【正文】 2013 屆 本 科生畢業(yè)論文 存檔編號 畢業(yè)論文(設(shè)計)論文（設(shè)計）題目 基于單片機的無線溫度測量系統(tǒng)English Topic The wireless temperature measurement system based on single chip microputer系 別 物理與電子工程學(xué)院 專 業(yè) 自 動 化 班 級 學(xué) 生 指導(dǎo)教師 2013 年 5月 15 日 基于單片機的無線溫度測量系統(tǒng)摘要：溫度檢測在日常生活、工作和工程實踐中具有重要的應(yīng)用。隨著生活水平的提高和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，無論是工業(yè)還是農(nóng)業(yè)或者是日常生活中對溫度檢測的要求越來越高，要求能進(jìn)行一定距離的傳輸?；谶@點本設(shè)計主要基于MCS51單片機并由溫度傳感器、無線傳輸器、LED數(shù)碼管和上位機組成的同步顯示的溫度采集系統(tǒng)解決了這個日常生活工作中的問題。工作場所的溫度采集用到了溫度采集芯片DS18B20來達(dá)到一定的準(zhǔn)確度和精確度，最后采用nRF24L01模塊對采集到的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行無線傳輸并通過由單片機控制的數(shù)碼管顯示當(dāng)前溫度，從而能打破傳統(tǒng)溫度操作受到距離限制的缺陷的同時便于溫度的讀取。在經(jīng)過軟硬件測試后，我們基本實現(xiàn)了用溫度傳感器采集溫度，用nRF24L01進(jìn)行一定距離傳輸后在接受端的上位機軟件上顯示出來的模型。傳輸距離50m,溫度范圍達(dá)到0至125攝氏度，精度1攝氏度。 關(guān)鍵字: MCS51；nRF24L01；LED顯示；溫度傳感器；無線傳輸 The Wireless Temperature Measurement System Based on Single Chip MicroputerAbstract:Temperature detection in the daily life, work, and has important application in engineering practice. With the improvement of living standards and the progress of science and technology, whether agricultural or requirement for temperature detection in daily life can request for a distance of transmission. Based on that this design is mainly based on MCS 51 single chip microputer and the temperature sensor, wireless transmitter, LED digital tube and upper unit into synchronous display of temperature acquisition system solved the problems in daily life. Workplace sampling to temperature chip DS18B20 temperature to achieve the precision and accuracy, the last of the collected temperature data by module nRF24L01 wireless transmission and through digital tube display the current temperature controlled by single chip microputer, which can break the traditional operating temperature, is limited by distance of defects and easy to read temperature. After the hardware and software testing, we basically achieved with a temperature sensor to collect temperature, after a certain distance transmission with nRF24L01 in accept the PC software displayed on the model. Transmission distance 50 m, the temperature range of 0 to 125 degrees Celsius, the precision of 1 c.Keywords: MCS51。 NRF24L01。 LED display。 Temperature sensor。 Wireless transmission目 錄引 言 11 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理 2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 2 系統(tǒng)控制核心——AT89C52 2 單片機的引腳介紹 2 單片機內(nèi)部資源介紹 4 系統(tǒng)工作原理簡介 5 7 7 LED顯示 92 下位機部分介紹 11 DS18B20溫度采集模塊 11 DS18B20簡介 11 DS18B20的測溫方法 12 LED數(shù)碼顯示模塊 14 nRF24L01無線發(fā)送模塊 173 上位機部分介紹 20 無線接收模塊 20 上位機上的數(shù)據(jù)顯示 214 模塊間的通信 23 上位機與單片機的通信 23 串口通信簡介 23 PC機側(cè)VB程序 25 nRF24L01與單片機的通信 25 DS18B20與單片機的通信 265 系統(tǒng)調(diào)試 28 DS18B20溫度采集并顯示 28 nRF24L01發(fā)送與接收模塊調(diào)試 296 總結(jié) 31【參考文獻(xiàn)】 32附 錄 33致 謝 46 引 言隨著無線技術(shù)的日益發(fā)展，無線傳輸技術(shù)應(yīng)用越來越被各行各業(yè)所接受，無線傳輸傳感器的檢測數(shù)據(jù)也不例外。而實際溫度控制過程中既要求系統(tǒng)具有穩(wěn)定性、實時性，又需要使系統(tǒng)功耗低、保證溫度的均勻性和數(shù)據(jù)可實時共享，因此可設(shè)計一種低功耗的多點可方便上傳至上位機的無線溫度檢測系統(tǒng)。無線溫度測量系統(tǒng)可以由無線溫度傳感器節(jié)點、網(wǎng)關(guān)、計算機采集處理軟件組成，集溫度信號采集、大容量存儲、無線射頻發(fā)送、LED動態(tài)顯示、控制與通信等功能于一體的新型系統(tǒng)。無線數(shù)字信號傳輸方式消除了長電纜傳輸帶來的噪聲干擾，整個測量系統(tǒng)具有極高的測量精度和抗干擾能力。