基于nRF24L01的多点温度采集系统设计

第1页共3页摘要随着信息领域各种技术的发展，我们在数据采集方面的技术也取得了很大的进步，采集数据的信息化是目前社会的主要发展方向。各种领域都用到了数据采集，比如石油勘探、地震数据采集领域。随着工农业生产对温湿度的要求越来越高，准确测量温度变得非常重要。本课题提出一种基于单片机的无线多点温度采集电路设计，该方案是利用单片机控制DS18B20温度传感器采集温度，温度采集成功后由nRF24L01无线通信模块进行数据的无线传输，在接收板上也有一块无线通信模块与它配对。数据成功接收后由单片机去控制LCD1602液晶实时显示温度。本系统还设定了一个温度报警，当温度超过这个界限就由蜂鸣器发出警报，当温度下降至报警温度以下时，警报自动停止。本系统做的是多点温度采集,包括两块无线发送模块和一块无线接收模块,采集到的温度并排显示在同一个LCD1602上。用到的主要器件是AT89S52单片机、数字温度传感器DS18B20和无线芯片nRF24L01，测量结果用LCD1602液晶显示。关键词：单片机；多点温度采集；无线通信模块；温度报警。第2页共3页AbstractAlongwiththedevelopmentofthetechnologyofinformationfield,wehadalsomadealotofprogressindatacollectiontechnology,thedatagatheringinformationisthemaindevelopmentdirectionofthesociety.Variousfieldsalsousethedatacollection,suchaspetroleumexploration,seismicdataacquisitionfield.Alongwithincreasinglydemandingoftheindustryandagricultureproductiontothetemperatureandhumidity,moreaccuratemeasurementtemperaturebecomesveryimportant.ThistopiciswirelessacquisitionmultipointtemperatureacquisitionandtransmissioncircuitdesignbaseonSCM,theprojectisusingSCMtocontrolthetemperaturesensorDS18B20tocollectiontemperature,usenRF24L01wirelesscommunicationmoduletotransmitifreceivetemperaturesuccessfully,thereisawirelesscommunicationmodulepairingwithitindashreceiver.UseingSCMtocontrolLCD1602liquidcrystaltodisplaytemperatureafterreceivingtemperaturesuccessfully.Thesystemalsosetawarningtemperature,whenthetemperatureovertheline,thebuzzerwillcall,whenthetemperaturebelowthealarmtemperaturebelow,alarmwillstop.Thissystemrealizesmultipointtemperaturegathering,includingtwowirelesstransmissionmoduleandonewirelessreceivingmodule.ThetemperaturewillshowonthesameLCD1602.Thissystem’smaincomponentsisAT89S52SCManddigitaltemperaturesensorDS18B20andwirelesschipnRF24L01,themeasuredresultisdisplayingbyLCD1602.Keywords：SCM;multipointtemperaturegathering;wirelesscommunicationmodule;temperaturewarning.第3页共3页目录引言……………………………………………………………………………11课题方案设计………………………………………………………………22硬件设计……………………………………………………………………32.1电源电路……………………………………………………………………………32.2温度传感器电路………………………………………………………………………32.3无线传输电路…………………………………………………………………………42.3.1nRF24L01无线模块组成……………………………………………………………42.3.2nRF24L01无线模块应用……………………………………………………………62.4显示电路……………………………………………………………………………62.4.1字符型液晶显示模块简介…………………………………………………………72.4.2字符型液晶显示模块引脚和内部结构…………………………………………72.5单片机系统…………………………………………………………………………82.5.1AT89S52简介………………………………………………………………………82.5.2AT89S52引脚说明…………………………………………………………………82.6警报电路………………………………………………………………………………113软件设计…………………………………………………………………123.1系统概述………………………………………………………………………………123.2程序设计流程图………………………………………………………………………123.3DS18B20程序设计………………………………………………………………………133.4nRF24L01程序设计……………………………………………………………………163.5字符型液晶显示模块程序设计………………………………………………174调试及结果………………………………………………………………205结论………………………………………………………………………22谢辞……………………………………………………………………………23参考文献………………………………………………………………………24附录……………………………………………………………………………25第1页共40页引言21世纪的今天，科学技术的发展日新月异，科学技术的进步同时也带动了测量技术的发展，现代控制设备不同于以前，它们在性能和结构发生了翻天覆地的变化。