基于nRF24L01的温度测试装置设计

1、2012届毕业设计说明书基于nRF24L01的温度测试装置设计与实现摘要温度检测在日常生活、工作和工程实践中具有非常重要的应用。尤其在工业生产中，对温度的的检测要求越来越高，包括测量范围、精度、实时性、低功耗、远程传输等。本设计将系统分为发送和接收两个部分，基于此，采用两个主控芯片STC89C51。其实现过程为：发射部分PT100温度传感器采集温度信息的模拟量，将模拟量进行处理后传至模数转换器ADS7816将温度模拟量转换成数字量，然后利用单片机89C51控制的无线传输模块nRF24L01将转化后的温度信息量进行无线传输，在接收部分利用配对的传输模块实现温度信息的接收，信息接收后用单片机进行处

2、理，1602显示出实时温度，达到实现温度的远程传输。在经过软硬件测试后，基本实现了用温度传感器采集温度，nRF24L01远程传输后在接收端1602上显示温度信息。传输距离>20m,温度测量范围0°C至475°C ，精度1°C，相对误差1%3%。关键字：PT100温度传感器，89C51， nRF24L01，无线模块 ，1602液晶Based on nRF24L01 temperature testing device design and ImplementationABSTRACTTemperature measurement have important

3、applications in daily life,work and engineering practice. Especially in industrial production become increasingly demanding of temperature detection.Including measuring range、accuracy、real-time、low-power、remote transmission and so on. Base on this，this design use two master chips. Its implementation

4、 process is: Temperature sensor collects analog information of temperature,deal with analog data,transmit the data to the analog to digital converter which is named of ADS7816 for the digital data.then using SCM which is named of STC89C51 control nRF24L01 module temperature data collected by wireles

5、s transmission, thus breaking the distance limitations of traditional temperature operation. In the accePT module uses pair transmission module to receive the information of temperature ,deal with the data after receiving the information using the SCM.1602 show real time data. Achieving the target t

6、o remote transmission.After software and hardware testing, I basically realize our Initial target. remote transmission show the information of temperature on 1602. Transmission distance>20m, temperature range 0 to 475 degrees, 1 degree accuracy.，relative error 1%3%.Keywords: PT100 Temperature sen

7、sor 89C51 nRF24L01 wireless module 1602 liquid crystal目录1 绪论11.1课题的背景与意义11.2国内外研究状况及相关领域中已有的研究成果11.3对设计任务的分析31.4预期结果31.5论文结构和安排32主控芯片及编程环境的介绍42.1 STC89C51简介42.2keil开发软件及STC_ISP烧写程序软件52.2.1Keil开发软件介绍52.2.2 STC_ISP烧写程序软件介绍63 硬件系统的设计与实现83.1 发送模块系统设计83.1.1稳压电源模块设计93.1.2 温度采集模块设计103.1.3 AD转换模块设计163.1.4 发

8、射模块设计173.2 接收模块系统设计183.2.1 电源模块设计183.2.2 接收模块设计193.2.3显示模块设计194 软件系统的设计与实现204.1 AD 转换程序204.2无线收发模块程序214.3 液晶1602程序234.4 总程序流程图254.5接收发总程序265系统测试结果275.1 制作过程275.2 调试步骤275.3 实验结果276结论30附录31附录A：发射sch总图31附录B：接收sch总图32附录C：发射模块PCB图33附录D：接收模块PCB图34附录E：发射模块3D图35附录F：接收模块3D图36附录G：发射和接收模块实物图37附录H：PT100温度分度表38附

9、录I：发射模块程序40附录J：接收模块程序49参考文献62致谢6441 绪论1.1 课题的背景与意义随着科技不断的进步、生产的需要，利用远程无线通信来进行温度的采集、传输已经是一个相当重要的课题，其应用已渗透到生活生产的方方面面。在日常生活中，随着人们的生活水平提高，对温度的敏感度也越来越高。如今许多家庭都会有安装室内温度采集系统。利用无线通信将温度信息传至升温或降温系统，以此来调节室内的气温达到舒适的生活环境，改善生活的质量。在工业生产上，对温度的测量范围要求是相当高的。普通的测温传感器已经达不到要求了。工业的生产车间，对温度的测量范围需求基本上在0500°，而且在机器化的时代，不

