基于nRF2401无线模块的温度采集系统设计Word格式.docx

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传统直接布线测量不满足要求，特别是在某些环境恶劣的工业环境和户外环境，通过直接布线测量不现实。

因此采用无线传输温度检测尤为必要。

目前有些设计能够实现无线温度采集，但价格过高是其最大的缺点。

在实际温度控制过程中既要求系统具有稳定性、实时性又需要降低功耗。

因此设计一种低功耗的无线温度检测系统很有意义。

本文提出一种采用单片机STC89C52控制DS18B20实现的无线温度测量系统。

通过简单的无线通信协议，实现可靠性与功耗平衡，该系统能实现对温度的检测，是可以实现远程控制的无线温度检测系统。

低功耗、实时性的无线温度检测是该设计的最大特点。

无线传输采用nRF24L01模块传输。

该系统结构简单，可靠，功耗较低，成本低，是一种无线传感器的解决方案。

关键字：

单片机，STC89C52，无线传输，nRF24L01，DS18B20

Abstract

Temperatureisaveryimportantparameter.Intheindustrial,medical,military,lifeandmanyotherplaces,allneedtousetemperaturemeasuringdevicetodetectthetemperature.Traditionaldirectwiringmeasurementdoesnotmeettherequirements,especiallyinsomebadindustrialenvironmentandoutdoorenvironment,throughdirectwiringmeasurementisnotreality.Sothewirelesstransmissiontemperaturedetectionisnecessary.

Somedesigncanrealizewirelesstemperatureacquisitionatpresent,butthebiggestdrawbackisthehighprice.Thesystemrequiressteadilyandreal-timingandtheneedsofreducingconsumption.Soitisverymeaningfultodesignalow-powerwirelesstemperatedetectingsystem.ThisarticlepresentsawirelesstemperatemeasurementwhichisachievedbyusingaSTC89C52MCUtocontrolaDS18B20.Thesystemcanrealizetheremotecontrolofthewirelesstemperaturedetectionthroughasimplewirelesscommunicationprotocol.Itcanreachtheaimofreliabilityandpowerbalanceandmeasuringtemperature.Lowpowerconsumption,real-timewirelesstemperaturedetectionisthebiggestadvantage.

ThewirelesstransmissionusenRF24L01module.Thesystemisakindofwirelesssensorsolutions.Itissimplestructure,reliableandlowcost.

Keyword:

MCU STC89C52 wirelesstransmission nRF24L01 DS18B20

目录

1绪论 1

1.1无线温度采集系统设计意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.3无线温度采集系统前景 2

1.4本文主要研究工作及行文结构 3

2系统方案分析与选择论证 4

2.1系统方案设计 4

2.1.1主控芯片方案 4

2.1.2无线通信模块方案 4

2.1.3温度传感方案 4

2.1.4显示模块方案 5

2.2系统最终方案 5

3主要芯片介绍和系统模块硬件设计 7

3.1STC89C52 7

3.1.1单片机控制模块 10

3.2单片2.4GHznRF24L01无线模块 11

3.2.1nRF24L01芯片概述 11

3.2.2引脚功能及描述 12

3.2.3工作模式 13

3.2.4工作原理 13

3.2.5配置字 14

3.2.6nRF24L01模块原理图 15

3.3温度传感器DS18B20 16

3.3.1DS18B20管脚配置和内部结构 16

3.3.2DS18B20的工作原理 18

3.3.3DS18B20的硬件设计 20

3.4显示模块 21

3.5系统硬件原理图 21

4系统软件设计 23

4.1单片机软件设计 23

4.1.1发送端软件设计 23

4.1.2接收端软件设计 24

4.2调试结果 24

5无线数据采集系统展望 26

5.1无线组网的意义及研究价值 26

5.2通信模型的建立 26

总结 27

附录 29

参考文献 42

致谢 44

1绪论

1.1无线温度采集系统设计意义

随着社会的进步和生产的需要，利用无线通信进行温度数据采集的方式应用已经渗透到生活各个方面。

图1.1短距离无线通信的应用

在工业现场，由于生产环境恶劣，工作人员不能长时间停留在现场观察设备是否运行正常，就需要采集数据并传输数据到一个环境相对好的操控室内，这样就会产生数据传输问题。

由于厂房大、需要传输数据多，使用传统的有线数据传输方式就需要铺设很多很长的通讯线，浪费资源，占用空间，可操作性差，出现错误换线困难。

而且，当数据采集点处于运动状态、所处的环境不允许或无法铺设电缆时，数据甚至无法传输，此时便需要利用无线传输的方式进行数据采集。

在农业生产上，不论是温室大棚的温度监测，还是粮仓的管理，传统上都是采取分区取样的人工方法，工作量大，可靠性差。

而且大棚和粮仓占地面积大，检测目标分散，测点较多，传统的方法已经不能满足当前农业发展的需要。

当前的科技水平下，无线通信技术的发展使得温度采集测量精确，简便易行。

在日常生活中，随着人们生活水平的提高，居住条件也逐渐变得智能化。

如今很多家庭都会安装室内温度采集控制

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系统，其原理就是利用无线通信技术采集室内温度数据，并根据室内温度情况进行遥控通风等操作，自动调节室内温度湿度，可以更好地改善人们的居住环境。

