基于单片机的无线温度计设计报告.docx

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基于单片机的无线温度计设计报告

五邑大学信息工程学院

课程设计报告

课程名称：

无线温度检测器

专业：

电子信息工程

班级：

学号：

姓名：

指导教师：

设计时间：

2016年10月

评定成绩：

无线温度监测器

一、设计任务与要求

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。

二、课题分析与方案选择

在日常生活及工业生产过程中，经常要用到温度的检测及控制，温度是生产过程和科学实验中普遍而且重要的物理参数之一。

无线系统具有不借助外部网络、不受布线限制的优点。

本次课程设计把这两部分结合起来，用无线数据传输技术来实现温度传感器的温度数据采集。

方案一：

传统的测温元件有热电偶和热电阻。

而热电偶和热电阻测出的一般都是电压，再转换成对应的温度，这些方法的缺点是硬件电路相对复杂，需要比较多的外部硬件支持。

方案二：

采用DS18B20作为温度监测元件，并且基于STC89C52单片机设计温度测量及报警电路。

本次设计采用方案二，采用无线收发模块NRF24L01来实现无线传输功能，温度测量范围-55℃～+125℃，使用LCD液晶显示，并且能设置温度报警上下限。

三、单元电路分析与设计

1.原理分析

单片机STC89C52具有低电压供电和体积小等特点，晶振采用12MHz。

复位电路采用上电加按钮复位。

晶振电路复位电路

显示电路：

显示电路采用LCD1602，滑动电阻R6用来调节背光亮度。

显示电路

报警电路

当单片机通电后，进入温度报警上下限调节，此时显示软件设置的温度报警上线，按s2对报警温度进行加一，按s3对报警温度进行减一。

当实际温度超过所设温度上下限时，单片机P3.0口会输出高电平，红色led灯会亮起。

温度传感器：

DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9~12位的数字值读数方式。

DS18B20的性能特点如下：

1、独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；

2、多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能

3、无须外部器件；

4、可通过数据线供电，电压范围为3.0~5.5Ｖ；

5、零待机功耗；

6、温度以９或１２位数字；

7、用户可定义报警设置；

8、报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；

9、负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作；

DS18B20采用寄生电源供电方式，此时DS18B20的1脚接地，2脚作为信号线，3脚接电源。

由于单线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。

温度传感器

无线收发模块nrf24l01

输出功率频道选择和协议的设置可以通过SPI接口进行设置,单片机可通过IRQ引脚快判断是否完成数据接收和数据发送。

四、总原理图及元器件清单

发送端：

接收端：

2.元件清单

序号

元器件名称

型号

主要参数

数量

备注

1

无线收发模块

NRF24L01

2

2

智能温度传感器

DS18B20

1

3

单片机

STC89C52

2

4

显示器

LCD1602

1

5

电容

22nf

4

6

排阻

10K

2

7

晶振

12MHZ

2

8

稳压器

az1117t-3.3

2

9

按键开关

3

10

LED

1

11

蜂鸣器

1

12

电阻

10K

2

五、安装与调试

1．调试过程描述

一开始接收端单片机通电后显示屏背光亮，内容无显示，经检测电路后发现信号控制线断裂。

修复后显示屏能显示学号、字母信息，但是无法显示温度数字。

初步判断是程序出问题，导致无线模块没有正确接收信号。

之后更改程序，编程控制端口收发信号，最终调试成功。

2．实物照片

六、性能测试与分析

在本次设计中，利用单片机实现了温度测量，测量精度为0.1℃，在发送端温度传感器的数据能实时发送到接收端，无线传输距离达到10m以上，符合设计要求。

七、结论与心得

从确定题目，研究原理图，制作电路板，到焊接调试，当中出现不少问题，但是我迎难而上，把问题逐个解决，最终完成课程设计，我从中积累了很多解决问题的宝贵经验。

其中最大的问题是无线接收模块在接收温度信息时延迟比较大，后来通过查阅资料修改信道，问题得以解决。

另一个问题是当温度计一通上电后，LED灯就会一直亮。

在确定电路连接和原理图正确后依然不能解决，于是我跟同学讨论，发现是程序出错，使得单片机与LED相连的I/O口一直输出高电平，修改程序后温度计才正常工作！

在排查问题过程中我的耐心得到了锻炼，并且与同学们的讨论更是让我受益匪浅！

通过这次课程设计我进一步熟悉了单片机的内部结构和工作原理，了解到无线收发模块的使用方法，掌握了单片机应用系统设计的基本方法和步骤，让自己的理论水平和实践能力上升到一个新的台阶，同时我也认识到实践的重要性。

