基于C51的无线温度测控系统

基于C51的无线温度测控系统【摘要】为了解决传统温度的调控不方便、不能够实时控制的问题，因此我设计了一款无线温度测控系统，它能够自动调控室内的温度，当温度低于所设定的阈值时，此系统会自动打开加热片来提升温度，当温度超过所设定的阈值时，此系统会自动打开风扇来降低室内温度，从而使室内一直保持在一个适宜的温度区间。在此系统上，我搭载了单片机最小系统、按键控制电路、温度检测电路、蜂鸣器报警电路和蓝牙传输电路，设计了一款无线温度测控系统，它可以实时监控室内温度，并且将数据显示在OLED屏上，同时将数据传输到手机上，当温度超过或低于设定的阈值后，蜂鸣器报警模块可以发出警报，同时系统启动风扇或加热片进行温度调控，此系统推进了高质量生活的发展以及减少了电力资源的浪费，对高质量生活有一定的推动作用。关键词：无线传输，温度监测，控制系统；

目录一、引言 1（一）温度测控系统发展背景与现状 （二）主要设计内容 二、系统设计方案 一、引言（一）温度控制系统发展背景与现状温度控制系统的发展背景可以追溯到19世纪，当时的蒸汽机、锅炉等机械设备需要通过调节温度来控制其工作状态。20世纪初期，随着电气技术的发展，人们开始使用温控器、传感器等科技手段来进行室内温度的控制。在20世纪后半叶，随着计算机技术和智能化技术的飞速发展，控制系统逐渐趋向于智能化和自动化。现代温度控制系统不仅能够实现远程监控和管理，还可以与其他环境控制系统如通风、空气质量等互联。随着各个行业对提高生产效率和产品质量的需求，温度控制系统的应用范围也在不断扩大，例如工业生产、车间空调、家庭空调等领域都有广泛的应用。同时，随着全球气候变暖和环保节能意识的增强，新型温度控制系统涌现出来，如可再生能源加热系统、智能温控遥控系统等，这些创新性技术将会极大地推动温度控制系统的实现方式和发展方向。温度控制系统在近年来得到了广泛的发展和应用，主要表现在以下几个方面：1.智能化程度不断提高：随着传感器技术、计算机软硬件技术、通信技术等的进步，温度控制系统的智能化程度越来越高。现代温度控制系统可以通过物联网等技术实现远程监控和管理，自适应学习技术可以让温度控制系统更好地实现温度预测。2.能效比不断提高：节能降耗是当前全球热能领域的热点问题，温度控制系统也在不断探索新的节能技术。例如，人体感知技术、低功率电子技术、可再生能源的利用等技术手段都有望极大地提高温度控制系统的能效比。3.应用场景逐渐扩展：温度控制系统的适用场景从传统的空调、暖气等舒适性环境温控向工业制冷、医疗保健、科研实验等不同领域延伸。这些新的应用领域给温度控制系统带来了新的需求和挑战，同时也促进温度控制系统技术的进一步发展。总之，温度控制系统正处于不断创新和发展的阶段，智能化、节能化、自适应等技术成为其重要的发展方向。随着科技的不断进步以及各行业对于热能控制需求的深入，温度控制系统未来将会呈现出更广泛的应用场景并实现更高水平的发展。（二）主要设计内容本次设计的无线温度测控系统采用了温度传感器用来检测空气温度，当温度超过设定阈值时，系统会自动进行报警，蜂鸣器开始鸣叫并同时打开风扇或加热片来调控温度，为了方便用户查看室内温度数据，还设计了蓝牙模块实时进行人机交互。该系统主要功能有以下几点：（1）对环境温度进行实时的检测；（2）OLED液晶显示模块可以实时显示环境中的温度数据；（3）设计有按键可以调节温度的阈值，当温度超出阈值时就会报警并进行调控；（4）单片机收集到的环境数据，通过蓝牙模块进行实时人机交互；

