摘 要：本系统由控制和测试两部分组成。控制系统利用AT89S52单片机为核心模块，发出命令后，由测试系统传感器DS18B20采集温度信号，接收到温度信号后通过无线模块发送给控制系统。控制系统收到温度信号以后，经过单片机处理送到上位机显示，并在LCD上显示出来，同时再经过单片机处理发给测试系统不同的命令，测试系统根据收到的命令显示不同的工作状态。本系统还可通过按键进行相应的温度调节、设计报警温度、实时显示时间、进行实时测温等。系统快速准确、智能化程度高、运行稳定、结构小巧美观，适用现代化生产与生活。
关键词：单片机；温度处理；上位机；LCD；实时显示
中图分类号：TD655.3 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 04-0000-01
随着计算机技术的发展和成熟，计算机的应用也越来越广泛，在自动化领域，计算机已经成为控制系统的首选平台，应用计算机对生产和试验进行实时、远程监控是现代自动化发展的主要方向。将计算机应用于工业实时控制的前提是现场数据的实时获取。在生产和科学实验中，常常要测控很多参数，诸如温度、压力、转速等，通常的方法是使用专用的仪表人为观测、记录处理数据、做出判断，这就会带来人为的误差。如何将计算机与各种设施、设备结合，简化人工操作并实现自动控制，满足社会的需求，成为一个很重要的问题。数据采集是各行业广泛采用的一种现场控制手段，它可以实现实时控制、现场监测，辅助数据分析、问题处理，以其结构简单、使用手法便捷、精确的测量和友好的人机界面，博得用户的青睐。其中，温度采集与处理系统就是被广泛用于工业现场的数据采集系统，主要是对温度进行实时监测和控制。
温度检测是现代检测技术的重要组成部分，在保证产品质量、节约能源和安全生产等方面起着关键的作用。在生产过程中，它可以实现对人类难以或无法到达的工作现场的监测，应用这一系统可对生产现场的工艺参数进行采集、监视和记录，为提高产品质量、降低成本提供了信息和手段；再者，温度过高或过低会直接影响到产品的质量、对机械设备和控制系统中的各种元器件造成一定的损坏，严重的会影响到生产安全。温度也是生活中最常见的一个物理量，它与我们的生活息息相关，温度过高或过低同样会造成一些不良影响。因此，在生产和生活中要对温度进行严格的控制，使温度在规定的范围内变化。为此，设计了无线温度控制系统，它是一种基于无线射频技术的无线温度控制装置，可以实现远距离的对系统的实时监测和控制。
一、设计要求及模块方案
（一）设计要求
（1）测量和控制温度，实现温度的采集、数据的发射和接受；（2）对温度进行处理，实现报警和实时显示；（3）通过上位机将所测结果显示出来；（4）利用实时时钟芯片显示当前的时间，实时观测温度；（5）分别设计控制设备和采集设备，进行相关测试。
（二）模块设计方案
1.设计思路。本系统的设计跟据单片机的控制，通过无线传输来远距离来测试温度并实时显示出来，我们根据单片机的控制原理，来控制相关器件的相关工作，控制温度的采集，数据的发射和接受，并利用51单片机自带的串口功能把数据发送到电脑上实时显示出来，具体工作过程：
利用单片机控制无线模块，发出采集温度命令，等待自动应答，在测温系统收到命令后，开始采集温度，转化完毕以后，由单片机控制无线模块把温度发出去，等待自动应答。控制系统收到数据后，自动应答。收到的温度首先经过处理，通过串口模块发送到上位机上，在电脑上实时显示出来，并且发送到LCD12864上面实时显示出来，同时判读温度是否超过设置的告警温度，若是超过报警温度，则发送报警命令，使测试系统做出反应，例如，蜂鸣器报警，继电器断开，同时红色指示灯亮，为超过报警温度。若是没有超过报警温度，则发送正常命令，使测试系统正常工作，继电器吸合，蜂鸣器关闭，绿色指示灯亮。
另外在我们增加相应的按键控制单片机，设置报警温度，调节时间，可以实时观测温度。增加上位机处理，通过计算机来实时观测温度变化。
2.微控制器模块。方案：应用单片机作为控制器。我们使用了ATMEL公司的AT89S52单片机，它也同样具有很强的信息处理功能，易于操作使用，具有8k的程序存储器，频率最大支持33MHZ，体积小，需要电压小，功耗低，价格便宜等优点，更适于本系统的要求。
3.无线射频模块。nRF24L01是一款新型单片射频收发器件，工作于2.4 GHz～2.5 GHz ISM频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块，并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。
4.液晶显示模块。方案：采用LCD液晶显示。LCD液晶显示模块虽然占用I/O口多，控制复杂，但其功能强大，显示内容丰富、清晰，显示信息量大。并且能够提示操作语句，这大大提高了系统的人性化设计。