程序（程序本身没问题，只是排版乱了，大家下载回来注意修改一下双斜杠，双斜杠后面的内容会变成注释，不需要删减内容，只需要修正好回车键，都是行数的问题）

发送端：

#include

#include

//#include"api.h"

#defineucharunsignedchar

#defineTX_ADR_WIDTH5//发射地址的字节个数

#defineTX_PLOAD_WIDTH2//发射字节

ucharconstTX_ADDRESS[TX_ADR_WIDTH]={0x34,0x55,0x10,0x10,0x01};

ucharrx_buf[TX_PLOAD_WIDTH];

uchartx_buf[TX_PLOAD_WIDTH];

uchardistance_data[2];

ucharflag;//标志

sbitCE=P1^0;//发射高电平大于10MS接收高电平

sbitCSN=P1^1;//低电平ISP使能

sbitSCK=P1^2;//下降沿

sbitMOSI=P1^3;//MCU出

sbitMISO=P1^4;//MCU入

sbitIRQ=P1^5;//中断

ucharbdatasta;

sbitRX_DR=sta^6;//接收数据准备就绪

sbitTX_DS=sta^5;//已发送数据

sbitMAX_RT=sta^4;

sbitDQ=P3^0;

unsignedchartime;//设置全局变量，专门用于严格延时

//*********************************************NRF24L01***********************

//***************************************NRF24L01寄存器指令

#defineREAD_REG0x00//读寄存器指令

#defineWRITE_REG0x20//写寄存器指令

#defineRD_RX_PLOAD0x61//读取接收数据指令

#defineWR_TX_PLOAD0xA0//写待发数据指令

#defineFLUSH_TX0xE1//冲洗发送FIFO指令

#defineFLUSH_RX0xE2//冲洗接收FIFO指令

#defineREUSE_TX_PL0xE3//定义重复装载数据指令

#defineNOP0xFF//保留

//*************************************SPI（nRF24L01）寄存器地址

#defineCONFIG0x00//配置收发状态，CRC校验模式以及收发状态响应方式

#defineEN_AA0x01//自动应答功能设置

#defineEN_RXADDR0x02//可用信道设置

#defineSETUP_AW0x03//收发地址宽度设置

#defineSETUP_RETR0x04//自动重发功能设置

#defineRF_CH0x05//工作频率设置

#defineRF_SETUP0x06//发射速率、功耗功能设置

#defineSTATUS0x07//状态寄存器

#defineOBSERVE_TX0x08//发送监测功能

#defineCD0x09//地址检测

#defineRX_ADDR_P00x0A//频道0接收数据地址

#defineRX_ADDR_P10x0B//频道1接收数据地址

#defineRX_ADDR_P20x0C//频道2接收数据地址

#defineRX_ADDR_P30x0D//频道3接收数据地址

#defineRX_ADDR_P40x0E//频道4接收数据地址

#defineRX_ADDR_P50x0F//频道5接收数据地址

#defineTX_ADDR0x10//发送地址寄存器

#defineRX_PW_P00x11//接收频道0接收数据长度

#defineRX_PW_P10x12//接收频道0接收数据长度

#defineRX_PW_P20x13//接收频道0接收数据长度

#defineRX_PW_P30x14//接收频道0接收数据长度

#defineRX_PW_P40x15//接收频道0接收数据长度

#defineRX_PW_P50x16//接收频道0接收数据长度

#defineFIFO_STATUS0x17//FIFO栈入栈出状态寄存器设置

//*****************************************************************************

voidinit_io（void）

{

CE=0;

CSN=1;

SCK=0;

}

voiddelay_ms（unsignedintx）

{

unsignedinti,j;

for（i=0;i

{j=108;

while（j--）;

