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1、基于NRF24L01模块的多点温度监测系统设计作者姓名： 专业班级： 指导老师：摘要温度在人们的日常生活中起着非常重要的作用,人们不但关注日常环境温度的变化，在许多领域的产业化，如工业、医疗、军事和生活等许多地方，都需要用到测设备来检测温度。传统直接布线测量电路很复杂，容易受干扰，准确性也不高，不满足某些环境非常恶劣的工业环境和某些户外环境。因此，选择一个性能不错的数字温度传感器和无线传输模块，简单的使用显得尤为重要。在现代的工业控制，考虑到功耗问题也是一个重要的参数，该系统采用低耗高性微型控制器STC89C52RC和DS18B20温度传感，采用nRF24L01无线模块对温度进行短距离监控。本
2、次设计采用的STC89C52RC简单实用，与MCS-51操作相同。无线数据通信收发芯片NRF24L01是一款工作在2.42.5GHz功率消耗非常低的低成本无线收发器。另外温度传感器DS18B20具有体积小，成本低，精度高等优点。该系统功耗低，成本低，硬件电路简单，是一种可行的无线测温的设计方案。关键词：NRF24L01；温度传感器DS18B20；STC89C52RC AbstractTemperature plays a very important role in peoples daily life, people pay much attention to the daily chang
3、e of environmental temperature. In many areas of industry, such as some local factories, hospitals, military and daily life, need to use test equipment to detect temperature. The traditional way of the measurement circuit is very complex, vulnerable to be distracted, and accuracy is not high, does n
4、ot meet certain harsh industrial environment and some outdoor environment. Therefore, choosing a good digital temperature ,a wireless transmission module and simple to use is particularly important. In the modern industrial control, considering the power consumption is also an important parameter, t
5、he system adopts low energy consumption and high performance micro controller STC89C52RC and DS18B20 temperature sensor, and uses nRF24L01 wireless module to transmit the temperature. It is convenient to realize the remote transmission.We have adopted STC89C52RC to design this system. Its pins and k
6、ernel are same to the MCS - 51 series. NRF24L01 wireless data communication transceiver chip is a very low power consumption and low-cost wireless transceiver, which works in 2.4 2.5 GHz. Additional temperature sensor DS18B20 is very small ,and has a low cost, high accuracy. Unique line interface ef
7、fectively improves the anti-interference of the system.The system is simple, reliable and has low power consumption, low cost. It is an effective and trustworthy solution to a wireless temperature measurement . Keywords: NRF24L01; temperature sensor DS18B20; STC89C52RC目录第一章 前言11.1 课题的背景与意义11.2国内外研究状
8、况及相关领域中已有的研究成果11.3对设计任务的分析11.4 预 期 结 果2第二章 总体方案设计的论证22.1 系统方案设计22.2 模块方案设计32.2.1 主控芯片方案32.2.2 无线通信模块方案42.2.3 温度传感方案42.2.4 显示模块方案5第三章 系统模块设计53.1 STC89C52RC主控模块设计53.2 nRF24L01无线模块设计73.2.1 nRF24L01概述73.2.2 引脚功能及描述83.2.3 工作模式93.2.4 配置字103.2.5 模块电路图与应用原理框图103.3显示电路模块设计123.3.1液晶1602显示屏的基本结构123.3.2液晶1602显示
