畢業(yè)設(shè)計(jì)--基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　近年來(lái)，隨著無(wú)線通信技術(shù)和傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)越來(lái)越得到廣泛的應(yīng)用，特別是在環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能家居、工業(yè)監(jiān)控等領(lǐng)域的應(yīng)用?；跓o(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的溫度監(jiān)控系統(tǒng)用于對(duì)溫度的自動(dòng)監(jiān)控。</p><p>　　無(wú)線傳感

2、器網(wǎng)絡(luò)是由一組傳感器以Ad Hoc方式構(gòu)成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，其目的是協(xié)調(diào)地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地理區(qū)域中感知對(duì)象的信息，并發(fā)布給監(jiān)控者。隨著通信技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)和傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展和日益成熟，具有感知能力、計(jì)算能力和通信能力的微型傳感器開(kāi)始在世界范圍內(nèi)出現(xiàn)，由這些微型傳感器構(gòu)成的傳感器網(wǎng)絡(luò)引起了人們的極大關(guān)注。這種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合了傳感器技術(shù)、微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)、分布式信息處理和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，能夠協(xié)調(diào)地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)

3、域內(nèi)的各種環(huán)境或監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息，并對(duì)這些信息進(jìn)行處理。在信息采集及處理的過(guò)程中，涉及到了基于嵌入式系統(tǒng)及面向片上系統(tǒng)的平臺(tái)設(shè)計(jì)，基于微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)(MEMS)的傳感器研發(fā)，針對(duì)分布式系統(tǒng)的數(shù)據(jù)挖掘及隊(duì)列數(shù)據(jù)處理，以及具有自適應(yīng)組網(wǎng)和自主路由的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及其安全問(wèn)題。正是對(duì)這些課題的不斷探索，促成了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的各個(gè)分支的產(chǎn)生以及標(biāo)準(zhǔn)的制定。</p><p>　　本文是設(shè)計(jì)一個(gè)基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的溫度監(jiān)控系統(tǒng)

4、其中包括溫度的采集、無(wú)線發(fā)射、無(wú)線接收、報(bào)警等內(nèi)容的設(shè)計(jì)可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)監(jiān)控、智能樓宇、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域</p><p>　　關(guān)鍵詞：無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)；傳感器；嵌入式系統(tǒng)；智能家居</p><p>　　The Design of Temperature monitoring system based on wireless</p><p>　　sensor networ

5、ks</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In recent years, with the rapid development of wireless communication and sensor technology, wireless sensor networks has been widely used, espec

6、ially in the field of environmental monitoring, smart home, and industrial monitoring applications.</p><p>　　Wireless sensor network is constituted by a group of sensors to the Ad Hoc mode wireless network,

7、and its purpose is to coordinate perception, acquisition and processing of the geographical area covered by the network-aware object, and issued to the observer. With the rapid development of communication technology, em

8、bedded computing and sensor technology and increasingly sophisticated, with perception, computing power and communication capabilities of the tiny sensors worldwide, aroused by these</p><p>　　This article is

9、 to design a wireless sensor network-based temperature monitoring system, including the design of the temperature of the collection, wireless transmitter, wireless receiver, alarm and other content can be widely used in

10、industrial monitoring, smart buildings, environmental monitoring field</p><p>　　Keyword：Wireless sensor networks; sensors;embedded systems; smart home</p><p><b>　　目錄</b></p>&

11、lt;p><b>　　引言1</b></p><p><b>　　第1章 緒論2</b></p><p>　　1.1 課題研究的目的和意義2</p><p>　　1.2 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的研究和發(fā)展現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3課題研究的主要內(nèi)容4</p><p&

12、gt;　　第2章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)5</p><p>　　2．1 系統(tǒng)方案的論證5</p><p>　　2．2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)原則6</p><p>　　2．3 系統(tǒng)方案的選擇6</p><p>　　第3章 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.1 系統(tǒng)電路主要硬件元件介紹8</p><

13、;p>　　3.2本系統(tǒng)的硬件電路13</p><p>　　3.3 單片機(jī)串口電路設(shè)計(jì)16</p><p>　　3.4溫度控制電路設(shè)計(jì)17</p><p>　　第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)19</p><p>　　4.1按鍵處理程序設(shè)計(jì)19</p><p>　　4.2液晶顯示程序設(shè)計(jì)20</p>

14、<p>　　4.3溫度采集程序設(shè)計(jì)20</p><p>　　4.3 報(bào)警處理程序設(shè)計(jì)20</p><p>　　4.4發(fā)射端主程序設(shè)計(jì)21</p><p>　　4.5接收端主程序設(shè)計(jì)23</p><p><b>　　結(jié)論與展望24</b></p><p><b>　　致

15、謝25</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)26</b></p><p>　　附錄A基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)發(fā)射模塊電路27</p><p>　　附錄B 基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的溫度監(jiān)控系統(tǒng)接收模塊的硬件原理圖28</p><p>　　附錄C 系統(tǒng)軟件程序29</p>&

16、lt;p>　　附錄D 參考文獻(xiàn)摘要44</p><p>　　附錄E 引用外文文獻(xiàn)及翻譯47</p><p><b>　　插圖清單</b></p><p>　　圖2-1方案一原理框圖5</p><p>　　圖2-2方案二原理框圖6</p><p>　　圖2-3本系統(tǒng)采用的電路方案框

17、圖7</p><p>　　圖3-1 DS18B20引腳分布圖9</p><p>　　圖3-2 D18B20工作原理圖11</p><p>　　圖3-3 nRF24L01芯片引腳圖11</p><p>　　圖3-4 晶振電路13</p><p>　　圖3-5電源電路13</p><p>

18、;　　圖3-6 3v電源電路13</p><p>　　圖3-7 8051單片機(jī)基本電路14</p><p>　　圖3-8測(cè)溫電路電路圖14</p><p>　　圖3-9 報(bào)警電路15</p><p>　　圖3-10按鍵電路15</p><p>　　圖3-11 LCD1602液晶顯示模塊電路圖16</p

19、><p>　　圖3-12 nrf24L01無(wú)線傳輸電路16</p><p>　　圖3-13 電平轉(zhuǎn)換電路原理圖17</p><p>　　圖3-14溫度控制電路圖18</p><p>　　圖4-1按鍵處理子程序流程圖19</p><p>　　圖4-2 DS18B20溫度讀取過(guò)程流程圖20</p>&l

