单片机无线测温湿设备
目 录
引言 5页
一、系统设计 6页
(一)芯片选型 6页
（二）系统构成 8页
二、硬件设计 10页
(一) 51单片机最小系统设计 10页
（二）温湿度传感器电路设计 10页
（三）nrf24l01无线传输电路设计 11页
（四）RS232串口传输电路设计 11页
（五）蜂鸣器电路设计 11页
三、软件设计 13页
(一) KEIL编译的环境图 13 页
（二）从主节点软件设计 13 页
（三）从节点软件设计 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
14 页
四、系统调试 15页
(一)调试环境搭建 15页
（二）调试过程 15页
总结 17页
致谢 18页
参考文献 19页
附录 20页
引言
嵌入式技术是继网络技术之后，又一个新的技术发展热点。嵌入式系统具有体积小、性能强、功耗低、可靠性高以及面向行业应用的突出特征，目前已经广泛应用于军事、网络通信、消费电子、工业控制等领域。对于嵌入式系统目前一个被普遍认同的定义是：以应用为中心，软硬件可裁减的，适应应用系统，对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统。一般来说嵌入式系统的架构可以分成四个部分：处理器、存储器、输入输出和软件。
无线测温技术在国际上备受关注，因为它涉及了学科高度交叉和众多当下热门研究领域。无线温湿度仪就是其设备之一。它将对应被测量值的信息记录，然后传到媒质上的测量仪器仪表显示。无线温湿度仪是用来测量记录温度相对湿度的设备仪器，核心技术是以无线的方式将数据发送到数据中心。如果无线温湿度仪是单个是无法运行的，它必须和无线接收机、无线转发器和计算机或数据处理终端以及计算机软件等构成的完整系统配合才能正常运行工作。
应用嵌入式技术制作的无线温湿度仪可以应用在如下场景：在一些工厂或化学实验室里，那些重要的化学品和工业品需要它的存储监控。在制药环节中它用来监控实验室，电冰箱，冷藏柜以及培养室的环境。最后在博物馆中它给重要文物的保存和运输，以及辅助的安全提供了安全保障。同样在农业大棚环境中，也可以使用无线温湿度仪来实现自动化的监控、灌溉等。
因此基于51单片机的无线温湿度仪是具有创新意义的。
一、系统设计
温湿度传感器的典型应用如下图所示:
在图中我们可以直观的了解到无线温湿度仪的工作原理。在上位机附近设置了主节点，主节点附近分布了许多从节点。从节点搜集周边的温度和湿度信息。搜集完成之后通过nrf24l01无限模块传输给主节点。从而星辰了多发一收的工作模式。
（一）芯片选型
单片机选型：STC89C52RC是采用8051核的ISP（In System Programming）在系统可编程芯片，最高工作时钟频率为80MHz，片内含8K Bytes的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，具有在系统可编程（ISP）特性，配合PC端的控制程序即可将用户的程序代码下载进单片机内部，省去了购买通用编程器，而且速度更快。STC89C52RC系列单片机是单时钟/机器周期(1T)的兼容8051 内核单片机，是高速/ 低功耗的新一代8051 单片机，全新的流水线/精简指令集结构,内部集成MAX810 专用复位电路。
温湿度传感器选型：DHT11 数字温湿度 传感器是一款含有已校准数字信 号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电 阻 式 感 湿元件和一 个 NTC 测温元件，并与一个 高性能 8 位单片机相 连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个 DHT11 传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在 OTP 内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数 。
图 DHT11
无线传输芯片选型：nRF24L01是由NORDIC生产的工作在2.4GHz~2.5GHz的ISM 频段的单片无线收发器芯片。无线收发器包括：频率发生器、增强型“SchockBurst”模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器和解调器。输出功率频道选择和协议的设置可以通过SPI 接口进行设置。几乎可以连接到各种单片机芯片，并完成无线数据传送工作。极低的电流消耗：当工作在发射模式下发射功率为0dBm 时电流消耗为11.3mA ，接收模式时为12.3mA，掉电模式和待机模式下电流消耗更低。它应用领域主要有无线鼠标，无线门禁，安全系统，遥控装置，以及玩具等等。
图nRF24L01
串口转换芯片电压选型：采用专有低压差发送器输出级，利用双电荷泵在3.0V至5.5V电源供电时能够实现真正的RS-232性能，器件仅需四个0.1uF的外部小尺寸电荷泵电容。max3232确保在120kbps数据速率，同时保持RS-232输出电平。max3232具有二路接收器和二路驱动器，提供1uA关断模式，有效降低功效并延迟便携式产品的电池使用寿命。关断模式下，接收器保持有效状态，对外部设备进行监测，仅消耗1uA电源电流，max3232的引脚、封装和功能分别与工业标准MAX242和MAX232兼容。
引言 5页
一、系统设计 6页
