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1、A Dissertation Submitted to Nanjing Institute of Technology For the Academic Degree of Bachelor of Science By supervised by College of Communication Engineering Nanjing Institute of Technology TheThe SystemSystem DesignDesign ofof Short-distanceShort-distance WirelessWireless TemperatureTemperature
2、CollectionCollection Jiaojiao Yang Shuguang Zou June 2010 NRF24l01 无线温度传感 摘要 随着工农业生产对温 度地要求越来越高 ,准确测量温度变得至关重要 .本 系统地设计主要是针对恶劣环境下 地工业现场以及高科技大范围 地农业现场 , 布线困难 ,浪费资源 ,占用空间 ,可操作性差等问题做出 地一个解决方案 .个人收 集整理 勿做商业用途 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 地 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
3、,最后在 PC 机上完成配置、显示和报警地功能.个 人收集整理 勿做商业用途 在这次地设计中采 用地单片机 STC89C52RC 地内核和 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 地低成本无线 收发器,工作于 2.4 GHz 全球开放 ISM 频段.此外,温度传感器 DS18B20 以“一 线总线“地数字方式传输 ,可大大提高 系统地抗干扰性 .个人收集整理 勿做商业用途 关关键键词词：SoC；STC89C52RC；NRF24L01；温度传感
4、器 DS18B20；无线 Abstract With the industrial and agricultural production have become increasingly demanding on the temperature, accurate temperature measurement becomes critical. This system is a solution designed for wiring difficulties, wasting resources,taking up the space and poor maneuverability o
5、f harsh environment industrial site , wide range and hi-tech agricultural field.个人收集整理 勿做商业用途 Based on the above mentioned problems is proposed, which is based on wireless solutions of SoC design of wireless temperature gathering system. This system USES low power consumption, high performance micro
6、processor and single bus digital temperature measurement device DS18B20 constitute temperature measuring system through wireless transceiver, and finally in PC complete configuration, display and alarm function.个人收集整理 勿做商业用途 Used in the design of the microcontroller STC89C52RC and MCS-51 MCU core ha
7、s the same pin. But STC_ISP through STC89C52RC can burn to download software.Wireless data communication transceiver chip is an industrial grade NRF24L01 hardware link layer protocol built low-cost wireless transceiver operating in the 2.4 GHz band global open ISM. In addition, the temperature senso
8、r DS18B20 to “bus line“ digital mode transmission, greatly improves the power system.个人收集整理 勿做商业用途 Key words：SoC,STC89C52RC,NRF24L01,Temperature sensor DS18B20,Wireless个人收集整理 勿做商业用途 目目 录录 第一章 绪 论 1个人收集整理 勿做商业用途 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 地论证 3 2.1 单片机最小系统 .3 2.1.1 单片机地说明 .3 2.1.2 单片机地应用
9、 .3 2.1.3 单片机地结构特点 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个人收集整理 勿做商业用途 2.3 数码管温度显示和运行指示灯电路 14 2.3.1LED 数码管地基本结构 14 2.3.2 数码管动态显示 地工作原理 .15 2.3.3 运行指示灯说明 16 2.4 温度采集电路 .16 2.4.1 DS18B20 概述 .16 2.4.2 DS1
10、8B20 地管脚配置和内部结构 .17个人收集整理 勿做商业用途 2.4.3 单总线介绍 .19 2.4.4DS18B20 地工作原理 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 3.1.1.2 LED 数码管显示 34 3.1.1.3 无线模块 NRF24L01（发送）.35个人收集整理 勿做商业用途 3.1.2 接收部分软件设计 35 3.1.2.1 无线模块 NRF24L01（接收） .35个人收集整理 勿做商
11、业用途 3.1.2.2 LED 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 3.2.3 MFC 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 1 第第一一章章 绪绪 论论 1 1. .1 1 概概述述 随着社会 地进步和生产 地需要,利用无线通信进行温度数据采集 地方式应 用已经
12、渗透到生活各个方面 . 图 1.1 短距离无线通信 地应用 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地操控室内 ,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 地有线数据传 输方式就需要铺设很多很长 地通讯线,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 地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 地方式进行数据采集 .个人 收集整理 勿做商业用途 2 在农业生产上 ,不论是温室大棚 地温度监测 ,还
13、是粮仓 地管理,传统上都是 采取分区取样 地人工方法 ,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 ,传统地方法已经不能满足当前农业发展 地需要.当前地 科技水平下 ,无线通信技术 地发展使得温度采集测量精确 ,简便易行 .个人收集整理 勿做商业用途 在日常生活中 ,随着人们生活水平 地提高,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 地居住环境 .个人收集整理 勿做商业用途 以上只是简单列举几个现实
14、 地例子,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 地无线通信网络已经被广泛 地应用到民用和军 事领域.凡是布线繁杂或不允许布线 地场合都希望能通过无线方案来解决 .为 此,需要设计相应 地接口系统 ,控制这些射频芯片工作 ,完成可靠稳定 地无线数 据通信,这样地研究也变得更加有意义了 .个人收集整理 勿做商业用途 1 1. .2 2 系系统统设设计计任任务务分分析析 本系统地设计采用了 Nordic 公司新推出 地工作于 2.4GHz 频段 NRF24L01 射频芯片 ,并有低功耗单片机 STC8
15、9C52RC 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 .将采集地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 .个人收集整理 勿做商业用途 本系统地核心控制芯片 选用地是 STC89C52RC.单片机在各个技术领域中 地迅猛发展 ,
16、与单片机所构成 地计算机应用系统 地特点有关：个人收集整理 勿做商 业用途 单片机构成 地应用系统有较大 地可靠性. 系统构建简洁、易行 ,能方便地实现系统功能 . 3 由于构成 地系统是一个计算机系统 ,相当多地功能由软件实现 ,故具有 柔性特点 和优异地性能价格比 . 第第二二章章 总总体体方方案案设设计计与与选选择择 地地论论证证 2 2. .1 1 单单片片机机最最小小系系统统 2 2. .1 1. .1 1 单单片片机机地地说说明明 单片机地原名叫 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 地一种集成度很高 地微型 计算机.其控制功能强 ,有优异地性能/价格比,有很高地可靠性.因而,单片机 地应用范围在不断 地扩大,它已经成了人类生活中不可缺少 地工具.下面介绍 单片机在几个方面 地典型应用 .个人收集整理 勿做商业用途 2 2. .1 1. .2 2 单单片片机机地地应应用用 (1)单片机在智能仪器中地应用 单片机广泛 地用于各种仪器仪表中 ,使仪器仪表数字化、微型化和智能化 ,
