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1、 毕业设计（论文） 题 目 远程温度监控系统设计 学 院 电子信息学院 专 业 电子信息工程 学生姓名 胡若男 学号 159120320 指导教师 孙燕斌 职称 高级工程师 2019年 4 月 20 日 学生毕业设计（论文）原创性声明 本人以信誉声明：所呈交的毕业设计（论文）是在导师的指导下进行的设计（研究）工作及取得的成果，设计（论文）中引用他（她）人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及为获得重庆工程学院或其它教育机构的学位或证书而使用其材料。与我一同工作的同志对本设计（研究）所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 毕业设
2、计（论文）作者（签字）： 年 月 日重庆工程学院本科生毕业设计 摘 要摘 要温度在工业生产过程中的一个必不可少的参数，在许多领域的产业化，都需要用到相关的检测设备对温度及其变化进行检测或监控。传统的温度监控技术具有测量范围小、测量数据传输不便以及测试数据不能智能处理的缺陷,并且传统直接布线测量电路很复杂，容易受到干扰，准确性也不高，不满足某些非常恶劣的工业环境和某些户外环境。因此，选择一个性能好的数字式温度传感器和无线传输模块，显得尤为重要。该系统是通过无线通信的方式，对温度数据进行采集、处理、显示并依据设定范围通过报警系统进行报警。实现温度监控的高效率、高质量，且其组态简单、性价比高、应用性
3、强，易于推广。系统采用的是低耗高性微型控制器AT89S51和数字式DS18B20温度传感，而无线通信的收发芯片选用NRF24L01，该模块功率消耗非常低，且其成本低，通过LCD1602进行温度显示并采用蜂鸣器构成报警模块。关键词：AT89S51 DS18B20 NRF24L01 温度监控 I重庆工程学院本科生毕业设计 ABSTRACTABSTRACTTemperature is an essential parameter in industrial production process, which is inseparable from Peoples Daily life.In many
4、 other fields of industrialization, it is necessary to use related detection equipment to detect or monitor temperature and its changes. The traditional temperature monitoring technology has the defects of small measurement range, inconvenient measurement data transmission, and unintelligent process
5、ing of test data, and the traditional direct wiring measurement circuit is complex, easy to be interfered with, and the accuracy is not high. It does not satisfy some very bad industrial environments and some outdoor environments. Therefore, it is very important to choose a digital temperature senso
6、r and wireless transmission module with good performance.By means of wireless communication, the system collects, processes, displays and alarms the temperature data through the alarm system according to the set range. To achieve high efficiency, high quality, high production, and its configuration
