单片机的无线温度采集接收系统
摘 要本文设计了一款周围空间温度的实时快速检测系统，检测数据可通过射频无线通信向远程手持端进行发射。控制器芯片使用了目前在大学教学和市场上最受欢迎的51单片机，在其片外配置了NRF24L01射频无线收发芯片以及DS18B20温度传感器等功能模块；在软件上通过C语言编写了程序代码，并通过Keil软件环境进行了程序代码的优化和编译。在硬件系统和软件系统都设计完毕后，对这款控制系统进行了大量的测试和优化，在测试过程中系统表现出了非常高的稳定性和使用价值，非常适合进行大量生产并逐步取代相关产品。
目录
一、 引言 1
（一） 温度检测系统的发展背景 1
（二） 智能温度检测系统的国内外发展现状 2
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 4
（一） 常用单片机的比较与选择 4
（二） AT89C51单片机介绍 5
（三） NRF24L01射频无线通信集成芯片介绍 5
（四） DS18B20传感器概述 6
（五） LCD1602显示器介绍 7
三、 硬件系统设计 9
（一） 温度检测系统的系统原理框图设计 9
（二） 终端部分电路设计 10
1. 最小系统设计 10
2. NRF24L01射频无线通信集成芯片电路设计 11
3. DS18B20传感器电路设计 12
（三） 手持端电路设计 12
1. 显示器电路设计 12
2. 蜂鸣器电路设计 13
四、 软件系统设计 14
（一） 温度检测系统的软件工作流程设计 14
（二） NRF24L01射频无线通信模块驱动流程设计 15
（三） 显示器工作流程设计 16
五、 Proteus软件仿真 18
总 结 21
参考文献 22
致 谢 23
附录一 原理图 24
附录二 元件列表 26
附录三 程序 27
引言
温度检测系统的发展背景
随
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
着科学技术的不断发展以及人们对生活品质的不断追求，温度检测系统在人们的生活中以及随处可见了，这种电子器件通常能够辅助人们对工业活动过程中的温度、环境温度以及其他温度进行检测和过温报警，不仅如此它通常还是组成温度控制系统的一个重要部分。由于各种工业活动几乎都涉及到对温度的检测（如冶金过程中对金属溶液的温度测量、水房对温度的检测以及航空航天中对空间温度的实时检测等），因此它和国民的生产生活息息相关，温度检测系统的性能高低将影响着各类工业活动。本文课题的提出就是以此为研究背景，提出通过性价比更高的控制器和温度传感器的合理搭配，来设计一款能够实现更高性能指标的智能温度检测系统控制系统。所谓“温度检测系统控制系统”，实际上是指通过单片机、DSP等微处理器作为主控器件，在处理器外部结合温度传感器、显示器、时间处理模块、报警模块以及其他功能而实现的一种微处理控制系统，通过相应的语言进行软件程序的编写，从而实现温度检测系统系统的自动控制特性。温度检测系统控制系统的出现是在电子技术以及传感器技术的飞速发展以及趋向成熟后的一个必然产物，其中主要的核心部件——温度传感器不仅依靠经过反复推敲的理论基础，并且需要结合到实际应用中，将理论基础映射到实际的电子线路中，将温度的快速检测通过硬件电路来实现，并通过数字信号输出的形式来实现温度的检测输出。在温度传感器出现之前，温度的计量几乎无法实现，人们的很多对于温度计量的想法只能够停留在理论阶段或者只能依靠传统的温度计来实现。由于温度传感器这种传感器不仅需要硬件基础，更需要控制器输出驱动信号来读取测量值，因此实现一款基本功能的温度检测系统系统是一个多门专业综合化的课题，它需要设计人员不仅具有硬件电路的设计基础，更要有程序代码开发的经验，不仅如此，还需要对经典物理理论充分掌握才能够设计出性能卓越的温度检测系统控制系统，可以看出要设计出一款性能卓越的温度检测系统控制系统并不是一件简单的事情，本文将以笔者大学期间所掌握的专业知识作为基础，经过多次的尝试、试验、改进和优化，最终实现了一款性价比非常高的智能型温度检测系统控制系统，并且将通过射频无线通信技术实现对温度数据的远程无线收发。
智能温度检测系统的国内外发展现状
目前国内外的很多企业或者高校实验课题小组都投入了大量的精力来对高性能的温度检测系统系统进行研究，由于基本的温度检测功能已经实现了普及化，现在几乎任何一台和温度相关的工业仪器上都能够实现温度测量的功能，然而要实现更高精度、更高灵敏度的检测性能，无论是国外还是国内都还有一段很长的路要走。前不久国外研发出了一个体积能够小到一个绿豆里大小的温度检测处理模块，这款高度集成的功能模块不仅内部嵌入了控制器模块，电源管理、传感器也被集成了进去，采用高速的SPI接口进行数据读写，因此能够满足高速的温度检测要求，尤其是在快速温度检测过程中更加适用；而国内的研究小组主要将研究重心放在了大幅度降低其功耗上，这样将其嵌入到智能手机中，将能够很大程度的节约手机电量开销。