二、系统设计方案（一）设计思路本次设计的大棚温度控制系统主要由3个部分组成，分别是温度检测模块和温度数据显示模块以及报警模块构成,该系统使用了STC8G2K64S4单片机作为系统的主控核心，系统结构图如图1-1所示。系统的温度数据检测模块使用了DBS18B20传感器来实现，数据通过AD数模转换后再传输给STC8G2K64S4单片机，单片机在接收到温度数据后，会将其显示在OLED液晶显示模块上，用户可以通过系统开关来设计温度的阈值，当系统检测到当前的温度超过阈值时，便会控制蜂鸣器启动进行报警提示并且进行温度调控，JDY-31蓝牙模块可以实现STC8G2K64S4单片机与手机之间的信息传输，STC8G2K64S4单片机会将收集到的温度数据通过无线串口发送至手机以便于显示。图1-1系统结构图（二）系统构成在进行基于STC8G2K64S4单片机无线温度测控系统的设计时，共分为2部分，分别是硬件设计部分和软件设计部分。硬件部分包括系统主控核心的选择、温度传感器选择、蓝牙模块的选择和一些其它电子元器件的选择。在确定好无线温度系统的所需元器件后，便可以进行该系统电子电路的设计，设计时应确保电路走向正确路线通畅。完成电路图的设计后，便可以基于STC8G2K64S4单片机进行无线温度测控系统的焊接工作，将元器件组装成一个完成的系统。系统的硬件部分设计完成后，接下来便开始进行系统软件的设计，使系统各部件统一运行起来。系统程序的编写需要用到KEIL软件，该软件内部集成了各种调试和编译的工具，还可以方便的进行程序的仿真调试。程序使用C语言来进行编写，测试完成后即可将hex文件烧录进STC8G2K64S4单片机内，以此来对无线温度测控系统进行调试。三、系统硬件部分设计（一）单片机最小系统本次设计的无线温度测控系统选用了STC8G2K64S4单片机，STC8G2K64S4是一款由STC微电子（北京）有限公司推出的单片机芯片。该芯片基于高性能8051内核，采用了先进的CMOS工艺，并具有低功耗、高响应等特点。以下是其主要特性：1.主频高达40MHz。2.内置64KBFlash存储器，可实现大容量程序存储和快速启动。3.4KBRAM，支持数据缓存和运算处理。4.支持多种定时器/计数器，同时具备多种输入输出模式，且易于扩展。5.双串口、SPI接口、I2C总线控制器等各种通信接口集成在芯片上。STC8G2K64S4的复位电路只要包括两个方面，1.通过外部晶体震荡的自动复位:单片机在上电或者出现异常情况时（如噪声、干扰等），内部晶振电路无法稳定工作，此时晶体振荡器会自动启动复位电路使芯片重新初始化整个系统。2.通过复位电路引脚RST的手动复位:通过在RST引脚上提供一个低电平脉冲信号或使其接地状态，可以强制芯片执行复位操作。在某些特殊的应用场合下，需要对单片机进行手动初始化以保证程序正常工作，这种情况下，外部可以加入一个复位按钮到RST引脚上，在需要的时候按下按钮即可触发手动的复位操作。STC8G2K64S4时钟电路采用了12倍频的高速晶体振荡器作为主时钟源，经过分频和多路复用后，产生系统时钟、串行时钟和定时器时钟等各种不同的时钟信号。具体来说，STC8G2K64S4的时钟电路与外部元器件包括两个方面：1.外部高速晶体振荡器2.内部时钟预分频器和选通MULT的硬件倍频器主控芯片实物如图2-1所示。图2-1主控芯片实物（二）按键控制电路本次基于STC8G2K64S4单片机设计的无线温度测控系统，通过4个按键来实现对大棚内温度的实时监测，当系统开启时，OLED液晶显示屏上显示室内当前温度，当SW2被按下时，系统的温度阈值增加，当SW3被按下时，系统的温度阈值减小，当SW4被按下时，系统控制风扇打开，当SW5被按下时，系统控制加热片打开。按键的4个开关是为了更好的控制变量，P4.1、P4.2、P4.3、P4.4这4个引脚分别与主控芯片的29、30、31、32引脚相连，方便将数据直接传输到芯片，按键控制电路如图3-2所示。图3-2按键控制电路（三）电源电路本次基于STC8G2K64S4单片机设计的无线温度测控系统，它是一个5V直流输入，经过一个低压差稳压器，将5V电压转成3.3V电压，它的工作原理是当输入电压进入AMS1117时，该电压首先通过一个保险开关二极管D1，然后进入一个滤波器，这样就可以过滤掉电源中的高频噪声和涟漪。