基于nRF无线传感模块的环境监测系统设计毕业设计Word格式文档下载.docx

基于nRF无线传感模块的环境监测系统设计毕业设计Word格式文档下载.docx

《基于nRF无线传感模块的环境监测系统设计毕业设计Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于nRF无线传感模块的环境监测系统设计毕业设计Word格式文档下载.docx（34页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

基于这点我们运用两片主控芯片，传感器，解决了这个日常生活工作中的问题。

出于成本考虑我们采用了C8051F单片机和NRF24L01无线收发模块为核心器件，同时附加多种传感器采集数据，系统实现了对环境中温度、氧气、有毒气体浓度等参数的实时监测，从而打破传统温度操作受到距离限制的缺陷。

在经过软硬件测试后，我们基本实现了用温度传感器采集温度，用NRF24L01进行一定距离传输后在接受端的电脑上显示出来。

因此，该系统是一种低成本、体积小、可移动、方便操作的新型环境监测仪。

关键词：

C8051FNRF24L01温度无线传输

毕业设计（论文）英文摘要

Title：

NRFwirelessmodulebasedonenvironmentalmonitoringsystem

Abstract：

Environmentalmonitoringindailylife,workandengineeringpracticehasimportantapplications.Withtheimprovementoflivingstandardsandscientificandtechnologicalprogress,whetherindustrialoragriculturalorenvironmentalmonitoringindailylife,especiallyinharshindustrialenvironmentsmonitoringincreasinglydemanding.Notonlytobelow,butalsorequiresacertaindistancetransmission.Forthisweusetwomainchips,sensors,solvesthisproblemindailylifeandwork.ForcostreasonswehaveadoptedaC8051F340MmicrocontrollerandNRF24L01wirelesstransceivermoduleasthecoredevice,andavarietyofsensorscollectadditionaldata,thesystemimplementedintheenvironmenttemperature,oxygen,toxicgasconcentrationandotherparametersofthereal-timemonitoring,thusbreakingthetraditionaltemperatureoperationsubjecttodistancelimitationsdefects.Afterthehardwareandsoftwaretesting,webasicallyachievedusingtemperaturesensorscollecttemperature,acertaindistancewiththeNRF24L01aftertransmissiononthereceivingendofthecomputerdisplay.Therefore,thesystemisalowcost,smallsize,portable,easytooperateanewtypeofenvironmentalmonitoringinstruments.

Keywords:

C8051F340MNRF24L01TemperatureWirelesstransmission

1引言

1.1选题背景

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

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，不论是温室大棚的环境监测，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，这种无线环境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国内外研究状况及相关领域中已有的研究成果

在2.4GHz非授权频段上,目前已经云集了蓝牙、Wi-Fi、Zigbee等多个标准无线协议。

具有带宽高（2Mbps），双向传输，抗干扰性强，传输距离远（短距离无线技术范围），耗电少的优点，用于无线键鼠等室内场合。

Nordic公司等公司已成功推出NRF24L01芯片，2.4G全球开发ISM频段免许可证使用。

同时许多公司也相继推出基于NRF24L01的无线传输模块。

NRF24L01模块是一款新型单片射频收发器件,工作于2.4GHz～2.5GHzISM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。

nRF24L01功耗低,在以-6dBm的功率发射时，工作电流也只有9mA;

接收时，工作电流只有12.3mA，多种低功率工作模式（掉电模式和空闲模式）使节能设计更方便。

至此这种基于此频段的通信方式已日渐趋向成熟。

同样随着传感器及电子电路的发展，集成的温度检测器件的完善性及集成性也得到了大大的提高。

类似美国DALLAS公司推出的数字测温芯片DS18B20层出不穷，国内外的研究在这方面的研究也趋近完善。

1.3对设计任务的分析

本系统的设计采用了工作于2.4GHz频段NRF24L01射频芯片，并有单片机C8051F340M控制实现短距离无线数据通信。

该接口设计具有成本低、功耗低、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CD4主板为核心，使用温度转换芯片DS18B20实时采集温度并通过LCD屏显示。