10、可能一台一台机器去检测温度。现如今，许多厂家都采用批量测温，远程传输，统一观测，这在生产上大大提高了效率。在农业生产中，远程测温同样扮演了很重要的角色。像传统的烤烟房，都是配对普通的温度计对温度进行测量，而且需要对温度分阶段测量。在深夜离开暖暖的被窝去烤烟房测量温度是多么让人厌烦的事。远程无线温度传输很好的解决了这个问题，直观、简洁、方便。以上只是简单的列举了几个例子。在现实生活中，还有很多方面都用到了无线温度采集系统。例如军事国防、医疗设备、环境监测、工农业、机器人控制等领域。该系统解决了很多布线麻烦的问题，避免了要到采集地点读取温度的弊端。应用该系统，需要好的无线传输设备，设想假如在对温度

11、要求极其精确的情况下，由于传输设备编码等问题导致数据错乱，编码失败，使温度传输错误，这样带来的后果轻则是财产损失，重则关乎性命。这样对该研究的意义就显而易见了。嵌入式的无线通信和无线网络正在向我们走来，以无线片上系统（SoC）为核心的低功耗、小体积、低价格嵌入式无线通信和无线网络系统近年来得到了迅速发展，已经产生出无数的新应用和新市场。这种新的嵌入式无线通信和无线网络，也是本课题所研究的重点。1.2 国内外研究状况及相关领域中已有的研究成果 在相关学科的不断发展和进步，无线环境监测系统网络同时还具有了获取多种信息的综合处理能力，并通过与传感控制器相联，组成了有信息综合和处理能力的传感器网络，这

12、是第二代传感器网络。而从上世纪末开始，现场总线技术开始应用于传感器网络，人们用其组建智能化传感器网络，大量多功能传感器被运用，并使用无线技术连接，无线传感器网络逐渐形成。近年来， 随着无线通信技术的发展， 无线通讯设备的集成化越来越高。本文介绍了一种选用高性能、低功耗的传输模块。在2.4GHz非授权频段上,目前已经云集了蓝牙、Wi-Fi、Zigbee等多个标准无线协议,本来各协议可以相安无事开发自己的专有应用,但现在,非标准无线射频协议的涌入打破了这一平衡,该协议意图蚕食蓝牙、Zigbee已有的市场。该芯片支持的数据率可以高达2Mbps,接收模式电流消耗仅有12.5mA！ 不单是支持高速数据传

13、,nRF24L01还支持无线组网,可支持同时接收六路无线设备数据。由于在2.4GHz非授权频段上已经有多种无线应用,如何确保信息发送接收的在干扰状态下保持连续性就很重要。nRF24L01片上的检测功能可以检测任何固定频率的网络,例如,如果检测到附近有工作的无线局网,nRF24L01可以利用很短的时间快速从拥挤的通道中转换出来。另外,nRF24L01集成了自动发送和接收数据包、发送和应答信号、检测和重发都是丢失数据包、存储没有收到应答信号的数据包等功能,所以可以自动重发丢失的数据包,可以确保用户终端的可靠性。 nRF24L01 内嵌了ANT协议,可以方便地组建无线网络。ANT是一个无线个人局域网

14、（PAN）通讯技术,可以确保连接数据完整性,并是一个低成本、低功耗无线网络协议。该协议调制方式是采用GFSK调制,支持星型和端对端等多种组网形式,支持的节点是2到数千个以上,所以,它不但威胁到蓝牙应用还威胁到Zigbee 应用。nRF24L01 是NORDIC 公司最近生产的一款无线通信通信芯片，采用FSK 调制，内部集成NORDIC 自己Enhanced Short Burst 协议。可以实现点对点或是1 对6 的无线通信。无线通信速度可以达到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