接下来，经过三个内部误差放大器进行放大和反馈，在额定负载和输入电压范围内，提供一个稳定的输出电压。电源降压电路工作原理如图3-3所示。图3-3电源模块降压电路（四）报警电路此无线温度测控系统设置有报警电路，当室内的温度超过设定的阈值时，蜂鸣器会发出并且打开风扇来进行降温。当室内的温度低于设定的阈值时，蜂鸣器会发出并且打开加热片来进行降温。蜂鸣器报警电路的工作原理如图3-4所示，三极管的作用是将单片机输出的电压与电流放大，单片机输出的电压是3.3V，但是蜂鸣器需要的电流是5V，所以需要将输出的电压放大到5V，起到了放大电压的作用，而且单片机输出的电流很小，达不到蜂鸣器的工作电流，所以也起到了将电流放大的作用。图3-4蜂鸣器报警电路（五）OLED液晶显示电路本文所设计的无线温度测控系统，在系统中添加了一块显示屏，便于房主及时了解温度数据。本系统的选用OLED显示屏作为显示工具。选择OLED屏是因为它比LCD屏有几个优点，1.高亮度和高对比度。OLED屏幕可以自身发光，因此其亮度非常高，而且黑色表现得深邃、色调明显，使色彩更加清晰明亮，同时横向视角范围广阔，可以在任何角度观看。2.超薄轻便。OLED屏幕采用有机薄膜技术制造，厚度仅约为0.1毫米，非常纤薄轻便，便于携带和安装，同时也方便了产品设计师做出灵活的形态和样式。3.快速响应速度。OLED屏幕能够实现超快的像素响应速度，从而解决了传统LCD屏幕存在的追加、模糊等问题。OLED显示电路的工作原理如图3-5所示。图3-5OLED液晶显示电路（六）温度传感器电路本系统选用DS18B20作为空气温度传感器。DS18B20具有外部电源电压范围广泛，数据存储功能以及可编程分辨率等特点。选择DS18B20是因为它有几个优点；1.单总线接口：DS18B20采用单总线接口（即将数据、电源、地线等信号通过一个引脚进行传输），可以大大减少系统的复杂度，降低成本，方便集成和设计。2.高精度：DS18B20的测量精度高达±0.5度，适用于精度要求较高的场合，尤其是在工业自动化和实验室研究领域中更为突出。3.可靠性：DS18B20内部集成可编程阈值报警功能，在检测到温度超出预设范围时，会产生一个预警信号，避免因异常过热或过冷对设备造成损坏。同时其不易受外部干扰，抗干扰能力很强。DS18B20的工作原理如图3-6所示，加入一个4.7kΩ的下拉电阻是为了吸收电流，防止电流过大损坏元器件。图3-6温度检测电路（七）蓝牙电路此系统也可以通过蓝牙模块将数据显示到手机上，使用的是JDY-31蓝牙模块，JDY-31是一款基于蓝牙4.0BLE协议的串口透传无线通信模块，主要应用于各种需要低功耗、短距离数据传输和透传的场合。其主要技术特点如下：1.高性价比。JDY-31性价比非常高，价格低廉，且所需元器件较为简洁。2.低功耗。JDY-31内部采用了超低功耗的TICC2541芯片，通信时候可最大程度节省电能消耗，长时间工作效果显著。3.蓝牙BLE支持。该模块使用蓝牙BLE（BluetoothLowEnergy）协议实现数据传输，具有快速连接、安全加密和低功耗的优点，且相对于传统蓝牙，与外围设备实时交互更方便灵活。蓝牙模块的工作原理如图3-7所示,JDY-31采用的是UART通信,蓝牙传感器的TXD接口是数据接受端口，RXD为蓝牙模块的数据发送端口.图3-7蓝牙模块四、系统软件部分设计（一）软件主程序设计在完成无线温度测控系统的硬件部分设计后，就可以开始软件部分设计，在进行设计前，应先将主程序的流程图设计好，当程序开始运行时，首先由温度传感器进行温度采集，然后将数据显示到OLED显示屏上，将发送的数据与设定的温度阈值进行比较，如果超过设定的阈值，则蜂鸣器会发出警报并打开风扇，如果低于设定的阈值，则蜂鸣器会发出警报并打开加热片，如果处于设定的阈值范围内，则继续进行上述流程，软件主程序如图4-1所示。开始开始单片机复位读取温度数据OLED显示数据蓝牙发送数据NY是否超出阈值是否低于阈值Y蜂鸣器报警