9、屏的工作原理123.4 温度传感器模块设计133.4.1 DS18B20的管脚配置和内部结构133.4.2 DS18B20的工作原理143.4.3 DS18B20的硬件设计15第四章 软件系统的设计154.1 各模块软件设计154.1.1 显示模块软件设计154.1.2 温度检测164.1.3无线发射模块软件设计174.1.4无线接收模块软件设计184.2总体的软件设计194.2.1 发送部分194.2.2接收部分204.3 本章小结21第五章 系统的调试及实验结果215.1 调试步骤215.2实验结果215.3本章小结23结论23致 谢25参 考 文 献2524第一章 前言1.1 课题的背景
10、与意义在当今现代的生活中，通过无线通信来采集温度已经越来越普遍了。并且随着工农业的生产对温湿度的要求越来越高，精准的测量温度变得十分重要。温度它不能像质量和长度那样简单地获取量值，只有通过其他相关性质间接地测量。现在温度测量是可以通过温度传感器来测量的，温度测量的过程简单来说就是通过传感器把温度值转换为电信号或者其他信号，经过相关处理，从而转换成温度显示出来。温度测量设备一般有温度传感器和信号处理电路组成。某些情况下，需要监测的范围很大，布线不方便且不利于后期维护，这时我们就采用无线模块对温度进行采集。多路无线温度测量系统被大量的应用于温度测量各个领域的工程中，例如：城市医院的温度检测系统、居
11、民小区供热系统的检测、蔬菜大棚的温度控制、工业生产的温度保护等。考虑到许多工农业环境中有对多点温度进行监控的需求，一般需要测量可能有几十个点以上。所以本文设计多路无线温度监控的系统。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的频段上已经有多种标准的无线协议，它们传输距离远，抗干扰性强。因此我们要确保在2.4GH频段上有足够的抗干扰性和保持数据的连续性。 nRF24L01 由于ANT协议的缘故可以方便搭建无线网络。ANT的无线个人局域网通讯技术使数据保持了完整性，并具有低耗低成本的优点。 nRF24L01是一款采用FSK调制的无线通信芯片，它可以点对点以及1对n的高速通信。MC
12、U只需要给nRF24L01无线模块提供5个普通引脚和一个中断引脚就可以实现通信功能。所以MCU系统搭建无线通信功能利用nRF24L01就显得十分简单。随着电子技术的发展，温度传感器的精度越来越高，抗干扰性越来越好，体积越来越小。1.3对设计任务的分析本次系统的设计采用nRF24L01无线通信模块，并以STC89C52RC为核心来控制实现短距离无线温度传输。该系统设计具有成本地，传输快，软件设计简单，功耗低，可靠性高等优点。整个设计的主机和从机通NRF24L01无线模块连接通信。从机以单片机STC89C52为核心，通过无线模块NRF24L01把温度传感器采集的温度传送给主机，主机通过无线模块NR
13、F24L01接收温度数据，然后再在液晶LCD1602上面显示，从而达到监控的目的。本此设计选用的是STC89C52RC单片机。单片机具有以下特性：系统结构简单，可靠性高。处理功能强，速度快。低电压低耗，体积小。系统结构简单，可靠性高。处理功能强，速度快。 低电压低耗，体积小。大部分功能由软件编程实现，重复利用率和性价比高。1.4 预 期 结 果2个从机把温度传感器上接受的温度数据通过无线模块在5m的范围内上能发送给主机，主机通过无线模块接收后在LCD1602液晶显示屏上显示，从而达到监测各点温度的目的.软件模块包括无线发射模块、无线接收模块、显示模块和温度检测模块。第二章 总体方案设计的论证2
14、.1 系统方案设计从机：发射端由STC89C52RC单片机，nRF24L01无线模块，DS18B20温度模块组成。图2-1主机：发送端由STC89C52RC单片机，LCD1602显示模块，nRF24L01无线模块组成。图2-22.2 模块方案设计2.2.1 主控芯片方案方案一：采用STC89C52RC实现。单片机软件编程可简单地实现多数功能，自由度大，结构清晰，便于调试和维护，可读性和移植性强。并且具有体积小，硬件搭建简单等优点。本系统由一台主机，2台从机组成2级分布式温度测量进行多路温度数据采集。另外STC89C52RC的应用已经十分广泛，相关技术的使用都很熟练，开发难度很小。方案二：采用M
15、SP430F149单片机。此单片机功耗低，内部集成高速12位ADC，性能强大。但本设计简单，不需要MSP430F149如此功能强大的单片机，并且MSP430F149成本高，是TPFQ贴片封装，必须采用PCB制板，增加了开发周期。综合考虑我们选择STC89C52RC作为本系统的MCU。2.2.2 无线通信模块方案方案一：采用GSM通信模块，GSM借助卫星通信或者手机卡可以较长距离的传输数据，但由通信过程需要收费，前后期成本都比较高。方案二：采用TI CC2430通信模块，虽然改模块通信速度快，但成本高，操作复杂。方案三：使用NRF24L01通信模块，该模块具有有高速低耗体积小的优点。他可以传输数千公里(PA)，但价格更便宜，SPI总线通信方式，电路是简单、操作方便。所以综合考虑我们采用方案三作为本系统的通信模块。2.2.3 温度传感方案方案一：使用一个热敏电阻，热敏电阻具有工作温度范围广，体积小，实用方便，易大规模生产的特点，但其灵敏性一般，可靠性差，只能检测出6-10的温度变化。并且采用