15、，1 个中断输入引脚，就可以很容易实现无线通信的功能，非常适合用来为MCU 系统构建无线通信功能。1.3 对设计任务的分析本系统的设计采用了工作于2.4GHz频段nRF24L01射频芯片，并有低功耗单片机STC89C51控制实现短距离无线数据通信。整个系统主要分为发送和接收两个部分。发送部分又可以分为电源稳压模块、稳压桥式电路模块、放大电路模块、AD转换模块、nRF24L01驱动模块，接收部分又可以分为电源稳压模块、1602液晶显示模块、nRF24L01接收模块。通过nRF24L01进行无线通信，主控芯片STC89C51控制外围电路，包括AD转换模块、1602液晶显示模块、nRF24L01发送

16、和接收模块。1.4 预期结果采用STC89C51单片机作为主控CPU，PT100为温度采集模块，nRF24L01作为无线收发模块，加上液晶显示模块构成系统。要求完成硬件模块的设计和电路板的制作。软件模块包括温度检测模块、无线发射模块、无线接收模块和显示模块。温度测量范围：0°C至475°C，传输距离>25m。1.5 论文结构和安排 本文基于本次毕业设计的过程与要求，将全文分为五章。具体内容如下：第1章 绪论 本章简单介绍了课题的研究背景、目的和意义、无线温度检测的国内外发展现状和相关领域中已有的研究结果、该设计的预期结果。第2章 主控芯片及编程环境的介绍 本章介绍了本

17、次毕业设计的主控芯片及相应的编程环境，让我们熟悉了整个系统的调试方法。第3章 硬件系统的设计与实现及芯片的选取 本章介绍本课题硬件系统各部分电路的设计、实现，讲述了各模块的芯片选取和功能。第4 章 软件系统的设计与实现 本章根据系统的总方案，设计出程序的总流程图，并利用C语言编写相应的程序。第 5 章 系统的调试及实验结果 本章根据已有的软硬件，进行调试，得到的相应成果。最后总结本文，得出相关结论。2 主控芯片及编程环境的介绍2.1 STC89C51简介随着大规模集成电路的技术的发展，可以将CPU、RAM、ROM、定时器/输出（I/O）接口电路等主要计算机部分，集成在一块电路芯片上。这样所组成

18、的微型计算机称为单片机微型计算机（single chip microcomputer），直译为单片机或单片微机。STC系列单片机是美国STC公司最新推出的一种51内核的单片机。片内含有Flash程序储存器、STAM、UART、SPI、AD、PWM等模块。该器件的基本功能与普通的51单片机完全兼容。STC89C51单片机的特点：新一代超强抗干扰/高速/低功耗的单片机，是MCS-51系列单片机的派生产品；它们在指令系统中、硬件系统和片内资源与标准的8052单片机完全兼容，DIP-40封装系列与8051为pin-to-pin兼容，指令代码是与8051完全兼容的单片机。STC89C51单片机具有增强型

19、12时钟/机器周期、6时钟机器/周期任意选择，工作电压为5.5V-3.4V（5V单片机）/3.8V-2.0V（5V单片机）；工作频率范围：0-40MHZ，相当于普通8051的0-80MHZ。实际频率可达48MHZ。用户应用程序空间为4K/8K/13K/16K/20K/32K/64K字节 ；片上集成1280字节/512字节RAM；有32/36个通用I/O口，P1/P2/P3/P4是准双向口；集成ISP（在系统可编程）/IPA（在应用可编程），无需专用的编程器/仿真器，可通过串行口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，8K程序3秒就可以完成一片，具备EEPROM功能，工作温度范围在0-750，共

20、有3个16位定时器/计数器，其中定时器T0还可以当成2个8位定时器使用；封装形式有DIP-40，PLCC-44，PQFP-44等。图 2.1 STC89C51 单片机管脚图2.2 keil开发软件及STC_ISP烧写程序软件2.2.1 Keil开发软件介绍 单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开软件，我们写的汇编语言源程序要变为CPU可以执行的机器码有两种方法，一种是手工汇编，另一种是机器汇编。目前已极少使用手工汇编的方法了。机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，用于MCS-51单片机的汇编软件有早期的A51，随着单片机开发技术的不断发展，kiel软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机

