无线温度遥测设计报告.

HEFEIUNIVERSITY电子设计竞赛初选试题设计报告题目名称无线温度遥测系统组员无线温度遥测系统设计摘要本设计基于STC89C52单片机和无线传输模块设计的无线温度遥测系统，温度测量采用专业的单式数字集成温度传感器DS18B20，可直接将检测到的环境温度信号变为数字信号，无线发射接收模块采用先进的NRF2401模块。无线发射和接收模口采用NRF2401，利用nrfl2401模块，来传输采集来的温度，发射和接收到的数据送到STC89C52单片机，即可对环境温度进行实时检测。关键词：STC89C52单片机无线传输NRF2401DS18B20目录1、设计要求..................................................................................................................11.1．基本要求.......................................................................................................11.2.发挥部分.........................................................................................................12、系统设计方案..........................................................................................................12.1基本设计思路..................................................................................................12.2设计方案选择.................................................................................................23、系统模块设计..........................................................................................................54、系统设计..................................................................................................................83.1系统硬件电路设计.........................................................................................83.1.1温度数据发射模块......................................................................................83.1.2温度数据接收电路....................................................................................103.1.3温度检测电路............................................................................................103.2系统软件设计...............................................................................................134参考文献..................................................................................................................14附录1电路原理图..............................................................................................1511、设计要求1.1．基本要求（1）测温范围10℃～65℃，误差0.5℃；（2）显示位数3位，分辨率0.1℃；（3）测温点到接收点距离2米；（4）可设置温度上限报警；（5）接收点显示测温点数据及声光上限报警信号；1.2.发挥部分（1）遥测距离5米；（2）误差0.2℃；具有温度补偿功能；（3）具有特色与创新；（4）测量温度速率小于1秒；（5）多路测量；2、系统设计方案2.1基本设计思路设计系统中采用温度检测模块、数据收集与处理模块、无线信号发射与接收模块、数据显示与温度上限报警模块。由测温模块测出温度后，采集来的模拟信号经过微处理器模数变换，转换为数字信号，由无线数据传输模块把温度数值发送给数据处理模块进行进一步数据处理，在单片机的控制下，按照指定精度在显示模块上显示。通过单片机控制使整个系统能够达到要求的功能。系统设计框图如图1所示。2图1系统框图2.2设计方案选择方案一、采用单片机为核心控制器，测温采用普通的温度传感器再加A/D转换构成，发射和接收模块用普通的433M或315射频模块构成。该方案电路结构成熟，便于实现，价格便宜，但是抗干扰差，功耗也较高。方案二、采用单片机为核心控制器，测温采用专业数字温度传感器DS18B20，无线发射接收模块采用集成的nrfl2401b模块。该模块优点抗干扰能力强，测量精确稳定，但整个成本较高。综上所述，在方案二中，由于采用集成的DS18B20，大大降低了设计期间的工作量，对于竞赛时间短工作量大比较适合，无线模块采用nrf24l01射频模块，提高整个系统的抗干扰性和稳定性，并且满足发挥部分的低功耗要求，所以选择方案二。总体设计方案框图如图2所示。温度检测数据预处理无线信号发射无线信号接收12864温度显示1602温度显示温度超限报警电源模块供电图2总体设计方案数据收集与处理31.温度检测模块传感器的选择方案一：使用热电偶温度传感器。两种不同成分的导体（称为热电偶丝或热电极）两端接合成回路，当接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电动势。热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端（也称为测量端），另一端叫做冷端（也称为补偿端）；冷端与显示仪表连接，显示出热电偶所产生的热电动势，通过查询热电偶分度表，即可得到被测介质温度。常用的热电偶从-50~+1600℃均可连续测量。方案二：使用TN9红外温度传感器。TN9红外测温模块属于非接触温度传感器，测量范围广和可同时测量环境温度和目标温度的特点，测量距离可以达到30米，回应时间大约0.5秒，温度范围为-33—220°C。测量反应较快，精度比较高。方案三：使用DS18B20数字温度传感器。DS18B20是美国Dallas半导体公司生产的世界上第一片支持“一线总线”接口的数字式温度传感器，供电电压范围为3～5.5V，测温范围为-55℃～+125℃，可编程的9～12位分辨率，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，出厂设置默认为12位，在12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字信号。支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路，且在使用中不需要任何外围元件。基于以上的分析和题目的要求，我们选择方案三。2.无线发射接收模块的选择在本套系统中，要求的传输距离至少要大于2m，最好能大于5m，传输速率至少要在每秒1KB以上。目前的近距离数据传输模块主要有红外线传输和射频信号传输。方案一：红外线传输。它通过数据电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换实现无线的数据收发；传输距离会受到方向性和外界光的干扰,一般为3-5m；由于它是直线传输，所以接收器一般会受到方向限制，不能实现任意角度的接收。方案二：本方案使用射频收发芯片nrf2401来实现数据的无线传输，其工作于2.4～2.5GHzISM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。芯片能耗非常低，以-5dBm的功率发射时，工作电流只有10.5mA，接收时工作电流只有18mA，多种低功率工作模式，节能设计更方便。nRF2401内置地址解码器、先入先出堆栈区、解调处理器、时钟处理器、GFSK滤波器、低噪声放大器、频率合成器，功率放大器等功能模块，需要很少的外围4元件，因此使用起来非常方便。方案三：使用CC2500集成芯片设计无线收发模块。TI公司生产的的CC2500体积小，几乎集成了所有的无线射频功能，可实现点对多点通信地址控制。灵敏度高，可编程设定主要工作参数，高效的SPI接口，工作在1.8V~3.6V电压范围，功耗低，具有多种调制方式，能满足不同应用要求，纠错能力强、误码率低。所需外围器件很少，用户操作也更加简单；收发一体，可实现双向通信。无线收发芯片CC2500采用4×4mmQLP20封装形式，体积小，集成度高，但引脚数相对较多，共有28个引脚,芯片成本也较高。在本套系统中基本要求为测温范围10℃～65℃，误差0.5℃，热电偶类主要用于工业且造价高，热电类不如单总线温度传感器DS18B20，精度高，性能稳定，它还能能够有效的减小外界的干扰。同时，它可以直接将被测温度转化成串行数字信号供微机处理，接口简单，使数据传输和处理简单化。部分功能电路的集成，使总体硬件设计更简洁，能有效地降低成本，搭建电路和焊接电路时更快，调试也更方便简单化。综上所述，我们选择方案二，DS18B20作为温度传感器模块。3、显示温度数据模块温度数据的显示模块我们一共有三种选择方案，分别是：数码管显示，LCD1602液晶屏显示，LCD12864液晶显示：方案一:采用通用的LED数码管，这样显示的相对来说要简单许多。对程序的编程也相对来说较方便。但是，数码管占用的IO口较多，且精度不是太高。方案二:1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码。这样在显示温度数据的时候就比较的直观同时在一定程度上也增加了字符的丰富感。试验可以用ASCII码直接赋值，在单片机编程中还可以用字符型常量或变量赋值，如'A’。大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。方案三：采用LCD12864显示，带中文字库的128X64是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，工作温度为0℃-+55℃，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64,内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8×4行16×16点阵的汉字.也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图5形液晶模块。为了更加方便的满足设计要求，我们采用了方案二与方案三。4、温度上限声光报警模块方案一：无源蜂鸣器内部不带振荡源，所以，直接用工作的直流电是不会有