【正文】 18B20 支持“一線總線” 接口，測量溫度范圍為 55℃ ～ +125℃ ，在 10℃ ～ 85℃ 范圍內(nèi) ,精度為土 ℃ 。其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生。 DS18B20 是 DALLAS 公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有 3引腳 TO92 小體積封裝形式。 11 C E1C S N2S C K3M O S I4M I S O5IRQ6VDD7VSS8XC29XC110V D D _ P A1 1A N T 11 2A N T 21 3V S S1 4V D D1 5IREF16VSS17VDD18DVDD19VSS20U 1N R F 2 4 L 0 1V D DC 91 0 n FC 81 n FC 12 2 p FR 22 2 KR 1 1 MX 11 6 MC 22 2 p FC 32 . 2 n FC 44 . 7 p FC 73 3 n FC 61 . 0 p FL 33 . 9 n HL 18 . 2 n HL 2 2 . 7 n HC 51 . 5 p F5 0 o m h , R F I / OC EC S NS C KM O S IM I S OI R Q 圖 NRF24L01單端 50Ω射頻輸出電路原理圖 溫度采集端 無線溫度測量儀的溫度采集端由 AT89C51 單片機(jī)、溫度測量電路、無線發(fā)送模塊 NRF24L0顯示電路、時(shí)鐘電路及其它電路組成。 表 32：常用配置寄存器 地址（ H） 寄存器名稱 功能 00 CONFIG 設(shè)置 24L01工作模式 01 EN_AA 設(shè)置接收通道及自動(dòng)應(yīng)答 02 EN_RXADDR 使能接收通道地址 03 SETUP_AW 設(shè)置地址寬度 04 SETUP_RETR 設(shè)置自動(dòng)重發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)間和次數(shù) 07 STATUS 狀態(tài)寄存器，用來判定工作狀態(tài) 0A～ 0F RX_ADDR_P0～ P5 設(shè)置接收通道地址 10 TX_ADDR 設(shè)置接收接點(diǎn)地址 11～ 16 RX_PW_P0～ P5 設(shè)置接收通道的有效數(shù)據(jù)寬度 NRF24L01 模塊原理圖 NRF24L01 單端匹配網(wǎng)絡(luò)：晶振，偏置電阻，去耦電容。 NRF24L0l 所有的配置字都由配置寄存器定義，這些配置寄存器可通過 SPI 口訪問。與 SPI 相關(guān)的指令共有 8 個(gè)，使用時(shí)這些控制指令由 NRF24L01 的 MOSI 輸入。如下圖 、 ，給出 SPI 操作及時(shí)序圖： 圖 SPI 讀操作 圖 SPI 寫操作 配置字 SPI 口為同步串行通信接口，最大傳輸速率為 10 Mb/s，傳輸時(shí)先傳送低位字節(jié)，再傳送高位字節(jié)。最后接收成功時(shí)，若 CE 變低，則 NRF24L01 進(jìn)入空閑模式 1[10]。當(dāng)接收方檢測到有效的地址和 CRC 時(shí)，就將數(shù)據(jù)包存儲(chǔ)在 RX FIFO 中，同時(shí)中斷標(biāo)志位RX_DR 置高， IRQ 變低，產(chǎn)生中斷，通知 MCU 去取數(shù)據(jù)。若發(fā)送堆棧中無數(shù)據(jù)且 CE 為高，則進(jìn)入空閑模式 2。最后發(fā)射成功時(shí) ,若 CE 為低則 NRF24L01 進(jìn)入空閑模式1。若未收到應(yīng)答，則自動(dòng)重新發(fā)射該數(shù)據(jù) (自動(dòng)重發(fā)已開啟 )，若重發(fā)次數(shù) (ARC)達(dá) 到上限， MAX_RT 置高， TX FIFO 中數(shù)據(jù)保留以便在次重發(fā) 。若自動(dòng)應(yīng)答開啟，那么 NRF24L01 在發(fā)射數(shù)據(jù)后立即進(jìn)入接收模式，接收應(yīng)答信號(hào)（自動(dòng)應(yīng)答接收地址應(yīng)該與接收節(jié)點(diǎn)地址 TX_ADDR 一致）。 在掉電模式下電流損耗最小，同時(shí) NRF24L01也不工作，但其所有配置寄存器的值仍然保留 [9]。 工作模式 通過配置寄存器可將 NRF241L01 配置為發(fā)射、接收、空閑及掉電四種工作模式，如表 31所示。 