無線傳感器節(jié)點采用無線網(wǎng)狀網(wǎng)設(shè)備，可以組成龐大的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，支持多達(dá)上千個測點同時進(jìn)行大型結(jié)構(gòu)試驗。無線溫度測量設(shè)備被廣泛應(yīng)用于運動物體、不方便假設(shè)線路場所以及危險，有毒，有害等場所的溫度測量。本系統(tǒng)采用先進(jìn)的發(fā)射/接收和溫度采集設(shè)備，便于安裝，工作穩(wěn)定性高，可以遠(yuǎn)距離測量溫度，易于集成化、智能化，在工農(nóng)業(yè)測控系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用前景。在生產(chǎn)過程中，可以實現(xiàn)對人類難以或無法到達(dá)的工作現(xiàn)場的監(jiān)測，應(yīng)用這一系統(tǒng)可對生產(chǎn)現(xiàn)場的工藝參數(shù)進(jìn)行采集、監(jiān)視和記錄，為提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本提供了信息和手段。測溫節(jié)點工作在各個測溫地點，進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)采集和無線發(fā)送?；九c多個節(jié)點進(jìn)行無線通信，并通過LED顯示將數(shù)據(jù)顯示出來，同時可以通過無線傳輸技術(shù)將數(shù)據(jù)發(fā)送給PC。在本系統(tǒng)中，數(shù)字化無線溫度傳感器將體現(xiàn)數(shù)字化、信息化和智能化的特點，包括溫度測量部分、溫度數(shù)據(jù)處理部分和溫度值顯示三部分構(gòu)成。溫度測量用到了一線式數(shù)字溫度傳感器DS18B20，該器件體積小，集成度高，自帶A/D轉(zhuǎn)換功能，更重要的是功耗低。處理器選用最常用的MCS51單片機。溫度數(shù)據(jù)的傳輸將會采用低功耗發(fā)射與接收模塊nRF24L01，它在測量點接收單片機的傳感器數(shù)據(jù)并把數(shù)據(jù)以無線方式傳輸出去，接收部分通過接收模塊（同樣是nRF24L01）接收數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)字濾波，然后再將接收到的數(shù)據(jù)以異步串行通信方式上傳給上位機。1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本設(shè)計采用AT89C52作為主控CPU，外加DS18B20溫度采集模塊、nRF24L0l無線收發(fā)模塊和數(shù)碼顯示模塊組成整個系統(tǒng)，如下圖1所示。圖1 系統(tǒng)框架圖本系統(tǒng)上位機與無線收發(fā)模塊通過RS232連接，主要完成單片機與PC機的數(shù)據(jù)傳輸。下位機即MCS51與無線收發(fā)模塊采用串行通信，LED為一個四合一共陰數(shù)碼管，溫度傳感器采用DS18B20。主要完成溫度采集，同步顯示，同步上傳至上位機。無線收發(fā)模塊完成上位機和下位機數(shù)據(jù)的交換，分別由兩塊獨立的單片機控制其收發(fā)。 系統(tǒng)控制核心——AT89C52AT89C52是一個低電壓，是一款高性能的有8位的片內(nèi)的8k bytes可反復(fù)擦寫的只讀與256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51，片內(nèi)置有通用的8位和Flash，因此這種AT89C52單片機在電子行業(yè)中有廣泛的應(yīng)用。正是基于此，本設(shè)計才采用AT89C52作為核心控制器件。下面簡單介紹該芯片。 單片機的引腳介紹①AT89C52 的引腳圖如圖2所示。圖2 AT89C52的管腳排列②管腳說明。電源接口：VCC供電電壓；GND接地。I/O接口：P0口，P0口為一個8位雙向I/O口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須接上拉電阻，常用的上拉電阻為1K。P1口，P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口。P2口，P2口為一個內(nèi)部存在上拉電阻的8位雙向I/O口，且常常結(jié)合P0口控制外圍數(shù)字化設(shè)備。P3口，P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表11所示。表11 P3口引腳功能表口管腳備選功能RXD（串行數(shù)據(jù)輸入口）TXD（串行數(shù)據(jù)輸出口）/INT0（外部中斷口0）/INT1（外部中斷口1）T0（計時器0外部輸入端） T1（計時器1外部輸入端）/WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通端）/RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通端）獨立功能接口：RST，復(fù)位輸入。當(dāng)需要復(fù)位時，要控制并保持RST腳上兩個機器周期的高電平。ALE/PROG，當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖控制單片機I/O口輸出的低位字節(jié)信號，微處理器AT89C52可以控制讓外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止。/PSEN，外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不會出現(xiàn)。/EA/VPP，在AT89C52訪問外部程序存儲器期間，不管是否有內(nèi)部程序存儲器，/EA都要保持低電平。XTAL1，反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2，來自反向振蕩器的輸出。 單片機內(nèi)部資源介紹單片機內(nèi)部有定時器。常說的計數(shù)器其實和這里的定時器是同一個物理的電子元件，只不過區(qū)別在于計數(shù)器記錄的是單片機外部發(fā)生的事情(接受的是外部脈沖),而定時器則是由單片機自身提供的一個非常穩(wěn)定的計數(shù)器，這個穩(wěn)定的計數(shù)器就是單片機上連接的晶振部件，MCS51單片機的晶振經(jīng)過分頻之后能提供給單片機相應(yīng)的穩(wěn)定脈沖，而且晶振的頻率非常準(zhǔn)確，這樣就能保證單片機的計數(shù)脈沖之間的時間間隔同樣也非常準(zhǔn)確。MCS51單片機結(jié)構(gòu)圖如圖3示。圖3 單片機結(jié)構(gòu)圖作為定時器使用時，定時器計數(shù)常將89C52單片機片內(nèi)振蕩器輸出的脈沖經(jīng)過12分頻后的脈沖個數(shù)，即每個機器周期使定時器T0/T1的寄存器值自動累加1，直到溢出，溢出后繼續(xù)從0開始計數(shù)，循環(huán)，所以定時器的分辨率是時鐘振蕩頻率的1/12。作為計數(shù)器使用時，單片機通過對引腳T0()或T1(