我们已经进入了高速发展的信息时代，测量技术是当今社会的主流，广泛地深入到应用工程的各个领域。温度是工业、农业生产中常见的和最基本的参数之一，在生产过程中常需对温度进行检测和监控，采用微型机进行温度检测、数字显示、信息存储及实时控制，对于提高生产效率和产品质量、节约能源等都有重要的作用。伴随工业科技、农业科技的发展，温度测量需求越来越多，也越来越重要。但是在一些特定环境温度监测环境范围大,测点距离远,布线很不方便。这时就要采用无线方式对温度数据进行采集。多路无线温度采集系统可被广泛应用于温度测量或相应的可转换为温度量或供电故障监控的工业、农业、环保、服务业、安全监控等工程中，例如：城市路灯故障检测和供电线路防盗监视、城市居民小区供热检测、大型仓库温度检测、工业生产测控、农业生产温度测控、环保工程、故障监控工程等。考虑到许多工业环境中对多点温度进行监控，一般需要测量几十个点以上。本文设计多点无线温度监控系统。本设计是以Atmel公司的AT89S52单片机作为控制核心，提出基于DS18B20的温度采集与控制系统。控制器通过温度传感器实时检测各节点的温度变化，并在LCD1602上循环显示各节点温度的变化。因为采用微型机进行温度检测、数字显示、信息存储及实时控制，对于提高生产效率和产品质量、节约能源等都有重要的作用，并且温度参数对工业生产的重要性，所以温度测量系统的精确度和智能化一直受到企业的重视。所以学习并研究温度测量及相关知识可做为一个较为实用的课题的方向，能获得较实用的知识和方法。因此温度测控技术是一个很实用、也很重要的技术，值得去研究掌握。它应用的领域也相当广泛，可以应用到消防电气的非破坏性温度检测，电力、电讯设备的过热故障预知检测，空调系统的温度检测，各类运输工具之组件的过热检测，保全与监视系统之应用，医疗与健诊的温度测试，化工、机械…等设备温度过热检测。因此前景是相当的可观。第2页共40页1课题方案设计首先要对芯片作出选择。采用温度芯片DS18B20测量温度，可以体现系统芯片化这个趋势。部分功能电路的集成，使总体电路更简洁，搭建电路和焊接电路时更快。而且，集成块的使用，有效地避免外界的干扰，提高测量电路的精确度。所以集成芯片的使用将成为电路发展的一种趋势。本方案应用这一温度芯片，也是顺应这一趋势。主控部分采用AT89S52八位单片机实现。单片机软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制。而且体积小，硬件实现简单，安装方便。本系统以单片机为核心，构成一个包含温度采集、处理、无线传输、显示的无线温度采集系统，原理框图见图1.1。图1.1系统设计框图第3页共40页2硬件设计本课题设计的电路包括：电源电路、晶振电路、复位电路、无线收发电路、报警电路及显示电路。2.1电源电路（1）单片机供电本设计所用的是AT89S52单片机、LCD1602液晶及DS18B20芯片，直接由电池盒输入+5V的电压即可让它们正常工作。（2）nRF24l01无线模块nRF24l01芯片的供电电压为1.9V到3.6V之间，如果直接接+5V电压会让芯片烧毁，所以设计了一个3.3V输出的稳压电路。稳压电路的作用是当输入电压波动及其它外界因素变化时，还可以稳定输出直流电压。5V输入电压经过电解电容进行一级滤波，去除杂波干扰。再经过三端稳压管AMS1117-3.3输出稳定的3.3V电压。3.3V电压再经过电解电容进行二级滤波，让电压更稳定，保证nRF24l01芯片不被烧毁。稳压电源原理图见图2.1图2.1稳压电源电路原理图2.2温度传感器电路本方案采用DS18B20芯片进行温度采集。温度芯片DS18B20是Dallas公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO－92小体积封装形式。DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多样，有LTM8877，LTM8874等等。主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的DS18B20可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。内部结构见图2.2。第4页共40页图2.2DS18B20内部结构DS18B20引脚定义：(1)DQ为数字信号输入/输出端；(2)GND为电源地；(3)VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。具体见图2.3。图2.3DS18B20引脚图2.3无线传输电路2.3.1nRF24l01无线模块组成nRF24L01是NORDIC公司最近生产的一款无线通信芯片,采用FSK调制,内部集成NORDIC自己的EnhancedShortBurst协议。可以实现点对点或是1对6的无线通信。无线通信速度厅以达到2M（bps）。NORDIC公司提供通信模块的GERBER文件，可以直接加工生产。嵌入式工程师或是单片机爱好者只需要为单片机系统预留5个GPIO，1个中断输