基于nRF2401模块的无线温度监测系统设计_毕业论文

1、毕业论文毕业论文基于 nRF24L01 模块的无线通信系统设计基于 nRF24L01 模块的无线通信系统设计摘要温度是一个非常重要的参数。在工业、医疗、军事和生活等许多地方，都需要用到测温装置来检测温度。传统直接布线测量不满足要求， 特别是在某些环境恶劣的工业环境和户外环境，通过直接布线测量不现实。因此采用无线传输温度检测尤为必要。目前有些设计能够实现无线温度采集，但价格过高是其最大的缺点。在实际温度控制过程中既要求系统具有稳定性、实时性又需要降低功耗。因此设计一种低功耗的无线温度检测系统很有意义。本文提出一种采用单片机 AT89S52 控制 DS18B20 实现的无线温度测量系统。通过简单的无线通信协议，实现可靠性与功耗平衡，该系统能实现对温度的检测，能够同时进行温度检测，是可以实现远程控制的无线温度检测系统。低功耗、实时性的无线温度检测是该设计的最大特点。无线传输采用nRF24L01 模块传输。该系统结构简单，可靠，功耗较低，成本低，是一种无线传感器的解决方案。关键字：单片机 AT89S52 无线传输 nRF24l01 DS18B20- I -基于 nRF24L01 模块的无线通信

2、系统设计AbstractTemperature is a very important parameters. In the industrial, medical and military and life and many other place, it needs to use the temperature measurementdevicetodetecttemperature.Thetraditionaldirect measurement wiring does not meet the requirements, especially in some environmentalbadindustrialenvironmentandoutdoorenvironment, through the direct wiring measurement is not practical. So using wireless transmission temperature testing is necessary.At present some design can realiz

3、e the wireless temperature gathering, but the price is too high, its biggest weakness. In the actual temperature control process requires both system has stability, real-time and the need to reducepowerconsumption.Sothedesignofakindoflowpower consumption wireless temperature detection system is very meaningful. This paper presents a USES the monolithic integrated circuit AT89S52 control DS18B20 of the realization of the wireless temperature measuring system. Through the simple wireless communica

4、tion protocol, realize the reliability and power balance, the system can realize to the temperature detection, can simultaneously determine the temperature, can be realized the wirelessremotecontroltemperaturedetectionsystem.Lowpower consumption,real-timewirelesstemperaturedetectionisthebiggest characteristic of the design. Wireless transmission using nRF24L01 module transmission.The system structure is simple, reliable, low power consumption, low cost, it is a kind of wireless sensor solutions.

5、Key word: MCU AT89S52 wireless transmission nRF24l01 DS18B20- II -基于 nRF24L01 模块的无线通信系统设计目录摘要IAbstractII目录III前言11 系统方案分析与选择论证31.1 系统方案设计31.1.1 主控芯片方案31.1.2 无线通信模块方案31.1.3 温度传感方案31.1.4 显示模块方案41.1.5 单片机与PC 机通信模块41.2 系统最终方案42 主要芯片介绍和系统模块硬件设计62.1 AT89S5262.1.1 单片机控制模块92.2 单片 2.4GHz nRF24L01 无线模块102.2.1 nRF24L01 芯片概述102.2.2 引脚功能及描述102.2.3 工作模式112.2.4 工作原理122.2.5 配置字132.2.6 nRF24L01 模块原理图132.3 温度传感器 DS18B20142.3.1 DS18B20 管脚配置和内部结构142.3.2 DS18B20 的工作原理162.3.3 DS18B20 的硬件设计182.4 显示模块192.4.1 接收端显示模块19-

6、III -基于 nRF24L01 模块的无线通信系统设计2.4.2 发送端显示模块192.5 报警电路202.6 接收端与PC 机通信202.7 电源电路设计212.8 其他外围电路223 系统软件设计233.1 单片机软件设计233.1.1 发送端软件设计233.1.2 接收端软件设计234 系统仿真254.1 电源电路的仿真254.1.1 +5V 电源电路仿真254.2 发送端温度采集与显示仿真254.3 接收端LCD1602 显示温度仿真265 硬件电路板设计275.1 系统硬件原理图275.1.1 发送端原理图275.1.2 接收端原理图285.2 系统PCB 图295.2.1 发送端PCB 图295.2.2 接收端PCB 图295.3 硬件制作305.4 硬件调试315.5 硬件调试结果316 nRF24L01 应用于无线组网336.1 无线组网的意义及研究价值336.2 通信模型及协议设计33总结35致谢37参考文献38- IV -前言随着社会的进步和生产的需要，利用无线通信进行温度数据采集的方式应用已经渗透到生活各个方面。图 1.1 短距离无线通信的应用在工业现场，由于生

7、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。以上只是简单列举几个现实的例子，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

8、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。本系统的设计采用了 Nordic公司新推出的工作于 2.4GHz频段NRF24L01 射频芯片，由 AT89S52 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 AT89S52 为核心，使用温度转换芯片 DS18B20 实时采集温度并通过 nRF24l01 将采集的温度无线传送给接收部分，然后在 LCD1602 上显示，并通过串口发送到 PC 机上显示，通过蜂鸣器实现对温度过高或过低进行报警。1系统方案分析与选择论证1.1 系统方案设计1.1.1 主控芯片方案方案一：采用传统的 AT89S52 单片机作为主控芯片。此芯片价格便宜、操作简便，低功耗，比较经济实惠。方案二：采用 TI 公司生产的 MSP4

9、30F149 系列单片机作为主控芯片。此单片机是一款高性能的低功耗的 16 位单片机，具有非常强大的功能，且内置高速12 位 ADC。但其价格比较昂贵，而且是 TPFQ 贴片封装，不利于焊接，需要 PCB 制板，大大增加了成本和开发周期。方案三：采用宏晶科技有限公司的 STC12C5A60S2 增强型 51 单片机作为主控芯片。此芯片内置 ADC 和 SPI 总线接口，且内部时钟不分频，可达到 1MPS。而且价格适中。考虑到此系统需要不用到 ADC，从性能和价格上综合考虑我们选择方案一， 即用 AT89S52 作为本系统的主控芯片。1.1.2 无线通信模块方案方案一：采用 GSM 模块进行通信，GSM 模块需要借助移动卫星或者手机卡， 虽说能够远距离传输，但是其成本较大、且需要内置SIM 卡，通信过程中需要收费，后期成本较高。方案二：采用 TI 公司 CC2430 无线通信模块，此模块采用 Zigbee 总线模式， 传输速率可达 250kbps，且内部集成高性能 8051 内核。但是此模块价格较贵， 且 Zigbee 协议相对较为复杂。方案二：采用NRF24L01 无线射频模块进行通信，NRF24L01 是一款高速低功耗的无

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