}

}

ucharSPI_RW（ucharbyte）//发送指令，接受状态，返回值为状态值

{

ucharbit_ctr;

for（bit_ctr=0;bit_ctr<8;bit_ctr++）

{

MOSI=（byte&0x80）;

byte=（byte<<1）;

SCK=1;

byte|=MISO;

SCK=0;

}

return（byte）;

}

ucharSPI_RW_Reg（ucharreg,ucharvalue）

{

ucharstatus;

CSN=0;

status=SPI_RW（reg）;

SPI_RW（value）;

CSN=1;

return（status）;

}

ucharSPI_Read（ucharreg）

{

ucharreg_val;

CSN=0;

SPI_RW（reg）;//写指令

reg_val=SPI_RW（0）;//读reg的内容

CSN=1;

return（reg_val）;

}

ucharSPI_Read_Buf（ucharreg,uchar*pBuf,ucharbytes）

{

ucharstatus,byte_ctr;

CSN=0;

status=SPI_RW（reg）;

for（byte_ctr=0;byte_ctr

pBuf[byte_ctr]=SPI_RW（0）;

CSN=1;

return（status）;}

ucharSPI_Write_Buf（ucharreg,uchar*pBuf,ucharbytes）

{

ucharstatus,byte_ctr;

CSN=0;

status=SPI_RW（reg）;

for（byte_ctr=0;byte_ctr

SPI_RW（*pBuf++）;

CSN=1;

return（status）;

}

voidTX_Mode（void）

{

CE=0;

SPI_Write_Buf（WRITE_REG+TX_ADDR,TX_ADDRESS/*接收模块的地址*/,

TX_ADR_WIDTH/*地址宽度5*/）;

SPI_Write_Buf（WRITE_REG+RX_ADDR_P0/*通道0接收数据地址*/,TX_ADDRESS,

TX_ADR_WIDTH）;

SPI_Write_Buf（WR_TX_PLOAD,/*写待发数据指令a0*/tx_buf,

TX_PLOAD_WIDTH/*20*/）;

SPI_RW_Reg（WRITE_REG+EN_AA,0x01）;//数据通道0应答允许

SPI_RW_Reg（WRITE_REG+EN_RXADDR,0x01）;//接收数据通道0允许

SPI_RW_Reg（WRITE_REG+SETUP_RETR,0x1a）;//等待500+86us自动重发10次

SPI_RW_Reg（WRITE_REG+RF_CH,40）;

SPI_RW_Reg（WRITE_REG+RF_SETUP,0x07）;//数据传输率1Mbps,发射功率0dBm

SPI_RW_Reg（WRITE_REG+CONFIG,0x0e）;//配置寄存器

CE=1;

}

voidcheckflag（）

{sta=SPI_Read（STATUS）;//读状态寄存器

//if（RX_DR）

//{

//SPI_Read_Buf（RD_RX_PLOAD/*读取接收数据指令*/,rx_buf/*数组[20]*/,TX_PLOAD_WIDTH/*20*/）;

//flag=1;

//}

if（MAX_RT）

{

SPI_RW_Reg（FLUSH_TX/*冲洗发送FIFO指令*/,0）;

}

SPI_RW_Reg（WRITE_REG+STATUS,sta）;//清除中断

}

//以下是DS18B20的操作程序//************************************************************************/

voiddelay1ms（）

{

unsignedchari,j;

for（i=0;i<4;i++）

for（j=0;j<33;j++）

;

}

/*****************************************************

函数功能：

延时若干毫秒

入口参数：

n

***************************************************/

voiddelaynms（unsignedcharn）

{

unsignedchari;

for（i=0;i

delay1ms（）;

}

/*****************************************************

函数功能：

将DS18B20传感器初始化，读取应答信号

出口参数：

flag

***************************************************/

bitInit_DS18B20（void）

{

bitflag;//储存DS18B20是否存在的标志，flag=0，表示存在；flag=1，表示不存在

DQ=1;//先将数据线拉高

for（time=0;time<2;time++）//略微延时约6微秒

;