20、t;p>　　圖4-3發(fā)射端主要程序流程圖22</p><p><b>　　表格清單</b></p><p>　　表3-1　DS18B20詳細(xì)引腳功能描述9</p><p>　　表3-2 ROM的內(nèi)存指令10</p><p><b>　　引言</b></p><p>

21、;　　目前, 國(guó)外的一些發(fā)達(dá)國(guó)家雖然有一部分先進(jìn)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng), 由于環(huán)境﹑成本等原因, 并不適合我國(guó)的實(shí)際情況。從實(shí)際情況, 本著低成本、低功耗的原則, 對(duì)該系統(tǒng)軟硬件進(jìn)行設(shè)計(jì), 并解決了傳統(tǒng)的有線監(jiān)控系統(tǒng)的諸多問(wèn)題, 具有簡(jiǎn)單、靈活和易開(kāi)發(fā)等優(yōu)點(diǎn)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量低成本、能耗低的微小傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)測(cè)控系統(tǒng)。采用多跳對(duì)等的通信方式,將具有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元及通信模塊的大量智能節(jié)點(diǎn)散布在感知區(qū)域, 節(jié)點(diǎn)以自組

22、方式形成網(wǎng)絡(luò), 能夠協(xié)作地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測(cè)對(duì)象信息并處理、傳送到需要的用戶(hù), 具有自治、自適應(yīng)等智能屬性。由于體積、成本和功耗等原因, 實(shí)際資源的使用受到限制。此外, 通常傳感器節(jié)點(diǎn)需要連續(xù)工作很長(zhǎng)一段時(shí)間, 在人力修復(fù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的情況下, 一旦有節(jié)點(diǎn)損壞或是電源失效等情況, 就不能及時(shí)獲得準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。為此, 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)在考慮硬件資源非常有限的條件下,選用無(wú)線射頻收發(fā)芯片nRF24L01 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備,

23、該設(shè)備實(shí)現(xiàn)能耗低、成本小的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)硬件系統(tǒng)。根據(jù)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自身特點(diǎn)對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件和軟件進(jìn)行了較詳細(xì)的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 課題研究的目的和意義</p><p>　　目前，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和無(wú)線溫度采集系統(tǒng)中，要使用大量的基于不同物理機(jī)制的傳感器，且監(jiān)控和采集的

24、對(duì)象多而分散。傳統(tǒng)的使用線纜直接連接實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸?shù)姆绞?，將?yán)重限制數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的安放靈活性，設(shè)備布線困難。為達(dá)到實(shí)時(shí)、無(wú)人值守、不需重新布線的目的，所選用的傳感器應(yīng)該是有源的、準(zhǔn)實(shí)時(shí)、低功耗和便于安裝的。因此，通過(guò)無(wú)線通信的方式傳遞數(shù)據(jù)是一種較為理想的選擇，它與有線方式相比主要有成本低、攜帶方便、布線安裝簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，特別適用于遠(yuǎn)程多點(diǎn)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過(guò)無(wú)線通信方式形成的

25、一個(gè)多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知對(duì)象的信息，并發(fā)送給觀察者。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有組網(wǎng)快捷、靈活等優(yōu)點(diǎn)，具有很高的研究?jī)r(jià)值和十分廣闊的應(yīng)用前景。無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)采集室內(nèi)溫度信息，并將數(shù)據(jù)按一定的格式傳回控制機(jī)進(jìn)行分析處理。無(wú)線溫度采集系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)有效地解決了低成本、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集的可行性和安全性等問(wèn)題，對(duì)于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)控領(lǐng)域的運(yùn)用有著重要的參考價(jià)值。根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)題目的要求和設(shè)計(jì)需要本次

26、論文設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)辦辦</p><p>　　1.2 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的研究和發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　1.2.1無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)</p><p>　　無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是大量的靜止或移動(dòng)的傳感器以自組織和多跳的方式構(gòu)成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，其目的是協(xié)作地感知、采集、處理和傳輸網(wǎng)絡(luò)覆蓋地理區(qū)域內(nèi)感知對(duì)象的監(jiān)測(cè)信息，并報(bào)告給用戶(hù)。它的英文是Wireless Sensor Network,

27、 簡(jiǎn)稱(chēng)WSN。 大量的傳感器節(jié)點(diǎn)將探測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)匯聚節(jié)點(diǎn)經(jīng)其它網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給了用戶(hù)。在這個(gè)定義中，傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、處理和傳輸?shù)娜N功能，而這正對(duì)應(yīng)著現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)技術(shù)，即傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)。</p><p>　　1.2.2 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)</p><p>　　無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有以下特點(diǎn)：</p><p>　　(1)傳感器節(jié)點(diǎn)的通信能力

28、有限。</p><p>　　傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳感器傳輸速率低1，通信距離近j一般只有幾十到幾百米a由于傳感器往往工作在環(huán)境惡劣地區(qū)，更多地受到高山、建筑物、障礙物等地勢(shì)地貌以及風(fēng)雨雷電、潮濕、水浸等自然環(huán)境的影響，一方面造成傳感器間的通信不可靠，另一方面可能使傳感器出現(xiàn)故障、甚至損壞嘲。</p><p>　　(2)傳感器節(jié)點(diǎn)的能量、計(jì)算能力和存儲(chǔ)容量有限。</p><p&

29、gt;　　隨著傳感器節(jié)點(diǎn)的微型化，在設(shè)計(jì)中大部分節(jié)點(diǎn)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(guò)程中給節(jié)點(diǎn)更換電池，所以傳感器節(jié)點(diǎn)的能量限制是整個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的瓶頸，它直接決定了網(wǎng)絡(luò)的工作壽命冊(cè)；另一方面，傳感器節(jié)點(diǎn)的計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力都較低，使得其不能進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，因而對(duì)于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究者們提出了挑戰(zhàn)，它們必須設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單有效的路由協(xié)議等，來(lái)適用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。</p><p&

30、gt;　　(3)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)易變化，具有自組織能力。</p><p>　　由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)節(jié)能的需要，傳感器節(jié)點(diǎn)可以在工作和睡眠狀態(tài)之間切換，傳感器節(jié)點(diǎn)隨時(shí)可能由于各種原因發(fā)生故障而失效，或者添加新的傳感器節(jié)點(diǎn)到網(wǎng)絡(luò)中，這些情況的發(fā)生都使得無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在使用中很容易發(fā)生變化。此外，如果節(jié)點(diǎn)具備移動(dòng)能力，也必定會(huì)帶來(lái)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)渥兓??；诰W(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的可變性，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有自組織、

