基于NRF24L01无线温度测量系统的设计与实现.doc
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1、毕 业 设 计(论 文)基于NRF24L01无线温度测量系统的设计与实现 教 学 系: 信息工程系 指导教师: 专业班级: 学生姓名: 二零一二年六月附件1毕业设计(论文)任务书学生姓名xx专业班级指导教师xx工作单位信息工程系设计(论文)题目: 基于NRF24L01无线温度测量系统的设计与实现 设计(论文)主要内容: 在粮库温控系统、冷库温控系统、智能化建筑监控系统、中央空调系统等众多应用领域都需要多点温度测量技术。传统的有线多点温度测量系统, 不便于布设、维护和更新,同时安装线缆的真实花费可以达到几万元人民币。无线通信却能很容易地跨跃这些障碍,并且不需要可见的线就能工作。它可以穿越隔板和墙
2、 并在建筑物之间建立链接。它还能在很短的时间内安装好。利用单片机、温度传感器和无线模块组成的专用无线测温系统由于具有结构简单、工作可靠、价格低廉的优势, 而得到了广泛的应用。 NRF24L01是Nordic公司提供的一款工作在2. 4 GH z的无线通信芯片, 采用GFSK 调制, 内部集成Nordic的Enhanced Shock Burst协议, 通信速度达2 Mbps, 提供标准SPI, 方便与微控制器接口, 结合DS18B20 温度传感器即可方便的构建一个多点分布式智能无线温度测量系统。主要任务:1、完成温度测量系统的硬件设计2、完成温度测量系统的软件编程3、实现多点温度测量时间安排
3、1-2周: 进行论文题目的调研3周:完成开题报告4-5周:完成论文的总体方案设计69周:进行论文软硬件设计1011周:系统调试12-14周:撰写论文、修改论文15周:准备答辩必读参考资料:1、电子技术基础(模、数电)2、单片机的应用3、传感器电路4、proteus仿真指导教师签名: 教研室主任签名: 盖章附件2毕业设计(论文)开题报告题目基于NRF24L01无线温度测量系统的设计与实现学生姓名xx 专业班级 电信1081班 学号102118081061目的及意义(含国内外的研究现状分析):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已经渗透到生活的各个方面。在工业现场,由于
4、生产环境恶劣,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
5、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。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许多重要领域,而且类似于这种温度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。在2.4GHz非授权频段上,目前已经云集了蓝牙、Wi-Fi、Zigbee等多个标准无线协议。具有带宽高,双向传输,抗干扰性强,传输距离远,耗电少的优点,用于无线键鼠等室内场合。Nordic公司
6、等公司已成功推出NRF24L01芯片,2.4G全球开发ISM频段免许可证使用。同时许多公司也相继推出基于NRF24L01的无线传输模块。NRF24.L01模块是一款新型单片射频收发器件,工作于2.4 GHz2.5 GHz ISM频段。内置频率合成器、功率放大器、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-6dBm的功率发射时,工作电流也只有9mA;接收时,工作电流只有12.3mA,多种低功率工作模式使节能设计更方便。至此这种基于此频段的通信方式已日渐趋向成熟。同样随着传感器及电子电路的发展,集成的
7、温度检测器件的完善性及集成性也得到了大大的提高。类似美国DALLAS公司推出的数字测温芯片DS18B20层出不穷,国内外的研究在这方面的研究也趋近完善。2基本内容和技术方案:在粮库温控系统、冷库温控系统、智能化建筑监控系统、中央空调系统等众多应用领域都需要多点温度测量技术。传统的有线多点温度测量系统, 不便于布设、维护和更新,同时安装线缆的真实花费可以达到几万元人民币。无线通信却能很容易地跨跃这些障碍,并且不需要可见的线就能工作。它可以穿越隔板和墙, 并在建筑物之间建立链接。它还能在很短的时间内安装好。利用单片机、温度传感器和无线模块组成的专用无线测温系统由于具有结构简单、工作可靠、价格低廉的
8、优势, 而得到了广泛的应用。NRF24L01是Nordic公司提供的一款工作在2. 4 GH z的无线通信芯片, 采用GFSK 调制, 内部集成Nordic 的Enhanced Shock Burst 协议, 通信速度达2 Mbps, 提供标准SPI, 方便与微控制器接口, 结合DS18B20 温度传感器即可方便的构建一个多点分布式智能无线温度测量系统。本设计采用AT89C51单片机作为主控CPU,外加DS18B20温度采集模块、NRF24L0l无线收发模块和数码显示模块组成整个系统,如图1所示。 MCU温度检测模块无线发射模块无线接收模块温度显示模块MCU图1 系统总体结构图3进度安排:1-
9、2周: 进行论文题目的调研,查找、收集相关资料,进行分析、整理3周:结合自己对课题的思考,形成个人的观点,完成开题报告4-5周:完成论文的总体方案设计69周:进行论文软硬件设计1011周:系统调试12-14周:撰写论文、对论文进行反复修改,使毕业论文圆满完成15周:准备答辩4.指导老师意见:指导教师签名: 年 月 日注:1. 开题报告应根据教师下发的毕业设计(论文)任务书,在教师的指导下由学生独立撰写,在学院规定时间内完成;2设计的目的及意义至少800字,基本内容和技术方案至少400字;3指导教师意见应从选题的理论或实际价值出发,阐述学生利用的知识、原理、建立的模型正确与否、学生的论证充分否、