本文主要研究内容
本次论文结构安排如下：
第一章为论文设计的绪论部分，对无线温度采集接收系统的发展背景以及发展现状做了简要介绍，并通过将国内外相关企业、研究小组对该系统的实现程度进行了对比，最终确立了本文的研究目标和指标。
第二章对控制系统的总体设计方案进行了设计，主要对控制系统所使用的控制器、液晶屏、传感器以及其他一些所需器件进行了简要介绍，为下文的软硬件电路设计做了铺垫。
第三章为无线温度采集接收控制系统的硬件电路设计章节，对51单片机最小系统以及外围电路的详细原理图进行了设计。
第四章为无线温度采集接收控制系统的软件部分设计，通过对主程序以及子程序的流程图分析来描述系统的设计思路。
第五章为无线温度采集接收控制系统的系统仿真章节，通过在Proteus上绘制原理图并将程序代码烧入来实现仿真系统的运行。
下列为本课题将要对温度无线收发系统实现的各项指标和功能：
以AT89C51单片机作为主控器，设计其最小系统电路，以实现对其他模块的驱动；
温度检测通过DS18B20传感器来实现，能够实现0.5摄氏度的温度检测精度；
温度检测结果可通过射频无线通信集成芯片进行发射；
系统分为终端和手持端两部分，终端用于实现对周围温度的检测，并将温度检测结果向空间中发射，手持端用于接收终端发射的温度检测结果，并通过液晶屏进行显示，与此同时手持端还具有温度报警功能，当检测结果超过设定温度时，手持端将进行报警。
方案选择及元器件介绍
常用单片机的比较与选择
本文结合了自身当前的知识掌握情况以及对于单片机的学习经历，最终制订了两个单片机的待选方案。
第一个方案是选用ATMEL公司的AT89C51单片机，C51单片机的数据处理宽度为八位，如果采用该单片机作为本次毕业设计的主控单片机，那么将能够带来极高的性价比，目前AT89C51单片机的平均价格为2RMB左右，作为系统的主控核心，成本能够控制在如此之低的水平，那么能够大大地提高控制系统的性价比。另外大学三年中对于AT89C51单片机的学习过程中，对其内部21个寄存器的配置以及使用已经有了很充分的经验和操作经历，因此如果使用AT89C51单片机，那么将能够给本次的毕业设计的成功带来足够的保障性。在电路构建方面以及PCB布局方面，由于AT89C51单片机体积较大，40个管脚全部采用直插形式，没有任何贴片引脚，因此对于PCB的布局以及焊接工作，能够大大降低设计难度，并且也能够在一定程度上增强系统的稳定性。
目录
一、 引言 1
（一） 温度检测系统的发展背景 1
（二） 智能温度检测系统的国内外发展现状 2
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 4
（一） 常用单片机的比较与选择 4
（二） AT89C51单片机介绍 5
（三） NRF24L01射频无线通信集成芯片介绍 5
（四） DS18B20传感器概述 6
（五） LCD1602显示器介绍 7
三、 硬件系统设计 9
（一） 温度检测系统的系统原理框图设计 9
（二） 终端部分电路设计 10
1. 最小系统设计 10
2. NRF24L01射频无线通信集成芯片电路设计 11
3. DS18B20传感器电路设计 12
（三） 手持端电路设计 12
1. 显示器电路设计 12
2. 蜂鸣器电路设计 13
四、 软件系统设计 14
（一） 温度检测系统的软件工作流程设计 14
（二） NRF24L01射频无线通信模块驱动流程设计 15
（三） 显示器工作流程设计 16
五、 Proteus软件仿真 18
总 结 21
参考文献 22
致 谢 23
附录一 原理图 24
附录二 元件列表 26
附录三 程序 27
引言
温度检测系统的发展背景
随
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
着科学技术的不断发展以及人们对生活品质的不断追求，温度检测系统在人们的生活中以及随处可见了，这种电子器件通常能够辅助人们对工业活动过程中的温度、环境温度以及其他温度进行检测和过温报警，不仅如此它通常还是组成温度控制系统的一个重要部分。由于各种工业活动几乎都涉及到对温度的检测（如冶金过程中对金属溶液的温度测量、水房对温度的检测以及航空航天中对空间温度的实时检测等），因此它和国民的生产生活息息相关，温度检测系统的性能高低将影响着各类工业活动。本文课题的提出就是以此为研究背景，提出通过性价比更高的控制器和温度传感器的合理搭配，来设计一款能够实现更高性能指标的智能温度检测系统控制系统。