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1、第 I 页西南交大设计说明书 无线数显温度计的设计摘 要当今社会，远距离的温度数据采集已经很有必要。而且温度测量的准确度及结构的简化程度也对生产效益有很大影响。在工农业生产现场，甚至在日常生活中，也会有许多需要进行温度的测量以及范围性监控的地方。众所周知，可能会有种种外界环境条件的限制，例如高温、矿井等等人类难以接触的环境或者需要非接触测温。传统的温度计已经不能满足测量要求。这个时候我们就需要一个可以远程测量和数字显示的温度计。本设计提出了一种远距离测量温度数据的思路，采用无线模块NRF24L01、AT89S52单片机和数字式的温度传感器构成一个远距离测温系统。系统通过简单的通信协议，实现无线
2、数据传输。它是可以实现远程控制的无线测温系统，并且能够实现在百米范围内对环境温度0.2-99.9进行准确检测。基于数字化的要求，本系统采用LCD1602实现温度显示。关键词：温度测量，无线收发，单片机，传感器第 II 页西安交大设计说明书 The Design of Wireless Digital Thermometer Author:Liu Lixiang Tutor: Li HongxiaAbstractWith the social progress and development, and production needs, the use of wireless communica
3、tion technology temperature remote data acquisition way already more and more be extensived application in various fields. And the degree of accuracy and simplify the structure of temperature measurement has great influence on production efficiency. In the field of industrial and agricultural produc
4、tion, and even in daily life, there will be many need for temperature measurement and monitoring of local. We also know that may limit of various environmental conditions, such as high temperature, mine and so on difficult for humans to contact with the environment. The traditional thermometer has b
5、een unable to meet the measurement requirements. This is when we need a remote measurement and digital display thermometer.The design proposed a wireless temperature measurement solutions and a temperature measurement system by using the wireless RF chip NRF24L01, low power consumption MCU and digit
6、al temperature sensor DS18B20. The system through a simple communication protocol, wireless data transmission. It is remote control wireless temperature measurement system can be achieved, and can realize the environment temperature 0.2-99.9 accurate detection in the range of 100 meters. This system
7、 uses LCD1602 to achieve temperature display.Keywords: Temperature measurement, Wireless transceiver, MCU, Sensor第 III 页西安交大毕业设计说明书 目 录1 绪论11.1课题背景、目的、意义11.2无线温度采集系统发展状况11.3本课题的研究内容22 方案的确定与关键器件选择32.1系统方案的初步构想32.2关键器件的确定42.2.1 传感器的确定42.2.2 短距离无线通信模块的确定43 各模块电路设计53.1发射模块的电路设计53.1.1 温度数据测量电路设计53.1.2 控
8、制电路设计63.1.3 信号发射电路设计83.2接收模块的电路设计103.2.1 信号接收电路设计103.2.2 数据显示电路设计114 软件设计146.1 软件调试196.2硬件调试206.3焊接调试21结 论22第 IV 页西安交大设计说明书 致 谢23参考文献24附录：系统程序25第 58 页西安交大设计说明书 1 绪论1.1课题背景、目的、意义伴随着社会生活的提高。人们的要求越来越高，现代的工作、科研、社会生产需要的单片机精密性、智能化程度也是在不断提升的。而单片机在巨大的市场需求刺激下也飞速发展，逐渐的从功能单一到功能多样化，以及拓展运用的不断开发也越来越丰富。单片机的确给人带来了很