31、自配置的能力喁1。</p><p>　　(4)數(shù)據(jù)傳輸方向性強(qiáng)。</p><p>　　在傳感器網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)傳輸具有很強(qiáng)的方向性。通常，查詢(xún)信息是通過(guò)廣播或多播的方式從觀察者向網(wǎng)絡(luò)內(nèi)傳感器傳輸，而探測(cè)結(jié)果信息則是由分布在各處的傳感器節(jié)點(diǎn)向查詢(xún)節(jié)點(diǎn)匯聚。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的隨機(jī)布設(shè)、自組織和環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)使其在軍事、環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能交通、醫(yī)療設(shè)備、智能家居等各個(gè)領(lǐng)域和其他商業(yè)領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用

32、前景和很高的應(yīng)用價(jià)值。</p><p>　　1.2.3無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究及發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究起步于20世紀(jì)90年代末期，美國(guó)的加州大學(xué)伯克利分校、加州大學(xué)洛杉磯分校、麻省理工大學(xué)和康奈爾大學(xué)等幾所大學(xué)已經(jīng)進(jìn)行了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)的研究，許多著名公司也紛紛從不同的層次、不同的角度對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了研究和開(kāi)發(fā)。</p><p&

33、gt;　　2002年，美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校Intel實(shí)驗(yàn)室和大西洋學(xué)院聯(lián)合在大鴨島上部署了用來(lái)監(jiān)測(cè)島上海鳥(niǎo)生活習(xí)性的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，它們使用了包括光、濕度、氣壓計(jì)、紅外傳感器、攝像頭在內(nèi)的近lO種類(lèi)型的傳感器，系統(tǒng)通過(guò)自組織無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)?00mP}’的基站計(jì)算機(jī)內(nèi)，再由此經(jīng)衛(wèi)星傳輸至加州的服務(wù)器進(jìn)行分析研究。2003年，美國(guó)自然科學(xué)基金委員會(huì)制定了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究計(jì)劃，在加州大學(xué)洛杉磯分校成立了傳感器網(wǎng)絡(luò)研究中心，并聯(lián)合加

34、州大學(xué)伯克利分校、南加州大學(xué)等，展開(kāi)了“嵌入式智能傳感器”研究項(xiàng)引121，以求利用傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)我們生活的物理世界實(shí)現(xiàn)全方位的測(cè)試與控制，支持相關(guān)基礎(chǔ)理論的研究，這也是美國(guó)國(guó)情咨文中有關(guān)Internet2最主要的遠(yuǎn)景規(guī)劃之一。2004年3月英特爾公司演示了家庭護(hù)理的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)在鞋、家具及家用電器等家中用具和設(shè)備中嵌入半導(dǎo)體傳感器，幫助老齡人士、阿爾茨海默氏病患者以及殘障人士的家庭生活，利用無(wú)線通信將各傳感器聯(lián)網(wǎng)可高效傳

35、遞必要的信息從而方便接受護(hù)理。2005年美國(guó)BEA系統(tǒng)公司為提高美軍的電子戰(zhàn)能力而研發(fā)的“狼群"地面無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是一個(gè)典型的</p><p>　　我國(guó)近幾年也加快了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究步伐，中科院上海微系統(tǒng)研究所、沈陽(yáng)自動(dòng)化所、中科院計(jì)算所、軟件所、電子所和合肥智能所等科研機(jī)構(gòu)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)、北京郵電大學(xué)、浙江大學(xué)、國(guó)防科技大學(xué)和中國(guó)科技大學(xué)等院校在國(guó)內(nèi)較早地展開(kāi)了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究。

36、中科院上海微系統(tǒng)研究所憑借其在微系統(tǒng)和微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)方面良好的基礎(chǔ)，從1998年開(kāi)始就對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了跟蹤和研究，并且已經(jīng)通過(guò)系統(tǒng)集成的方式完成了一些終端節(jié)點(diǎn)和基站的研發(fā)，他們的很多工作都是與CDMA和GPS技術(shù)相關(guān)，從某種程度上說(shuō)己經(jīng)超越了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的范疇㈣。中科院計(jì)算所(寧波)成立了專(zhuān)門(mén)的項(xiàng)目組，開(kāi)發(fā)了自己的系列節(jié)點(diǎn)，配套協(xié)議棧以及網(wǎng)絡(luò)管理軟件，以提供一個(gè)實(shí)驗(yàn)和研究平臺(tái)。中科院電子所和沈陽(yáng)自動(dòng)化所也分別從傳感器技術(shù)和控

37、制技術(shù)角度入手開(kāi)展工作，他們專(zhuān)注于傳感和控制執(zhí)行部分，對(duì)上層的通信技術(shù)和核心微處理器部分涉及較少。浙江大學(xué)現(xiàn)代控制工程研究所成立了“無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)控制實(shí)驗(yàn)室"，聯(lián)合相關(guān)單位專(zhuān)門(mén)從事面向無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分布自治系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及協(xié)調(diào)控制理論方面的研究。2007年無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)控制實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)了一個(gè)多跳無(wú)線輪詢(xún)網(wǎng)絡(luò)</p><p>　　1.3課題研究的主要內(nèi)容</p><p>　　根據(jù)畢業(yè)

38、設(shè)計(jì)題目的要求和設(shè)計(jì)需要本次論文設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的監(jiān)控，本次設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是：</p><p>　　系統(tǒng)方案的論證和選擇；</p><p><b>　　系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)；</b></p><p><b>　　系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)；</b></p><p>　　第2章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)</p>&

39、lt;p>　　2．1 系統(tǒng)方案的論證</p><p><b>　　方案一：</b></p><p>　　如圖2-1所示：模擬型傳感器輸出模擬型號(hào)，經(jīng)過(guò)模擬緩沖，放大后經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后接單片機(jī)。這樣，由于各種因素會(huì)造成檢測(cè)系統(tǒng)較大的偏差，有由于檢測(cè)系統(tǒng)環(huán)境復(fù)雜，檢測(cè)點(diǎn)多，信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)及各種干擾的影響，會(huì)使得檢測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性下降，而且這種設(shè)計(jì)要用到復(fù)雜的算

40、法，硬件電路復(fù)雜，硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜成本高。</p><p>　　圖2-1方案一原理框圖</p><p><b>　　方案二：</b></p><p>　　采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20測(cè)量溫度，輸出信號(hào)全數(shù)字化，可以直接接到單片機(jī)上，處理簡(jiǎn)單，可靠性高。原理圖如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2方案二原理框圖&l