所谓“温度检测系统控制系统”，实际上是指通过单片机、DSP等微处理器作为主控器件，在处理器外部结合温度传感器、显示器、时间处理模块、报警模块以及其他功能而实现的一种微处理控制系统，通过相应的语言进行软件程序的编写，从而实现温度检测系统系统的自动控制特性。温度检测系统控制系统的出现是在电子技术以及传感器技术的飞速发展以及趋向成熟后的一个必然产物，其中主要的核心部件——温度传感器不仅依靠经过反复推敲的理论基础，并且需要结合到实际应用中，将理论基础映射到实际的电子线路中，将温度的快速检测通过硬件电路来实现，并通过数字信号输出的形式来实现温度的检测输出。在温度传感器出现之前，温度的计量几乎无法实现，人们的很多对于温度计量的想法只能够停留在理论阶段或者只能依靠传统的温度计来实现。由于温度传感器这种传感器不仅需要硬件基础，更需要控制器输出驱动信号来读取测量值，因此实现一款基本功能的温度检测系统系统是一个多门专业综合化的课题，它需要设计人员不仅具有硬件电路的设计基础，更要有程序代码开发的经验，不仅如此，还需要对经典物理理论充分掌握才能够设计出性能卓越的温度检测系统控制系统，可以看出要设计出一款性能卓越的温度检测系统控制系统并不是一件简单的事情，本文将以笔者大学期间所掌握的专业知识作为基础，经过多次的尝试、试验、改进和优化，最终实现了一款性价比非常高的智能型温度检测系统控制系统，并且将通过射频无线通信技术实现对温度数据的远程无线收发。
智能温度检测系统的国内外发展现状
目前国内外的很多企业或者高校实验课题小组都投入了大量的精力来对高性能的温度检测系统系统进行研究，由于基本的温度检测功能已经实现了普及化，现在几乎任何一台和温度相关的工业仪器上都能够实现温度测量的功能，然而要实现更高精度、更高灵敏度的检测性能，无论是国外还是国内都还有一段很长的路要走。前不久国外研发出了一个体积能够小到一个绿豆里大小的温度检测处理模块，这款高度集成的功能模块不仅内部嵌入了控制器模块，电源管理、传感器也被集成了进去，采用高速的SPI接口进行数据读写，因此能够满足高速的温度检测要求，尤其是在快速温度检测过程中更加适用；而国内的研究小组主要将研究重心放在了大幅度降低其功耗上，这样将其嵌入到智能手机中，将能够很大程度的节约手机电量开销。
本文主要研究内容
本次论文结构安排如下：
第一章为论文设计的绪论部分，对无线温度采集接收系统的发展背景以及发展现状做了简要介绍，并通过将国内外相关企业、研究小组对该系统的实现程度进行了对比，最终确立了本文的研究目标和指标。
第二章对控制系统的总体设计方案进行了设计，主要对控制系统所使用的控制器、液晶屏、传感器以及其他一些所需器件进行了简要介绍，为下文的软硬件电路设计做了铺垫。
第三章为无线温度采集接收控制系统的硬件电路设计章节，对51单片机最小系统以及外围电路的详细原理图进行了设计。
第四章为无线温度采集接收控制系统的软件部分设计，通过对主程序以及子程序的流程图分析来描述系统的设计思路。
第五章为无线温度采集接收控制系统的系统仿真章节，通过在Proteus上绘制原理图并将程序代码烧入来实现仿真系统的运行。
下列为本课题将要对温度无线收发系统实现的各项指标和功能：
以AT89C51单片机作为主控器，设计其最小系统电路，以实现对其他模块的驱动；
温度检测通过DS18B20传感器来实现，能够实现0.5摄氏度的温度检测精度；
温度检测结果可通过射频无线通信集成芯片进行发射；
系统分为终端和手持端两部分，终端用于实现对周围温度的检测，并将温度检测结果向空间中发射，手持端用于接收终端发射的温度检测结果，并通过液晶屏进行显示，与此同时手持端还具有温度报警功能，当检测结果超过设定温度时，手持端将进行报警。
方案选择及元器件介绍
常用单片机的比较与选择
本文结合了自身当前的知识掌握情况以及对于单片机的学习经历，最终制订了两个单片机的待选方案。
第一个方案是选用ATMEL公司的AT89C51单片机，C51单片机的数据处理宽度为八位，如果采用该单片机作为本次毕业设计的主控单片机，那么将能够带来极高的性价比，目前AT89C51单片机的平均价格为2RMB左右，作为系统的主控核心，成本能够控制在如此之低的水平，那么能够大大地提高控制系统的性价比。另外大学三年中对于AT89C51单片机的学习过程中，对其内部21个寄存器的配置以及使用已经有了很充分的经验和操作经历，因此如果使用AT89C51单片机，那么将能够给本次的毕业设计的成功带来足够的保障性。在电路构建方面以及PCB布局方面，由于AT89C51单片机体积较大，40个管脚全部采用直插形式，没有任何贴片引脚，因此对于PCB的布局以及焊接工作，能够大大降低设计难度，并且也能够在一定程度上增强系统的稳定性。
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