蜂鸣器报警

N打开风扇打开加热片图4-1主程序流程图（二）OLED显示程序设计OLED液晶显示模块负责进行温度数据显示及阈值的调节。系统上电后，显示模块会先执行初始化程序、屏幕清空、内部存储清空。初始化完毕后显示模块会与STC8G2K64S4单片机维持单向通信，单片机会控制OLED液晶显示模块屏幕亮度及内部，延迟一段时间后会持续的更新环境数据。用户可以通过设置按键，使OLED液晶显示模块进入阈值设计界面，通过按键可以控制温度的报警上限，OLED显示模块如图4-2所示。子程序入口子程序入口OLED初始化MCU发送检测的数据OLED读取数据数据显示图4-2显示模块流程图（三）温度检测程序设计开始系统初始化读取温度数据返回数据开始系统初始化读取温度数据返回数据图4-3温度显示模块流程图（四）按键子程序设计无线温度测控系统总共设置了5个按键，分别是复位按键、温度加减按键、风扇键和加热片键，点击温度加减按键即可增加温度的阈值上限和下限，点击风扇键则会打开风扇对室内进行降温，点击加热按键则会打开加热片对室内进行升温，点击复位按键则是将温度阈值初始化，按键电路子程序如图4-4所示。子程序入口子程序入口温度阈值加温度阈值减打开风扇打开加热片按键2按键3按键4按键5返回YYYYNNNN图4-4按键子程序流程图（五）报警子程序设计无线温度测控系统运行时，单片机会不断接收到温度传感器传输回来的数据，并将数据与温度的阈值进行比较，如果超出阈值，则蜂鸣器发出警报并且打开风扇，如果低于阈值，则蜂鸣器发出警报并且打开加热片，如果处于阈值范围内，则不发出警报，报警电路子程序如图4-5所示开始开始系统初始化是否超出阈值蜂鸣器报警YN是否低于阈值蜂鸣器报警NY打开风扇打开加热片N图4-5报警电路流程图（六）蓝牙电路程序设计当无线温度测控系统运行时，为了能够远距离的了解温度数据，所以需要将温度数据显示在手机上，此时，我们就需要建立蓝牙模块与手机之间的通信，蓝牙电路子程序工作时，通过蓝牙模块将数据发送到手机上，蓝牙子程序如图4-6所示。开始开始蓝牙模块初始化是否连接成功Y建立连接N发送温度数据图4-6蓝牙模块流程图五、温度测控系统调试当无线温度测控系统的硬件与软件部分都设计好后，接下来我们就需要对这套系统进行焊接与调试，首先准备好焊接工具及元器件。并根据原理图进行单片机电路的焊接工作。元器件焊接的过程中需要注意焊点是否牢固，避免虚焊、漏焊，线路连接是否正确通畅。在完成硬件的焊接后，即可将程序烧录至单片机里进行功能测试。系统的初次上电前，应注意观察硬件情况避免出现过热导致元器件损坏，当出现异常现象时应及时关闭电源，排查问题后再继续通电测试。当系统开始运行时，OLED模块上显示出当前的湿温度与温度阈值，当按键2温度阈值加按键被按下后，无线温度测控系统的温度阈值增加当按键3温度阈值减按键被按下时，无线温度测控系统的温度阈值减小，当按键4风扇启动键被按下时，系统控制风扇打开，当当按键5加热片启动键被按下时，系统控制加热片打开，当按键1复位按键被按下时，程序复位，单片机重新检测室内温度，实物调试部分如图5-1所示。图5-1实物调试显示当系统要与蓝牙模块连接时，首先要打开蓝牙，然后选择蓝牙模块进行配对，如图5-2所示。图5-2蓝牙配对显示配对完成后就可以打开蓝牙串口，然后选择相应的蓝牙设备进行连接，如图5-3所示。图5-3蓝牙连接显示连接完成后就可以在蓝牙界面看见实时的温度数据。

