基于NRF24L01无线测温系统的设计【毕业论文】.doc

1、 本科毕业设计 (论文 ) ( 届 ) 论文题目 基于 NRF24L01 无线测温系统的设计 (英文 ) The System Design of NRF24L01 Wireless Temperature Collection 所在学院 电子信息学院 专业班级 电子信息 工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 日 摘 要 测温技术在工业、农业、商业、医疗等各个行业中都广泛的使用着，并且也为我们的生活带来了许多的便利。所以对测温技术的研究很有意义。 本文提出了一种无线测温系统，即基于 NRF24L01 无线温度采集系统的设计。该系统采用低功耗、高性能单片机及单总线数字式测温器件

2、 DS18B20 构成测温系统，并且通过无线收发，最后在 PC 机上完成配置、显示功能 1。 本系统采用 的单片机是 C8051F005 芯片。关于无线数据的收发本系统使用了NRF24L01 芯片 ，此芯片是一款工业级内置硬件链路层协议的 低成本无线收发器，其 工 作于 2.42.5GHz 世界通用 ISM 频段，工作电压为 1.93.6V。温度采集采接口优点。最后采用 H7279A 的智能显示驱动芯片，可驱动 8 位共阴式数码管。 关键词 无线 测温 C8051F005 NRF24L01 DS18B20 Abstract Temperature measurement in industri

3、al, agricultural, commercial, medical and other industries are widely used, and also for our lives a lot of convenience. So the temperature measurement technology research is very meaningful. This paper presents a wireless temperature measuring system, which based on NRF24L01design of wireless tempe

4、rature acquisition system. The system uses a low power, high performance microcontroller and digital single bus temperature measuring device DS18B20 form a temperature measurement system, and through the wireless transceiver, the last in the PC to complete configuration, display function. The system

5、 uses single-chip C8051F005chip. On wireless data transceiver this system using the NRF24L01 chip, the chip is an industrial grade built-in hardware link layer protocol of the low cost wireless transceiver, its work in 2.4 2.5GHz universal ISM band, working voltage of 1.9 3.6V. Temperature acquisiti

6、on collecting interface advantages. Finally using the H7279A smart display driver chip, can drive a total of 8 vaginal digital tube. Key Words Wireless Temperature Collection C8051F005 NRF24L01 DS18B20 目 录 1 引言 . 1 1.1 无线测温系统的概述 . 1 1.2 无线测温系统的发展 . 1 2 总体设计 . 3 2.1 温度采集模块 . 3 2.2 无线收发模块 . 3 2.3LED 显

7、示模块 . 3 2.4 控制模块 . 4 2.5 总体设计及方框图 . 4 3 硬件设计 . 5 3.1 控制模块 . 5 3.1.1 复位电路 . 6 3.1.2 晶振电路 . 6 3.1.3 JTAG 下载电路 . 7 3.2 温度采集模块 . 8 3.3 无线收发模块 . 9 3.4 LED 显示模块 . 10 3.5 串口 . 11 4 软件设计 . 12 4.1 DS18B20 温度传感器 . 13 4.2 数码管显示 . 14 4.3 串口通信 . 15 4.4 发送部分 . 16 4.5 接收部分 . 18 5 制作和调试 . 20 5.1 软件调试 . 20 5.2 硬件调试部

8、分 . 22 5.2.1 单点温度测试 . 23 5.2.2 多点温度测 试 . 23 6 总结 . 24 7 致谢 . 25 8 参考文献 . 26 附录 1 系统实物图 . 27 附录 2 实验原理图 . 28 附录 3 PCB 图 . 29 附录 4 毕业设计作品说明书 . 30 附录 5 程序 . 31 1 引言 1.1 无线测温系统的概述 测温在生活中起着非常重要的作用，比如在医疗行业、农业等各种行业中都普遍使用。 测温技术有很多种，但是现今基本都在使用无线测温技术，因为 无线测温技术拥有许多有线测温技术达不到的优点，无线测温在线监测系统组网灵活，使有线达不到的环境变为可能，无线测温

9、具有极高的安全性，等电位、单点、绝缘安装，没有任何连接导线，方便安装维护不降低电气设备的绝缘性能，在事故隐患产生时提前预警，有效的避免事故的发生，并且使用无线测温可以有效的节约人员，节约配置，提高工作效率，提高企业自动化监 控水平 2。 1.2 无线测温系统的发展 从测温发展的趋势来看，无线行业具有客观的发展前景，早期测温技术采用热电耦 34、半导体温度传感、感温电缆等技术，到之后的红外线测温技术，随着技术发展到了光纤测温，逐步发展到了现在无线测温技术 5。无线测温技术的发展已经是行业趋势，并且有了较为成熟的应用，其市场前景非常的广阔，既具潜力，无线测温系统主要应用于电力、冶金、石油、化工、企

10、业等。 目前有许多的温度测量方法，比如 基于 ZigBee 的无线温度采集系统 6，他的工作原理是： 带有传感器的终端节点分 布在工业现场、仓库、建筑物等应用场所的各个角落 ,采集指定点温度信息 ,它们组成以协调器节点为中心的无线数据传输网络 ,并将采集到的温度信息传输给协调器节点 ;协调器节点管理所有与之相连的终端节点 ,并接收来自终端节点的温度信息 ,然后将收集到的所有终端节点的温度信息上报管理中心节点 ;管理中心节点对所获得的温度数据进行记录、显示 ;最后 ,针对不同的场合进行不同的反馈 ,从而采取相应的控制策略 ,或者报警 ,或者对温度进行调控 ,确保设备温度在设定的温度区间 T 1