7、is simple, flexible, cost-effective, strong application, easy to promote.The system adopts low consumption and high performance microcontroller AT89S51 and DS18B20 temperature sensing, while the wireless communication transmission chip uses NRF24L01. The power consumption of this module is very low
8、and its cost is low. Keywords: AT89S51;DS18B20;NRF24L01;temperature monitoriII重庆工程学院本科生毕业设计 目 录目 录摘 要IABSTRACTII1 绪 论11.1 选题的目的和意义11.2 国内外研究现状11.3 系统功能要求22 设计要求与模块方案设计42.1 设计要求42.2 模块方案设计42.2.1 芯片选择方案与论证42.2.2 温度采集模块选择方案与论证42.2.3 通信模块的选择方案与论证52.2.4 显示模块的选择方案与论证52.3设计方案总结52.4系统方案设计63 系统的硬件设计83.1 系统硬件
9、概述83.2 单元电路的设计93.2.1 主控单片机的设计93.2.2 温度采集电路模块的设计103.2.3 无线收发电路模块的设计123.2.4 显示模块的设计153.2.5 报警模块的设计164 系统软件设计184.1总体的软件设计184.1.1 无线发送部分184.1.2无线接收部分184.2模块的软件设计194.2.1 液晶显示模块软件设计194.2.2 温度检测模块204.2.3无线模块软件设计214.2.4报警模块软件设计244.3 本章小结255 系统的调试及实验结果265.1 系统调试265.2测试实验结果265.3本章小结286 总结与展望296.1论文总结296.2研究展望
10、30参考文献31致 谢32附 录33重庆工程学院本科生毕业设计 1 绪 论1 绪 论1.1 选题的目的和意义在当今现代的生活中，通过无线通信来采集温度已经越来越普遍了。随着工业和农业的生产，对温度测量有了更高的的要求，温度的精准测量是系统设计的一个重点，十分重要。温度需要通过其他的相关性质间接地测量，不能直接像宽度或长度的测量方式，获取数值。现如今，温度测量是可以通过温度传感器来测量的，温度测量的过程简单来说就是通过传感器把温度值转换为电信号或者其他信号，经过相关处理，从而转换成温度显示出来。温度测量设备一般有温度传感器和信号处理电路组成。某些情况下，需要监测的范围很大，布线不方便且不利于后期
11、维护，这时我们就采用无线模块对温度进行采集。传统的温度监控技术通常是利用热电偶把热化为电信号，再通过A/D转换得到温度值。这种方法速度慢，而且精度不是很高。具有测量范围小、测量数据传输不便以及测试数据不能智能处理的缺陷,具有非线形或不精确特性的被控对象时十分困难。导致温度控制不便，引起系统不稳定。利用无线电通信，方便、灵活，而且经济。它不需要像有线网络控制耗费巨大的通信资源，也不受网络速度的影响。通过无线远程的控制方式，使工作人员与恶劣的环境分离开来，并且满足了布线繁杂及不能布线场合的需求。实现高效率、高质量、高生产。为企业节约能耗,降低成本。因此，设计先进实用的远程温度监控系统具有重要的意义
12、。多路无线温度测量系统被大量的应用于温度测量各个领域的工程中，例如：城市医院的温度检测系统、居民小区供热系统的检测、蔬菜大棚的温度控制、工业生产的温度保护等。考虑到许多工农业环境中有对多点温度进行监控的需求，一般需要测量可能有几十个点以上。所以本文设计多路无线温度监控的系统。温度控制被广泛的应用于工业设计、工程建设及日常生活中，在现代社会中，温度控制不仅应用在工厂生产方面，其作用也体现到了各个方面，随着人们生活质量的提高，各个领域及家庭生活中都会见到温度控制的影子，温度控制将更好的服务于社会1。综合上述考虑，本系统设计的是一种远程温度控制系统。本系统要求能够实现温度采集、无线远程控制、温度液晶