9、大的进步。温度测量技术与单片机的结合正是其中一个具有代表性的应用。温度数据采集在各种工农业生产中具有极其重要的实用性。而现在使用的常规意义上的温度计大多精度上都不是很高。而且这些温度测量装置有太多的限制性，不能数字化的显示出温度值，所以通常都会有数值上的读取误差。另外传统温度计采用的水银等热容量都比较大，也就是说测温时间会有些长。最后传统温度计在实际应用中在很多地方通常都是鞭长莫及。本课题设计的无线数显温度计。首先我采用的是数字显示，与非数字显示的温度测量系统相比较，数字显示的系统在数据读取方面更为便利，测量的温度更为准确。纵观温度计的发展历程，温度计的精确性越来越高，而无论是生活中还是工业生
10、产中，对温度计的要求也越来越高。像是在人类不能接触的环境或者需要采取分区采样的环境。这些都是实际应用中常规温度计无法或难以完成的任务。无线通信技术的发展使得温度采集更加简单易行，方便快捷。所以本设计有一定的社会使用性。1.2无线温度采集系统发展状况近年来，无线温度采集系统被引用于各个领域，已经成为我们生活中不可或缺的一部分。当前对无线式的温度采集的研究也也来越多，越来越被更多人关注和重视。各式各样的无线温度采集系统被广泛的应用于不同的环境。而无论是哪种温度采集系统，温度传感器都是必不可少的选择。现代意义的温度传感器，技术方面已经极为成熟。生产和生活中的应用也已经十分常见。而数字式的温度传感器可
11、以直接将环境温度转化为数字信号，而且并不需要中间的数字模拟转换电路以及信号放大的电路等外围模块。因此大大的简化了系统的组成。1.3本课题的研究内容本设计研究的内容主要通过温度传感器DS18B20实现对外部温度的采集，利用两块无线传输模块NRF24L01分别作为发射和接收芯片，并通过单片机控制，最终把温度以数字形式显示在LCD液晶显示屏上。我们这里将整个系统分为两个模块，由温度传感器和52单片机以及一片NRF24L01组成的采集温度跟发射系统；有另外一片NRF24L01，52单片机以及LCD液晶显示屏组成的接收跟温度显示系统。本设计的主要内容有：（1）作为温度传感器的DS18B20采集外部环境的
12、温度，并且能满足设计要求的测温范围。（2）作为无线收发模块的两片NRF24L01能分别在设计要求的距离内发射跟接收信号。（3）用LCD液晶显示屏显示出数字式温度。（4）温度显示至少能精度到小数点后一位。2 方案的确定与关键器件选择2.1系统方案的初步构想本设计准备采用由温度传感器，无线通信模块以及显示电路构成无线测温系统。系统的结构对系统的功能影响很大，本系统要最终能用温度传感器实现温度数据的采集、并在经过单片机的简单处理之后能通过无线通信模块实现无线数据的收发，并能够数字化的显示出外部环境的温度。因此我将本设计的系统分为几个模块，分别实现以上几个功能。发射模块：本部分的工作原理是由数字温度传
13、感器测温并把数据传输到中央控制单元，有中央控制单元处理再通过无线收发电路向外发送信号。具体结构图如图2.1所示。图2.1 发射模块结构框图接收模块：接收模块在本设计中将运用另一片NRF24L01作为信号的接收芯片，同样以单片机作为主控单元，最后用LCD1602显示出数字化的温度值。本部分的工作原理：NRF24L01接收发射模块中发射的信号然后将接收到的信号传输到单片机中，单片机经过数据的处理，最终在液晶显示屏LCD1602显示出温度值。具体结构图如图2.2所示。图2.2 接收模块结构图2.2关键器件的确定2.2.1 传感器的确定在选择温度传感器上，传统的模拟式传感器具有很多优点，例如测量装换速
14、度快，温度测量的范围较快等1。但是传统的模拟式传感器输出的模拟信号需要先进过取样、放大和模数转换电路的处理，最后才能将转换的数字信号交由处理控制系统处理。这样电路的设计将会极为复杂，元器件数量难以下降，也会随之影响产品的可靠性。另外模拟信号转换为数字信号的过程中精度不能保证。而直接采用数字式的温度计则不需要数模转换电路，直接输出的是数字温度信号，所以数字式的温度传感器的输出信号更加稳定，准确度更高，抗干扰能力更强。考虑到以上的情况，本次设计采用是温度传感器。2.2.2 短距离无线通信模块的确定无线通信模块的的开发，在近年来已经被世界上的各个芯片生产厂家研究和利用起来。无线通信芯片通常都呈现模块
15、化，大部分功能都集中在芯片内部，而且大部分的外部电路及其器件都是自己配置好的，所有的高频元件：电感、电容、晶振振荡器等都集成在芯片内部。然而在与单片机的配合应用上，通过查阅资料，我了解的几种无线芯片中NRF24L01 可以直接接单片机串口使用，数据无需曼彻斯特编码，可直接传输串口数据，效率高发射电流为9mA，接收电流为11mA最大输出功率+10dBm 速率为20Kbps约10个外围元件 数量需要外接天线的数量（分别为收发用）是一个，综合以上的各个条件都极为符合本次的设计需要。因此我在本次设计中用NRF24L01做为系统的无线通信模块。3 各模块电路设计3.1发射模块的电路设计3.1.1 温度数据测量电路设计DS18B20S是一个能直接输出数字信号的温度传感器2。其引脚排列图如图3.1所示。图3.1 DS18B20引脚排列图其引脚定义如下：(1)DQ是单数据总线，是作为芯片的数字信号输入/输出端
