无线温度遥测系统沈烨张小波庞俊涛.docx

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无线温度遥测系统沈烨张小波庞俊涛

合肥学院第七届电子设计竞赛报告

作品名称：

无线温度遥测系统

学校全称：

合肥学院

系别班级：

电子系08级

队员姓名：

08电子<3>班张小波0805070156

08电子<3>班庞俊涛0805070227

08自动化<2>班沈烨0805070166

目录

无线温度遥测系统（c题）3

1引言4

2系统设计方案4

2.1设计思路4

2.2模块方案的论证与比较5

2.2.1传感器模块5

2.2.2控制模块5

2.2.3显示模块6

2.2.4无线收发器模块6

2.2.5电源模块6

2.2.6操作模块7

3硬件设计7

3.1总体设计7

3.2电路设计8

4软件设计8

4.1初始化配置8

4.2发送程序设计8

4.3接收程序设计9

4.4软件系统流程图10

总结11

无线温度遥测系统（c题）

摘要：

针对目前温度采集系统对数据无线传输、多点采集的需求，提出了运用无线通信技术，基于无线收发芯片nRF24L01的短距离无线多点温度测量系统。

设计了以nRF24L01无线收发模块和AT89S52单片机为核心，采用数字式温度传感器DS18B20精确测温，实现了短距离无线传输和多点温度数据的采集，并将数据发送到上位机，实现了温度数据的存储、显示等功能。

关键字：

无线通信DS18B20nRF24L01AT89S52

1引言

在智能化建筑控制系统、粮库测温系统、冷库测温系统等多种系统中都需要测量多点温度，因此多点温度测量技术的实现尤为重要。

传统的测温系统通信方式主要是采用固定的点对点之间的有线通信，施工麻烦且费用较高。

如果能在每个采集数据的终端使用无线通信的方式进行数据传送，则可以省去通信设备之间的物理线路连接，不仅简化了制作难度和系统复杂度，还可以系操作统的成本。

设计了一个基于nRF24L01无线通信芯片和DS18B20数字温度传感器的通用无线测温系统，满足了多点测温场合短距离无线通信的需要，且性能可靠成本低廉，具有广阔的应用前景。

本题设计并制作无线数据发送和接收电路，任务要求如下：

1.基本要求：

1.1测温范围10℃～65℃，误差<0.5℃；

1.2显示位数3位，分辨率0.1℃；

1.3测温点到接收点距离>2米；

1.4可设置温度上限报警；

1.5接收点显示测温点数据及声光上限报警信号；

2.发挥部分

2.1遥测距离>5米；

2.2误差<0.2℃；具有温度补偿功能；

2.3具有特色与创新；

2.4测量温度速率小于1秒；

2.5多路测量；

系统总体框图如图1：

图1系统框图

2系统设计方案

2.1设计思路

系统包括发射器和接收器两个部分，温度传感器、显示电路、单片机、无线发送电路、无线接收电路和天线。

另外安装扬声器和LED灯闪烁报警装置，设置报警器的上线温度、报警时间存储。

2.2模块方案的论证与比较

2.2.1传感器模块

方案一：

DS18B20

方案二：

AD590

AD590需要模拟转数字电路，成本高，精确度低，测温点数量少，电路繁多。

而DS18B20只需要一个原件，成本较低，精确度高，单总线可同时连接很多温点，电路简单，信号线距离短。

鉴于DS18B20的种种优点以及我们的经济条件，它更符合我们的要求。

2.2.2控制模块

方案一：

AT89s52为主控制器

方案二：

凌阳单片机为主控制器

凌阳单片机本身具备语音识别功能的十六位单片机，具有一点点DSP功能，能做到语音识别功能。

如常见的语音控制机器人，语音控制小车等。

AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，应用范围广。

凌阳单片机在语音处理功能方面较为出众，但是我们采用AT89S52作为控制中枢，因为它能够满足我们的作品需求，简单、方便。

我们采用的是AT89S52芯片。

单片机最小系统见附录1

2.2.3显示模块

方案一：

数码管显示

方案二：

1602显示

方案三：

12864液晶显示屏

LED=LightEmittingDiode，发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。

LED背光源以高效侧发光的背光源最为引人注目，LED作为LCD背光源应用，具有寿命长、发光效率高、无干扰和性价比高等特点

发送模块只需简单的显示，对分辨率没有过高的要求，出于性价比考虑，选择数码管来显示发送模块通过DS18B20温度传感器采集的温度。

②接收模块需要显示的是通过无线接收的数据，以及使用4x4矩阵键盘设置上限报警温度，所以选择12864液晶显示接收模块报警状态时的温度，12864为高亮显示屏，控制模块需要显示更多的信息，比数码管耗电量，而且低使用寿命长。

另外也用一个红色LED发光二极管作为控制端报警时候的闪烁指示灯，安装扬声器作为报警响铃装置。

2.2.4无线收发器模块

方案一：

nRF24L01

方案二：

红外发射接收管

nRF24L01有两种工作模式，工作模式。

工作模式分别为ShockBurstTM发送模式和ShockBurstRM接收模式。

传输距离较远，成本低，在无线遥控器的控制下，可以通过编程使信号传输实现前置电路的报警。

红外发射接收管性能稳定、灵敏度高，但传输距离比较短，不满足我们的要求。

2.2.5电源模块

方案一：

购买电源

方案二：

自制电源

虽然购买的开关电源带负载的能力比较好，比较稳定，省时间；但是为了提升我们的实际动手操作能力，以及设计电路的经验，我们选择自己亲手焊接所需的电源即自制电源。

电源电路图，见附录1；

2.2.6操作模块

方案一：

4x4矩阵键盘

方案二：

遥控器

遥控装置软件部分的成分较多，虽然节省很多时间，但软件测试麻烦，比起矩阵键盘费用贵。

矩阵键盘在我们的硬件电路焊接中是个很关键的部分，自制键盘焊接的过程可以锻炼我们的焊接技术，以及设计制作电路的经验，从而大大提高我们的实战能力；所以我们选择自制矩阵键盘通过编程实现手动设置上限报警温度以及其他功能操作。