21、的软件。Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、可读性、结构性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部分组合在一起。运行Keil软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选，即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。如图为keil 4版本图图

22、2.2 keil 4 版本图2.2.2 STC_ISP烧写程序软件介绍 STC-ISP 是一款单片机下载编程烧录软件，是针对STC系列单片机而设计的，可下载STC89系列、12C2052 系列和12C5410等系列的STC单片机，使用简便，现已被广泛使用。图2.3烧写软件3 硬件系统的设计与实现温度检测在其各个应用领域中针对不同方向，对温度的检测范围和精度要求各不相同。有些要求相当苛刻，传统的温度测量装置很难满足现在的要求，例如 DS18B20测量范围为-50°125°。温度范围远远达不到本设计要求的450°。通过查阅大量的相关资料，综合温度检测的成熟技术知识，测

23、量温度范围在0°800°的最佳温度传感器为PT100。而且本文采用nRF24L01模块对采集到的温度数据进行无线传输，打破了传统操作中距离受限的问题，使测温操作更易实现。本设计采用STC89C51作为主控CPU，外加PT100温度采集模块、AD转换模块、nRF24L0l无线收发模块和1602液晶显示模块组成整个系统，如图3.1所示。STC89C51PT100温度检测模块AD转化模块nRF24L01无线发射模块STC89C51nRF24L01无线发射模块1602液晶显示模块图3.1 系统总图针对系统总图模块与实现全部设计，将总系统设计分为两大模块，两大模块又可细分为6个子模块

24、，稳压电源模块、温度采集模块、AD转换模块、发射模块、接收模块、显示模块。其中温度采集模块又可以细分为精密稳压源模块、桥式电路模块、放大模块。以下是对各个模块的具体分析。3.1 发送模块系统设计 发送模块主要有稳压电源模块设计、温度采集模块设计、AD转换模块设计、发射模块设计，详细如下：3.1.1 稳压电源模块设计纵观整个系统需要供电的对象有单片机、AD转换、放大芯片，采集模块，显示模块、无线接收发模块。统计供电电压的种类为5V和3.3V，除了无线收发模块nRF24L01是3.3V供电，其余均为5V供电，所以稳压电源只需提供5V电源和3V电源。考虑到设计的实用性、重复利用性、便于携带，综合这些

25、因素供电用2000mA充电电池。配合电源供电显示，电路设计如下：图3.2 5V稳压电源与电源显示灯图3.3 3.3V稳压电源（1）元器件介绍AMS 1117是一个正向低压降稳压器，具有1%的精度，有两个版本：固定输出版本和可调版本，固定输出电压有1.5V、1.8V、2.5V、2.85V、3.0V、3.3V、5V，内部集成过热保护和限流电路。图3.4 AMS 1117 管脚图表3.1 AMS 1117极限参数参数符号范围单位输入工作电压Vin20V引脚温度（焊接5秒）Tlead260工作结温范围Tj150储存温度Tstg-65+150功耗P0内部限制mWESD能力（最小值）ESD2000V(2)

26、电路分析稳压电源并联上滤波电容，电容大小为10nF和1uF滤除不同值得杂波得到稳定的电压源。带上LED灯，显示电源的使用状态。3.1.2 温度采集模块设计温度采集模块主要是利用PT100温度传感器来实现，PT100的原理是：随着温度的变化，其对应的电阻阻值也相应的变化。标准的PT100在温度是0°的时候其阻值为100欧姆，在温度是100°时其阻值为138.5欧姆。具体对应温度请参照附录。为了提高PT100的测试精度和稳定性，一般有三种电路可以实现稳定的温度测试。二线制，三线制和恒流源方式，基于三线制模式的PT100在温度采集上，价格，精确度，实时性，误差上都有很大的优势，所

