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1、摘要：通过使用DS18B20温度模块采集数据，将数据通过51单片机控制模块使用NRF24L01无线模块进行传输，在接收端通过液晶显示模块LCD1602显示温度模块传输的温度数据，本设计具有发射距离远，精度高的优点，能满足我们课程设计的要求。关键词：温度模块DS18B20 无线模块NRF24L01 LCD16021、设计目的、要求及方案1.1设计目的在工业生产中,温度是一个非常重要的指标。为了保证安全生产,需要对温度进行采集与测量,并根据采集到的数据控制输出。传统的数据传输方式是通过敷设有线的通信线路来传递数据信息(常见的有RS485总线结构等),这种方式不仅施工麻烦、费用高,而且出现故障时不易
2、排查,越来越不能满足现代工业快速发展的需求。而无线数据传输方式具有不用布线、实时性高、容易重新部署等优点,非常适用于现代工业监控系统1。在本系统中把温度传感器DS18B20所采集到的温度值送给单片机进行处理,通过NRF2401无线模块实现远程无线传输，使用数码管或液晶屏显示所采集的温度。故设计本系统，既能准确的测量温度,又能解决测量距离上的问题。12设计要求（1）实时获取被测对象温度，温度测量范围：10 +45；测量精度：0.1。（2）无线传输实时获取的温度值，传输距离10m。（3）实时显示接收到的温度值。（4）基于单片机实现。（5）电路制作时，必须有学号或姓名。（6）能够切换信道，用数码管显
3、示信道（05）。13设计方案1.3.1控制模块采用宏晶科技有限公司的STC89C52作为主控芯片。此芯片内置ADC和SPI总线接口，且内部时钟不分频，达到1MPS。而且价格适中，方便制作电路板及焊接工作，能达到设计要求的性能1。1.3.2无线通信模块方案由于NRF24L01是一款高速低功耗的无线通信模块，能传输上百米的距离，而且价格较便宜，采用SPI总线通信模式电路简单，操作方便。符合设计要求，故采用NRF24L01无线射频模块进行通信1.3.3温度传感方案采用美国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
4、数字测温和控制领域。经济，方便。线路简单，编程容易，考虑到电路的设计，成本，还有多点通信，采用DS18B20作为本系统的温度传感器2。1.3.4显示模块方案由于只需要显示温度，还有学号，故选择采用字符液晶LCD1602当作显示器较为合适，LCD1602是一款比较通用的字符液晶模块，能显示字符、数字等信息，且价格便宜，容易控制2。1.3.5信道选择方案直接使用按键接单片机的I/O口，进行信道的选择，通过数码管模块显示信道的序号。1.3.6设计方案框图综合以上几点设计方案，设计出方案框图如图1发送模块方案框图，图2接收模块方案框图图1发送模块方案框图图2接收模块方案框图2.基本原理无线温度监控系统
5、由发送模块和接收两大模块组成，其原理如下：发送模块：温度传感器DS18B20将采集到的信号送到单片机控制模块存储，通过按键使控制模块将信号处理然后送到无线模块NRF24L01经行数据传输，数码管显示出所选择的通信信道。接收模块：通过按键使无线模块NRF24L01接收到发送模块的数据，把数据送到51控制模块，控制模块将数据处理后通过LCD1602把温度显示出来，数码管显示出所选择的通信信道。系统组成方框图如图3无线温度监测器系统组成方框图所示：图3无线温度监测器系统组成方框图3.硬件电路设计3.1 温度模块温度模块设计分析：根据DS18B20的设计原理，第1个引脚接GND；第2个引脚接单片机的P
6、2.2口；第2个引脚再串联一个4.7k到VCC；第3个引脚直接接VCC。3电路连接原理图如图4温度模块原理图所示图4温度模块原理图3.2 无线收发模块无线收发模块NRF24L01的各引脚与单片机的P1口相连，电路连接原理图如图5无线模块收发原理图所示图5无线模块收发原理图无线收发模块NRF24L01引脚功能：CSN(P1.0)：芯片的片选线，CSN 为低电平芯片工作。SCK(P1.4)：芯片控制的时钟线（SPI 时钟）。MISO(P1.3)：芯片控制数据线（Master input slave output）。MOSI(P1.1)：芯片控制数据线（Master output slave inp
7、ut）。IRQ(P1.2)：中断信号。无线通信过程中MCU主要是通过IRQ与NRF24L01进行通信。CE(P1.5)：芯片的模式控制线。在CSN为低的情况下，CE协同NRF24L01的CONFIG寄存器共同决定NRF24L01的状态。3.3 液晶显示模块液晶显示模块设计，数据口DB0-DB7连接单片机的P0口；RS、R/W、E这3条控制线分别接单片机的P2.3、P2.4和P2.5口。电阻R3用来调节背光的亮度。电路连接原理图如图6显示模块原理图所示图6显示模块原理图3.4系统原理图及PCB图发送端原理图如图7无线发送系统原理图所示：图7无线发送系统原理图接收端原理图如图8线接收系统原理图所示
