基于51单片机的无线测温系统的设计Word文档下载推荐.doc

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指导教师：

李作洲

信息科学技术学院

摘要

温度是日常生活中必不可少的重要参数。

在日常生活中有许多时候我们都离不开温度的测量。

简单的温度计已经不能满足一些特定情况下的温度测量，尤其在某一些环境恶劣的工业场所和户外场所，在这种情况下再使用传统温度计测量温度是不切实际的。

所以无线测温系统的开发与设计便显得异常重要。

当下一些无线温度测量系统已得到开发和设计，但因其高昂的成本导致其还没有普及到日常生活当中。

在实际测温过程中既要保证系统的准确性、稳定性、实时性又需要保证产品的低功耗，操作简单。

因此设计一种低功耗，小成本，易使用的无线测温系统就显得很有意义。

本次设计利用STC89C52型号的单片机控制DS18B20型号的温度传感器来实现无线测温系统的设计。

通过简单的无线通信协议，实现高可靠性与低功耗，小成本的无线测温系统的设计。

本次设计能实现对温度的远程检测。

小成本、低功耗、即时性的无线测温系统是本次设计的最大特点。

本次设计的无线传输模块采用的型号是NRF24L01。

该系统结构简单，性能可靠，功耗较低，成本低廉，提供了一种新型的无线传感器的解决方案。

关键词：

51单片机；

无线测温；

无线传输模块

基于51单片机的无线测温系统的设计

Abstract

Temperatureistheessentialparameterindailylife,whichisoftentoneedmeasure.Thetraditionalthermometercannotmeetthetemperaturemeasurementofthespecificcircumstances,especiallyinsomeoftheharshindustrialspaceandoutdoorspace,wherethemeasurementisunrealistic.Sothedevelopmentanddesignofwirelesstemperaturemeasuringsystemisveryimportant.

Manywirelesstemperaturemeasurementsystemshavebeendevelopedsofar,however,highcoststopsthesystemswildlyappliedinourdailylife.Intheactualmeasurementprocessitisnecessarytoensurethestabilityofthesystem,thereal-timeandthelowpowerconsumption.Sothedesignofalowpowerandlowcostwirelesstemperaturemeasuringsystemisofgreatsignificance.Sometemperaturesensors,modelDS18B20,arecontrolledbySCM,typeSTC89C52.Thesedevicesconstitutethemeasurementandcontrolsystem.Usingsimplewirelesscommunicationprotocol,ahighreliability,lowpowerconsumptionandlowcostsystemisdesigned,whichcanrealizeremotedetectionoftemperature.Lowcost,lowpowerconsumption,real-timeandremotecontrolarefocusesofthisdesign.ThewirelesstransmissionmoduleusedinthissystemisNRF24L01.

Thissystemhasadvantagesofsimplestructure,reliableperformance,lowpowerconsumptionandlowcost,providinganovelscheme,namelyusingwirelesssensors.

Keywords:

MCS-51r,wirelesstemperaturemeasurement,Wirelesstransmissionmodule

I

目录

第1章　绪论 1

1.1论文研究主要内容 1

1.2国内外现状 3

第2章　关键技术介绍 5

2.1单片机最小系统介绍 5

2.2无线收发模块 5

2.3数码管显示电路 5

2.4电源模块电路 6

第3章　系统分析 7

3.1构架概述 7

3.1.1功能构架 7

3.1.2模块需求描述 7

3.2系统开发环境 8

3.3系统任务的可行性分析 8

3.3.1技术可行性 8

3.3.2系统安全性分析 9

第4章　系统设计 10

4.1构架概述 10

4.2系统的功能结构设计 10

第5章　系统实现 12

5.1软件实现 12

5.1.1主函数模块功能介绍 12

5.1.2发送程序功能介绍 12

5.1.3接收程序功能介绍 12

5.1.4函数实现 13

5.2硬件实现 16

5.2.1单片机接口及功能介绍 16

5.2.2晶振电路设计 16

5.2.4报警电路设计 17

5.2.5温度检测电路设计 18

5.2.6数码管驱动电路设计 18

5.2.7NRF24L01 21

第6章　系统测试 24

6.1测试方案 24

6.2读取数据并对比 24

6.3系统运行结果 24

结　论 26

参考文献 27

致谢 28

附录1 29

III

基于51单片机的无线测温系统的设计

第1章　绪论

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，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时，数据甚至无法传输，此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，不论是温室大棚的温度监测，还是粮仓的管理，传统上都是采取分区取样的人工方法，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精确，简便易行。

在日常生活中，随着人们生活水平的提高，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。

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。

1.1论文研究主要内容

本次设计主要采用STC89C52单片机，之所以采用单片机系统，主要是由于单片系统具备如下特点

（1）高集成度，体积小，高可靠性 

单片机将各功能部件集成在一块晶体芯片上，集成度很高，体积自然也是最小的。

芯片本身是按工业测控环境要求设计的，内部布线很短，其抗 

工业噪音性能优于一般通用的CPU。

单片机程序指令，常数及表格等固化在ROM中不易破坏，许多信号通道均在一个芯片内，故可靠性高。

（2）控制功能强 

为了满足对对象的控制要求，单片机的指令系统均有极丰富的条件:

分支转移能力，I/O口的逻辑操作及位处理能力，非常适用于专门的控制功能。

（3）低电压，低功耗，便于生产便携式产品 

为了满足广泛使用于便携式系统，许多单片机内的工作电压仅为1.8V～3.6V，而工作电流仅为数百微安。

（4）易扩展 

片内具有计算机正常运行所必需的部件。

芯片外部有许多供扩展用的三总线及并行、串行输入/输出管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。

（5）优异的性能价格比 

单片机的性能极高。

为了提高速度和运行效率，单片机已开始使用RISC流水线和DSP等技术。

单片机的寻址能力也已突破64KB的限制，有的已可达到1MB和16MB，片内的ROM容量可达62MB，RAM容量则可达2MB。

由于单片机的广泛使用，因而销量极大，各大公司的商业竞争更使其价格十分低廉，其性能价格比极高。

本系统的无线部分设计采用了Nordic公司新推出的工作于2.4GHz频段NRF24L01射频芯片，由STC89C52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。

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NRF24N01将采集的温度无线传送给接收部分，然后在数码管上显示，通过蜂鸣器实现对温度过高或过低进行报警。

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。

该器件工作于2.4GHz全球开放ISM频段，内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块，并融合增强型ShockBurst技术，其输出功率和通信频道可通过程序配置。

拥有ShockBurst和EnhancedShockBurst两种数据传输模式。

可直接与单片机I／O连接，外接元件数目少。

NRF24L01功耗低，以-6dBm的功率发射时，工作电流仅9mA；

接收时，工作电流仅123mA，多种低功率工作模式（掉电和空闲模式）更利于节能设计。

本系统测温模块采用的是DS18B20温度传感器，DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多样，有LTM8877，LTM8874等等。

主要根据应用场合的不同而改变其外观。

封装后的DS18B20可用于电缆沟测温，高炉