13、显示、自动报警等功能。在本次设计中用到的无线传输技术、单片机控制系统技术、传感器测量等技术，这些技术已经被广泛的应用于国民生活、工农业生产、科学调研等诸多领域，特别是在工业生产中有着广阔的应用前景，由此可见，本次设计的系统对于社会的整体发展及科学调研来说，都有着非常重要的作用。1.2 国内外研究现状国外对于温度控制技术研究早于20世纪70年代，先是采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制，再是计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统2。国内研究的相对较少，起步的比较晚，在20世纪80年代才开始进行研究，并且我国的测控技术是在已有的温度测控技术的基础上，进行研究和发展。我国掌握
14、的温度微机的控制技术，实现了不但实现了从消化吸收到实用化，还实现了从简单应用到综合性应用的发展。但是，与其他的发达国家的研究和发展相比较来说，我国仍然存在非常大的差距，想要跟上国际的脚步，还有很长的一段路。现如今，世界各国对于温度测控技术的发展和研究都及其看中，该技术迅速的发展起来，有一些发达国家对此技术的研究以为超前，现已以完全无人化、自动化的方向进行研究、发展。在2.4GHz的频段上已经有多种标准的无线协议，它们传输距离远，抗干扰性强。因此我们要确保在2.4GHz频段上有足够的抗干扰性和保持数据的连续性。使用NRF24L01 无线模块进行无线网络构建更加方便，无线个人局域网通讯技术使用AN
15、T协议进行通信，更好的保持了数据完整性，并且具有低功耗低成本的优点。 NRF24L01是一款无线通信芯片，采用FSK调制方式，它可以以点对点以及1对n的方式进行高速通信。在进行网络构建时，只需要核心芯片提供5个引脚和一个中断引脚与NRF24L01无线模块进行连接，就可以实现两者间的通信。因此，利用NRF24L01无线模块来实现无线通信功能，更为简单实用。随着电子技术的发展，温度传感器的精度越来越高，抗干扰性越来越好，体积越来越小。无线温度监控不仅可以应用在工厂生产方面，其作用也体现到了各个方面，随着人们生活质量的提高，无线远程温度监控将会有更广阔的发展空间3。1.3 系统功能要求图1.1 系统
16、功能图2重庆工程学院本科生毕业设计 1 绪 论 本系统设计的是一种以无线方式进行通信的温度监控系统，对实时采集的温度进行监控。如图1.1所示，通过无线收发的方式对温度数据进行采集、处理、并设定其温度范围，在规定范围内正常显示，在高于设定的温度上限或低于设定温度下限时通过报警系统进行报警。本次系统的设计以AT89S51为核心来控制NRF24L01无线通信模块，实现短距离无线温度传输。该系统具有低成本，快传输，低功耗的特点，并且其可靠性高，软件设计简单。整个设计的主机和从机通过NRF24L01无线模块连接通信。设计使用AT89S51单片机作为核心芯片来控制整个系统，而NRF24L01无线模块的主要
17、功能是来进行数据的无线发射和无线接收，实现主机-从机之间的通信。NRF24L01无线发射模块主要任务通过AT89S51副控芯片把DS18B20采集的温度数据发射出去，NRF24L01无线接收模块主要任务是通过AT89S51主控芯片命令将发射出来的数据的进行接收，并通过液晶显示屏LCD1602将接收到的数据显示出来，从而达到温度监控的目的。系统主要实现功能：温度测量、无线通信、温度显示、系统报警及按键设定功能。3重庆工程学院本科生毕业设计 2 设计要求与模块方案设计 2 设计要求与模块方案设计2.1 设计要求温度测量范围：室温到99摄氏度；远程控制系统；可以人工设置上下限温度；实际值超过设定范围
18、，系统进行报警。2.2 模块方案设计2.2.1 芯片选择方案与论证方案一：采用FPGA现场可编程们阵列作为系统的控制器,FPGA可实现各种复杂的逻辑功能，规模大，密度高，它将所有的器件集成在一块芯片上，减小了体积，提高了稳定性，并可用EDA软件仿真、在线调试，易于进行功能扩展，响应速度快4。FPGA芯片TPFQ贴片封装，相比与单片机来说，其成本更高，且其引脚较多，可能会引起电路板电路混乱及布线复杂，导致设计电路和焊接器件的工作更为困难，加大了系统的开发周期。方案二：采用8位单片机作为主要的控制芯片，8位单片机的购买价格比较便宜，并且技术比较成熟，低功耗，易于购买等优点，采用AT89S51实现。