41、t;/p><p>　　2．2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)原則</p><p>　　構(gòu)建遠(yuǎn)程溫度采集網(wǎng)絡(luò)時(shí)需要考慮數(shù)據(jù)的傳輸方式、通信的質(zhì)量、數(shù)據(jù)安全、是否便于安裝和成本等問(wèn)題。因?yàn)橐獙⑾到y(tǒng)應(yīng)用到多個(gè)辦公樓和鍋爐房之間，所以還要考慮周?chē)鷲毫拥沫h(huán)境所帶來(lái)的干擾。本設(shè)計(jì)主要從以下幾個(gè)方面來(lái)考慮：</p><p>　　(1)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸方式</p><p>　　遠(yuǎn)程數(shù)

42、據(jù)傳輸方式有很多，需要根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用的實(shí)際環(huán)境和工況來(lái)確定數(shù)據(jù)傳輸方式。由于系統(tǒng)要求應(yīng)用在辦公樓區(qū)內(nèi)，其應(yīng)用環(huán)境較復(fù)雜，要做到布點(diǎn)容易、安裝簡(jiǎn)單、易于操作，需要采用無(wú)線的方式傳輸數(shù)據(jù)。</p><p>　　(2)無(wú)線通信質(zhì)量被測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的周?chē)h(huán)境比較復(fù)雜，存在墻體和樹(shù)木等物體帶來(lái)的干擾，所以系統(tǒng)需要選擇有效的無(wú)線收發(fā)模式來(lái)克服傳輸距離和障礙物干擾的問(wèn)題，以確保無(wú)線通信質(zhì)量。</p><p>&l

43、t;b>　　(3)數(shù)據(jù)安全性</b></p><p>　　應(yīng)用射頻技術(shù)的無(wú)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(kāi)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(jìn)行嚴(yán)格的加密，接受數(shù)據(jù)時(shí)要進(jìn)行嚴(yán)格的校驗(yàn)和解密，以確保數(shù)據(jù)安全。</p><p><b>　　(4)低成本</b></p><p>

44、　　低成本是節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的基本要求，這是大規(guī)模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)廣泛進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用的必要前提。</p><p>　　2．3 系統(tǒng)方案的選擇</p><p><b>　　方案一：</b></p><p>　　此方案采用PC機(jī)實(shí)現(xiàn)。他可以實(shí)現(xiàn)在線編程，在線仿真。在這種方案中，調(diào)試十分方便，而且人機(jī)交互友好。但是PC機(jī)與DS18B20之間不能直接通訊，需要通過(guò)

45、RS232電平轉(zhuǎn)換兼容，硬件的合成在線調(diào)試，較為繁瑣。而且在一些條件較為惡劣的場(chǎng)合，PC機(jī)體型過(guò)大，攜帶安裝不方便，性能不穩(wěn)定，會(huì)給工程帶來(lái)諸多麻煩。</p><p><b>　　方案二：</b></p><p>　　此方案采用8051單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)軟件編程的自由度大，可以通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)各種邏輯控制和算術(shù)算法，其體積小，硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，安裝方便。既可以單獨(dú)對(duì)多個(gè)DS1

46、8B20進(jìn)行控制，又可以和PC機(jī)進(jìn)行通訊。</p><p>　　綜上所述，本無(wú)線溫度控制系統(tǒng)以及主控部分都采用方案二。由于經(jīng)費(fèi)有限，本系統(tǒng)暫時(shí)實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)溫度無(wú)線測(cè)量。DS18B20采集溫度數(shù)據(jù)送到從單片機(jī)，再?gòu)膯纹瑱C(jī)送到NRF24L01無(wú)線模塊發(fā)送出去，接收端NRF24L01無(wú)線模塊接收發(fā)送過(guò)來(lái)的信號(hào)，并把它送到主單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。這種方案實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，擴(kuò)展性好，成本低。實(shí)際采用電路方案如圖2-3所示。</p&

47、gt;<p>　　圖2-3本系統(tǒng)采用的電路方案框圖</p><p>　　第3章 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 系統(tǒng)電路主要硬件元件介紹</p><p>　　根據(jù)上一章的論證選取的系統(tǒng)方案需要選取一定的硬件，本文基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的溫度監(jiān)控系統(tǒng)說(shuō)用到的元件有：8051單片機(jī)，DS18B20數(shù)字溫度傳感器，LCD1602，nRF21L01

48、等。</p><p>　　3.1.1 8051單片機(jī)</p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)溫度的采集，與上微機(jī)的通訊及對(duì)外設(shè)的控制，本系統(tǒng)的采用8051為內(nèi)核。</p><p>　　1. 8051基本參數(shù)</p><p><b>　　8位CPU</b></p><p>　　4KB字節(jié)的掩膜ROM程序存貯器

49、</p><p><b>　　128字節(jié)的RAM</b></p><p>　　4個(gè)8位的IO口（P0~P3）</p><p>　　2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器</p><p>　　1個(gè)全雙工異步串行口</p><p>　　5個(gè)中斷源，2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)的中斷控制器</p><p>

50、　　時(shí)鐘電路，時(shí)鐘頻率在1.2MHz~12MHz</p><p>　　2. 芯片內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)：</p><p>　　中央處理器(CPU)：運(yùn)算器、控制器、寄存器</p><p>　　內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)：有128字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)和21個(gè)專(zhuān)用寄存器單元SFR統(tǒng)一編址</p><p>　　內(nèi)部程序存儲(chǔ)器(ROM) ：4K字節(jié)程序存儲(chǔ)器

51、(ROM) 。 </p><p>　　定時(shí)/計(jì)數(shù)器：兩個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器。</p><p>　　并行輸入輸出口：4個(gè)8位并行I/O口(P0--P3) 。</p><p>　　串行口：   一個(gè)全雙工異步串行通信口。</p><p>　　中斷控制系統(tǒng)：五個(gè)中斷源（2外、3內(nèi)）</p><

52、;p><b>　　時(shí)鐘電路 </b></p><p>　　位處理器：又稱(chēng)為布爾處理器。</p><p>　　3. 8051信號(hào)引腳介紹</p><p>　　單片機(jī)的40個(gè)引腳大致可分為4類(lèi)：電源、時(shí)鐘、控制和I/O引腳。</p><p>　　(1)電源: ① VCC - 芯片電源，接+5V；</p&