将采集的数据传送给接收部分，然后再在LCD屏上显示。

本系统的核心控制芯片选用的是MSP430F149。

单片机在各个技术领域中的迅猛发展，与单片机所构成的计算机应用系统的特点有关：

（1）单片机构成的应用系统有较大的可靠性；

（2）系统构建简洁、易行，能方便的实现系统功能；

（3）由于构成的系统是一个计算机系统，相当多的功能由软件实现，故具有柔性特点和优异的性能价格比；

对于CD4多功能能检测模块，硬件部分较简单，由于是单脚传输导致软件时序的时间精确度控制上要求比较高，要做到精确。

OLED显示部分虽然较简单但是在调试过程有重要作用，是显示软硬件好使的必要条件，不可忽视。

另外为了降低430的输出功率，采用锁存器对数码管进行驱动。

无线收发模块采用挪威（Nordic）公司生产的NRF24L01及其外围电路组成，软件部分要熟悉内部的标志及控制寄存器以及数据通道，发射频率功率及收发模式等以利于编程。

1.4预期结果

采用C8051F340M单片机作为主控CPU，CD4多功能能检测模块，NRF24L01作为无线收发模块，加上LCD显示模块构成系统。

要求完成硬件模块的设计和电路板的制作。

软件模块包括温度检测模块、无线发射模块、无线接收模块和显示模块。

温度测量范围：

0°

C至125°

C，传输距离>

30m。

1.5论文的结构安排

本文基于本次毕业设计的过程与要求，将论文分为五章。

具体内容如下：

第1章绪论本章简单介绍了课题的研究背景、目的和意义，无线温度检测的国内外发展现状和相关领域中已有的研究结果，该设计的预期结果和意义。

第2章主控芯片及编程环境的介绍本章介绍了本次毕业设计的主控芯片及相应的编程环境，让我们熟悉了整个系统的调试方法。

第3章硬件系统的设计与实现本章介绍本课题硬件系统各部分电路的设计、实现，讲述了各模块的功能。

第4章软件系统的设计与实现本章根据系统的总方案，设计出程序的总流程图，并利用C#语言编写相应的程序。

第5章系统的调试及实验结果本章根据已有的软硬件，进行调试，得到的相应成果。

最后总结本论文，得出相关结论。

2主控单片机及编程环境的介绍

2.1C8051F

SiliconLaboratories公司出品的C8051F系列单片机是完全集成的混合信号系统级芯片（SOC），具有与MCS-51完全兼容的指令集。

该系列单片机采用流水线处理技术，机器周期由标准8051的12个系统时钟周期降为1个系统时钟周期，能在执行指令期间预处理下一条指令，大大提高了处理能力。

大部分C8051F单片机能达到25MIPS，᳔高的可达100MIPS。

C8051F单片机能提供多达22个中断源，并且内部集成了大量的模拟、数字外设，包括看门狗、ADC、DAC、电压比较器、电压基准、定时器、PWM、内部时钟振荡器、温度传感器等，同时拥有UART、SPI、SMBUS（I2C）、CAN、LIN、USB等众多总线。

C8051F单片机采用Flash技术，集成JTAG，支持ISP和IAP。

通过外部总线挂接以太网控制器芯片CP2201，可以提供完整的以太网接口方案，包括免费的TCP/IP协议栈。

C8051F单片机的特点：

（1）模拟资源丰富：

集成了丰富的模拟资源，绝大部分的C8051F系列单片机都集成了单个或两个ADC，在片内模拟开关的作用下可实现对多路模拟信号的采集转换；

片内ADC的采样精度最高可达24bit，采样速率最高可达500ksps，部分型号还集成了单个或两个独立的高分辨率DAC，可满足绝大多数混合信号系统的应用并实现与模拟电子系统的无缝接口；

片内温度传感器则可以迅速而精确的监测环境温度并通过程序作出相应处理，提高了系统运行的可靠性。

（2）运算速度快：

基于增强的CIP-51内核，其指令集与MCS-51完全兼容，具有标准8051的组织架构，可以使用标准的803x/805x汇编器和编译器进行软件开发。

CIP-51采用流水线结构，70%的的指令执行时间为1或2个系统时钟周