以上只是简单列举几个现实的例子，在现实生活中，这种无线温度采集系统已经被成功应用于工农业、环境监测、军事国防、机器人控制等许多重要领域，而且类似于这种温度采集系统的无线通信网络已经被广泛的应用到民用和军事领域。

凡是布线繁杂或不允许布线的场合都希望能通过无线方案来解决。

为此，需要设计相应的接口系统，控制这些射频芯片工作，完成可靠稳定的无线数据通信，这样的研究也变得更加有意义了。

1.2国内外研究现状

目前的智能温度传感器（亦称数字温度传感器）是在 20世纪90年代中期问世的，它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术的结晶，特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种温控制器（MCU）。

社会的发展使人们对温度传感器的要求也越来越高，现在的温度传感器正在基于单片机的基础上从模拟式向数字式，从集成化向智能化、网络化的方向飞速发展，并朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向飞速发展。

目前，国内外很多温度采集系统都利用有线通信。

因此，在实际应用空间上具有局限性。

另外，温度次啊及系统多采用热电偶，热明电阻，铂电阻和集成电路

AD590作为温度传感器，这些传感器的输出信号均为模拟信号，需经过放大电路和A/D转换后才能与计算机连接，且系统结构比较复杂。

本系统中温度传感器采用美国DALLAS公司生产的单总线式数字温度集成芯片 DS18B20，该芯片可以直接提供单片机接收的数字温度信号。

本系统中温度采集系统采用无线数据通信方式，选取Nordic公司的nRF24L01无线收发器完成了对温度信号的无线传输。

该系统不仅克服了温度采集系统在试用空间上的局限性，而且大大简化了系统硬件电路。

1.3无线温度采集系统前景

尽管有线温度传感器在一定程度上达到了比较理想的结果，但因其布线的复杂，而且存在断线和短路的隐患和易老化的缺点，给系统的调试和维护增大了暖度，一般不被广泛使用。

随着计算机技术的快速发展，无线数据采集与监控系统在工业生

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产中迅速得到了应用。

作为无线通讯产业新领域，短距离无线通信技术显示出强劲的发展势头，在安全生产，家用电器，数据采集等领域发挥出越来越重要的作用，甚至在一些特殊情况下，无线数据传输方式是实现数据传输的唯一方式。

该系统具有很好的应用效果和良好的应用前景。

1.4本文主要研究工作及行文结构

本文设计了一个采用了Nordic公司新推出的工作于2.4GHz频段nRF24L01射频芯片，由STC89C52单片机控制实现短距离无线数据通信的系统。

该接口设计具有成本低、传输速率高、软件设计简单以及通信稳定可靠等特点。

整个系统有发送和接收二部分，通过nRF24L01无线数据通信收发模块来实现无线数据传输。

发送部分以单片机STC89C52为核心，使用温度转换芯片DS18B20实时采集温度并通过nRF24L01将采集的温度无线传送给接收部分，接收部分以

STC89C52为核心，通过nRF24L01接收温度数据然后在数码管上显示。

第1章主要介绍无线温度采集系统研究的背景意义，国内外现状及发展前景。

第2章介绍系统方案分析与选择。

第3章介绍主要芯片和硬件系统设计。

第4章介绍系统软件设计及调试结果。

第5章介绍无线数据采集系统展望。

2系统方案分析与选择论证

2.1系统方案设计

2.1.1主控芯片方案

方案一：

采用传统的STC89C52单片机作为主控芯片。

此芯片价格便宜、操作简便，低功耗，比较经济实惠。

方案二：

采用TI公司生产的MSP430F149系列单片机作为主控芯片。

此单片机是一款高性能的低功耗的16位单片机，具有非常强大的功能，且内置高速12位ADC。

但其价格比较昂贵，而且是TPFQ贴片封装，不利于焊接，需要PCB制板，大大增加了成本和开发周期。

方案三：

采用宏晶科技有限公司的STC12C5A60S2增强型51单片机作为主控芯片。

此芯片内置ADC和SPI总线接口，且内部时钟不分频，可达到1MPS。

而且价格适中。

考虑