53、gt;<p>　?、?VSS - 接地端；</p><p>　　(2)時(shí)鐘:XTAL1、XTAL2 - 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。 </p><p>　　(3) 控制線:控制線共有4根，</p><p>　?、?ALE/PROG:地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈沖②PSEN:外ROM讀選通信號(hào)。</p><p>　?、?/p>

54、RST/VPD:復(fù)位/備用電源。</p><p>　?、蹺A/Vpp:內(nèi)外ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源。</p><p><b>　?、?I/O線</b></p><p>　　80C51共有4個(gè)8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32個(gè)引腳。P3口還具有第二功能，用于特殊信號(hào)輸入輸出和控制信號(hào)（屬控制總線）。</p>

55、;<p>　　3.1.2 數(shù)字式溫度傳感器DS18B20</p><p>　?。?）DS18B20數(shù)字溫度傳感器概述</p><p>　　DS18B20數(shù)字溫度計(jì)是DALLAS公司生產(chǎn)的1－Wire，即單總線器件，具有線路簡(jiǎn)單，體積小的特點(diǎn)。因此用它來(lái)組成一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)，具有線路簡(jiǎn)單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計(jì)，十分方便。其引腳分布見(jiàn)圖3-1，引腳功能描述見(jiàn)表3-

56、1。</p><p>　　圖3-1 DS18B20引腳分布圖</p><p>　　表3-1　DS18B20詳細(xì)引腳功能描述</p><p>　?。?）DS18B20的命令序列</p><p><b>　?、俪跏蓟?lt;/b></p><p>　　②ROM命令跟隨著需要交換的數(shù)據(jù)；</p

57、><p>　?、酃δ苊罡S著需要交換的數(shù)據(jù)。</p><p>　　訪問(wèn)DS18B20必須嚴(yán)格遵守這一命令序列，如果丟失任何一步或序列混亂，DS18B20都不會(huì)響應(yīng)主機(jī)（除了Search ROM 和Alarm Search這兩個(gè)命令，在這兩個(gè)命令后，主機(jī)都必須返回到第一步）。</p><p><b>　　a．初始化：</b></p>

58、<p>　　DS18B20所有的數(shù)據(jù)交換都由一個(gè)初始化序列開(kāi)始。由主機(jī)發(fā)出的復(fù)位脈沖和跟在其后的由DS18B20發(fā)出的應(yīng)答脈沖構(gòu)成。當(dāng)DS18B20發(fā)出響應(yīng)主機(jī)的應(yīng)答脈沖時(shí)，即向主機(jī)表明它已處在總線上并且準(zhǔn)備工作。</p><p><b>　　b. ROM命令：</b></p><p>　　ROM命令通過(guò)每個(gè)器件64-bit的ROM碼，使主機(jī)指定某一特定器件

59、（如果有多個(gè)器件掛在總線上）與之進(jìn)行通信。DS18B20的ROM如表3-3所示，每個(gè)ROM命令都是8 bit長(zhǎng)。</p><p>　　表3-2 ROM的內(nèi)存指令</p><p>　　（4）DSl8B20芯片的工作原理</p><p>　　DSl8B20芯片溫度測(cè)量的啟動(dòng)，發(fā)送指令，存取時(shí)鐘等，全部在一組數(shù)據(jù)線上完成，因?yàn)槠鋬?nèi)部結(jié)構(gòu)上集成了溫度電路、存儲(chǔ)器等多功能模塊

60、。</p><p>　　DSl8B20芯片工作原理示意圖見(jiàn)圖3-2所示：</p><p>　　圖3-2 D18B20工作原理圖</p><p>　　3.1.3單片2.4G 無(wú)線射頻收發(fā)芯片nRF24L01</p><p>　　nRF24L01 是一款工作在2.4~2.5GHz 世界通用ISM 頻段的單片無(wú)線收發(fā)器芯片無(wú)線收發(fā)器包括:頻率發(fā)生器

61、增強(qiáng)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(guò)SPI 接口進(jìn)行設(shè)置極低的電流消耗當(dāng)工作在發(fā)射模式下發(fā)射功率為-6dBm 時(shí)電流消耗為9.0mA 接收模式時(shí)為12.3mA。掉電模式和待機(jī)模式下電流消耗更低。芯片的引腳排列如圖3-3所示</p><p>　　圖3-3 nRF24L01芯片引腳圖</p><p><b>　　

62、1.主要特性：</b></p><p><b>　　GFSK調(diào)制： </b></p><p>　　硬件集成OSI鏈路層; </p><p>　　具有自動(dòng)應(yīng)答和自動(dòng)再發(fā)射功能; </p><p>　　片內(nèi)自動(dòng)生成報(bào)頭和CRC校驗(yàn)碼; </p><p>　　數(shù)據(jù)傳輸率為l Mb/s或2Mb

63、/s; </p><p>　　SPI速率為0 Mb/s～10 Mb/s; </p><p><b>　　125個(gè)頻道： </b></p><p>　　與其他nRF24系列射頻器件相兼容; </p><p>　　QFN20引腳4 mm×4 mm封裝; </p><p>　　供電電壓為1.9

64、 V～3.6 V。</p><p><b>　　2.引腳功能及描述</b></p><p>　　CE：使能發(fā)射或接收; </p><p>　　CSN，SCK，MOSI，MISO：SPI引腳端，微處理器可通過(guò)此引腳配置nRF24L01： </p><p>　　IRQ：中斷標(biāo)志位; </p><p>

65、　　VDD：電源輸入端; </p><p><b>　　VSS：電源地：</b></p><p>　　XC2，XC1：晶體振蕩器引腳;</p><p>　　VDD_PA：為功率放大器供電，輸出為1.8 V; </p><p>　　ANT1,ANT2：天線接口; </p><p>　　IREF：參考

66、電流輸入。</p><p>　　3.RF24L01有工作模式有四種： </p><p><b>　　①收發(fā)模式 ；</b></p><p><b>　?、谂渲媚Ｊ?； </b></p><p><b>　?、劭臻e模式 ；</b></p><p><

67、b>　?、荜P(guān)機(jī)模式 ；</b></p><p>　　工作模式由PWR_UP register 、PRIM_RX register和CE決定。 </p><p>　　3.1.4其它外圍電路</p><p>　　1. 復(fù)位電路：在單片機(jī)的RST引腳引入高電平并保持2個(gè)機(jī)器周期時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作。實(shí)際應(yīng)用中，復(fù)位操作有兩種形式：一種是上電復(fù)位，

