1、 基于 51 单片机的 无线 温度 检测 系统 姓 名： XXX 学 号： XXX 专 业：电器自动化 指导教师： XXX 完成时间： 2014.XX.XX 摘要 本文提出了基于 MCS-51 系列单片机的 无线温度检测系统 的制作电路和编程思想。该 无线温度检测系统 以 ATMEL 公司的 AT89S52 单片机为主控，配以达拉斯公司的 DS18B20 数字温度传感器，采用 1602 双行英文字符液晶作显示。实现了对温度的测量，显示，和报警等功能。 关键词： AT89S52 单片机；数字传感器 DS18B20；显示器 1602LCD，无线传输NRF24l01； 目 录 摘要 . I ABST
2、RACT. 错误 !未定义书签。 1 绪论 . 3 1.1 选题的背景 . 3 1.2 无线温度检测系统 简介 . 3 1.2.1 无线温度检测系统 的特征 .3 1.2.2 设计实现的目标 .4 2 无线温度检测系统 的方案设计 . 4 2.1 设计方案论证与比较 . 4 2.1.1 显示电路方案 .4 2.1.2 测温电路方案 .4 2.1.3 无线收发 电路方案 .4 2.2 系统总体方案 . 8 3 无线温度检测系统 的硬件电路设计 . 9 3.1 控制电路 . 9 3.1.1 MCU 简介 .9 3.2.2 最小系统模块 . 16 3.3 温度传感器设计 . 17 3.3.1 DS1
3、8B20 简介 . 17 3.3.2 温度传感器与单片机的连接 . 19 3.3.3 复位信号及外部复位电路 . 20 3.4 无线模块 nrf24L01 电路 . 21 3.5 显 示电路 . 22 4 软件设计 . 24 4.1 DS18b20 的读操作 . 24 4.2 DS18b20 的温度数据处理 . 25 4.3 1602 显示部分 . 26 4.4 无线发送接收 部分 . 26 参考文献 . 30 附录 1 电路原理图 . 错误 !未定义书签。 附录 1 程序源代码 . 错误 !未定义书签。 1 绪论 1.1 选题的背景 随着现代信息技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现能够独立
4、工作的温度检测和显示系统应用于诸多领域。传统的温度检测以热敏电阻为温度敏感元件。热敏电阻的成本低，但需后续信号处理电路，而且可靠性相对较差，测温准确度低，检测系统也有一定的误差。与传统的温度计相 比，这里设计的无线温度检测系统 具有读数方便，测温范围广，测温精确，数字显示，适用范围宽等特点。选用 AT89S52 单片机作为主控制器件， DSl8B20 作为测温传感器通过 LCD1602 并行 传送数据，实现温度显示。通过 DSl8B20 直接读取被测温度值，进行数据转换，该器件的物理化学性能稳定，线性度较好，在 -55 125最大线性偏差小于 0.1 。该器件可直接向单片机传输数字信号，便于单
5、片机处理及控制。另外，该温度计还能直接采用测温器件测量温度，从而简化数据传输与处理过程。 1.2 无线温度检测系统 简介 1.2.1 无线温度检测系统 的特征 温度 是 我们日常生产和生活中实时在接触到的物理量，但是它是看不到的，仅凭感觉只能感觉到大概的温度值，传统的指针式的温度计虽然能指示温度，但是精度低，使用不够方便，显示不够直观， 无线温度检测系统 的出现可以让人们直观的了解自己想知道的温度到底是多少度。 无线温度检测系统 采用进口芯片组装精度高、高稳定性，误差 0.5% ， 内电源、微功耗、不锈钢外壳，防护坚固，美观精致。 无线温度检测系统采用进口高精度、低温漂、超低功耗集成电路和宽温
6、型液晶显示器，内置高能量电池连续工作 5 年无需敷设供电电缆 ，是一种精度高、稳定性好、适用性极强的新型现场温度显示仪。是传统现场指针双金属温度计的理想替代产品，广泛应用于各类工矿企业，大专院校，科研院所。 无线温度检测系统 采用温度敏感元件也就是温度传感器（如铂电阻，热电偶，半导体，热敏电阻等），将温度的变化转换成电信号的变化，如电压和电流的变化，温度变化和电信号的变化有一定的关系，如线性关系，一定的曲线关系等，这个电信号可以使用模数转换的电路即 AD 转换电路将模拟信号转换为数字信号，数字信号再送给处理单元，如单片机或者 PC机等，处理单元经过内部的软件计算将这个数字信号 和温度联系起来，
7、成为可以显示出来的温度数值，如 25.0 摄氏度，然后通过显示单元，如LED,LCD 或者电脑屏幕等显示出来给人观察。这样就完成了 无线温度检测系统 的基本测温功能。 无线温度检测系统 根据使用的传感器的不同， AD转换电路，及处理单元的不同，它的精度，稳定性，测温范围等都有区别，这就要根据实际情况选择符合规格的 无线温度检测系统 。 1.2.2 设计实现的目标 1) 采集测温范围为 -55 +120 . 2) 温度精度在 0.1 ；误差 0.5 . 3) 显示模块，采用 1602 液晶显示 . 4) 通过 NRF24L01 无线发送温度数据 . 5) 通过 NRF24L01 无线接收温度数据