(一)芯片选型 6页
（二）系统构成 8页
二、硬件设计 10页
(一) 51单片机最小系统设计 10页
（二）温湿度传感器电路设计 10页
（三）nrf24l01无线传输电路设计 11页
（四）RS232串口传输电路设计 11页
（五）蜂鸣器电路设计 11页
三、软件设计 13页
(一) KEIL编译的环境图 13 页
（二）从主节点软件设计 13 页
（三）从节点软件设计 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
14 页
四、系统调试 15页
(一)调试环境搭建 15页
（二）调试过程 15页
总结 17页
致谢 18页
参考文献 19页
附录 20页
引言
嵌入式技术是继网络技术之后，又一个新的技术发展热点。嵌入式系统具有体积小、性能强、功耗低、可靠性高以及面向行业应用的突出特征，目前已经广泛应用于军事、网络通信、消费电子、工业控制等领域。对于嵌入式系统目前一个被普遍认同的定义是：以应用为中心，软硬件可裁减的，适应应用系统，对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统。一般来说嵌入式系统的架构可以分成四个部分：处理器、存储器、输入输出和软件。
无线测温技术在国际上备受关注，因为它涉及了学科高度交叉和众多当下热门研究领域。无线温湿度仪就是其设备之一。它将对应被测量值的信息记录，然后传到媒质上的测量仪器仪表显示。无线温湿度仪是用来测量记录温度相对湿度的设备仪器，核心技术是以无线的方式将数据发送到数据中心。如果无线温湿度仪是单个是无法运行的，它必须和无线接收机、无线转发器和计算机或数据处理终端以及计算机软件等构成的完整系统配合才能正常运行工作。
应用嵌入式技术制作的无线温湿度仪可以应用在如下场景：在一些工厂或化学实验室里，那些重要的化学品和工业品需要它的存储监控。在制药环节中它用来监控实验室，电冰箱，冷藏柜以及培养室的环境。最后在博物馆中它给重要文物的保存和运输，以及辅助的安全提供了安全保障。同样在农业大棚环境中，也可以使用无线温湿度仪来实现自动化的监控、灌溉等。
因此基于51单片机的无线温湿度仪是具有创新意义的。
一、系统设计
温湿度传感器的典型应用如下图所示:
在图中我们可以直观的了解到无线温湿度仪的工作原理。在上位机附近设置了主节点，主节点附近分布了许多从节点。从节点搜集周边的温度和湿度信息。搜集完成之后通过nrf24l01无限模块传输给主节点。从而星辰了多发一收的工作模式。
（一）芯片选型
单片机选型：STC89C52RC是采用8051核的ISP（In System Programming）在系统可编程芯片，最高工作时钟频率为80MHz，片内含8K Bytes的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，具有在系统可编程（ISP）特性，配合PC端的控制程序即可将用户的程序代码下载进单片机内部，省去了购买通用编程器，而且速度更快。STC89C52RC系列单片机是单时钟/机器周期(1T)的兼容8051 内核单片机，是高速/ 低功耗的新一代8051 单片机，全新的流水线/精简指令集结构,内部集成MAX810 专用复位电路。
温湿度传感器选型：DHT11 数字温湿度 传感器是一款含有已校准数字信 号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电 阻 式 感 湿元件和一 个 NTC 测温元件，并与一个 高性能 8 位单片机相 连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个 DHT11 传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在 OTP 内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数 。
图 DHT11
无线传输芯片选型：nRF24L01是由NORDIC生产的工作在2.4GHz~2.5GHz的ISM 频段的单片无线收发器芯片。无线收发器包括：频率发生器、增强型“SchockBurst”模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器和解调器。输出功率频道选择和协议的设置可以通过SPI 接口进行设置。几乎可以连接到各种单片机芯片，并完成无线数据传送工作。极低的电流消耗：当工作在发射模式下发射功率为0dBm 时电流消耗为11.3mA ，接收模式时为12.3mA，掉电模式和待机模式下电流消耗更低。它应用领域主要有无线鼠标，无线门禁，安全系统，遥控装置，以及玩具等等。
图nRF24L01
串口转换芯片电压选型：采用专有低压差发送器输出级，利用双电荷泵在3.0V至5.5V电源供电时能够实现真正的RS-232性能，器件仅需四个0.1uF的外部小尺寸电荷泵电容。max3232确保在120kbps数据速率，同时保持RS-232输出电平。max3232具有二路接收器和二路驱动器，提供1uA关断模式，有效降低功效并延迟便携式产品的电池使用寿命。关断模式下，接收器保持有效状态，对外部设备进行监测，仅消耗1uA电源电流，max3232的引脚、封装和功能分别与工业标准MAX242和MAX232兼容。
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