68、另一種是上電與按鍵均有效的復(fù)位。本設(shè)計(jì)采用按鍵復(fù)位。</p><p>　　2. 晶振電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常有兩種方式產(chǎn)生：一是內(nèi)部時(shí)鐘方式，二是外部時(shí)鐘方式。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，在單片機(jī)內(nèi)部有一震蕩電路，只要在單片機(jī)的XTAL1和XTAL2腳外接石英晶體（簡(jiǎn)稱(chēng)晶振），就構(gòu)成了自己震蕩器并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)。</p><p>&

69、lt;b>　　如圖3-4</b></p><p><b>　　圖3-4 晶振電路</b></p><p>　　圖中電容器的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值在5～30pF,典型值為30pF。晶振CYS的震蕩頻率范圍在1.2～12MHz間選擇，典型值為12MHz和6MHz。本設(shè)計(jì)采用12MHz晶振，電容值為22 pF。</p><p&

70、gt;　　3.2本系統(tǒng)的硬件電路</p><p>　　3.2.1電源部分</p><p>　　1.本系統(tǒng)單片機(jī)需要一組＋5V電源，采用的電源電路如圖3-5所示。該電路是把本人的8V直流輸入進(jìn)行全橋整流，成為脈動(dòng)直流，經(jīng)過(guò)，一級(jí)濾波后送至三端穩(wěn)壓集成電路lm7805穩(wěn)壓，再經(jīng)二級(jí)濾波后即為＋5V輸出，圖4-5的四個(gè)二極管組成了全橋整流電路，C1，C3是一級(jí)濾波電容，U1是穩(wěn)壓管lm7805

71、，C4是二級(jí)濾波電容。</p><p><b>　　圖3-5電源電路</b></p><p>　　2.本系統(tǒng)無(wú)線模塊需要一＋3V電源，采用電源電路如圖3-6所示。該電路把先前轉(zhuǎn)換得到的＋5V電源經(jīng)過(guò)低壓差電壓調(diào)節(jié)器lm1117轉(zhuǎn)換為＋3V電源。</p><p>　　圖3-6 3v電源電路</p><p><b>

72、;　　3.2.2檢測(cè)部分</b></p><p>　　這部分又可以分為兩部分：8051單片機(jī)基本電路和溫度采集電路。</p><p>　?。?）8051單片機(jī)要正常工作，振蕩電路和復(fù)位電路是必不可少的，其基本電路如圖3-7所示。</p><p>　　圖3-7 8051單片機(jī)基本電路</p><p><b>　?。?）溫度

73、采集電路</b></p><p>　　DS18B20采用外部電源供電方式，其工作電源由VDD引腳介入。此時(shí)I/O線不需要強(qiáng)上拉，不存在電源不足的問(wèn)題?？梢员ＷC轉(zhuǎn)換精度，同時(shí)再總線上理論可以接多個(gè)DS15B20傳感器，組成的溫度采集系統(tǒng)。其電路圖如圖3-8所示</p><p>　　圖3-8測(cè)溫電路電路圖</p><p><b>　?。?）控制設(shè)備

74、部分</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)采用發(fā)光二極管來(lái)模擬報(bào)警，此部分電路圖如圖3-9所示</p><p><b>　　圖3-9 報(bào)警電路</b></p><p><b>　　(4）輸入部分</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)采用三個(gè)按鍵，采用查詢(xún)方式，一個(gè)用于選擇切換設(shè)置報(bào)警溫度和當(dāng)

75、前溫度，另外兩個(gè)用于設(shè)置報(bào)警溫度的加和減。如圖3-10所示。</p><p><b>　　圖3-10按鍵電路</b></p><p><b>　?。?）顯示部分</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)在溫度測(cè)量部分采用LCD1602液晶顯示模塊來(lái)顯示溫度，,P0由上拉電阻提高驅(qū)動(dòng)能力，作為數(shù)據(jù)輸出并作為L(zhǎng)CD的驅(qū)動(dòng)，P2口的P

76、2.2~P2.4分別作為液晶顯示模塊的使能信號(hào)E，讀/寫(xiě)選擇R/W，數(shù)據(jù)/命令選擇RS。具體電路如圖3-11所示。</p><p>　　圖3-11 LCD1602液晶顯示模塊電路圖</p><p><b>　?。?）無(wú)線通訊部分</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)采用nRF24L01無(wú)線射頻芯片進(jìn)行通訊，具體電路如圖4-12所示。</p

77、><p>　　圖3-12 nrf24L01無(wú)線傳輸電路</p><p>　　3.3 單片機(jī)串口電路設(shè)計(jì)</p><p>　　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(chēng)為 UART 異步接收/發(fā)送器。RS-232-C 接口是目前最常用的一種串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)，用于實(shí)現(xiàn)PC 機(jī)與終端設(shè)備之間以及PC 機(jī)與PC 機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要通過(guò)上位機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)

78、調(diào)試以及現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和控制，通過(guò)上位機(jī)本身的串行口進(jìn)行通信。其中有兩種方法：一是USART 硬件直接實(shí)現(xiàn)；一是通過(guò)定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)。USART 模塊包括四個(gè)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。RS-232 標(biāo)準(zhǔn)電平采用負(fù)邏輯，規(guī)定：-3V～-15V 之間的任意電壓表示邏輯“1”，+3V～+15V 之間的任意電壓表示邏輯“0”。但單片

79、機(jī)使用的是TTL 電平，即邏輯“1”：2.4V～5.0 V；邏輯“0”：0V～0.8 V。兩者電平不匹配的，因此在應(yīng)用時(shí)必須在單片機(jī)的串行通信接口接上電平轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。在本設(shè)計(jì)中采用 MAX3232 芯片，該芯片是一款具有自動(dòng)關(guān)閉功能的低功耗電平轉(zhuǎn)換器件。當(dāng)該芯片內(nèi)部接收器檢測(cè)不到有效信號(hào)時(shí)，會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)關(guān)</p><p>　　圖3-13 電平轉(zhuǎn)換電路原理圖</p><p>　　3.