11、T 2 内 ,当温度值高于T 2 时对设备采取制冷操作 ,当温度值低于 T1 时对设备采取加热操作。 又比如 基于 nRF24L01 的无线温度采集系统 591011， 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，可以实现点对点或是 1 对 6 的无线通信 ,多种低功率工作模式。该无线温度采集控制系统由手持端和采集控制端 2 个部分构成。手持端由触摸按键、段式液晶屏、射频模块、核心处理单元构成 ,用来进行人机交互和系统设置。采集控制端由射频模块、时钟芯片、温度采集、温度控制、核心处理单元组成 。 除了上面举例的两 个方法外，还有很多测温的方法，随着时代的发展，测温技术还

12、在日益 进步着。 2 总体设计 无线测温系统主要分为温度采集模块、无线收发模块、 LED 显示模块、控制模块。 2.1 温度采集模块 该 温度采集 模块采用美国 DALLAS 公司推出的数字测温芯片 DS18B20，该芯片具有体积小，多种封装形式，独特的单线接口等优点。测量范围从 -55到125。拥有可以选择的 9 到 12 位温度数据分辨率，可以工作在寄生电源 模式，另外还可自定义温度告警设置。本系统中温度传 感器输出脚 I/O 直接与单片机的 P1.1 相连，外接 4.7KQ 的上拉电阻到电源，采用外部电源供电 。 2.2 无线收发模块 无线收发模块是用的是 NRF24L01， 该模块由挪

13、威（ Nordic）公司生产。NRF24L01 作为单片射频收发芯片，其工作于 2.42.5GHz 世界通用 ISM 频段，工作电压为 1.93.6V。可通过 SPI 写入数据，最高可达 10Mbit/s，数据传输 到的数据并进行计算处理。定时打开射频模块，与接收速率最快可达 2Mbit/s，并且具有自动应答和自动再发射功能。芯片融进了增强式 ShockBurst 技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。该芯片功耗低， -6dBm 功率发射时，工作电流 9mA，接收时工作电流只有 12.3mA，可选择的掉电模式和空闲模式使其应用设计更为方便。 2.3LED 显示模块 温度数据显示是体现

14、整个系统功能的部分， LED 显示成本低廉，配置灵活，与单片机连接方便。 LED 显示块具有亮度高、结构简单、全天候的特点，因此在单片机应用系统中应用最广，本系统的显示采用的就是 8 位共阴式 LED 数码管作为显示部件。 2.4 控制模块 本系统设计采用 的单片机是 C8051F005 芯片，是完全集成的混合信号系统级芯片，具有与 8051 兼容的高速 CIP-51 内核，与 MCS-51 指令集完全兼容 ，内置 32KB 的 FLASH 程序存储器，具有 256B 内部 RAM 和 2048B 的 XRAM。C8051F005 单片机具有片内调试电路，可通过 JTAG 接口可以进行非侵入式

15、、全速的在系统调试。该单片机供电电压 2.73.6V。 2.5 总体设计及方框图 图 2-1 总体方框图 如图 2-1 本系统通过 DS18B20 温度传感器采集温度发送给下位机（即发送模块所在单片机），下位机处理好数据后通过 NRF24L01 发送模块发送到单片机主机中的 NRFL01 接收模块，单片机使用的是 C8051F005 单片机。单片机通过 串口发送给 PC 机。 最后可以在 PC 机上对各个点温度进行统计分析。最后在PC 机和 LED 数码管中显示温度， 本设计中最多只能测量 6 点的温度 ，但本设计只对 4 点温度进行了采集。 3 硬件设计 本系统由 温度采集模块、无线收发模块

16、、 LED 显示模块、控制模块和串口组成。 3.1 控制模块 本系统采用的是 C8051F005 单片机，其外围包括晶振、复位和 JTAG 下载电路。图 3-1 如下： CP1-1CP1+2CP0-3CP0+4AGND5VREF6AIN07AIN18AIN29AIN310AIN411AIN512AIN613AIN714AGND15AV+16AV+17XTAL118XTAL219/RST20TMS21TCK22P3.323P3.224P3.125P3.026P2.127TDI28TDO29DGND30VDD31P1.532P2.033P1.434P1.335P1.236P1.137P1.038P

17、0.039VDD40DGND41P0.142P2.743P2.644P3.745P3.646P0.247P0.348P0.449P0.550P2.551P2.452P2.353P2.254P0.655P0.756P3.557P3.458P1.759P1.660DGND61VDD62DAC163DAC06411.0592MHzC520pFC620pFC30.1uFC41uFXin XoutXin Xout /RST TMS TCK1122RESET1按钮开关/RSTR21kR1100kCEP2.5SCKMISOMOSIIRQCSN1 23 45 67 89 10P1JTAGVCCVCCVCCVCCVCCVCCTMSTDIR34.75kVCCTCKTDOTDI TDOTXRXI/OF图 3-1 控制模块