27、以本设计采用三线制来实现温度的采集模块。PT100随着温度的变化对应的电阻变化不是线性的，如果直接接电压误差特备大，所以电源的稳定性是首要因素，为了让其产生的电压与温度成一定线性关系或是接近线性关系，需要搭建桥式电路。桥式电路两端产生的电压是mv级别的，mv级别的电压精度对单片机来说根本无法处理，所以对信号需要进行放大。电路仿真设计如下：图 3.5 温度采集模块电路图(1) 元器件介绍A. PT100温度传感器 介绍温度湿度是自然界中和人类打交道最多的物理参数之一，无论是在生产实验场所，还是在居住休闲场所，温度湿度的采集或控制都十分频繁和重要，而且，网络化远程采集温湿度并报警是现代科技发展的一

28、个必然趋势。 由于温湿度不管是从物理量本身还是在实际人们的生活中都有着密切的关系，所以温湿传感器就会相应产生。PT100是铂热电阻，它的工业原理：当PT100在0摄氏度的时候他的阻值为100欧姆，它的阻值会随着温度上升而成近似匀速的增长。但他们之间的关系并不是简单的正比的关系，而更应该趋近于一条抛物线。PT100温度传感器的主要技术参数如下：测量范围：-200+850；允许偏差值：A级±（0.150.002t）， B级±（0.300.005t）；热响应时间<30s；最小置入深度：热电阻的最小置入深度200mm；允通电流5mA。另外，PT100温度传感器还具有抗振动、稳

29、定性好、准确度高、耐高压等优点。PT100温度传感器采用三线式接法的原因：PT100温度传感器0时电阻值为100，电阻变化率为0.3851/。由于其电阻值小，灵敏度高，所以引线的阻值不能忽略不计，采用三线式接法可消除引线线路电阻带来的测量误差。原理如下：PT100引出的三根导线截面积和长度均相同(即r1=r2=r3)，测量铂电阻的电路一般是不平衡电桥，铂电阻(RPT100)作为电桥的一个桥臂电阻，将导线一根(r1)接到电桥的电源端，其余两根(r2、r3)分别接到铂电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上，这样两桥臂都引入了相同阻值的引线电阻，电桥处于平衡状态，引线线电阻的变化对测量结果没有任何影响。P

30、T100温度传感器三根芯线的接法，PT100铂电阻传感器有三条引线,可用A、B、C （或黑、红、黄）来代表三根线,三根线之间有如下规律： A与B或C之间的阻值常温下在110欧左右, B与C之间为0欧,B与C在内部是直通的,原则上B与C没什么区别.。仪表上接传感器的固定端子有三个： A线接在仪表上接传感器的一个固定的端子.B和C接在仪表上的另外两个固定端子，B和C线的位置可以互换,但都得接上。如果中间接有加长线,三条导线的规格和长度要相同。 PT100温度传感器分度表见附录A，实物图如下：图3.6 PT100 三线制实物图B. TL431介绍TL431集成电路是三端可编程并联稳压二极管。这些单片

31、集成电路电压基准如同低温系数齐纳管一样运行，通过2个外部电阻可从Vref编程至36V。图3.7 TL431管脚图表3.2 TL431极限参数 C. LM324介绍LM324系列器件带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输

32、入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。图3.8 LM324管脚图表3.3 LM324 极限参数参数符号数值单位电源电压Vcc-36V+36VV差动输入电压Vi(DIFF)-32V+32VV输出对地短路电流Vcc<15V连续工作温度范围Topr0+70贮存温度范围Tstg-65150(2)电路分析本模块主要是解决了对模拟信号的处理，其中R10=280为温度传感器的替代电阻。由于铂电阻的电阻值与温度成非线性关系，所以需要进行非线性校正。校正分为模拟电路校正和微处理器数字化校正。桥式

33、电路的搭配是模拟校正的典型应用，数字化校正需要在微处理器系统中使用，将PT100电阻的电阻值和温度对应起来存入EEPROM中，根据电路中实测的AD值以查表方式计算相应温度值。本电路已采用桥式电路校正，在微处理器同样有数字校正。桥式电路有两个2K电阻、一个100电阻和PT100构成，因为桥式电路需要稳定的供电电源，为了配合12位AD转换器对信号的处理，本设计对桥式电路的供电为4.096V，见图3.8。 桥式电路电路产生的是mv级别的信号(见图3.9)，mv信号经过限流电阻输入放大器LM324，经过放大后电压将在0V5V范围内(见图3.10)，这是由放大器放大倍数决定的，放大倍数通过调节滑动变阻器