80、4溫度控制電路設(shè)計(jì)</p><p>　　當(dāng)監(jiān)控區(qū)域溫度低于設(shè)定溫度是啟動(dòng)繼電器k1開(kāi)啟加熱器、當(dāng)監(jiān)控地區(qū)溫度高于設(shè)定溫度時(shí)啟動(dòng)繼電器k2開(kāi)啟風(fēng)扇散熱，當(dāng)溫度回到設(shè)定溫度內(nèi)是關(guān)閉k1、k2。電路圖如圖3-14所示。</p><p>　　圖3-14溫度控制電路圖</p><p>　　第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1按鍵處理程序設(shè)計(jì)

81、</p><p>　　本設(shè)計(jì)設(shè)置三個(gè)獨(dú)立式按鍵，分別為模式選擇按鍵SET，升序按鍵UP，降序按鍵</p><p>　　DOWN，每按SET鍵后，進(jìn)入調(diào)整模式，開(kāi)始判斷UP鍵和DOWN鍵是否按下，并進(jìn)行相應(yīng)的按鍵處理，再按下SET時(shí)為確認(rèn)，返回正常模式。按鍵處理子程序流程圖如圖4-1所示：</p><p>　　圖4-1按鍵處理子程序流程圖</p><

82、;p>　　4.2液晶顯示程序設(shè)計(jì)</p><p>　　將溫度傳感器DS18B20測(cè)量到的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成液晶字符，然后設(shè)定在第一行顯示。將設(shè)定的報(bào)警溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成液晶字符，設(shè)定在第二行顯示。</p><p>　　4.3溫度采集程序設(shè)計(jì)</p><p>　　依據(jù)DS18B20的通信協(xié)議，首先應(yīng)對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位。由于本設(shè)計(jì)只用一片DS18B20，故跳過(guò)讀取序

83、列號(hào)，然后發(fā)送讀取溫度寄存器命令，延時(shí)一定時(shí)間后，分兩次分別讀取出溫度的低位和高位，然后放到一個(gè)字節(jié)里面。溫度子程序流程圖如圖4-2所示：</p><p>　　圖4-2：DS18B20溫度讀取過(guò)程流程圖</p><p>　　4.3 報(bào)警處理程序設(shè)計(jì)</p><p>　　當(dāng)現(xiàn)在溫度值大于設(shè)定上限值（或者小于設(shè)定下限值時(shí)）執(zhí)行相應(yīng)的控制命令。本設(shè)計(jì)用發(fā)光二極管發(fā)亮表示報(bào)

84、警輸出。具體程序如下：</p><p>　　void Warming()</p><p>　　{if(temp_value>=maxtenp)</p><p><b>　　JDQ=~JDQ;</b></p><p>　　else JDQ=0;</p><p><b>　　}<

85、/b></p><p>　　4.4發(fā)射端主程序設(shè)計(jì)</p><p>　　首先將LCD1602,DS18B20,nRF24L01初始化，進(jìn)入默認(rèn)的液晶顯示界面。掃描按鍵：如果SET鍵按下，進(jìn)入調(diào)整模式，設(shè)定報(bào)警溫度。DS18B20讀取溫度，如果測(cè)取溫度值超過(guò)報(bào)警溫度，進(jìn)行報(bào)警處理，如果沒(méi)超過(guò)報(bào)警溫度，把溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成液晶字符后送到LCD1602顯示。然后把溫度送入發(fā)射緩存器，nRF24

86、L01設(shè)置為發(fā)射模式，開(kāi)始發(fā)射處理。如果收到應(yīng)答，置位TX_DS；如果沒(méi)接受到應(yīng)答，返回進(jìn)行重發(fā)，設(shè)定最多重發(fā)10次。發(fā)射端主要程序流程圖如圖4-3</p><p>　　圖4-3發(fā)射端主要程序流程圖</p><p>　　4.5接收端主程序設(shè)計(jì)</p><p>　　開(kāi)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。如果接受標(biāo)志RX_DR=1,讀取數(shù)

87、據(jù)并把數(shù)據(jù)送到buf[2]數(shù)據(jù)區(qū)，然后把RS_DR,TX_DS,MAX_PT都置高為1，以清除中斷。具體程序見(jiàn)附錄3</p><p><b>　　結(jié)論與展望</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)是基于nRf24L01的遠(yuǎn)程溫度的測(cè)量和監(jiān)控，廣泛應(yīng)用于電力工業(yè)、煤礦、糧食存儲(chǔ)、火災(zāi)等場(chǎng)合。系統(tǒng)由8051單片機(jī)向數(shù)字式溫度傳感器DS18B20發(fā)送命令，讀取DS18B20轉(zhuǎn)換

88、的溫度數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量。當(dāng)測(cè)量溫度超過(guò)設(shè)定的報(bào)警溫度時(shí)發(fā)光二級(jí)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(guò)無(wú)線方式把溫度數(shù)據(jù)發(fā)射出去。接收端nRF24L01接受發(fā)送過(guò)來(lái)的溫度數(shù)據(jù)，并由單片機(jī)讀取保存，然后可以通過(guò)串口與PC通信。當(dāng)溫度高于設(shè)定溫度就開(kāi)啟繼電器打開(kāi)風(fēng)扇散熱、當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度就會(huì)打開(kāi)加熱器加熱使溫度控制在設(shè)定的范圍內(nèi)。本文采用模塊化的方式進(jìn)行敘述，分方案設(shè)計(jì)，硬件設(shè)計(jì)，軟

89、件設(shè)計(jì)對(duì)各模塊進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。本次的設(shè)計(jì)可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)、家電等智能自控系統(tǒng)中。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)是在**老師的悉心指導(dǎo)下完成的。在整個(gè)的設(shè)計(jì)過(guò)程**老師給了我很多的幫助，對(duì)于我不理解的部分和錯(cuò)誤的部分都給予了耐心、深入的講解，同時(shí)幫助我拓展思路使得我在設(shè)計(jì)中學(xué)到了很多的新的知識(shí)。在此我對(duì)*老師表示深深的感

90、謝和崇高的敬意！</p><p>　　感謝**所有的老師和同學(xué)，良好的學(xué)習(xí)氛圍和學(xué)習(xí)環(huán)境是我完成四年的大學(xué)學(xué)習(xí)和本次設(shè)計(jì)的前提條件，感謝四年來(lái)你們給予我的關(guān)心和幫助！</p><p>　　本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)基本結(jié)束，再一次向所有幫助我的人表示感謝！</p><p><b>　　作者：</b></p><p>　　2012

91、 年 6 月 12 日</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 宋文，王兵，周應(yīng)賓等．無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用 [M]．北京：電子工業(yè)出版社，</p><p><b>　　2006：2-9．</b></p><p>　　[2] 顏振亞，鄭寶玉．無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)[J]．

92、計(jì)算機(jī)過(guò)程與應(yīng)用，2005，12(15) ：51-54．</p><p>　　[3] Akyidiz F，Cayirci E．A survey on sensor networks [J]．IEEE Communication Magazine，</p><p>　　2008，8(11) ：151-156．</p><p>　　[4] Abdellah Chehri

