基于嵌入式系统的无线温度测量系统设计.docx

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xx大学xx届毕业设计说明书

毕业设计说明书

基于嵌入式系统的无线温度测量系统设计

学生姓名：

学号：

学院：

通信工程

专业：

指导教师：

2012年6月

34

基于嵌入式系统的无线温度测量系统设计

摘要

针对目前我国一些粮食，煤炭等储备产业检测系统存在的不足，提出了一种无线传感器网络的设计方案，详细介绍了无线温度传感器的硬件结构和软件设计。

传统的温度测量，都是从传感器引出线缆到达显示面板或主机才能测量温度的变化。

对于一些腐蚀性强或密封性高，温度测量与主机距离远的环境，有线温度测量实现起来就比较困难。

虽然随着技术的发展，温度变送器的出现解决了短距离温度的测量，但其仍然依赖于线缆。

而且随着距离的增加．信号衰减很快。

无法适用于远距离温度测量。

温度指标在许多工程程项目中是不可或缺的重要参数，针对这一要求提出的无线温度测量系统．采用数字式温度传感器DSl8B20作为测温节点。

89C52单片机作为下位机微处理器来控制温度值的采集，并通过无线收发模块NRF905进行传输，最后通过串口将数据传送到上位机显示芯片。

实验证明，该系统解决了在复杂环境下温度采集和获取的问题，具有较高的精度和很好的推广应用前景。

关键词：

温度测量，无线通信，DS18B20

Wirelesstemperaturemeasurementsystemdesign

Abstract

AimingatsomeofChina'sgrainandcoalreservesoftheshortcomingsofindustrialinspectionsystem,Awirelesssensornetworkdesign,detailsofthewirelesstemperaturesensornodehardwarearchitectureandsoftwaredesign.

fromthesensorcabletothedisplaypanelorthehostcanmeasurethetemperaturechanges.Forsomecorrosionorsealingofhightemperaturemeasurementandthehostenvironmentfordistance,cabletemperaturemeasurementismoredifficulttoachievetogether.Althoughwiththetechnology,theemergenceofsolutiontemperaturetransmittertemperaturemeasurementofshortdistances,butstillrelyoncable.Andasthedistanceincreases.Signalsareattenuated.Cannotbeappliedtoremotetemperaturemeasurements.

Temperatureindicatorprocessinmanyengineeringprojectsisanindispensableparameterforthisrequestwirelesstemperaturemeasurementsystem.WithdigitaltemperaturesensorDSl8B20astemperaturenode.89C52microcontrollerasaslavemicroprocessortocontrolunderthemulti-temperaturevalueofthecollection,andthroughthewirelesstransceivermoduleNRF905fortransmission,andfinallythroughtheserialporttotransferdatatoPCgraphicschips.Experimentsshowthatthesystemsolvesthetemperatureinacomplexenvironment,collectionandaccessproblems,highaccuracyandgoodapplicationprospects.

Keywords:

temperaturemeasurement,wirelesscommunication,DS18B20

目录

1绪论 1

1.1研究意义、背景 1

1.2国内外发展状况 2

2系统硬件设计 3

2.1系统总体方案设计 3

2.2单片机的选择 4

2.3数字式温度传感器DS18B20芯片 5

2.4无线收发模块nRF905 10

2.5LED数码显示器 15

2.6单元电路介绍 17

2.7串行通信及RS-232总线 18

2.8信号转换电路设计 20

3系统软件设计 22

3.1系统整体软件框图 22

3.2软件调试工具 27

3.3程序编写 28

3.4程序调试 28

3.5上位机设计 29

4系统总体测试 33

4.1系统硬件调试 33

4.2上位机调试与显示结果 33

5结论 35

6致谢 36

参考文献 37

附录 38

附录1 38

附录2 39

附录3英文原文 66

附录4英文译文 71

请留出一个汉字的空间，下同

1绪论

1.1研究意义、背景

温度是表征物体冷热程度的物理量。

温度是生活和工业生产中常见的工艺参数之一，由于它直接影响燃烧、化学反应、发酵、烘烤、煅烧、蒸馏、浓度、挤压成形、结晶以及空气流动等物理和化学过程，因此在许多的工程项目中温度指标也是不可或缺的重要参数。

