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1、湖南第一师范学院毕业论文(设计)题目 环境温度监测的传感器网络设计学生姓名 学号 指导教师 系部名称 专业班级 完成时间湖南第一师范学院教务处制本科毕业论文(设计)环境温度监测的传感器网络设计学生姓名： 系部名称： 专业名称： 指导教师： 毕业论文(设计)作者声明1本人提交的毕业论文(设计)是本人在指导教师指导下独立进行研究取得的成果。除文中特别加以标注的地方外，本文不包含其他人或其它机构已经发表或撰写过的成果。对本文研究做出重要贡献的个人与集体均已在文中明确标明。2本人完全了解湖南第一师范学院有关保留、使用学位论文的规定，同意学院保留并向国家有关部门或机构送交本文的复印件和电子版，允许本文被
2、查阅、借阅或编入有关数据库进行检索。同意湖南第一师范学院可以采用影印、打印或扫描等复制手段保存和汇编本文，可以用不同方式在不同媒体上发表、传播本文的全部或部分内容。3湖南第一师范学院在组织专家对毕业论文(设计)进行复审时，如发现本文抄袭，一切后果均由本人承担，与学院和毕业论文指导教师无关。作者签名： 日期：二一 年 月 日摘 要 随着测量技术的不断发展，测量的方向也逐步变得复杂化、高难度化，针对布线困难，浪费资源，占用空间等问题，需要一个无线解决方案。无线传感器网络的基本硬件要考虑无线数据的收发距离和数据准确性等方面，本系统采用NRF24L01无线收发模块实现了检测端（发射端）至监测端（接收端
3、）的单工数据传输。检测端以单片机AT89C51为核心，使用DS18B20温度传感器进行数据的采集;AT89C51对采集到的温度进行处理，然后通过NRF24L01把温度数据发送给监测端。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2.4 GHz全球开放ISM频段。通过LCD1602液晶显示器来实现数据的显示；可以同时放置6个检测端（发射端）从而实现多点监测。关键词：AT89C51；NRF24L01；温度传感器DS18B20；无线ABSTRACTWith the development of measurement technology, measurement dir
4、ection has gradually become more and more complicated and difficult.To solve problems of the layout of wire,waste of resources and space and other issues,we urgently need a wireless solution.The basic hardware of wireless sensor network must take the distance of wireless data transceiver and data ac
5、curacy into consideration.This system adopts NRF24L01 wireless transceiver module to realize simplex data transmission from the detection end (transmitter) to the monitoring terminal (receiver) . Detection takes MCU AT89C51 as its core, uses DS18B20 temperature sensor to collect data; After processi
6、ng the collected temperature,AT89C51 send data to the monitoring end through the NRF24L01. NRF24L01 is a low-cost wireless transceiver of link layer protocol of industrial inserted hardware , works in the 2.4 GHz band global open ISM. It displays the data through the LCD1602 LCD and it can hold 6 de
7、tection ends (transmitter) in order to achieve multi-point monitoring.Key words: AT89C51；NRF24L01；temperature sensor DS18B20；wirelessIV目 录摘 要IAbstractII前言1第一章 系统方案分析与选择论证3 1.1 系统方案设计3 1.1.1 主要控制芯片方案3 1.1.2 无线通信模块方案3 1.1.3 温度传感器方案3 1.1.4 数据显示方案4 1.2 系统最终方案4第二章 主要硬件介绍和系统模块硬件设计5 2.1 AT89C515 2.1.1 单片机主
8、要控制模块7 2.2 nRF24L01无线模块8 2.2.1 Nrf24L01芯片概述8 2.2.2 引脚功能及描述8 2.2.3 工作模式10 2.2.4 工作原理10 2.2.5 寄存器配置11 2.3 温度传感器DS18B2012 2.3.1 DS18B20管脚配置和内部结构12 2.3.2 DS18B20的工作原理12 2.3.3 DS18B20的硬件设计13 2.4 数据显示模块13 2.4.1 检测端显示模块132.4.2 监测端显示模块14 2.5 报警电路14 2.6 无线模块电源设计电路14第三章 系统软件设计15 3.1 检测端软件设计15 3.2 监测端软件设计16第四章
9、 系统仿真17 4.1 检测端温度采集与显示仿真17 4.2 监测端LCD1602显示温度仿真18第五章 硬件电路板设计19 5.1 系统硬件原理图19 5.1.1 检测端原理图19 5.1.2 监测端原理图20 5.2 系统PCB图21 5.2.1 检测端PCB图21 5.2.2 监测端PCB图22 5.3 硬件制作23 5.4 硬件调试23 5.5 硬件调试结果23结束语24参考文献26附录27致谢49 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等数据采集的方式应用已经渗透到生产、生活许多方面。短距离无线通信的应用图示在工业现场，存在生产环境恶劣，工作人员不能长时间停留在现场观察
10、设备是否运行正常的情况，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，如果存在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的情况时，便需要利用无线传输的方式进行数据采集。在农业生产上，传统上都是采取分区取样的人工方法，工作量大，引起误差的因素增多。而且检测目标分散，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更加精确，更加简便易行。在日常生活中，随着人们生
11、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。以上几个简单的实例体现出，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
12、了Nordic公司推出的nRF24L01射频芯片，由AT89C51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。检测部分以单片机AT89C51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监测部分，然后在LCD1602上显示，通过蜂鸣器实现对温度过高进行报警。第1章 系统方案分析与选择论证1.1 系统方案设计1.1.1 主要控制芯片方案作为主要的控制芯片，需要能够在具有一定的效率基础上完成所需任务，并且
13、在操作和寿命等方面具有易操作、寿命长等优点。考虑到价格、操作、功耗等方面的因素，采用传统的AT89C51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，完全能够满足设计需求。1.1.2 无线通信模块方案方案一：采用GSM模块进行通信，GSM模块需要借助手机卡，虽说能够远距离传输，但是其成本较大、且需要SIM卡进行通信，通信过程中需要收费，后期维护成本较高。方案二：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。他能传输较远的距离，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，采用方案二作
14、为本系统的通信模块。1.1.3 温度传感器方案方案一：采用AD590是美国ANALO G DEV ICES 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。方案二：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；并且在成本上相对便宜许多。使用DS18B20线路简单，编程容易。考虑到电路的设计，成本，还有多点通信，我们选择方案二，用DS18B20作为本系统的温度传感器。1.1.4 数据显示方案方案一：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，且价格相对便宜，容易控制。方案二：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，考虑到布线问题又有点复杂。综
