【正文】 朱野：基于無線傳感網(wǎng) 絡(luò)的溫度監(jiān)控系統(tǒng) 24 結(jié)論與展望 本設(shè)計是基于 nRf24L01 的遠程溫 度的測量和監(jiān)控，廣泛應(yīng)用于電力工業(yè)、煤礦、糧食存儲、火災(zāi)等場合。 當溫度高于設(shè)定溫度就開啟繼電器打開風扇散熱、當溫度低于設(shè)定溫度就會打開加熱器加熱使溫度控制在設(shè)定的范圍內(nèi)。在整個的設(shè)計過程中江老師給了我很多的幫助，對于我不理解的部分和錯誤的部分都給予了耐心、深入的講解，同時幫助我拓展思路 使得我在設(shè)計中學(xué)到了很多的新的知識。 本次的設(shè)計可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場、家電等智能自控系統(tǒng)中。當測量溫度超過設(shè)定的報警溫度時發(fā)光二級管亮 ,然后 8051 把溫度數(shù)據(jù)送到發(fā)射端 nRf24L01 的發(fā)射緩存器， nRF24L01通過無線方式把溫度數(shù)據(jù)發(fā)射出去。發(fā)射端主要程序流程圖如圖 43 朱野：基于無線傳感網(wǎng) 絡(luò)的溫度監(jiān)控系統(tǒng) 22 圖 43發(fā)射端主要程序流程圖 開始 初始化 進入默認液晶顯示 SET 鍵按下？ 讀取溫度 SET 鍵再次按下 是否超過報警溫度 顯示處理 溫度數(shù)據(jù)送入發(fā)射器緩存器 Nrf24l01 設(shè)置為發(fā)射模式 應(yīng)答是否接收到 置位 TXDS,IRQ 調(diào)整模式 報警處理 是 是 否 否 是 否 否 是 安徽工程大學(xué)機電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 接收端主程序設(shè)計 開始上電 ,nRF24L01 初始化，設(shè)置為接受模式，然后讀取狀態(tài)寄存器。掃描按鍵：如果 SET 鍵按下，進入調(diào)整模式，設(shè)定報警溫度。本開始 初始化 延時程序 讀取最高溫度 讀取最低溫度 讀 取溫度寄存器 跳過讀序列號 結(jié)束 安徽工程大學(xué)機電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 設(shè)計用發(fā)光二極管發(fā)亮表示報警輸出。將設(shè)定的報警溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成液晶字符，設(shè)定在第二行顯示。 EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD108 0 5 1C O N A T 6 2 B1 6 2 7 3 8 4 9 5J4D B 9C 1 40 . 1 u fC 1 60 . 1 u fC 1 80 . 1 u fC 1 70 . 1 u fC 1 50 . 1 u fV C CCL+V+CLC2+C2V DOUT2RIN2ROUT2DIN2DIN1ROUT1RIN1GNDDOUT1VCCM A X 3 2 3 2C O M P O N E N T _ 圖 313 電平轉(zhuǎn)換電路原理圖 溫度控制電路 設(shè)計 當 監(jiān)控區(qū)域 溫度低于設(shè)定溫度是啟動繼電器 k1 開啟加熱器、當監(jiān)控地區(qū)溫度高于設(shè)定溫度時啟動繼電器 k2開啟風扇散熱，當溫度回到設(shè)定溫度內(nèi)是關(guān)閉 k k2。在本設(shè)計中采用 MAX3232 芯片，該芯片是一款具有自動關(guān)閉功能的低功耗電平轉(zhuǎn)換器件。 USART 模塊包括四個部分：波特率部分，控制串行通信數(shù)據(jù)接收和發(fā)送的速度；接收部分，接收串行輸入的數(shù)據(jù)；發(fā)送部分，發(fā)送串行輸出的數(shù)據(jù)；接口部分，完成串并、并串轉(zhuǎn)換。 EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD108051C O N A T 62BC7R1R2CECSNSCKMOSIMISOVDDVSSANT2ANT1IRQVDDVSSXC2XC1VSSDVDDVDDVSSIREF無線模塊nr f 24L 0112M H ZC622pfC522pfV C CV C CV C CC8 C9L32. 3m HL22. 3m HL12. 3m hC11. 5ufC21. 5ufC32. 5ufC44. 7uf12JC O N 2nR F 24L 01 圖 312 nrf24L01無線傳輸電路 單片機串口電路設(shè)計 串口是系統(tǒng)與外界聯(lián)系的重要途徑，異步通信串行接口也稱為 UART 異步接收 /發(fā)送器。如圖 310 所示。 EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD108051C O N A T 62BC 1122P FC 1022P FR3R410kC 13Y212m hzS4S W P B 圖 37 8051單片機基本電路 （ 2）溫度采集 電路 DS18B20 采用外部電源供電方式，其工作電源由 VDD 引腳介入。 123J18V A C D3I N 40 04D1D I O D ED2D I O D ED4I N 40 04D5D6I N 40 04C2104C1104C4220ufC32200ufU1L m 78 0sV un V ou t12J2C O N 2+ 5VG N D5V 電源模塊 圖 35電源電路 ＋ 3V 電源，采用電源電路如圖 36 所示。晶振 CYS的震蕩頻率范圍在 ～ 12MHz間選擇，典型值為 12MHz和 6MHz。本設(shè)計采用按鍵復(fù)位。 IREF：參考電流輸 入。 VDD：電源輸入端 。 QFN20 引腳 4 mm4 mm 封裝 。 片內(nèi)自動生成報頭和 CRC 校驗碼 。 