数字测温系统的设计

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摘要：温度是一个非常重要的参数，传统测量已不满足要求，因此设计一种低功耗的无线温度检测系统很有意义。本文提出一种以低功耗单片机STC89C52RC实现的无线温度测量系统，它由温度测量、处理和温度值显示三部分构成。测量采用单总线数字温度传感器DS1820。温度传输采用超低功耗发射接收模块nRF24L01，以SPI通信方式与处理器通讯。

关键词：STC89C52RC；低功耗；无线；数字化；SPI总线

The Design Of Digital Temperature Measurement System

WU De-dao, SHAO Long-an

(The Department of Engineering, College of Arts and Technology, Ceramic Institute, JingDeZhen 333000, JiangXi)

Abstract: Temperature is a very important parameter. The traditional measurement had not meet the requirements. Therefore, designing a low-power wireless temperature testing system is very meaningful. This paper presents a temperature measurement system method based on low-power MCU STC89C52RC, It consists of temperature measurement, temperature treatment and temperature display, which is composed of three parts. Temperature measurement using a single bus system with digital temperature sensor DS18B20, Temperature transmission using ultra-low power transmitter receiver module nRF24L01, the SPI communication with the processor communication.

KEYWORDS: STC89C52RC；Low-Power；Wireless；Digital；SPI bus

0 引言

温度是日常使用最广泛的参数之一，几乎涵盖了各种领域。对于恶劣环境下温度测量难的问题，提出了一种基于无线数据传输与一线数字式温度传感器的温度测量电路设计方案，使显示终端与温度测量探头分离，避免了测试人员置身于危险、恶劣的环境中测试温度带来的危险。

传统的温度测量，无法适用于远距离温度测量。随着无线通讯技术的发展，让它能够适应在环境比较恶劣的场合，而达到有线方式不能完成的任务。以互联网为基础，通过分布在各地的传感器感知这个世界变化。将来，温度测量也必将是组网测量，通过网络进行信息传输。无线技术与互联网技术的结合，给我们提供了很大的想象空间。通过在现场设置一个无线数据采集基点，接收各种传感器发送的数据，再通过互联网的传输，使在千里之外感知生产过程将变成一件非常容易的事情。

本文采用高度集成的射频芯片，大大简化系统的硬件和软件设计，减小了体积，提高了系统工作的可靠性，并以无线数字通讯为纽带，方便了在恶劣环境下的温度采集。

1 总体设计

数字测温系统的设计包含两个部分：一是温度测量(发射)电路，一是温度处理(接收)电路。温度测量部分由传感器、MCU、和无线发射模块构成。温度处理部分由无线接收模块、MCU、与温度显示的接口电路构成。

2 接口设计

2.1温度传感器与单片机连接

下图是单片机(STC89C52RC)与温度传感器(DS1820)的连接：

例如可以选择nRF24L01――一款无线收发装置且具有输出功率、频道选择和协议设置可通过SPI接口来设置的特点。

2.2 显示模块与单片机连接

本设计以LCD1602作为显示模块来与单片机相连，其中DB0~DB7与单片机P1（P1.0~P1.7）口对应连接，在具体的实物连接时，视情况连接上拉电阻。

3低功耗设计

本设计中采用4项措施来降低系统整体功耗：① 动态电源管理――主要把闲置的系统部分置于低耗能状态，如计数器、硬件控制器或软件控制；② 动态电压缩放¬¬――允许电压调节过程中改变CPU核心处理器的工作电压，如通过降低时钟频率来达到减少功耗的目的；③ 硬件低功耗的设计，如本设计采用的STC系列单片机，在机器空闲时采用睡眠方式节省系统功耗，用中断方式唤醒系统；④ 软件低功耗的设计，如在部分单片机程序设计代码的优化和指令的精简；通过以上措施来使得整个系统在能耗上能尽力满足大面积的使用与嵌入式的集成。

4 结论

本设计电路结构简单，采用STC89C52单片机为核心，以DS1820为温度传感器，无线收发模块nRF24L01来发送和接收数据，本系统还可以加入电源管理芯片来进一步降低系统功耗。

主要参考文献：

1. 徐泳龙.单片机原理与应用.北京：机械工业出版社，2004

2. 谢维成，杨加国.单片机原理与应用.清华大学出版社，2009

3. 贾振国,于德荣，许林.数字温度传感器的应用.东北水利水电.省略