温度检测与无线传输系统设计

分类：论文报告    更新时间：09-02    来源：网络

 一、课题综述及研究意义

温度是人们日常生活中接触比较多的一个物理量，人们的日常生活、动植物的生存繁衍和周围环境的温度息息相关，石油、化工、冶金、纺织、机械制造、航空航天、制药、烟草、档案保管、粮食存储等领域对温度也有着较高的要求。例如：烟叶和纸张是吸湿性极高的材料，卷烟生产的每一个阶段对温度都有非常特别的要求，以确保所使用材料的水分，保证生产的效率和产品质量；印刷车间的温度控制水平对印刷质量有很大的影响；为防止库存武器弹药、金属材料等物品霉烂、生锈，必须保持环境温度不能过高；而水果、种子、肉类等的保存又需要保证一定的温度。随着科学技术的发展，许多新兴产业对环境提出更高的要求：制造大规模集成电路需要极高的空气洁净度，生物化学制药需要精确的温度控制。因此，对温度的监测和控制已成为生产过程中非常重要的技术要求。目前，温度传感器已广泛应用于气象、农林、冶金、化工、纺织、食品、家用电器、仓储等许多领域。

本课题研究的内容是根据组建无线温度检测系统的实际需要，加之检测领域的现状，提出一种基于DS18B20温度检测和射频通信技术的解决方案，开发一种无线温度检测系统，实现传感器的温度数据采集和数据的无线传输。该系统可以准确、快速的完成数据检测和管理，实现便携的智能化检测条件。本设计采用最新技术，软硬件结合，综合实现温度的采集与无线传输。设计详细介绍系统的工作原理、软硬件设计思路、硬件的电路结构、布局布线以及硬件抗干扰分析、无线收发流程等问题。通过不断的调试，完成系统基本功能，具有性能稳定、功耗低、成本低廉、扩展方便、兼容性好等优点，能够方便准确地显示温度，便于远程控制，且省时省力实现便携的智能化检测条件。

二、课题拟采取的研究方法和技术路线

    本课题研究以单片机控制，温度传感器DS18B20对温度的数据采集和处理，NRF905无线发送和接收模块的应用，4位共阳极数码管对温度传感器处理后的温度进行显示，实现一定距离上的定点温度自动检测和发送接收。

系统设计分为2个模块，发送模块和接收模块。发送模块的主要功能是进行温度的采集，实时显示和发送，接收模块的功能是实现温度数据的接收和实时显示。发送模块中，控制主体是单片机STC89C52，利用单片机先控制传感器DS18B20对温度数据进行采集和处理，并把数据存在寄存器中，再控制4位共阳极数码管显示温度数据，最后控制无线发送模块nRF905发送数据给接收模块。接收模块中控制主体也是单片机STC89C52，利用单片机控制nRF905接收模块接收温度数据并进行数据分析处理，再控制数码管把接受的数据显示出来。整个工作流程如此循环，每0.2s进行一次循环。这就是系统的总体设计方案。

三、主要参考文献

[1]姜文谦. PC机与AVR单片机之间串行通信的实现[J]. 计算机光盘软件与应用,2014,03:271-272.

[2]付炜. 短距离无线通讯中传播特性理论研究及相关关键技术[D].电子科技大学,2009.

[3]彭芬. 基于单片机的数字显示温度系统[J]. 电子制作,2014,06:16-17.

[4]陈淑芳. 基于51单片机的教学实验系统的设计与开发[D].中国海洋大学,2011.

[5]孙立香. 基于STC89C52单片机的浴室温度控制系统[J]. 无线互联科技,2014,04:81.

[6]魏英智. DS18B20在温度控制中的应用[J]. 煤矿机械,2005,03:92-93.

[7]蔡帝,黄炜. 一种基于nRF905的微型无线图像传输系统设计[J]. 集成电路应用,2005,10:58-60+64.

[8]曹世超. 基于射频技术的分布式无线监测系统的设计与实现[D].重庆大学,2009.

[9]占宇. 基于无线传输的多功能温度检测系统的开发[D].沈阳理工大学,2011.