总结与展望到此，本次毕业设计的无线温度测控系统就基本宣告完成了，经过测试无线温度测控系统基本符合设计要求，各功能也都得到了实现。但由于时间的关系，本次设计的系统和市面上商用的温度测控系统还具有明显的差距，系统的稳定性和功能还需要进一步的提升，希望在以后得时间里可以对该设计进行完善和改进，使其更加贴近实用化。在进行毕业设计的过程中，使我对单片机有了更加深入的理解，课程中所学的知识大多的是理论层面的，如果将理论知识应用于实际，就非常考验知识的扎实程度，并大大提升了独立设计的能力。随着科技的不断发展和用户需求的提高，无线温度测控系统还有很大的改进空间。在未来的发展中，通过结合新技术、提高整体性能和增强用户体验，无线温度测控系统将会呈现出越来越广阔、多样化的应用前景。

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附录一原理图

附录二PCB图

附录三元件列表

附录四源程序#include"stc8g.h"#include"oled.h"#include"bmp.h"#include"intrins.h"#include"onewire.h"sbitSW2=P4^1;sbitSW3=P4^2;sbitSW4=P4^3;sbitSW5=P4^4;sbitLRE=P4^5;sbitHRE=P4^6;sbitBUZZER=P4^0;floatva=15.0;intvaz=0;intvz=0;unsignedintTempH=23;unsignedintTempL=0;chardatas[5];bitbusy;charwptr;charrptr;charbuffer[16];voidUart2Isr()interrupt8{if(S2CON&0x02){S2CON&=~0x02;busy=0;}if(S2CON&0x01){S2CON&=~0x01;buffer[wptr++]=S2BUF;wptr&=0x0f;}}voidUartInit2(void) //9600bps@11.0592MHz{ S2CON=0x50; //8位数据,可变波特率 AUXR|=0x04; //定时器时钟1T模式 T2L=0xE0; //设置定时初始值 T2H=0xFE; //设置定时初始值 AUXR|=0x10; //定时器2开始计时 wptr=0x00;rptr=0x00;busy=0;}voidUart2Send(chardat){while(busy);busy=1;S2BUF=dat;}voidUart2SendStr(char*p){while(*p){Uart2Send(*p++);}}voidDElay(unsignedintt){ while(--t) {unsignedchari,j; _nop_(); i=2; j=199; do { while(--j); }while(--i);}}voidDelay30ms() { unsignedchari,j,k; _nop_(); _nop_(); i=2; j=175; k=220; do { do { while(--k); }while(--j); }while(--i);}voidDelay40us() { unsignedchari; _nop_(); i=145; while(--i);}voidDelay1000ms() { unsignedchari,j,k; i=57; j=27; k=112; do { do { while(--k); }while(--j); }while(--i);}voidmain(){P_SW2=0x00; P0M0=0x00;P0M1=0x00; P1M0=0x00;P1M1=0x00; P2M0=0x00;P2M1=0x00; P3M0=0x00;P3M1=0x00; P4M0=0x00;P4M1=0x00;P5M0=0x00;P5M1=0x00;P6M0=0x00;P6M1=0x00;P7M0=0x00;P7M1=0x00;UartInit2(); IE2=0x01;EA=1; RSTCFG=0xf0;BUZZER=0; OLED_Init(); OLED_Clear(); Delay1000ms(); while(1) { va=rd_temperature(); vaz=(va*10)/10; OLED_ShowCHinese(0,0,7); OLED_ShowCHinese(16,0,8); OLED_ShowString(32,0,":",16); OLED_ShowNum(40,0,vaz,3,16); OLED_ShowString(64,0,"C",16); OLED_ShowString(0,2,"TH",16); OLED_ShowString(16,2,":",16); OLED_ShowNum(32,2,TempH,2,16); OLED_ShowString(0,4,"TL",16); OLED_ShowString(16,4,":",16); OLED_ShowNum(32,4,TempL,2,16); OLED_