8、并显示在液晶屏上 . 2 无线温度检测系统 的方案设计 2.1 设计方案论证与比较 2.1.1 显示电路方案 方案一：采用数码管动态显示 使用七段 LED 数码管，采用动态显示的方法来显示各项指标，此方法虽然价格成本低，但是显示单一，且功耗较大。 方案二：采用 LCD液晶显示 采用 1602 LCD 液晶显示，此方案显示内容相对丰富，且价格不高。 综合上述原因，采用方案二，使用 LCD 液晶作显示电路。 2.1.2 测温电路方案 方案一：采用模拟温度传感器测温 由于本设计是测温电路，可 以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行 A/D 转换后，就可以
9、用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到 A/D 转换电路，感温电路比较麻烦。 方案二：采用数字温度传感器 进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器 DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。 综合考虑，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计也比较 简单，故采用了方案二。 2.1.3 无线传输方案 方案一 nRF24L01 是一款新型单片射频收发器件 ,工作于 2.4 GHz 2.5 GHz ISM 频段。内置频率合成器、功率放大
10、器、晶体振荡器、调制器等功能模块 ,并融合了增强型 ShockBurst 技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。nRF24L01 功耗低 ,在以 -6 dBm 的功率发射时，工作电流也只有 9 mA;接收时，工作电流只有 12.3 mA，多种低功率工作模式 (掉电模式和空闲模式 )使节能设计更方便。 nRF24L01 主要特性如下： GFSK 调制： 硬件集成 OSI 链路层 ; 具有自动应答和自动再发射功能 ; 片内自动生成报头和 CRC 校验码 ; 数据传输率为 l Mb/s 或 2Mb/s; SPI 速率为 0 Mb/s 10 Mb/s; 125 个频道： 与其他 nRF24
11、系列射频器件相兼容 ; QFN20 引脚 4 mm 4 mm封装 ; 供电电压为 1.9 V 3.6 V。 nRF24L01 的 CE， CSN， SCK， MOSI， MISO IRQ 引脚可接 STC 89C52的任意端口，但需在编程时注意 nRF24L01 工作模式 通过配置寄存器可将 nRF241L01 配置为发射、接收、空闲及掉电四种工作模式，如表所示。 8 掉电 0 - - - 待机模式 1 主要用于降低电流损耗，在该模式下晶体振荡器仍然是工作的； 待机模式 2 则是在当 FIFO 寄存器为空且 CE=1 时进入此模式； 待机模式下，所有配置字仍然保留。 在掉电模式下电流损耗最小，
12、同时 nRF24L01 也不工作，但其所有配置寄存器的值仍然保留。 nRF24L01 引脚功能及描述 nRF24L01 的封装及引脚排列如图所示。各引脚功能如下： 图 2.6 nRF24L01 封装图 CE：使能发射或接收 ; CSN， SCK， MOSI， MISO： SPI 引脚端，微处理器可通过此引脚配置nRF24L01： IRQ：中断标志位； VDD：电源输入端； VSS：电源地； XC2， XC1：晶体振荡器引脚 ; VDD_PA：为功率放大器供电，输出为 1.8 V； ANT1,ANT2：天线接口； IREF：参考电流输入。 方案二 、 nRF905 无线芯片 nRF905 无线芯
13、片是有挪威 NORDIC 公司出品的低于 1GHz 无线数传芯片，主要工作于 433MHz、 868MHz 和 915MHz 的 ISM 频段。芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块，输出功率和通信频道可通过程序进行配置。非常适合于低功耗、低成本的系统设计。 性能参数 422.4 473.5MHz 工作频段 2 512 个通讯频道，满足多点通讯、分组、跳频等应用需求，通道切换时间 6us 发射功率可设置为： 10dBm、 6dBm、 -2dBm和 -10dBm 通过 SPI接口与 MCU 连接 支持 50kbps 传输速率 ShockBurst 传输模式，自动生成前导码和 CRC 校验码 工作电压范围： 1.9V 3.6V，待机模式下电流仅为 12.5A 工作温度范围： -40 +85 综合考虑，采用方案一，电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案一。 2.2 系统总体方案 根据上述方案比较，结合题目要可以将系统分为采集发送模块和接收显示模块 ，其框图如下： 采集发送方案 接收显示方案 图 2-1 系统总体设计框图 51 单片机 DS18B20 温度采集 无线发送nrf24L01 模块 晶振复位电路 51 单片机 1602 液晶屏显示电路 无线接收 NRF24L01 电路 晶振复位电路