93、，Paul Fortier．UWB-based sensor networks for localization in mining</p><p>　　environments [J]．Ad Hoc Networks，2009，8（6）：987-1000．</p><p>　　[5] 張兵，林建輝，伍川輝等．基于ZigBee 技術(shù)無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]．儀表</p>

94、<p>　　技術(shù)與傳感器，2009，32（2）：49-52．</p><p>　　[6] 史永斌，葉湘濱，劉培亮．無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究進(jìn)展[J]．國(guó)外電子測(cè)量技術(shù)，</p><p>　　2005，24（11）：19-23．</p><p>　　[7] Goldsmith AJ，Wicker SB．Design challenges for energy

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96、室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[D]．江蘇：江南大學(xué)，</p><p><b>　　2008．</b></p><p>　　[10] 喻曉莉，楊健，倪彥等．溫濕度傳感器的選用及發(fā)展趨勢(shì)[J]．自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，</p><p>　　2009，28(2)：107-110．</p><p>　　[11] 肖凌云．基于無(wú)線通信的家居集

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98、 無(wú)線傳感器網(wǎng)路綜述[J].通信學(xué)報(bào)，2004，25（004）：114-124</p><p>　　[14]ZigBeeAlliance.ZigBeeSpecificationv1.0,ComputerNetworks(EIsevier)[J].journal2004,Dec1438(3):393-396.</p><p>　　[15]王為青 邱文勛 編著 51單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)案例精選 人民

99、郵電出版社 2007:145-158,103-112.</p><p>　　[16] 李廣弟等.單片機(jī)基礎(chǔ). 北京航空航天大學(xué)出版社.2007:18-38</p><p>　　[17] 哈爾濱訊通科技 nRF24L01數(shù)據(jù)手冊(cè)，編號(hào)：080306-nRF24L01.</p><p>　　[18] 鄭阿奇.單片機(jī)應(yīng)用實(shí)踐教程.電子工業(yè)出版社.</p>&

100、lt;p>　　附錄A基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)發(fā)射模塊電路</p><p>　　附錄B 基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的溫度監(jiān)控系統(tǒng)接收模塊的硬件原理圖</p><p>　　附錄C 系統(tǒng)軟件程序</p><p>　　//*************************發(fā) 射 端 程 序***************************</p>

101、<p>　　#include <reg52.h></p><p>　　#include <intrins.h></p><p>　　typedef unsigned char uchar;</p><p>　　typedef unsigned char uint;</p><p>　　//**********

102、******************************IO端口定義*************/</p><p>　　sbit MISO=P1^3;</p><p>　　sbit MOSI=P1^1;</p><p>　　sbitSCK=P1^4;</p><p>　　sbitCE=P1^5;</p><

103、;p>　　sbitCSN=P1^0;</p><p>　　sbitIRQ=P1^2;</p><p>　　sbit LcdRs= P2^3;</p><p>　　sbit LcdRw= P2^2;</p><p>　　sbit LcdEn = P2^1;</p><p>　　sbit ACC

104、0 = ACC^0; </p><p>　　sbit ACC7 = ACC^7;</p><p>　　sbit Set = P2^5; //模式切換鍵</p><p>　　sbit Up = P2^6; //加法按鈕</p><p>　　sbit Down = P2^7; //

105、減法按鈕</p><p>　　sbit DQ = P2^0; //溫度傳送數(shù)據(jù)IO口</p><p>　　sbit JDQ= P2^4; //發(fā)光二極管模擬繼電器輸出</p><p>　　char done,count,temp,flag,up_flag,down_flag;</p><p>　　int temp_

106、value; //溫度值</p><p>　　int temp_value; //報(bào)警溫度</p><p>　　uchar TempBuffer[5];</p><p>　　/***********1602液晶顯示部分子程序****************/</p><p>　　//Port Definitions****

107、***********************************</p><p>　　sfr DBPort = 0x80;//P0=0x80,P1=0x90,P2=0xA0,P3=0xB0.數(shù)據(jù)端口</p><p>　　/內(nèi)部等待函數(shù)***********************************************</p><p>　　un

108、signed char LCD_Wait(void)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　LcdRs=0;</b></p><p>　　LcdRw=1;_nop_();</p><p>　　LcdEn=1;_nop_(); </p>&l

109、t;p><b>　　LcdEn=0;</b></p><p>　　return DBPort;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　//向LCD寫(xiě)入命令或數(shù)據(jù)****************************</p><p>　　#define LCD_COM

110、MAND0 // Command</p><p>　　#define LCD_DATA1 // Data</p><p>　　#define LCD_CLEAR_SCREEN0x01 // 清屏</p><p>　　#define LCD_HOMING 0x02 // 光標(biāo)返回原點(diǎn)</p>&

111、lt;p>　　void LCD_Write(bit style, unsigned char input)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　LcdEn=0;</b></p><p>　　LcdRs=style;</p><p>　　LcdRw=0;_no

112、p_();</p><p>　　DBPort=input;_nop_();//注意順序</p><p>　　LcdEn=1;_nop_();//注意順序</p><p>　　LcdEn=0;_nop_();</p><p>　　LCD_Wait();</p><p><b>　　}</b&g

113、t;</p><p>　　/設(shè)置顯示模式*************************************************/</p><p>　　#define LCD_SHOW0x04 //顯示開(kāi)</p><p>　　#define LCD_HIDE0x00 //顯示關(guān)</p><p>　　#def

114、ine LCD_CURSOR0x02 //顯示光標(biāo)</p><p>　　#define LCD_NO_CURSOR0x00 //無(wú)光標(biāo) </p><p>　　#define LCD_FLASH0x01 //光標(biāo)閃動(dòng)</p><p>　　#define LCD_NO_FLASH0x00 //光標(biāo)不閃動(dòng)</p&g

115、t;<p>　　void LCD_SetDisplay(unsigned char DisplayMode)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　LCD_Write(LCD_COMMAND, 0x08|DisplayMode);</p><p><b>　　}</b></p&g

116、t;<p>　　/設(shè)置輸入模式************************************************************/</p><p>　　#define LCD_AC_UP0x02</p><p>　　#define LCD_AC_DOWN0x00 // default</p><p>　　#d

117、efine LCD_MOVE0x01 // 畫(huà)面可平移</p><p>　　#define LCD_NO_MOVE0x00 //default</p><p>　　void LCD_SetInput(unsigned char InputMode)</p><p><b>　　{</b></p>&