CSN， SCK， MOSI， MISO： SPI 引腳端 ， 微處理器可通過此引腳配置 NRF24L01： IRQ：中斷標(biāo)志位 ； VDD：電 源輸入端 ； VSS：電源地 ； XC2， XC1：晶體振蕩器引腳 。 引腳功能及描述 NRF24L01 的封裝及引腳排列如圖 所示 [8]。接收時(shí)，工作電流只有 mA，多種低功率工作模式 (掉電模式和空閑模式 )使節(jié)能設(shè)計(jì)更方 便 [7]。內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊 ,并融合了增強(qiáng)型 ShockBurst技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置。系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)簡單，數(shù)據(jù)采集和接收端均采用無線收發(fā)一體芯片，微處理器可以單片機(jī)、數(shù)據(jù)接收端與計(jì)算機(jī)通過串口通信 [6]。傳感器將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字 信號(hào)送往無線模塊打包發(fā)出 ； 數(shù)據(jù)接收端由無線模塊、微處理器及計(jì)算機(jī)組成。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖如圖 。數(shù)據(jù)采集端負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集和發(fā)送 。 主機(jī)單片機(jī)接收到 NRF24L01的數(shù)據(jù)后，經(jīng) MAX232電平轉(zhuǎn)換可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)程序下載與升級(jí)，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與 PC 機(jī)的通信，以便將顯示數(shù)據(jù)信息通過此電路傳送到 PC 機(jī)，并存 PC 機(jī)上顯示，其串行通信電路如圖 。 RS232是單片機(jī)間，或單片機(jī)與上位機(jī)間通訊聯(lián)絡(luò)用。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對串行通信接口的有關(guān)問題，如信號(hào)線功能、電器特性都作了明確規(guī)定。 RS323C標(biāo)準(zhǔn)是美國 EIA(電子工業(yè)聯(lián)合會(huì)）與 BELL 等公司一起開發(fā)的 1969 年公布的通信協(xié)議。但都是在 RS232標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上經(jīng)過改進(jìn)而形成的。傳輸距離短的另一原因是 RS232屬單端信號(hào)傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問題，因此一般用于20m以內(nèi)的通信。 RS232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒 50、 7 100、 150、 300、 600、 1200、 2400、 4800、 9600、19200波特。通常 RS232 接口以 9 個(gè)接腳 (DB9) 或是 25 個(gè)接腳 (DB25) 的型態(tài) 出現(xiàn)，一般個(gè)人計(jì)算機(jī)上會(huì)有兩組 RS232 接口，分別稱為 COM1 和 COM2。 單片機(jī)與 PC 機(jī)通信模塊 采用 RS232串口與 PC機(jī)通信。 方案三：采用 LED7段數(shù)碼顯示管顯示，其成本低，容易顯示控制，但不能顯示字符。 12864是一款通用的液晶顯示屏，能夠顯示多數(shù)常用的漢字及 ASCII碼，而且能夠繪制圖片，描點(diǎn)畫線，設(shè)計(jì)成比較理想的結(jié)果?？紤]到電路的設(shè)計(jì)，成本，還有多點(diǎn)通信，我們選擇方案二，即用 DS18B20作為本系統(tǒng)的溫度傳感器。 6 使用 DS18B20線路簡單，編程容易，但是比 AD590精度 低。 但其需要用到差分放大器放大和 A/D轉(zhuǎn)換，需要原件多。 溫度傳感方案 方案一：采用 AD590是 美國 ANALO G DEV ICES 公司的單片集成 兩端感溫電流源。