基于NRF24L01模块的多点温度监测系统设计

1基于NRF24L01模块的多点温度监测系统设计作者姓名：专业班级：指导老师：摘要温度在人们的日常生活中起着非常重要的作用,人们不但关注日常环境温度的变化，在许多领域的产业化，如工业、医疗、军事和生活等许多地方，都需要用到测设备来检测温度。传统直接布线测量电路很复杂，容易受干扰，准确性也不高，不满足某些环境非常恶劣的工业环境和某些户外环境。因此，选择一个性能不错的数字温度传感器和无线传输模块，简单的使用显得尤为重要。在现代的工业控制，考虑到功耗问题也是一个重要的参数，该系统采用低耗高性微型控制器STC89C52RC和DS18B20温度传感，采用nRF24L01无线模块对温度进行短距离监控。本次设计采用的STC89C52RC简单实用，与MCS-51操作相同。无线数据通信收发芯片NRF24L01是一款工作在2.4〜2.5GHz功率消耗非常低的低成本无线收发器。另外温度传感器DS18B20具有体积小，成本低，精度高等优点。该系统功耗低，成本低，硬件电路简单，是一种可行的无线测温的设计方案。关键词：NRF24L01；温度传感器DS18B20；STC89C52RC2AbstractTemperatureplaysaveryimportantroleinpeople'sdailylife,peoplepaymuchattentiontothedailychangeofenvironmentaltemperature.Inmanyareasofindustry,suchassomelocalfactories,hospitals,militaryanddailylife,needtousetestequipmenttodetecttemperature.Thetraditionalwayofthemeasurementcircuitisverycomplex,vulnerabletobedistracted,andaccuracyisnothigh,doesnotmeetcertainharshindustrialenvironmentandsomeoutdoorenvironment.Therefore,choosingagooddigitaltemperature,awirelesstransmissionmoduleandsimpletouseisparticularlyimportant.Inthemodernindustrialcontrol,consideringthepowerconsumptionisalsoanimportantparameter,thesystemadoptslowenergyconsumptionandhighperformancemicrocontrollerSTC89C52RCandDS18B20temperaturesensor,andusesnRF24L01wirelessmoduletotransmitthetemperature.Itisconvenienttorealizetheremotetransmission.WehaveadoptedSTC89C52RCtodesignthissystem.It’spinsandkernelaresametotheMCS-51series.NRF24L01wirelessdatacommunicationtransceiverchipisaverylowpowerconsumptionandlow-costwirelesstransceiver,whichworksin2.4~2.5GHz.AdditionaltemperaturesensorDS18B20isverysmall,andhasalowcost,highaccuracy.Uniquelineinterfaceeffectivelyimprovestheanti-interferenceofthesystem.Thesystemissimple,reliableandhaslowpowerconsumption,lowcost.Itisaneffectiveandtrustworthysolutiontoawirelesstemperaturemeasurement.Keywords:NRF24L01;temperaturesensorDS18B20;STC89C52RC3目录第一章前言.........................................................11.1课题的背景与意义............................................11.2国内外研究状况及相关领域中已有的研究成果.....................11.3对设计任务的分析.............................................11.4预期结果.................................................2第二章总体方案设计的论证...........................................22.1系统方案设计................................................22.2模块方案设计................................................32.2.1主控芯片方案...........................................32.2.2无线通信模块方案.......................................42.2.3温度传感方案...........................................42.2.4显示模块方案...........................................5第三章系统模块设计.................................................53.1STC89C52RC主控模块设计......................................53.2nRF24L01无线模块设计.......................................73.2.1nRF24L01概述.........................................73.2.2引脚功能及描述........................................83.2.3工作模式...............................................93.2.4配置字................................................103.2.5模块电路图与应用原理框图..............................103.3显示电路模块设计............................................123.3.1液晶1602显示屏的基本结构.............................123.3.2液晶1602显示屏的工作原理.............................123.4温度传感器模块设计.........................................133.4.1DS18B20的管脚配置和内部结构..........................133.4.2DS18B20的工作原理....................................143.4.3DS18B20的硬件设计....................................15第四章软件系统的设计..............................................154.1各模块软件设计............................................154.1.1显示模块软件设计......................................154.1.2温度检测..............................................164.1.3无线发射模块软件设计..................................174.1.4无线接收模块软件设计..................................184.2总体的软件设计..............................................194.2.1发送部分..............................................194.2.2接收部分..............................................204.3本章小结...................................................20第五章系统的调试及实验结果........................................205.1调试步骤...................................................205.2实验结果....................................................215.3本章小结....................................................23结论.......................................................................234致谢..............................................................24参考文献........................................................251第一章前言1.1课题的背景与意义在当今现代的生活中，通过无线通信来采集温度已经越来越普遍了。并且随着工农业的生产对温湿度的要求越来越高，精准的测量温度变得十分重要。温度它不能像质量和长度那样简单地获取量值，只有通过其他相关性质间接地测量。现在温度测量是可以通过温度传感器来测量的，温度测量的过程简单来说就是通过传感器把温度值转换为电信号或者其他信号，经过相关处理，从而转换成温度显示出来。温度测量设备一般有温度传感器和信号处理电路组成。某些情况下，需要监测的范围很大，布线不方便且不利于后期维护，这时我们就采用无线模块对温度进行采集。多路无线温度测量系统被大量的应用于温度测量各个领域的工程中，例如：城市医院的温度检测系统、居民小区供热系统的检测、蔬菜大棚的温度控制、工业生产的温度保护等。考虑到许多工农业环境中有对多点温度进行监控的需求，一般需要测量可能有几十个点以上。所以本文设计多路无线温度监控的系统。1.2国内外研究状况及相关领域中已有的研究成果在2.4GHz的频段上已经有多种标准的无线协议，它们传输距离远，抗干扰性强。因此我们要确保在2.4GH频段上有足够的抗干扰性和保持数据的连续性。nRF24L01由于ANT协议的缘故可以方便搭建无线网络。ANT的无线个人局域网通讯技术使数据保持了完整性，并具有低耗低成本的优点。nRF24L01是一款采用FSK调制的无线通信芯片，它可以点对点以及1对n的高速通信。MCU只需要给nRF24L01无线模块提供5个普通引脚和一个中断引脚就可以实现通信功能。所以MCU系统搭建无线通信功能利用