在这里允许MCU通过蓝牙与其他设备连接，连接成功之后，此时蓝牙就相当于串口，可以相互传输数据。蓝牙实物图如图3-10所示：图3-10蓝牙实物图特点◆功耗低，支持标准的蓝牙BLE协议；◆主从一体，快速切换；◆支持一对多的广播模式，里面遵循iBeacon协议。◆支持Mesh组网，实现蓝牙自组网络◆支持UART接口1.5.2蓝牙电路（1）蓝牙模块与单片机的连接HC-05的使能引脚1脚悬空，是让它进入自动