矩阵键盘电路图见附录2；

3硬件设计

3.1总体设计

经过分析论证，我们决定了系统各模块的最终方案，选用DS18B20传感器进行温度采集，单片机采用AT89S52作为主控制器，使用自制电源通过变压器调节供电分别来满足nRF24L01（工作电压为3.3V）模块和AT89S52单片机（工作电压为5.0V）的电源要求，除了电源和接地端，其余管脚都可以直接和AT89S52的I/O口直接相连，用普通单片机I/O模拟SPI接口，只需要添加代码模拟SPI时序即可。

使用LED数码管显示温度数据，以及利用LED灯和蜂鸣报警器构成测温系统温度采集发送模块；接收模块由AT89S52单片机、nRF24L01芯片和天线构成，存储芯片选择24C02，同时设置一个蜂鸣报警器，使用LED12864作为控制模块的显示屏，利用遥控器进行设置。

方框图如下所示：

（1）无线测温系统发送模块框图，如下图：

图2发送模块框图

（2）无线测温系统接收模块框图，如下图：

图3接收模块框图

3.2电路设计

电路原理图:

（1）发送模块电路原理图,见附录1

（2）接收模块电路原理图，见附录2

4软件设计

4.1初始化配置

初始化nRF24L01的射频配置寄存器.CH_NO配置频段在433MHz,输出功率为10db,不重发,节电为正常模式,地址设为4字节,接收发送有效数据长度为32字节。

4.2发送程序设计

nRF24L01发送流程分以下几步：

A：

当单片机有数据要发送时候，通过SPI接口，按时序把从机地址和数据

传给nRF24L01，SPI接口的速率在协议和配置中确定。

B：

TRX_CE和TX_EN置高，激发SHOCKBURSTTM发送模式。

C：

SHOCKBURSTTM发送：

（1）射频寄存器自动开启；

（2）数据打包；

（3）发送数据包；

（4）当数据传完后，数据准备好引脚被置高；

D：

AUTO_RETRAN被置高，nRF24L01不断重发，直到TRX_CE被置低；

E：

当TRX_CE被置低时，nRF24L01发送过程完成，自动进入空闲模式。

4.3接收程序设计

nRF24L01接收流程分以下几步：

A：

当TRX_CE为高、TX_EN为低时，nRF24L01进入SHOCKBURSTTM接收模式；

B：

650us后，nRF24L01不断检测，等待接收数据；

C：

当nRF24L01检测到同一频段的载波时，载波检测引脚被置高；

D：

当接收到一个相匹配的地址，AM引脚被置高；

E：

当一个正确的数据包接收完毕，nRF24L01自动移去字头、地址和CRC校验

位，然后把DR引脚置高；

F：

微控制器把TRX_CE置低,nRF24L01进入空闲模式；

G：

位控制器通过SPI口，以一定的速率把数据移到微控制器内；

H：

当所有数据接收完毕，nRF24L01把DR引脚和AM引脚置低；

4.4软件系统流程图

图4系统软件流程图

总结

刚开始拿到这道题目我们三个还是很茫然的，因为是第一次参加电子设计大赛，但经过这几天对题目设计要求反复推究以及通过查询资料，我们渐渐地有了自己的设计思路：

我们在传感器模块采用单总线数字式温度传感器DS18B20，并将易于维护、传输数据灵活的nRF24L01无线数据收发模块与AT89S52单片机相结合，克服了设计电路复杂、稳定性和可靠性差的缺点，提高了系统抗干扰能力，适合于恶劣环境下的温度测量，实现了短距离无线传输。

系统能够实现温度信息的采集、传送和LED显示，并且在温度超过最大值时，驱动蜂鸣器产生报警信号。

通过这几天的学习和相互间的讨论、分析，我们基本上理清了整个系统的设计思路，但是由于时间紧迫加之题目有些深度，所以该系统还有些许需要改进的地方。

希望可以有机会继续进行比赛，亲自动手制作顺利完成作品，增加我们的知识面，提高我们的动手能力。

参考文献：

[1]潘勇，孟庆斌.基于DS18B20的多点温度测量系统设计.传感器技术，2008（9）.

[2]郭天祥，51单片机C语言教程.电子工业出版社，2009.

（1）.

[3]张维君，王珠忠，索世文.基于PC机串口与DS18B20的单线多点温度测量.仪表技术与传感器，2009（4）.

[4]胡汉才.单片机原理及其接口技术.北京：

清华大学出版社,2004.

[5]吕跃刚,高晟辅,范俊峰,王晏晏.基于nRF24L01无线数传模块的设计及其实现,微计算机信息,2006,（3）

附录1：

单片机最小系统原理图，如图1；

图1单片机最小系统原理图

附录2：

电源电路原理图，如图2；

图2电源电路原理图

附录3：

矩阵键盘电路原理图，如图3：

图3矩阵键盘原理图

附录4：

发送模块电路原理图，如图4；

图4发送模块电路原理图

附录5：

接收模块电路原理图，如图5；

图5接收模块电路原理图