DSl8B20 芯片工作原理示意圖 見圖 32所示： 安徽工程大學(xué)機電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 圖 32 D18B20工作原理圖 單片 無線射頻收發(fā)芯片 nRF24L01 nRF24L01 是一款工作在 ~ 世界通用 ISM 頻段的單片無線收發(fā)器芯片無線收發(fā)器包括 :頻率發(fā)生器增強型 SchockBurstTM 模式控制器功率放大器晶體振蕩器調(diào)制器解調(diào)器功率頻道選擇和協(xié)議的設(shè)置可以通過 SPI 接口進行設(shè)置極低的電流消耗當工作在發(fā)射模式 下發(fā)射功率為 6dBm 時電流消耗為 接收模式時為 。當 DS18B20 發(fā)出響應(yīng)主機的應(yīng)答脈沖時，即朱野：基于無線傳感網(wǎng) 絡(luò)的溫度監(jiān)控系統(tǒng) 10 向主機表明它已處在總線上并且準備工作。 圖 31 DS18B20引腳分布圖 表 31 DS18B20詳細 引腳功能描述 序號 名稱 引腳功能描述 1 GND 地信號 2 DQ 數(shù) 字輸入輸出引腳 ,開漏單總線接口引腳 ,當使用寄生電源時 ,可向電源提供電源 3 VDD 可 選擇 的 VDD引腳 ,當工作于寄生電源時 ,該引腳必須接地 （ 2） DS18B20 的命令序列 ① 初始化 ② ROM 命令跟隨著需要交換的數(shù)據(jù)； ③ 功能命令跟隨著需要交換的數(shù)據(jù)。 P3 口還具有第二功能，用于特殊信號輸入輸出和控制信號（屬控制總線）。 (3) 控制線 :控制線共有 4根， ① ALE/PROG:地址鎖存允許 /片內(nèi) EPROM 編程脈沖 ② PSEN:外 ROM 讀選通信號。 串行口： 一個全雙工異步串行通信口。 8051 單片機 為了實現(xiàn)溫度的采集，與上微機的通訊及對外設(shè)的控制，本系統(tǒng)的采用 8051 為內(nèi)核。 DS18B20 采集溫度數(shù)據(jù)送到從單片機，再從單片機送到NRF24L01 無線模塊發(fā)送出去，接收端 NRF24L01 無線模塊接收發(fā)送過來的信號，并把它送到主單片機進行數(shù)據(jù)處理。單片機軟件編程的自由度大，可以通過編程實現(xiàn)各種邏輯控制和算術(shù)算法，其體積小，硬件實現(xiàn)簡單，安裝方便。在這種方案中，調(diào)試十分方便，而且人機交互友好。 (3)數(shù)據(jù)安全性 應(yīng)用射頻技術(shù)的無線數(shù)據(jù)傳輸 j存在安全性阿題：在公共頻段下數(shù)據(jù)的傳輸處于公開狀態(tài)，任何人都有可能接收到系統(tǒng)發(fā)出的數(shù)據(jù)，因此數(shù)據(jù)在發(fā)送之前要進行嚴格的加密，接受數(shù)據(jù)時要進行嚴格的校驗和解密，以確保數(shù)據(jù)安全。因為要將系統(tǒng)應(yīng)用到多個辦公樓和鍋爐房之間，所以還要考慮周圍惡劣的環(huán)境所帶來的干擾。這樣，由于各種因素會造成檢測系統(tǒng) 較大的偏差，有由于檢測系統(tǒng)環(huán)境復(fù)雜，檢測點多，信號傳輸距離遠及各種干擾的影響，會使得檢測系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性下降，而且這種設(shè)計要用到復(fù)雜的算法，硬件電路復(fù)雜，硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜成本高。目前我國無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究取得了二定的成就，支撐無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)研究也取得了一定的進展，如無線通信技術(shù)、芯片集成技術(shù)的成熟和進步。中科院計算所 (寧波 )成立了專門的項目組，開發(fā)了自己的系列節(jié)點，配套協(xié)議棧以及網(wǎng)絡(luò)管理軟件，以提供一個實驗和研究平臺。它是將節(jié)點安置在建筑物周圍，按照一定的程序組建成網(wǎng)絡(luò)進行突發(fā)事件的的檢測，經(jīng)鑒定其精度可達lm，反應(yīng)時間短于 3秒，為救護、反恐提供了有力的輔助手段。 2021年 3月英特爾公司演示了家庭護理的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的隨機布設(shè)、自組織和環(huán)境適應(yīng)能力強等特點使其在軍事、環(huán)境監(jiān)測、智能交通、醫(yī)療設(shè)備、智能家居等各個領(lǐng)域和其他商業(yè)領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景和很高的應(yīng)用價值?；诰W(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的可變性，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有自組織、自配置的能力喁 1。 隨著傳感器節(jié)點的微型化，在設(shè)計中大部分節(jié)點的能量靠電池提供，其能量有限，而且由于條件限制，難以在使用過程中給節(jié)點更換電池，所以傳感器節(jié)點的能量限制是整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的瓶頸，它直接決定了網(wǎng)絡(luò)的工作壽命冊；安徽工程大學(xué)機電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 另一方面，傳感器節(jié)點的計算能力和存儲能力都較低，使得其不能進行復(fù)雜的計算和數(shù)據(jù)存儲，因而對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究者們提出了挑戰(zhàn)，它