34、R9，此处为固定电阻。图3.9 桥式电路供电电压 图3.10 桥式电路输出电压图 3.11 放大器输出电压3.1.3 AD转换模块设计(1)ADS7816介绍温度采集模块采集回的是模拟量，对于单片机的识别需要将它转化为数字量。理论上AD需要转化的电压范围最大为0V5V。实际上，由于放大器LM324的供电电压限制，经放大后的最大电压范围为0.206V3.63V。考虑到误差必须在满量程的1%(即为5)，经过计算每对应的电压为(3.63-0.206)/450=0.0076V，如果使用8位AD，那么其转换精度为(3.63-0.206)/256=0.013375V，显然达不到设计的精度要求，如果采用12

35、位AD那么其转换精度为(3.63-0.206)/4096 =0.000836V已经远远达到了精度要求，所以本设计采用12位AD芯片ADS7816。图3.12 ADS7816管脚图表3.4 ADS7816主要参数分辨率12Bits采样速率(max)200kSPS输入通道数1工作温度-4085封装类型DIP8(2)电路分析ADS7816电路主要是供电电压要稳定，基准参考参考电压为VCC=5V，负参考电压为GND，电路需要在输入端加入0.1uF电容，用来滤除杂波。三根控制管脚由单片机P10、P11、P12控制。3.1.4 发射模块设计(1)元器件介绍发射和接收模块，本设计均采用nRF24L01。其特

36、性给有：2.4GHz 全球开放ISM频段，最大0dBm发射功率。支持六通道的数据接收。低工作电压：1.9V3.6V。高速率，2Mbps。多频点，125频点，可以满足多点通信和跳频通信的需要。低功耗。nRF24L01集成了所有RF协议相关的高速信号处理部分，自动重发丢失数据是其特点之一。自动存储未收到应答信号的数据包。固定频率载波检测。内置硬件CRC检错和点对多点通信地址控制。可同时设置六路接收通道地址。图 3.13 nRF24L01管脚图与其模块图表3.5 nRF24L01 模块的主要参数参数数值单位供电电压1.93.6VV最大发射功率0dBm最大数据传输率2000Kbps工作温度-40+85

37、（2）电路分析nRF24L01模块的供电电压范围是一个很重要的因素，本设计有单独稳压模块给其供电。控制端口共六个，由于不是在单片机P0口，无需上拉电阻，与单片机P2口直接相连。3.2 接收模块系统设计3.2.1 电源模块设计接受部分的电源模块跟发射模块是同样的原理，前面已经做了详细介绍，再次不在赘述。3.2.2 接收模块设计接收模块与发射模块基本上是一样的，最大的区别就是其工作方式上的不同，这由程序决定，通过改变内存器来定义其工作方式。在此不再赘述。3.2.3 显示模块设计温度信息接收后显示需要实时性，因为显示内容仅有温度信息，然后考虑到显示模块引脚控制数量，所以本设计采用1602液晶显示模块

38、。1602液晶也叫1602字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块它有若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。每位之间有一个点距的间隔每行之间也有间隔起到了字符间距和行间距的作用。1602有微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧，常用在袖珍式仪表和低功耗应用系统中等优点。 图 3.15 1602液晶管脚图与其模块设计4 软件系统的设计与实现 4.1 AD转换程序温度检测采集回模拟量后输入到ADS7816，主控芯片驱动ADS7816转化为数字量。分析时序图，CS为低是ADS7816工作，给DCLOCK时钟信号，每个方波采集回一个位的信息

39、顺序是由高到低。DS7816时序图和部分程序图如下： 图4.1 ADS7816时序图图4.2 ADS7816部分程序图4.2无线收发模块程序无线发送模块和接收模块的程序基本相似，只有在设置收发寄存器有所区别。收发模块各有六根控制管脚与单片机相连。六根管脚分别为CE、CSN、SCK、MOSI、MISO、IRQ。SPI配置时，当CSN为低时，SPI接口开始等待一条指令，任何一条新指令均由CSN的由高到低的转换开始。以下为部分寄存器图、SPI时序图和部分程序。图 4.3 串行接口指令设置图4.4 SPI读操作图4.5 SPI写操作图 4.6 部分nRF24L01寄存器图 4.7 SPI读写程序4.3

