NRF24l01无线温度传感毕业论文(终稿).doc

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南京工程学院

毕业设计说明书（论文）

作者：

杨姣姣学号：

208060211

系部：

通信工程学院

专业：

无线通信

题目：

基于SoC无线温度采集系统的设计（软件）

指导者：

邹曙光讲师

评阅者：

2010年6月南京

TheSystemDesignofShort-distanceWirelessTemperatureCollection

ADissertationSubmittedto

NanjingInstituteofTechnology

FortheAcademicDegreeofBachelorofScience

By

JiaojiaoYang

supervisedby

ShuguangZou

CollegeofCommunicationEngineering

NanjingInstituteofTechnology

June2010

摘要

随着工农业生产对温度的要求越来越高，准确测量温度变得至关重要。

本系统的设计主要是针对恶劣环境下的工业现场以及高科技大范围的农业现场，布线困难，浪费资源，占用空间，可操作性差等问题做出的一个解决方案。

本文对上述问题提出一种无线解决方案，即基于SoC无线温度采集系统的设计。

该系统采用低功耗、高性能单片机及单总线数字式测温器件DS18B20构成测温系统，并且通过无线收发，最后在PC机上完成配置、显示和报警的功能。

在这次的设计中采用的单片机STC89C52RC的内核和MCS-51系列单片机一样，引脚也相同。

但是STC89C52RC可以通过STC_ISP软件下载进行烧录。

无线数据通信收发芯片NRF24L01是一款工业级内置硬件链路层协议的低成本无线收发器，工作于2.4GHz全球开放ISM频段。

此外，温度传感器DS18B20以"一线总线"的数字方式传输，可大大提高系统的抗干扰性。

关键词：

SoC；STC89C52RC；NRF24L01；温度传感器DS18B20；无线

Abstract

Withtheindustrialandagriculturalproductionhavebecomeincreasinglydemandingonthetemperature,accuratetemperaturemeasurementbecomescritical.Thissystemisasolutiondesignedforwiringdifficulties,wastingresources,takingupthespaceandpoormaneuverabilityofharshenvironmentindustrialsite,widerangeandhi-techagriculturalfield.

Basedontheabovementionedproblemsisproposed,whichisbasedonwirelesssolutionsofSoCdesignofwirelesstemperaturegatheringsystem.ThissystemUSESlowpowerconsumption,highperformancemicroprocessorandsinglebusdigitaltemperaturemeasurementdeviceDS18B20constitutetemperaturemeasuringsystemthroughwirelesstransceiver,andfinallyinPCcompleteconfiguration,displayandalarmfunction.

UsedinthedesignofthemicrocontrollerSTC89C52RCandMCS-51MCUcorehasthesamepin.ButSTC_ISPthroughSTC89C52RCcanburntodownloadsoftware.WirelessdatacommunicationtransceiverchipisanindustrialgradeNRF24L01hardwarelinklayerprotocolbuiltlow-costwirelesstransceiveroperatinginthe2.4GHzbandglobalopenISM.Inaddition,thetemperaturesensorDS18B20to"busline"digitalmodetransmission,greatlyimprovesthepowersystem.

Keywords：

SoC，STC89C52RC，NRF24L01，TemperaturesensorDS18B20，Wireless

目录

第一章绪论 1

1.1概述 1

1.2系统设计任务分析 2

第二章总体方案设计与选择的论证 3

2.1单片机最小系统 3

2.1.1单片机的说明 3

2.1.2单片机的应用 3

2.1.3单片机的结构特点 4

2.1.4单片机引脚配置 4

2.2无线收发模块介绍 8

2.2.1nRF24L01概述 8

2.2.2引脚功能及描述 9

2.2.3工作模式 10

2.2.4工作原理 10

2.2.5配置字 12

2.2.6nRF24L01应用原理框图 13

2.3数码管温度显示和运行指示灯电路 14

2.3.1LED数码管的基本结构 14

2.3.2数码管动态显示的工作原理 15

2.3.3运行指示灯说明 16

2.4温度采集电路 16

2.4.1DS18B20概述 16

2.4.2DS18B20的管脚配置和内部结构 17

2.4.3单总线介绍 19

2.4.4DS18B20的工作原理 19

2.5声报警电路设计 24

2.6无线温度采集软件界面（MFC） 24

第三章 软件设计报告 29

3.1单片机软件设计 29

3.1.1发送部分软件设计 29

3.1.1.1温度传感DS18B20 29

3.1.1.2LED数码管显示 34

3.1.1.3无线模块NRF24L01（发送） 35

3.1.2接收部分软件设计 35

3.1.2.1无线模块NRF24L01（接收） 35

3.1.2.2LED数码管显示 35

3.1.2.3串口通信 36

3.1.3无线温度采集软件设计 38

3.1.3.1串口设置 38

3.1.3.2温度上下限设置 41

3.1.3.3曲线显示 42

3.2流程图设计 45

3.2.1发送部分流程图 45

3.2.2接收部分流程图 46

3.2.3MFC程序流程图 47

3.3操作说明（附图） 47

第四章 总结与展望 52

致谢 54

参考文献 55

附录 56

第一章绪论

1.1概述

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。

1.2系统设计任务分析

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，并有低功耗单片机STC89C52RC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数码管显示。

将采集的温度无线传送给接收部分，然后再在数码管上显示，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。

本系统的核心控制芯片选用的是STC89C52RC。

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：

·单片机构成的应用系统有较大的可靠性。

·系统构建简洁、易行，能方便的实现系统功能。

·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。

第二章总体方案设计与选择的论证

2.1单片机最小系统

2.1.1单片机的说明

单片机的原名叫Microcontroller，即微型控制器。

顾名思义，单片机有别于通用微型计算机，它是专门为控制和智能仪器设计的一种集成度很高的微型计算机。

其控制功能强，有优异的性能/价格比，有很高的可靠性。

因而，单片机的应用范围在不断的扩大，它已经成了人类生活中不可缺少的工具。

下面介绍单片机在几个方面的典型应用。

2.1.2单片机的应用

（1）单片机在智能仪器中的应用

单片机广泛的用于各种仪器仪表中，使仪器仪表数字化、微型化和智能化，提高它们的测量速度、测量精度和自动化程度，简化仪器仪表的硬件结构，便于使用、维修和改进，提高其性能/价格比。

（2）单片机在机电一体化产品中的应用

机电一体化是机械工业发展的方向。

机电一体化产品是指，集机械技术、微电子技术、计算机技术和控制技术于一体，具有智能化特征的机电产品。

例如，微机控制的数控机床、机器人等。

单片机作为机电产品中的控制器，能充分的发挥它的体积小、可靠性高、功能强等优