他能傳輸上千米的距離（加 PA），而且價(jià)格較便宜 ，采用 SPI總線通信模式電路簡單，操作方便。但是此模塊價(jià)格較貴，且 Zigbee協(xié)議相對較為復(fù)雜。 無線通信模塊方案 方案一：采用 GSM模塊進(jìn)行通信， GSM模塊需要借助移動(dòng)衛(wèi)星或者手機(jī)卡，雖說能夠遠(yuǎn)距離傳輸，但是其成本較大、且需要內(nèi)置 SIM卡，通信過程中需要收費(fèi)，后期成本較高。而且價(jià)格適中。 方案三 ：采用宏晶科技有限公司的 STC12C5A60S2增強(qiáng)型 51單片機(jī)作為主控芯片。此單片機(jī)是一款高性能的低功耗的 16位單片機(jī)，具有非常強(qiáng)大的功能，且內(nèi)置高速 12 位 ADC。此芯片價(jià)格便宜、操作簡便，低功耗，比較經(jīng)濟(jì)實(shí) 惠 [1]。無線測溫系統(tǒng)應(yīng)充分考慮其成本，在滿足系統(tǒng)要求的前提下，應(yīng)盡量降低成本，才能比同類產(chǎn)品具有競爭力。而系統(tǒng)環(huán)境的影響可能會(huì)有不確定的電磁干擾等，因此，系統(tǒng)要有一定的抗干擾性能。 。 5 2 系統(tǒng)方案分析與選擇論證 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 根據(jù)本系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境，總結(jié)系統(tǒng)的技術(shù)要求如下 : 。 整 個(gè)系統(tǒng)有發(fā)送和接收二部分，通 過 NRF24L01 無 線數(shù)據(jù)通信收發(fā)模塊來實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸 。 本課題的研究內(nèi)容 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用了 Nordic公司新推出的工作于 NRF24L01射頻芯片，由 AT89C51單片機(jī)控制 實(shí)現(xiàn)短距離無線數(shù)據(jù)通信。 4 同樣隨著傳感器及電子電路的發(fā)展，集成的溫度檢測器件的完善性及集成性也得到了大大的提高。接收時(shí)，工作 電流只有 ，多種低功率工作模式 (掉電模式和空閑模式 )使節(jié)能設(shè)計(jì)更方便。內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊 ,并融合了增強(qiáng)型 ShockBurst 技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置。同時(shí)許多公司也相繼推出基于 NRF24L01 的無線傳輸模塊。 課題的國內(nèi)外研究狀況 在 ,目前已經(jīng)云集了藍(lán)牙、 WiFi、 Zigbee等多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)無線協(xié)議，具有帶寬高（ 2Mbps），雙向傳輸，抗干擾性強(qiáng)，傳輸距離遠(yuǎn)（短距離無線技術(shù)范圍），耗電 少的優(yōu)點(diǎn)，用于無線鍵鼠等室內(nèi)場合。凡是布線繁雜或不允許布線的場合都希望能通過無線方案來解決。如今很多家庭都會(huì)安裝室內(nèi)溫度采集控制系統(tǒng)，其原理就是利用無線通信技術(shù)采集室內(nèi)溫度數(shù)據(jù)，并根據(jù)室內(nèi)溫度情況進(jìn)行遙控通風(fēng)等操作，自動(dòng)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度濕度，可以更好地改善人們的居住環(huán)境。當(dāng)前的科技水平下，無線通信技術(shù)的發(fā)展使得溫度采集測量精確，簡便易行。 在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，不論是溫室大棚的溫度監(jiān)測，還是糧倉的管理，傳統(tǒng)上都是采取分區(qū)取樣 的人工方法，工作量大，可靠性差。由于廠房大、需要傳輸數(shù)據(jù)多，使用傳統(tǒng)的有線數(shù)據(jù)傳輸方式就需要鋪設(shè)很多很長的通訊線，浪費(fèi)資源，占用空間，可操作性差，出現(xiàn)錯(cuò)誤換線困難。 