19、单片机软件编程可简单地实现多数功能，自由度大，结构清晰，便于调试和维护，可读性和移植性强，并且具有体积小，硬件搭建简单等优点。AT89S51单片机比其他8位单片机相比较，价格更便宜，并且其内部具有丰富的资源，故采用AT89S51单片机作为本系统的主控芯片。所以综合考虑，我们采用方案二作为本系统的MCU。2.2.2 温度采集模块选择方案与论证方案一：采用传统的热敏电阻作为传感器，热敏电阻德国工作温度范围广，具有体积小的特点，实用方便，易于大规模生产，但其灵敏性一般，可靠性不高，只能检测出6-10的温度变化，使用热敏电阻进行温度采集，必须经过模数转换后才能送入到MCU，这使得温度测量模块的电路结构
20、更加复杂。此设计方案增加了电路线路的复杂程度，算法复杂，在一定程度上，增加了软件实施的难度，导致设计成本增加，并且，设计周期被延长。方案二：采用DS18B20数字式温度传感器进行温度采集。其自身特有的性能，使其以单总线方式进行电路间通信。在硬件电路的设计上，减少了模数转化的复杂过程，解决了对于传统测量方法而造成的复杂的外围电路的问题，芯片更加容易进行处理和控制。DS18B20的单总线数据传输提高了信号的稳定性和精度，在0 到100摄氏度的温度范围内，其线性误差不高于1摄氏度。DS18B20传感器比传统的温度传感器更适合用于温度检测系统设计中。DS18B20温度传感器构建电路，电路更加简单，并且
21、它更够更精确的进行温度测量，其分辨率也更高，其它方面也有很大的进步，所以使用数字集成芯片来测量温度电路搭建更加简单，编程容易，将成为温测电路的发展趋势。综上考虑，我们采用DS18B20进行温度采集。2.2.3 通信模块的选择方案与论证方案一：采用GSM通信模块，GSM借助卫星通信或者手机卡可以较长距离的传输数据，但由通信过程需要收费，前后期成本都比较高5。方案二：采用TX315A模块。TX315A是现如今发展的比较好的一种无线模块，能够更精确的进行传输，其效果相对于其他无线模块来说更具有优势。它是由TX315A-T01和TX315A-R01两个部分构成。这一种无线模块开发生产在应用上最先进的器
22、件和接收电路中。TX315A无线模块被广泛的应用在各行各业，例如，无线遥控、数据传送及警戒系统，该模块通信速度快，但成本太高。方案三：采用NRF24L01模块。NRF24L01无线模块在本质上是一种收发器，通过单片射频的方式，工作在2.4 GHz2.5 GHz 的范围内。该模块具有高速低耗体积小的优点，在掉电模式或者空闲模式下进行工作时，系统使用起来的功率更低，系统的节能设计更加方便。初次之外，NRF24L01无线收发模块具有传输距离远的优点，可以进行数千公里(PA)的数据传输，以SPI总线方式进行通信，与其他无线模块相比较，价格相对更为便宜，易于购买，且其电路简单、操作方便。综上考虑，在进行
23、比较之后，采用的是方案三，使用NRF24L0无线模块来实现系统功能。2.2.4 显示模块的选择方案与论证方案一：采用LED数码管进行温度显示。使用LED数码管来设计电路，它的设计过程更加简单，并且方便调试，程序编译实现相对容易的优势，但占用的IO口多且不可以显示字符。方案二：采用LCD1602液晶屏进行温度显示，系统中需要显示温度和上下限温度等信息，要求显示内容丰富。LCD1602液晶屏可显示较多内容，可视面积更大，具有良好的画面效果和强抗干扰能力，调用简单，组合方便。此外，还可以节省软件中断资源。综上考虑，我们采用LCD1602液晶显示屏进行温度显示。2.3设计方案总结本次设计的系统采用的核
24、心控制芯片是 AT89S51单片机，分为主控AT89S51芯片和副控AT89S51芯片。作为整个系统的CPU，进行系统的整体控制。使用DS18B20采集温度。使用LCD1602显示温度。除此之外，选用NRF24L01无线模块来实现系统的通信，进行系统数据间的传输。本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用6。本系统无线可接收的距离为5m，温度的可测量范围是0到99摄氏度。其测量精度为1摄氏度，具有测量温度范围广，测量精度高的特点。此外，可设置上下限报警温度值。2.4系统方案设计本系统工作