DQ=0;//再将数据线从高拉低，要求保持480~960us

for（time=0;time<200;time++）//略微延时约600微秒

;//以向DS18B20发出一持续480~960us的低电平复位脉冲

DQ=1;//释放数据线（将数据线拉高）

for（time=0;time<10;time++）

;//延时约30us（释放总线后需等待15~60us让DS18B20输出存在脉冲）

flag=DQ;//让单片机检测是否输出了存在脉冲（DQ=0表示存在）

for（time=0;time<200;time++）//延时足够长时间，等待存在脉冲输出完毕

;

return（flag）;//返回检测成功标志

}

/*****************************************************

函数功能：

从DS18B20读取一个字节数据

出口参数：

dat***************************************************/

unsignedcharReadOneChar（void）

{

unsignedchari=0;

unsignedchardat;//储存读出的一个字节数据

for（i=0;i<8;i++）

{

DQ=1;//先将数据线拉高

_nop_（）;//等待一个机器周期

DQ=0;//单片机从DS18B20读书据时,将数据线从高拉低即启动读时序

_nop_（）;//等待一个机器周期

DQ=1;//将数据线"人为"拉高,为单片机检测DS18B20的输出电平作准备

for（time=0;time<2;time++）

;//延时约6us，使主机在15us内采样

dat>>=1;

if（DQ==1）

dat|=0x80;//如果读到的数据是1，则将1存入dat

else

dat|=0x00;//如果读到的数据是0，则将0存入dat

//将单片机检测到的电平信号DQ存入r[i]

for（time=0;time<8;time++）

;//延时3us,两个读时序之间必须有大于1us的恢复期

}

return（dat）;//返回读出的十六进制数据

}

/*****************************************************

函数功能：

向DS18B20写入一个字节数据

入口参数：

dat

***************************************************/

WriteOneChar（unsignedchardat）

{

unsignedchari=0;

for（i=0;i<8;i++）

{

DQ=1;//先将数据线拉高

_nop_（）;//等待一个机器周期

DQ=0;//将数据线从高拉低时即启动写时序

DQ=dat&0x01;//利用与运算取出要写的某位二进制数据,

//并将其送到数据线上等待DS18B20采样

for（time=0;time<10;time++）

;//延时约30us，DS18B20在拉低后的约15~60us期间从数据线上采样

DQ=1;//释放数据线

for（time=0;time<1;time++）;//延时3us,两个写时序间至少需要1us的恢复期

dat>>=1;//将dat中的各二进制位数据右移1位

}

for（time=0;time<4;time++）

;//稍作延时,给硬件一点反应时间

}

/*****************************************************

函数功能：

做好读温度的准备

***************************************************/

voidReadyReadTemp（void）

{

Init_DS18B20（）;//将DS18B20初始化

WriteOneChar（0xCC）;//跳过读序号列号的操作

WriteOneChar（0x44）;//启动温度转换

delaynms（150）;//转换一次需要延时一段时间

Init_DS18B20（）;//将DS18B20初始化

WriteOneChar（0xCC）;//跳过读序号列号的操作

WriteOneChar（0xBE）;//读取温度寄存器,前两个分别是温度的低位和高位

}

voiddwend（void）

{ucharTL;//储存暂存器的温度低位

ucharTH;//储存暂存器的温度高位

TL=ReadOneChar（）;//先读的是温度值低位

TH=ReadOneChar（）;//接着读的是温度值高位

distance_data[0]=TH;//测量结果的高8位

distance_data[1]=TL;//放入16位的高8位

}

voidmain（void）

{

ucharxx;

init_io（）;

while

（1）

{

ReadyReadTemp（）;dwend（）;

checkflag（）;

for（xx=0;xx<2;xx++）

{

tx_buf[xx]=distance_data[xx];//发数据之前必须把要发送的数据装入它

}

TX_Mode（）;//必须启动发送模块

delay_ms（5）;

}

}

接收端：

#include

#include

#defineucharunsignedchar

ucharcodedigit[11]={"0123456789-"};//定义字符数组显示数字

ucharcodeStr[]={"3113001731"};//说明显示的是温度

//unsignedcharcodeError[]={"DS18B20ERROR"};//说明没有检测到DS18B20

//unsignedcharcodeError1[]={"PLEASECHECK"};//说明没有检测到DS18B20

ucharcodeTemp[]={"wendu:

"};