5.电源模块。采用LM7805提供5V稳压电源，并在稳压模块两端加上加上多个电容，使之更加稳定，对于无线模块需要提供3.3V的稳压电源，我们选用了ASM117电源模块，输出3.3V的稳压电源。
二、系统硬件电路设计
在此系统中，下位机主要是负责采集多路数据将其送至上位机，与此同时单片机也会进行将数据转换为对应的温度示数在LED显示器上显示。下位机的硬件控制系统主要由单片机AT89C51，LCD显示电路，无线传输模块，串口硬件电路以及键盘LED显示组成。测试系统主要由单片机AT89S52，DS18B20，无线模块，继电器控制系统，蜂鸣器报警系统，LED显示电路等组成。
采用VB 6.0作为该系统的上位机编程语言，同时利用RS232实现与单片机间的通讯，从而对下位机采集得到的数据进行动态跟踪的显示、分析、绘制曲线及数据的存储。其组成大概有两部分，一个是实时数据显示界面，即当下位机将数据到达的同时要绘制出曲线。另一个是历史数据界面，即在输入所要查询的时间与通道后，绘制出相应的曲线、方块图及数据列表等。
三、系统总体论证
（一）工作原理
无线温控系统是以单片机AT89S52为控制核心，用无线传输来远程来测试温度。具体工作过程：
（1）给系统上电后，按下键2，向单片机发出指令，单片机控制无线模块，发出采集温度命令，等待自动应答。
（2）在测温系统收到命令后，开始采集温度，采集完毕，由单片机控制无线模块把温度发出去，等待自动应答。
（3）控制系统收到数据后，自动应答。收到的温度经过单片机处理，可以实现如下功能：
1）通过串口模块发送到上位机上，在电脑上实时显示出来；
2）同时发送到LCD12864上实时显示出来；
3）而且能够同时判读温度是否超过设置的告警温度，并发出相应的指令。
（4）测试系统根据指令做出相应的显示。
1）若是超过报警温度，则发送报警命令，则测试系统蜂鸣器报警，继电器断开，同时红色指示灯亮。
2）若是没有超过报警温度，则发送正常命令，使测试系统正常工作，继电器吸合，蜂鸣器关闭，绿色指示灯亮。
另外我可以通过手动设置报警温度，通过调控控制系统上面的按钮来可以设置不同报警温度，可以做出不同的反映。另外我们在控制系统上面加上了实时时钟芯片，可以实时的显示当前时间，确切的知道当前温度的时间，以及发生报警的时间等。
在上位机中我们用VB设置了实时显示画面，实时显示当前的时间，准确显示当前接收到的温度，并且通过温度曲线实时显示，形象地表示。
本模块为温度采集部分，上电后，温度处于接收状态，有无线控制部分发射指令当接收到指令后，根据指令做出相应的判断。
1）为正常工作，这令为0xaa，接收到这个指令后，关闭蜂鸣器，黄色报警灯，打开正常工作电源灯绿色，接通继电器，同时采集温度，把无线模块转化为发射，把采集的温度发射出去，正常发送以后，在转为接收状态。
2）超过设置温度，指令为0x55，接收到这个指令后，打开蜂鸣器，打开红色发光二极管，关闭绿色灯，断开继电器，同时再次采集温度，把无线模块转化为发送状态，把温度发送出去以后，再次转化为接收状态
3）为数据传输错误指令，0xcc接收到这个指令以后，说明收到的温度数据有问题，黄色灯亮，
4）接收到这个指令以后，0x33这个指令为是使单片机进入低功耗工作，暂时停止工作，只有外部中断在检测状态。
5）接收到指令，是确认模块处于工作状态，打开指示灯，使模块转为接收状态
注：故障处理
温度采集模块可能一直接收不到指令，超过一定时间，模块进入低功耗状态，使电流消耗减少。
模块处于发送时，通过返回来的指令，判断到数据没有接收到，设定一定的次数，停止温度的发送，让无线模块自动转到接收状态。
四、测试及结论
（一）测试结果
根据工作原理我们对成品进行了相关的测试，打开开发板，开发板显示当前时间，按下测试键，控制系统就向测试系统发射测试信号，测试系统收到信号后，开始进行温度转换，转化完毕以后然后发送红温度给控制系统。如此反复循环，不断发送命令和测试温度。
（二）测试结论
无线温控系统可以实现对温度传感器的稳定控制，测温范围为0.0到99.9度，不仅使测量结果比普通温度计精确2-5倍，还对功能进行了扩展与创新；而且功能上分别设置了预置固定温度报警、手动设置温度报警功能和智能自动调控温度等，并且通过无线控制在屏幕上和电脑上实时显示出来。实现了温度的准确报警、实时温度显示及温度的智能控制等。设计过程中考虑到了硬件与软件的相互补充，系统运行稳定，结构小巧美观。
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作者简介：张楠（1981.06-），男，天津人，天津渤海职业技术学院，理学硕士，主要从事凝聚态物理、微电子研究。