所以如何准确、方便地获取温度就显得尤为重要。

由于温度的测量和控制在激光器、光纤光栅的使用及其它的工农业生产和科学研究中应用广泛，所以温度测量和控制的失误就可能引起生产安全、产品质量、产品产量等一系列问题。

因此，对温度的检测的意义就越来越大。

在工业生产过程中，很多时候都需要对温度进行严格的监控，以使得生产能够顺利的进行，产品的质量才能够得到充分的保证。

使用自动温度控制系统可以对生产环境的温度进行自动控制，保证生产的自动化、智能化能够顺利、安全进行，从而提高企业的生产效率。

可以看出，如何做出快速，准确的温度测量系统具有重要的研究价值。

传统的温度测量，都是从传感器引出线缆到达显示面板或主机才能测量温度的变化。

对于一些腐蚀性强或密封性高，温度测量与主机距离远的环境，有线温度测量实现起来就比较困难。

虽然随着技术的发展，温度测量器的出现解决了短距离温度的测量，但其仍然依赖于线缆。

而且随着距离的增加，信号衰减很快。

无法适用于远距离温度测量。

当今在我们的生活中处处都能见到无线通信，短距离通信的有红外线、蓝牙，远距离通信的有手机，GPS等。

可以说，二十一世纪将会是无线应用飞速发展的时代。

无线数据传输广泛地运用在车辆监控、遥控、遥测、小型无线网络、无线抄表、门禁系统、小区传呼、工业数据采集系统、无线标签、身份识别、非接触RF智能卡、小型无线数据终端、安全防火系统、无线遥控系统、生物信号采集、水文气象监控、机器人控制、无线232数据通信、无线485/422数据通信、数字音频、数字图像传输等领域中。

相对于蓝牙，手机等无线通信的应用，无线温度测量由于受被测量温度太高或太低的影响，直接导致电子元器件无法工作的原因而使得其发展相对缓慢。

随着嵌入式单片机技术的迅速兴起与蓬勃发展，其稳定、安全、高效、经济等优点十分突出，所以其应用也十分广泛。

单片机已经无处不在、与我们生活息息相关，并且渗透到生活的方方面面。

而单片机的特点是体积较小，也就是其集成特性，其内部结构是普通计算机系统的简化，增加一些外围电路，就能够组成一个完整的小系统，单片机具有很强的可扩展性。

它具有和普通计算机类似的、强大的数据处理功能，通过使用一些科学的算法，可以获得很强的数据处理能力。

所以单片机在工业中应用中，可以极大地提高工业设备的智能化、数据处理能力和处理效率，而且单片机无需占用很大的空间。

嵌入式单片机这些优势都为无线测温系统的实现创造了良好的先决条件。

而对于无线温度测量而言，只需在所需要温度测量的地方放置无线温度测量模块作为无线节点，在主机上就能显示被测位置的温度。

当温度测量出现故障时，只需对无线测量节点进行故障排查，这样一来，也就能弥补了有线线路容易损坏，腐蚀，出现故障时又难以查找等缺陷，既增加了工作效率又降低了维护成本。

1.2国内外发展状况

温度测量系统是在嵌入式系统设计的基础上发展起来的。

嵌入式系统虽然起源于微型计算机时代，但是微型计算机的体积、价位、可靠性，都无法满足广大对象对嵌入式系统的要求，因此，嵌入式系统必须走独立发展道路。

这条道路就是芯片化道路。

将计算机做在一个芯片上，从而开创了嵌入式系统独立发展的单片机时代。

单片机诞生于二十世纪七十年代末，经历了SCM、MCU和SOC三大阶段。

在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。

例如：

在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。

采用MCS-51以及其改进的各种单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。

因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。

同时温度也是生活中最常见的一个物理量，也是人们很关心的一个物理量，它与我们的生活息息相关，有着十分重要的意义，在工业生产中，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。

在日常生活中，温度过高或过低同样会造成一些不良影响。

在实际生产、生活等各个领域中，温度是环境因素的不可或缺的一部分，对温度及时精确的控制和检测显得尤为重要。

比如，农业上土壤各个层面上的温度将会影响植物的生长；在医院的监护中也用到温度的测量。

在工业中，料桶里外上限温度要求不一，以及热处理中工件各个部位的温度对工件形成后的性能至关重要等等。

现代电子工业的飞速发展对自动测试的要求越来越高。

采用单片机对温度进行控制,不仅具有控制方便和组态简单的优点,而且可以提高被控温度的技术指标。

随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。

2系统硬件设计

2.1系统总体方案设计

本系统采用点对多点的形式，由多个无线节点和1个基站组成。

由发射系统（节点）、接受系统（基站）组成。

发射系统（节点）由数字温度传感器DS18B20和89C52单片机、射频收发芯片nRF905以及LED显示器组成。

多个节点的传感器DS18B20采集数据，经单片机处理后，通过nRF905发送给接受系统（基站）。

发射系统（节点）安装在需测温度的地方测量温度，通过无线方式把采集的数据传送到接受系统（基站）。

无线节点工作在各个测温地点，进行温度