10、学生能否完成课题,达到预期的目标郑 重 声 明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。本人签名: xx 日期: 目 录摘 要1ABSTRAC 21 绪论31.1 研究背景31.2 课题的国内外研究状况31.3 本课题的研究内容42 系统方案分析与选择论证52.1 系统方案设计52.1.1 系统设计要求52.1.2 主控芯片方案52.1.3 无线通信模块方案52.1.4 温度传感方案52.1.5 显示模块方案62.1.6 单片机与
11、PC机通信模块 62.2 系统方案确定63 无线温度采集系统的硬件电路设计83.1 单片2.4GHz NRF24L01无线模块83.1.1 NRF24L01芯片概述83.1.2 引脚功能及描述83.1.3 工作模式93.1.4 工作原理93.1.5 配置字103.1.6 NRF24L01模块原理图103.2 温度采集端113.2.1 采集单元113.2.2 控制单元153.2.3 显示单元193.2.4 传输单元193.2.5 报警单元203.3 温度接收端213.4 电源管理213.4.1 稳压电源的组成213.4.2 电源设计223.5 看门狗电路223.6 时钟电路和复位电路234 软件
12、编制与程序实现254.1 系统软件设计254.1.1 上位机程序设计254.1.2 下位机程序设计254.2 程序设计语言的选用254.3 测温程序设计流程264.3.1 主程序264.3.2 读出温度子程序264.3.3 温度转换命令子程序284.3.4 计算温度子程序294.3.5 显示数据刷新子程序294.4 无线通信协议294.4.1 通信信道204.4.2 数据传输协议295 系统仿真315.1 电源电路的仿真315.1.1 +5V电源电路仿真315.2 发送端温度采集与显示仿真315.3 接收端LCD1602显示温度仿真326 总结与展望336.1 系统调试336.2 温度对比33
13、6.3 总结与展望33参 考 文 献 35附 录 36致 谢 39 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AT89C51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
14、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 无线传输 NRF24l01 DS18B20 ABSTRACTTemperature is a very important parameters. In the industrial, medical and military and life and many other place, it needs to use the temperature m
15、easurement device to detect temperature. The traditional direct measurement wiring does not meet the requirements, especially in some environmental bad industrial environment and outdoor environment, through the direct wiring measurement is not practical. So using wireless transmission temperature t
16、esting is necessary. At present some design can realize 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 reduce power consumption. So the design of a kind of lo
17、w power consumption wireless temperature detection system is very meaningful. This paper presents a USES the monolithic integrated circuit AT89C51 control DS18B20 of the realization of the wireless temperature measuring system. Through the simple wireless communication protocol, realize the reliabil
18、ity and power balance, the system can realize to the temperature detection, can simultaneously determine the temperature, can be realized the wireless remote control temperature detection system. Low power consumption, real-time wireless temperature detection is the biggest characteristic of the des
19、ign. 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. Key word: MCU AT89C51 wireless transmission NRF24l01 DS18B20 1 绪论本章对基于NRF24L01无线温度测量系统的研究背景、研究意义进行了综合评述,对基于NRF24L01无线温度
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- 基于 NRF24L01 无线 温度 测量 系统 设计 实现