25、方式为主从的工作方式，共有两块板，无线温度采集板将温度信息传给主机，主机显示及控制。主机：系统的主机控制数据接收部分，接收部分由AT89S51主控芯片、LCD1602显示模块及NRF24L01无线模块三部分组成。NRF24L01无线模块AT89S51LCD1602显示模块系统主机由主单片控制，晶振电路模块与复位电路模块构成单片机最小系统、连接无线模块、按键模块、报警模块、显示模块。如图2.1所示： 无线模块按键模块报警模块复位电路模块液晶显示模块晶振电路模块AT89S51单片机 图2.1 主机结构图从机：系统从机控制数据的发射部分，发射部分由AT89S51副控芯片、NRF24L01无线模块，及
26、DS18B20温度采集模块三部分组成。DS18B20温度模块AT89S51NRF24L01无线模块系统从机由从单片控制，晶振电路模块与复位电路模块构成单片机最小系统，连接温度检测模块和无线模块。如图2.2所示：无线模块温度检测模块复位电路模块晶振电路模块 AT89S51单片机图2.2 从机结构图7重庆工程学院本科生毕业设计 3 系统的硬件设计153 系统的硬件设计在系统的硬件设计方面，将整个系统分为两大部分，选用两块AT89S51单片机分别对两部分进行控制，用此芯片来实现整个系统的控制，利用其对温度检测控制的高精度、强功能及简便灵活的优点进行核心控制，从机控制温度的采集及无线发送，主机控制数据
27、接收、液晶显示及声光报警。采用DS12B20温度传感器来进行温度采集，单片机对温度传感器采集的温度进行处理，再通过无线模块 NRF24L01 将处理后的数据发送到主机，收到的信号传送到主机的单片机，然后通过液晶显示器 LCD1602 将温度显示出来，此外，当温度超过设置的上下限时，进行警报处理7。其总设计框图如图3.1所示。本系统的硬件电路采用从机从机的工作方式进行系统控制，总共设计了四个模块，分别是无线通信模块、温度采集模块、液晶显示模块以及报警模块。设计框图如图3.1所示。 图3.1 系统总设计框图3.1 系统硬件概述系统主要分为主、从机两个部分,从机负责温度的采集和无线发送两个功能，主机
28、负责数据接收、液晶显示及声光报警三部分的功能。选用AT89S51单片机来控制整个程序,具有在线编程，丰富的中断源、灵活性强、低功耗等功能，能在3V低压工作。DS12B20温度传感器体积小、功耗低、性能高，并且其抗干扰能力强。在电路设计中，可靠性高。因此，采用DS12B20温度传感器来进行温度采集，可直接将温度转化成串行数字信号传输给AT89S51进行处理，省去模数转换，并且可以在同一总线上可以连接多个温度传感器，可用于多点温度检测系统。AT89S51主控芯片先对温度传感器所采集的温度进行一列系的处理，处理之后，再通过 NRF24L01无线模块将处理后的温度数据发送到单片机主机上面。NRF24L
29、01无线模块的工作频段是在2.4GHz2.5GHz ISM，其模块功耗低，在以-6dBm的功率进行数据发射时，工作电流也只有9mA，数据接收时，其工作电流只有12.3mA，多种低功率工作模式(掉电模式和空闲模式)使节能设计更方便8。采集完成后，将数据进行十进制转换，据经过处理转换后，通过LCD1602液晶显示屏进行显示。此外，还在系统上附加了报警功能，在系统可测范围内，可以设置报警温度的上下限温度值。当检测温度值高于设置的上限温度值或者低于设定的下限温度值时，触动报警功能，系统就会进行自动报警，蜂鸣器发出声响。3.2 单元电路的设计3.2.1 主控单片机的设计本次系统核心控制单元选用的芯片是A
30、T89S51。如图3.2所示，有40个引脚，是一种双列直插的芯片。除去特定的功能引脚外，AT89S51的其余所有引脚被划分成四个I/O端口：P0、P1、P2、P3。并且，每一条I/O线都可以进行独立工作，进行数据的输出或数据的输入。AT89S51芯片内部具有4k字节的Flash，256字节的RAM及32位的I/O 口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路等标准功能9。AT89S51控制芯片在逻辑运行低至0Hz静态时可以进行工作，可以选择在空闲模式或掉电模式下，进行省电模式的工作。芯片在空闲模式和掉电模式这两种工作模式下