[10]宋宇飞. 无线测温系统在火炸药运输过程中的应用研究[D].中北大学,2007.

[11] 黄凤娟.  基于单片机的温度测控系统在温室大棚中的设计与实现[D]. 安徽大学 2006.

[12] 周长彧.  基于单片机的多功能温度检测系统的设计与研究[D]. 吉林大学 2008.

[13] 孔庆霞,朱全银.  基于DS18B20的远距离分布式温度数据采集系统[J]. 电子测量技术. 2009(04).

[14] 颜丽娜,张铁民.  基于DS18B20测温系统的设计[J]. 科技信息. 2010(11).

[15] 郝妍娜,洪志良.  基于MCU和nRF905的低功耗远距离无线传输系统[J]. 电子技术应用. 2007(08).

[16] 马青,童子权.  基于单片机的数据采集与近距离无线传输系统[J]. 中国科技信息. 2009(04).

[17] 李正浩,姜宝钧,邓兴成.  51单片机在LED数码管显示中的应用[J]. 实验科学与技术. 2006(S1).

[18] 汤庆.  基于单片机的粮库温度监控系统设计[D]. 大连海事大学 2004.

[19] 刘伟,陈盛云,郭毅刚.  基于DS18B20的温度测量系统的设计与仿真[J]. 中国科技信息. 2008(19).

[20] 张慧,陈晓楠.  基于STC89C52智能温湿度控制器的设计[J]. 无线互联科技. 2013(12).

[21] 李兴春,李恒文,张巍.  基于nRF905的温度数据无线采集系统的设计[J]. 仪器仪表用户. 2007(02).

[22] 杨剑.  基于nRF905的无线射频数据采集系统的开发与实现[D]. 中南大学 2007.

[23] 郑长征,毛哲,谢兆鸿.  基于nRF905的粮库无线测温系统[J]. 微计算机信息. 2007(05).

[24] 肖志勇,杨小玲,李光泉.  基于nRF905芯片的无线传输设计与实现[J]. 计算机与现代化. 2005(09).

[25] 田素端.  基于nRF905无线收发芯片的串口数据传输系统研究与设计[D]. 中国高新技术企业. 2008(24).

[26] 胡汉才编著.单片机原理及其接口技术[M]. 清华大学出版社, 2004.

[27] 王彤,张小志,王大鹏.  C语言编程的技巧探讨[J]. 科技信息(学术研究). 2007(09).

[28] 杨黎主编.基于C语言的单片机应用技术与Proteus仿真[M]. 中南大学出版社有限责任公司, 2012.

[29] 潘焱，田华，魏安全编著.无线通信系统与技术[M]. 人民邮电出版社, 2011.

[30] 夏玮玮，刘云，沈连丰编著.短距离无线通信技术及其实验[M]. 科学出版社, 2014.

[31] 张志勇主编.现代传感器原理及应用[M]. 电子工业出版社, 2014.

[32] 徐爱钧主编.Keil C51单片机高级语言应用编程与实践[M]. 电子工业出版社, 2013.

[33]Wei, Lexiang,Zeng, Xiaoqing,Shen, Tuo. A Wireless Solution for Train Switchgear Contact Temperature Monitoring and Alarming System Based on Wireless Communication Technology[J]. International Journal of Communications, Network and System Sciences,2015,84:.

[34]Jun Cai,Shun-Zheng Yu,Jing-li Liu. The Design of a Wireless Data Acquisition and Transmission System[J]. Journal of Networks,2009,410:.

[35]Qingjie Zhao,Baojun Zhang,Wei Wang. Data processing techniques for a wireless data transmission application via mud.[J]. EURASIP J. Adv. Sig. Proc.,2011,2011:.

[36]Adane, Amar,Yahia, Ania Ali,Mameri, Essaid,Adane, Abd-El-Hamid. Design of a Microcontroller-Based Data Acquisition System for Ground Weather Observations: Evaluation of Radio Refractivity of Air[J]. International Journal of Communications, Network and System Sciences,2014,79:.

[37]Katsumi Emura. Enabling technologies for SCM basedoptically fed wireless communication systems[J]. Optical and Quantum Electronics,1998,3011:.