40、 液晶1602程序1602液晶显示的程序主要是由三根控制端口和8根数据端口组成。三根控制端为RS(寄存器选择)、RW(读写信号线)、EN(使能端)组成。 图4.8 1602液晶时序图图 4.9 1602液晶部分程序图4.4 总程序流程图启动程序nRF24L01初始化对发射数据进行处理nRF24L01发射数据判断数据是否发射成功ADS7816初始化采集数据YN图 4.10 发射端总流程图启动程序nRF24L01初始化1602液晶初始化接收数据处理1602液晶显示数据判断是否成功接收数据NY图4.11 接收端总流程图4.5 接收发总程序见附录 I和附录J。5 系统测试结果5.1 制作过程按照设计方

41、案画好原理图后，由protel软件生成PCB板，经过排板布线，最终生成PCB图，见附录C和附录D。考虑到产家制作PCB板需要花费相当一部分的钱，而且该设计在接线方面并不复杂，所以本设计采用了简单的万用板进行电路的焊接。这很大一部分节省了设计的开销，但在美观上稍有不足。5.2 调试步骤步骤一：完成硬件电路的焊接，主要依据是总电路图。步骤二：让液晶显示单字符h，确保液晶和液晶程序能正常工作和运行。步骤三：将自制分压电路连入AD输入模块，进行AD转换后，将数字信息传至单片机，处理后用液晶显示电压是否正常。如果正常，则直接连入温度采集模块。步骤四：让发射模块发射数组buf=1,2,3,4，在接收端检测

42、是否接收到信号，如果接收到字符数组，用液晶显示出接收到的信息。确定收发模块能正常工作后，直接将AD采集到的信息发射出去。接收端接收的将是AD转换后的电压值。步骤五：由于最初在调试过程中，没有温度校验炉，无法对温度进行比对，所以在最初进行调试时用的滑动变阻器来替代PT100，然后由导师提供了ZJT-1携带式校验炉，将温度进行校验。综合比较，数据误差在1以内，符合设计要求。5.3 实验结果PT100电阻阻值对应着相应的温度，例如100对应0，138.6对应100，详细信息请参照附录。在测试时，先采集回由AD转换后，不同阻值对应的电压值，相当于一个电阻值对应一个电压，然后一个电压又对应一个温度，这样

43、也相当于一个电阻值对用一个温度值了。以下表格为AD转换电压值和经过数据处理的温度信息值。表5.1 PT100电阻值对应实测电压值PT100电阻值（）第一次AD电压（V）第二次AD电压（V）第三次AD电压（V）平均值（V）与上一电阻的差值（V）1000.2060.2070.2080.2071010.2260.2250.2260.2260.0191020.2420.2430.2420.2420.0161030.2580.2580.2580.2580.0161040.2750.2740.2750.2750.0171050.2930.2930.2930.2930.0181060.3130.3130.3

44、130.3130.021070.3300.3300.3300.3300.0171080.3460.3460.3460.3460.0161090.3630.3630.3630.3630.0171100.3780.3780.3780.3780.0151110.3950.3950.3950.3950.0171120.4150.4160.4140.4150.0201130.4310.4310.4310.4310.0161140.4500.4500.4500.4500.0161150.4690.4690.4690.4690.0191200.5550.5550.5550.5550.0841250.6410

45、.6410.6410.6410.0861300.7260.7260.7260.7260.0851380.8670.8670.8670.8670.1731400.8990.8980.8980.8980.0311501.0681.0681.0681.0680.1701601.2341.2341.2341.2340.1661701.4001.4001.3991.4000.1661801.5651.5651.5641.5650.1651901.7261.7261.7261.7260.1612001.8801.8801.8801.8800.1542102.0412.0412.0412.0410.1612