課題的背景與意義 隨著社會(huì)的進(jìn)步和生產(chǎn)的需要，利用無線通信進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)采集的方式應(yīng)用已經(jīng)滲透到 生活各個(gè)方面。 該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可靠，功耗較低，成本低，是一種無線傳感器的解決方案。低功耗、實(shí)時(shí)性的無線溫度檢測是該設(shè)計(jì)的最大特點(diǎn)。本文提出 一種采用單片機(jī) AT89C51控制 DS18B20實(shí)現(xiàn)的無線溫度測量系統(tǒng)。在實(shí)際溫度控制過程中既要求系統(tǒng)具有穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性又需要 降低功耗。 因此采用 無線傳輸 溫度檢測尤為必要。在工業(yè)、醫(yī)療、軍事和生活等許多地方，都需要用到測溫裝置來檢測溫度。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 圖 1 系統(tǒng)總體 結(jié) 構(gòu)圖 3．進(jìn)度安排： 12 周 : 進(jìn)行論文題目的調(diào)研，查找、收集相關(guān)資料，進(jìn)行分析、整理 3 周：結(jié)合自己對課題的思考，形成個(gè)人的觀點(diǎn)，完成開題報(bào)告 45 周：完成論文的總體方案設(shè)計(jì) 6— 9 周：進(jìn)行論文軟硬件設(shè)計(jì) 10— 11 周：系統(tǒng)調(diào)試 1214 周：撰寫論文、對論文進(jìn)行反復(fù)修改，使畢業(yè)論文圓滿完成 15 周：準(zhǔn)備答辯 老師意見： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 注： 1. 開題報(bào)告應(yīng)根據(jù)教師下發(fā)的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書，在教師的指導(dǎo)下由學(xué)生獨(dú)立撰寫，在 學(xué)院規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成 ； 2．設(shè)計(jì)的目的及意義至少 800 字，基本內(nèi)容和技術(shù)方案至少 400字； 3．指導(dǎo)教師意見應(yīng)從選題的理論或?qū)嶋H價(jià)值出發(fā)，闡述學(xué)生利用的知識(shí)、原理、建立的模型正確與否、學(xué)生的論證充分否、學(xué)生能否完成課題，達(dá) 到預(yù)期的目標(biāo) 鄭 重 聲 明 MCU 溫度檢測 模塊 無線發(fā)射模塊 無線接收模塊 溫度顯示模塊 MCU 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果 。 NRF24L01是 Nordic公司提供的一款工作在 2. 4 GH z的無線通信芯片 , 采用 GFSK 調(diào)制 , 內(nèi)部 集成 Nordic 的 Enhanced Shock Burst 協(xié)議 , 通信速度達(dá) 2 Mbps, 提供標(biāo)準(zhǔn) SPI, 方便與微控制器接口 , 結(jié)合 DS18B20 溫度傳感器即可方便的構(gòu)建一個(gè)多點(diǎn)分布式智能無線溫度測量系統(tǒng)。它還能在很短的時(shí)間內(nèi)安裝好。無線通信卻能很容易地跨躍這些障礙 ,并且不需要可見的線就能工作。 2．基本內(nèi)容和技術(shù)方案： 在糧庫溫控系統(tǒng)、冷庫溫控系統(tǒng)、智能化建筑監(jiān)控系統(tǒng)、中央空調(diào)系統(tǒng)等眾多應(yīng)用領(lǐng)域都需要多點(diǎn)溫度測量技術(shù)。 同樣隨著傳感器及電子電路的發(fā)展，集成的溫度檢測器件的完善性及 集成性也得到了大大的提高。接收時(shí)，工作電流只有 ，多種低功率工作模式使節(jié)能設(shè)計(jì)更方便。內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊 ,并融合了增強(qiáng)型ShockBurst技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置。同時(shí)許多公司也相繼推出基于 NRF24L01的無線傳輸模塊。具有帶寬高，雙向傳輸，抗干擾性強(qiáng)，傳輸距離遠(yuǎn)，