 

二、毕业设计（论文）工作实施计划

（一）毕业设计（论文）的理论分析与软硬件要求及其应达到的水平与结果

理论分析：

系统设计分为2个模块，发送模块和接收模块。发送模块的主要功能是进行温度的采集，实时显示和发送，接收模块的功能是实现温度数据的接收和实时显示。发送模块中，控制主体是单片机STC89C52，利用单片机先控制传感器DS18B20对温度数据进行采集和处理，并把数据存在寄存器中，再控制4位共阳极数码管显示温度数据，最后控制无线发送模块nRF905发送数据给接收模块。接收模块中控制主体也是单片机STC89C52，利用单片机控制nRF905接收模块接收温度数据并进行数据分析处理，再控制数码管把接受的数据显示出来。整个工作流程如此循环，每0.2s进行一次循环。这就是系统的总体设计方案。

软硬件要求：

硬件方面系统主要由单片机系统，温度传感器DS18B20，4位共阳极数码管，nRF905无线收发模块组成，目的在于实现温度的准确检测和无线收发所检测的温度数据。

结合具体的实际需求，本系统的技术方面做到如下程度：

（1）成本低。在实现基本无线测温控制功能的基础上，尽量把成本降到最低，从而在同类产品中占据主要地位。

（2）体积小。布局合理，功能强大，同时做到占用空间小，这样更加便于安装和维护。

（3）可靠性好。系统的抗干扰能力强，在各种复杂环境下都能正常稳定工作，主要依靠的是接收端与发射端无线通信的可靠能力，同时把误差控制到最小。

 

在程序设计方面，本系统使用的是C语言，基于C语言编程简单、功能实现可观、程序结构清晰、维护性好、可读性高等优势，使用Keil C51软件开发系统开发软件程序，主要有温度显示程序、无线发送程序和无线接收程序。

温度显示程序设计过程：首先要对数码管的结构、工作原理有一定的解，根据其原理编写出适合的数码管显示程序，把单片机读取到的温度数据显示出来。单片机读取的温度数据来源于温度传感器，要想完成这一步过程，必须学习好温度传感器的工作原理和内部结构，每一个温度传感器都有各自的寄存器，这些寄存器的工作方式和读写时序图又各不相同，它们的ROM和RAM指令也不一样，设计单片机读取温度数据的程序时要根据ROM和RAM指令来编写工作程序。DS18B20温度传感器在采集温度数据之前，要先对其内部数据进行初始化，先读它的位和比特，再写比特。然后设计转换过程程序。这一步主要注意的是要判断正负，如果为正值，则取原码；如果为负值，则取原码的反码再加1，在得到的正值前面加上“-”号显示即可。完成这一步后，通过单片机读取温度传感器内部的寄存器数据，即为温度数据，www.eeELW.com在数码管上显示出来。

无线收发程序设计过程：解nRF905的结构、工作原理、寄存器工作方式和时序图是此过程的首要任务。在这里设计的重点是SPI口的设置。在整个过程中，有以下几步过程：先给寄存器配置基本参数，然后通过SPI口在配置寄存器里读写配置信息，其次编写它的写操作和读操作代码，这一步骤的实现使得主机可以通过SPI接口向配置寄存器写入信息，最后编写出发送和接收指令代码，通过收发模块实现。

 

（二）毕业设计（论文）工作进度与安排

起讫日期 工  作  内  容  和  要  求 备  注

3月14日-3月22日 熟悉毕业设计内容和要求，收集相关资料

3月23日-3月26日 提出设计方案与研究重点

3月27日-4月2日 学习单片机应用技术、无线传输技术和温度传感器的相关知识

4月3日-4月9日 完成课题总体设计

4月10日-4月16日 系统硬件设计，设计硬件电路原理图

4月17日-4月23日 系统软件设计，完成软件流程设计和程序编码

4月24日-4月30日 电路焊接，完成实物制作

5月1日-5月10日 系统软硬件调试

5月11日-5月26日 整理材料，撰写论文

5月26日-5月30日 修改论文，准备答辩