8、：图8无线接收系统原理图4、软件程序设计4.1无线收发模块NRF24L01的编程4.1.1NRF24L01编程的基本思路（1） 置CSN为低，使能芯片，配置芯片各个参数。配置参数在Power Down状态中完成。（2）如果是Tx模式，填充Tx FIFO。（3）配置完成以后，通过CE与CONFIG中的PWR_UP与PRIM_RX参数确定NRF24L01要切换到的状态。Tx Mode：PWR_UP=1；PRIM_RX=0； CE=1(保持超过10us就可以)；Rx Mode：PWR_UP=1；PRIM_RX=1； CE=1；（4) IRQ引脚会在以下三种情况变低： Tx FIFO 发完并且收到AC
9、K（使能ACK情况下） Rx FIFO收到数据 达到最大重发次数4.1.2 Tx与Rx的配置过程Tx模式初始化过程(1)写Tx节点的地址 TX_ADDR(2)写Rx节点的地址（主要是为了使能Auto Ack） RX_ADDR_P0(3)使能AUTO ACK EN_AA(4)使能PIPE 0 EN_RXADDR(5)配置自动重发次数 SETUP_RETR(6)选择通信频率 RF_CH(7)配置发射参数（低噪放大器增益、发射功率、无线速率） RF_SETUP(8)选择通道0有效数据宽度 Rx_Pw_P0(9)配置24L01的基本参数以及切换工作模式 CONFIG。4.1.3NRF24L01数据信道
10、的切换NRF24L01配置为接收模式时，可以接收6路不同地址相同频率的数据，每个数据通道拥有自己的地址，并且可以通过寄存器来进行分别配置。数据通道是通过寄存器EN_RXADDR来设置的默认状态下只有数据通道0和数据通道1是开启状态的每一个数据通道的地址是通过寄存RX_ADDR_Px来配置的，通常情况下不允许不同的数据通道设置完全相同的地址。数据通道0有40位可配置地址，数据通道1-5的地址：为32位共用地址+各自的地址（最低字节），1-5数据通道的最低位必须不同。发送端通过按键把数据通道从0-5经行切换，选择不同的地址经行通信，接收端同样经行对应的处理以便通信。发送端切换通道的程序：接收端的选
11、择程序uchar code dizhi=0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20; /接收通道和使能通道的切换通过按键的选择，通道能从0到5进行切换，然后只有通道相同才可以传输数据，显示屏上才有数据更新。4.2 DS18B20温度模块温度模块读取温度程序流程图如图9读取温度程序流程图所示图9读取温度程序流程图程序见附录A5、PCB 板的设计与制作： 5.1 PCB图设计PCB图如图10所示：PCB图的设计如图10 PCB图所示图10 PCB图所示6、电路的调试及调试结果把PCB板制作完毕之后，拿到元器件之后，开始进行焊接，对安装焊接工艺要求是：电阻，电容尽可能卧式安装，减少虚
12、焊，脱焊现象，贴片元器件等需要快速焊接，避免元器件由于温度过高而损坏。进行测试的时候发现LCD没有显示数据，然后对LCD1602进行测试，没有问题；对照资料才发现数据口反过来接了，然后用杜邦线进行重新连接，测试通过了3。接着排查无线模块，温度模块，进行资料的查询，发现DS18B20引脚接反了，然后把DS18B20调转插在底座上面3。无线模块也没有正常工作，是因为没有正常的供电，缺少AMS1117降压模块，然后手工焊接了一个降压模块，无线模块也正常工作了，然后进行整体测试，硬件测试通过。接着就是程序测试，一开始是数据不能正确显示，有一些字符乱码，通过调试程序，优化LCD显示，完成测试。3由于设计
13、要求需要进行信道的切换，一开始写了数组进行信道的选择，但是达不到所需要的效果，只能有通道0和1可以单独通信，其他通道无法进行通信。后来才知道信道的使能端也需要进行选择处理，才可以对数据进行单独处理。因为一开始对无线模块的使能通道处理不妥当，发送端和接收端全打开（0x3f）处理,所以进行通信的时候，只有0和1可以切换，其他通道时会出现错误，当接收端为0时，发送端每一个通道都可以传输数据，所以一直在找原因。最后才知道要在接收端进行使能端的选择，才能使通道单独选择，而不收其他通道的影响。发送端原处理程序如下：SPI_W_Reg(W_REGISTER+EN_AA,0x30);/*接收通道自动应答*/S
14、PI_W_Reg(W_REGISTER+EN_RX_ADDR,0x30);/*使能接收通道*/修改后把0x30改为0x3f,把通道使能全打开，程序如下：SPI_W_Reg(W_REGISTER+EN_AA,0x3f);/*接收全通道自动应答*/SPI_W_Reg(W_REGISTER+EN_RX_ADDR,0x3f);/*使能接收权通道*/接收端的使能端进行按键选择，原程序如下：SPI_W_Reg(W_REGISTER+EN_AA,0x3f);SPI_W_Reg(W_REGISTER+EN_RX_ADDR,0x3f);调试之后程序为：uchar code dizhi=0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20; SPI_W_Reg(W_REGISTER+EN_AA,dizhixuan);SPI_W_Reg(W_REGISTER+EN_RX_ADDR,dizhixuan);7、实验总结及心得体会这次课程设计一共做了几个PCB才成功，由于第一个缺陷太多，所以重新修改原理图及PCB，制作