31、，系统会有不同的工作形式。在空闲工作模式下，处理器会停止工作。但是，其内部存储器，定时器、计数器，串口和中断功能不受处理器工作的影响，仍然可以正常进行工作。系统在掉电工作模式下工作，内部存储器写入的内容会被保存，但是，振荡器及处理器会停止工作，直到下一次中断或者是硬件复位。图3.2 AT89S51的管脚图本次系统设计的AT89S51单片机核心控制模块是由AT89S51的最小系统组成，其中包括晶振电路和复位电路。在AT89S51芯片的18引脚XTAL1和19引脚XTAL2两引脚之间连接了一个12MHZ晶振和两个30p电容作为反馈器件，形成晶振电路。其9引脚RESET是芯片的复位输入脚，在电路设计
32、上，连接一个10uf电容器和一个10k电阻，使其电路复位。具体电路连接如图3.3所示。图3.3 复位电路和晶振电路3.2.2 温度采集电路模块的设计与传统搭建的温度测量电路相比较来说，采用DS18B20温度传感器来搭建会更具有优势。在其体积小、成本低的基础上，具有强的抗干扰能力，模块搭建容易，易于编程，并且能够进行高精度测量。除此之外，DS18B20直接输出数字信号，简化电路。并且其独特的单线接口特性，与其独特的序列号相对应，可以实现一条总线连接到多个DS18B20进行温度测试，外围硬件简单，且其直接输出数字信号，省去了数模转换的步骤，电路设计更加简化。此外，该温度传感器采用的是数据总线供电，
33、在进行工作时，需要通过连接电压范围是3到5V的电源来进行供电。由于DS18B20温度传感器的本身特性，使其可以在温度为-55到+125的范围内进行测量。DS18B20芯片具有三种封装方式，如图3.4所示。图3.4 DS18B20芯片封装图管脚配置及内部结构DS18B20传感器芯片共有3个引脚，引脚1为电源地，电路连接时，进行接地操作。引脚2为单数据总线，DQ引脚是芯片的唯一数据口，作为信号的输入和输出的引脚。引脚3 为外接供电电源的输入端，在进行电路设计连接时，需要连接5V电压对此模块进行供电。在DS18B20的内部，大致分为了4个数据部分，其中包括64位的ROM、温度传感器、高速缓冲器以及配
34、置寄存器。温度传感器部分是整个DS18B20的核心部分，主要是通过这一部分来实现温度的测量。DS18B20内部结构如图3.5所示。 图3.5 DS18B20内部结构图工作原理DS18B20温度传感器被广泛的应用于多种场合，是一种常用的传感器。在进行工作时，把温度检测和数字数据输出集成在一块芯片上，采用单总线通信方式进行模块间通信，使其抗干扰能力较强，整个模块设计相对稳定。DS18B20具有单总线通信的特性，需要遵守总线协议来保证数据的传输。单片机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：初始化、ROM操作指令、内存操作指令10。首先，需要对DS18B20进行初始化。在发送复位脉冲之后，执
35、行ROM功能命令，每次在进行读取和写入寄存器之前，发送ROM操作命令。然后再进行相应温度处理流程，最后发送读取温度寄存器命令，完成整个系统温度采集的过程。电路设计在温度采集模块的硬件电路设计中，模块可以直接输出数字信号，进行电路设计时，在输出端接一个10K的上拉电阻，与AT89S51单片机的P1.7口相连接，两者之间形成通信，对温度进行采集。其硬件原理图如图3.6所示。图3.6 DS18B20原理图3.2.3 无线收发电路模块的设计在本次系统设计中，采用的是NRF24L01无线通信模块进行数据的传输，来实现系统的通信。此种无线通信模块是一种新型的单片射频收发机,通过无线发送和无线接收，进行通信
36、。其模块在2.4 GHz到2.5 GHz频率段工作。其内部具有集成频率发生器、增强型“SchockBurst”模式的控制器、功率放大器、晶体振荡器及调制器和解调器，输出功率可以被软件简单配置,NRF24L01具有多种低功耗模式，断电模式和空闲模式,以便节能设计更方便11。模块使用1.9 V3.6 V的电压对模块进行供电。OSI链路层为硬件集成层，它具有较快的传输速率，其传输率为l Mb/s或2Mb/s。用这种无线模块参与系统的设计，实现起来相对更加简单。NRF14L01的引脚排列图如图3.7所示。 图3.7 NRF24L01管脚图在高频电路的设计中，对于元件的位置摆放，对电路的布线方法都有更高
