單片機控制下的家居溫度監(jiān)控系統(tǒng)設計

　引言

　　溫度是物聯(lián)網(wǎng)家居系統(tǒng)中一個十分重要的物理量， 對它的測量與控制有十分重要的意義。隨著各類物聯(lián)網(wǎng)家居的監(jiān)控日益改善，各類器件的溫度控制有了更高的要求，為了滿足人們對溫度監(jiān)控與控制， 本文設計了物聯(lián)網(wǎng)家居系統(tǒng)中基于單片機的多路無線溫度監(jiān)控系統(tǒng)。

　　隨著信息科學與微電子技術(shù)的發(fā)展， 溫度的監(jiān)控可以利用現(xiàn)代技術(shù)使其實現(xiàn)自動化和智能化。多路無線溫度監(jiān)控系統(tǒng)就是朝著這一目標進行設計的。本次設計要求利用單片機及無線傳輸模塊實現(xiàn)無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)溫控范圍調(diào)節(jié)及其超溫范圍報警。

　　1 技術(shù)要點

　　由于本系統(tǒng)是一個實時監(jiān)控的系統(tǒng)， 對溫度的采集控制是實時的， 所以溫度采集的時間間隔， 數(shù)據(jù)發(fā)送接收的時間差，單片機與PC 機之間數(shù)據(jù)的傳送速度以及上位機程序?qū)?shù)據(jù)的分析處理是本系統(tǒng)的關(guān)鍵。通過對溫度傳感器，無線模塊的優(yōu)化選擇，實現(xiàn)單片機與PC 機通過高速USB 接口進行通信及對上位機代碼的優(yōu)化實現(xiàn)本系統(tǒng)的實時監(jiān)控功能， 同時還要考慮的是溫度傳感器的各個參數(shù)，無線模塊的參數(shù)，以及硬件電路的優(yōu)化搭建問題。

　　2 硬件及軟件設計

　　為了使系統(tǒng)能夠最優(yōu)化的工作， 系統(tǒng)的硬件器件選擇將是十分重要的問題。

　　（1）溫度傳感器的選用

　　系統(tǒng)是做溫度監(jiān)控的， 首要的工作就是如何選取溫度傳感器， 正確的選擇溫度傳感器對系統(tǒng)的性能和價格有著重大的影響。就溫度傳感器的溫度測量范圍、精度、響應時間、穩(wěn)定性、線性度和靈敏度。等幾個因素的比較分析，本系統(tǒng)選用的是美國DALLAS 半導體公司生產(chǎn)的DS18B20 溫度傳感器。選用該傳感器的原因有： ①DS18B20 與微處理器僅需要一條線即可實現(xiàn)雙向通訊，簡化連接難度；②無需其他的AD 轉(zhuǎn)化器件，降低成本， 也減少了硬件制板的費用； ③可供使用電壓范圍大：3.0V 到5.5V 都可以使用，器件的功耗較低；④測溫分辨率高，最高可達0.125 度，便于溫度精確控制；⑤支持多點測試，多個DS18B20 可以并聯(lián)在一根線上，實現(xiàn)多點測溫。

　　（2）無線模塊的選用

　　本系統(tǒng)是多點監(jiān)控， 同時他的數(shù)據(jù)傳輸是通過無線傳輸?shù)模詿o線傳輸模塊的需要支持多點的數(shù)據(jù)的傳送。考慮穩(wěn)定性， 傳輸數(shù)據(jù)的速度， 錯誤率等方面， 本系統(tǒng)選用的是NRF905 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，選擇該模塊的原因有：①433MHZ開放ISM 頻段免許可證使用，無需額外申請頻段；②傳輸速率高，最高數(shù)據(jù)傳輸速率可達50KB，滿足實時監(jiān)控的需要；③自帶有CRC 糾錯功能，抗干擾能力強。所需電壓僅3.3V，功耗低；④125 個頻道，支持多點通信，滿足系統(tǒng)多點監(jiān)控的需要。

　　（3）主控芯片選用

　　ATmega16 是ATMEL 公司推出的一款基于AVR RISC 構(gòu)架的低功耗CMOS 的8 位單片機。ATmega16 在16MHz 時有16MIPS 的運算速度，具有兩周期硬件乘法器，從而使得設計人員可以在功耗和執(zhí)行速度之間取得平衡， 且非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲器資源較大能滿足程序代碼設計需要。外設資源豐富：2 個具有獨立預分頻器和比較器功能的8 位定時/計數(shù)器；一個獨立預分頻器和比較/捕捉功能的16 位定時/計數(shù)器；支持4 路PWM 輸出、8 路10 位ADC。支持TWI 接口、USART、SPI 接口多機通信滿足擴展功能的需要。

　　（4）其他外圍器件

　　USB 與PC 機通信中USB 控制芯片PDUSBD12,顯示模塊1602，報警蜂鳴器等。

　2.1 系統(tǒng)的硬件連接方法

　　硬件方面主要由兩部分組成， 溫度采集發(fā)送部分和數(shù)據(jù)接受分析控制部分。

　　2.1.1 溫度采集發(fā)送部分

　　主要的連接器件有NRF905 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，DS18B20溫度傳感器采集模塊，1602 顯示模塊，報警模塊，及溫度異常處理模塊。其連接方法如圖1 所示。主控芯片M16 通過SPI 總線協(xié)議向無線模塊發(fā)送配置信息，使其工作初始化。溫度傳感器與M16 的連接使用的是單總線協(xié)議，來采集溫度。顯示芯片1602 來顯示采集到得溫度，同時使用蜂鳴器作為報警裝置，當溫度有異常時單片機會控制加熱設備或降溫設備來對異常進行處理。