46、202.1982.1992.1982.1980.1572302.3562.3552.3542.3550.1572402.5092.5092.5092.5090.1542502.6642.6642.6642.6640.1552602.8152.8152.8152.8150.1512702.9662.9662.9672.9660.1512743.0213.0203.0213.0210.056表 5.2 PT100电阻值对应的实测温度值PT100电阻值（）理论温度值（）实测温度值（）误差（）10000011026260120525201307978-11401041040150131129-2160

47、157155-2170183180-31802112110190239237-22002612610210294295+1220323322-1230351352+1240380379-1250409411+22604384380270467465-2从表5.2 误差列可以看出，误差均在满量程误差1%内，达到了设计的要求，而且本设计实时性强，AD的转换速率、无线收发速率和液晶显示速率都大于肉眼识别速率，在各个方面均很好的实现了设计。实物图见附录G（实物所测温度为当时室内温度）。6 结论在张伦老师的指导下，经过努力，本论文完成了预期目标，说明了整个设计的全过程。相关工作如下：STC89C51采集

48、数据与处理数据是其常用领域，本设计就综合了这两大特性，对电压信息和温度信息进行采集和处理。传统的温度采集局限性特别大。不能到实时性，或者不能进行远程传输。本设计解决了这些问题，实行性强、远程传输、抗干扰能力强、功耗低、便于携带等。最大优点是其误差相当小，已在理想的范围。本次设计，让我在看待问题、分析问题、处理问题的能力上都有提高，在设计的过程中解决了很多难题。尤其是在温度放大模块和无线接收发程序上。在用multisim仿真时，其对应放大电压是在0V5V,但是在实际调试电路时根本就达不到5V，最大是3.64V，不论怎么加大反馈电阻其放大倍数就是不改变，通过查阅相当一部分的资料，发现放大倍数与其供

49、电电压有关。我提高了供电电压，发现放大倍数果然增大了。由于放大倍数需要固定，而且供电电压需要在8V左右，这样会使功耗相当大。所以综合考虑将供电电压用稳压器稳在5V，放大最大电压为3.64V。另一个难题是收发程序上，写完寄存器和其SPI读写程序等，经过测试其中断信号来判断是否发送或者是否接收。调试时，中断信号一直显示是发送成功，可是接收端一直是显示失败。最后我再次详读了Nrf24L01的资料。通过分布调试，发现问题是在发射的演示出了问题。通过改变延时，终于能成功收发信号了。本设计可以加入温度报警信号。通过输入报警温度值，当温度达到或者也可以是低于该温度值时发出报警信号。模块同样可以增加串口与电脑

50、相连，通过增加界面，直接在电脑上显示温度信息，或者控制温度信息。这些都将是本计可以继续研究的问题。附录附录A：发射sch总图附录B：接收sch总图附录C：发射模块PCB图附录D：接收模块PCB图附录E：发射模块3D图附录F：接收模块3D图附录G：发射和接收模块实物图附录H：PT100温度分度表温度 0123456789电阻值（）-20018.52         -190-180-170-160-15022.8327.1031.3435.5439.7222.4026.6730.9135.1239.3121

51、.9726.2430.4934.7038.8921.5425.8230.0734.2838.4721.1125.3929.6433.8638.0520.6824.9729.2233.4437.6420.2524.5428.8033.0237.2219.8224.1128.3732.6036.8019.3823.6827.9532.1836.3818.9523.2527.5231.7635.96-140-130-120-110-10043.8848.0052.1156.1960.2643.4647.5951.7055.7959.8543.0547.1851.2955.3859.4442.6346

52、.7750.8854.9759.0442.2246.3650.4754.5658.6341.8045.9450.0654.1558.2341.3945.5349.6553.7557.8240.9745.1249.2453.3457.4140.5644.7048.8352.9357.0140.1444.2948.4252.5256.60-90-80-70-60-5064.3068.3372.3376.3380.3163.9067.9271.9375.9379.9163.4967.5271.5375.5379.5163.0967.1271.1375.1379.1162.6866.7270.7374.7378.7262.2866.3170.3374.3378.3261.8865.9169.9373.9377.9261.4765.5169.5373.5377.5261.0765.1169.13