基于nRF2401模块的无线温度监测系统设计毕业论文Word下载.docx

基于nRF2401模块的无线温度监测系统设计毕业论文Word下载.docx

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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AT89S52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，能够同时进行温度检测，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AT89S52无线传输nRF24l01DS18B20

Abstract

Temperatureisaveryimportantparameters.Intheindustrial,medicalandmilitaryandlifeandmanyotherplace,itneedstousethetemperaturemeasurementdevicetodetecttemperature.Thetraditionaldirectmeasurementwiringdoesnotmeettherequirements,especiallyinsomeenvironmentalbadindustrialenvironmentandoutdoorenvironment,throughthedirectwiringmeasurementisnotpractical.Sousingwirelesstransmissiontemperaturetestingisnecessary.

Atpresentsomedesigncanrealizethewirelesstemperaturegathering,butthepriceistoohigh,itsbiggestweakness.Intheactualtemperaturecontrolprocessrequiresbothsystemhasstability,real-timeandtheneedtoreducepowerconsumption.Sothedesignofakindoflowpowerconsumptionwirelesstemperaturedetectionsystemisverymeaningful.ThispaperpresentsaUSESthemonolithicintegratedcircuitAT89S52controlDS18B20oftherealizationofthewirelesstemperaturemeasuringsystem.Throughthesimplewirelesscommunicationprotocol,realizethereliabilityandpowerbalance,thesystemcanrealizetothetemperaturedetection,cansimultaneouslydeterminethetemperature,canberealizedthewirelessremotecontroltemperaturedetectionsystem.Lowpowerconsumption,real-timewirelesstemperaturedetectionisthebiggestcharacteristicofthedesign.WirelesstransmissionusingnRF24L01moduletransmission.

Thesystemstructureissimple,reliable,lowpowerconsumption,lowcost,itisakindofwirelesssensorsolutions.

Keyword:

MCUAT89S52wirelesstransmissionnRF24l01DS18B20

前言

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。

本系统的设计采用了Nordic公司新推出的工作于2.4GHz频段NRF24L01射频芯片，由AT89S52单片机控制实现短距离无线数据通信。

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AT89S52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，然后在LCD1602上显示，并通过串口发送到PC机上显示，通过蜂鸣器实现对温度过高或过低进行报警。

1系统方案分析与选择论证

1.1系统方案设计

1.1.1主控芯片方案

方案一：

采用传统的AT89S52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。

考虑到此系统需要不用到ADC，从性能和价格上综合考虑我们选择方案一，即用AT89S52作为本系统的主控芯片。

1.1.2无线通信模块方案

采用GSM模块进行通信，GSM模块需要借助移动卫星或者手机卡，虽说能够远距离传输，但是其成本较大、且需要内置SIM卡，通信过程中需要收费，后期成本较高。

采用TI公司CC2430无线通信模块，此模块采用Zigbee总线模式，传输速率可达250kbps，且内部集成高性能8051内核。

但是此模块价格较贵，且Zigbee协议相对较为复杂。

采用NRF24L01无线射频模块进行通信，NRF24L01是一款高速低功耗的无线通信模块。

他能传输上千米的距离（加PA），而且价格较便宜、，采用SPI总线通信模式电路简单，操作方便。

考虑到系统的复杂性和程序的复杂度，我们采用方案三作为本系统的通信模块。

1.1.3温度传感方案

采用AD590是美国ANALOGDEVICES公司的单片集成两端感温电流源。

AD590测量热力学温度、摄氏温度、两点温度差、多点最低温度、多点平均温度的具体电路，广泛应用于不同的温度控制场合由于AD590精度高、价格低、不需辅助电源、线性好，常用于测温和热电偶的冷端补偿。

但其需要用到差分放大器放大和A/D转换，需要原件多。

采用美国DALLAS公司生产的DS18B20可组网数字温度传感器芯片，具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。

经济，方便。

使用DS18B20线路简单，编程容易，但是比AD590精度低。

AD590还需要其它辅助电路，线路复杂，编程难度大，但是温度精确。

考虑到电路的设计，成本，还有多点通信，我们选择方案二，即用DS18B20作为本系统的温度传感器。

1.1.4显示模块方案

选择主控为ST7920的带字库的LCD12864来显示信息。

12864是一款通用的液晶显示屏，能够显示多数常用的汉字及ASCII码，而且能够绘制图片，描点画线，设计成比较理想的结果。

采用字符液晶LCD1602显示信息，1602是一款比较通用的字符液晶模块，能显示字符和数字等信息，且价格便宜，容易控制。

采用LED7段数码显示管显示，其成本低，容易显示控制，但不能显示字符。

综合以上方案，我们选择了经济实惠的字符液晶LCD1602来作为接收端的显示。

发送端用7段数码管显示。

1.1.5单片机与PC机通信模块

采用RS-232串口与PC机通信。

1.2系统最终方案

发送端：

发送端由温度传感器DS18B20，AT89S52单片机，nRF24L01无线射频模块，数码管显示模块和外设继电器组成。

图1.2发送端系统方框图

接收端：

接收端由AT89S52单片机，nRF24L01无线射频模块，LCD1602显示模块，报警电路和串口组成。

图1.3接收端系统方框图

2主要芯片介绍和系统模块硬件设计

2.1AT89S52

单片机是一种集成的电路芯块采用了超大规模技术把具有运算能力（如算术运算、逻辑运算、数据传送、中断处理）的微处理器（CPU）,随机存取数据存储器（RAM），只读程序存储器（ROM），输入输出电路（I/O口），可能还包括定时计数器，串行通信口（SCI），显示驱动电路（LCD或LED驱动电路），脉宽调制电路（PWM），模拟多路转换及A/D转换器等电路集成到一块单片机上，构成一个最小然而很完善的计算机系统。

这些电路能在软件的控制下准确快速的完成程序设计者事先规定的任务。

总的而言单片机的特点可以归纳为以下几个方面：

集成度高、存储容量大、外部扩展能力强、控制功能强、低电压、低功耗、性能价格比高、可靠性高这几个方面。