37、的要求，因此在本次设计中，我们直接使用已有的成品模块进行通信，这样我们就不用去考虑高频电路的设计问题，图3.8是NRF24L01无线模块的pcb板图。 图3.8 NRF24L01PCB板图在本次设计中，使用了NRF24L01芯片中的八个功能脚，将其连接到单片机的P10口到P15口，NRF24L01模块的各个引脚具体功能介绍如下表3.1所示：表3.1 NRF24L01引脚功能图引脚符号功能1GND电源地2VCC正电源3CE内部射频电路工作与否4CSN控制允许向模块读或写数据。5SCK片选信号，对模块的读或写的运作节拍进行控制6MOSI 单片机向NRF24L01模块发送数据提供接口。7MISONR
38、F24L01模块向单片机发送数据提供接口8IRQ将中断信号发送给单片机的接口。NRF24L01无线通信模块的工作模式可以通过对PWR_UP、PRIM_RX进行配置,选择NRF24L01模块的工作模式，可以通过观察CE的电平变化，具体分析FIFO寄存器状态。模块处于接收模式下，三个引脚均为高。模块处于掉电模式下，PWR_UP为低。模块在发射模式下，CE为高时，数据会存储在TX_FIFO中；在电平由高到低时，证明在进行数据发送。模块处于待机模式下时，CE为高时，证明TX_FIFO为空，CE为低时，证明寄存器内没有数据传输。表3.2为无线通信模块工作模式的具体配置方式。 表3.2 NRF24L01工
39、作模式模式PWR_UPPRIM_RXCEFIFO寄存器状态接收模式111-发射模式101数据在TX FIFO寄存器中发射模式101 0停留在发送模式，直至数据发送完毕待机模式2101TX_FIFO为空待机模式11-0无数据传输掉电模式0-配置字 无线通信模块在进行同步串行通信时,SPI总线先传送低字节的数据，再传送高字节的数据，在进行数据传输时，可以达到的最大速率为10Mb/s。 NRF24L01共有25个配置寄存器，常用的配置寄存器有以下九种方式12。寄存器的具体配置方式如表3.3所示。 表3.3 常用配置寄存器地址寄存器名称功能00CONFIG设置NRF24L01工作模式01EN_AA设置
40、接收通道及自动应答02EN RXADDR使能接收通道地址03SETUP_AW设置地址宽度04SETUP_RETR设置自动重发数据时间和次数状态寄存器07STATUS状态寄存器，用来判定工作状态0A0FRX_ADDR_P0P5设置接收通信地址10TX_ADDR设置接收接点地址1116RX_PW_P0P5设置接收通道的有效数据宽度无线通信模块电路图 NRF24L01无线通信模块的硬件电路图如图3.9所示：图3.9 模块电路图NRF24L01无线模块与单片机通信时，采用单片机硬件自带的一个SPI接口13。将其连接到AT89S51单片机的P1.0到P1.5口，下列是NRF24L01无线通信模块需要与A
41、T89S51连接的部分，具体连接方式如图3.10所示。 图3.10 NRF24L01无线模块与AT89S51连接图3.2.4 显示模块的设计重庆工程学院本科生毕业设计 3 系统的硬件设计本次系统设计的显示模块采用的是LCD1602液晶显示屏。LCD1602芯片总共有16个引脚，芯片的7引脚到14引脚为显示屏的8位数据脚，与单片机通过P0口相连接。其具体引脚功能如表3.4所示:表3.4 LCD1602引脚功能图引脚符号功能说明引脚符号功能说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号
42、14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极液晶显示模块的应用电路LCD1602显示屏得到了广泛应用，并不断被推广，因其具有低功耗、小体积、显示内容丰富，清晰、接口控制方便等优点，被广泛的应用于各类电子产品中。本系统模块设计选用LCD1602液晶显示屏进行温度显示，不仅简化了硬件设计电路，并且还极大的提高了系统的可靠性。LCD1602液晶显示屏和单片机AT89S51的连接电路很简单，在3引脚处接一个10K的可滑动电阻，其4到6引脚和7到14引脚连接到AT89S51单片机的P2.5到P2.7口和P0.0到P0.7口。图3.11为应用电路图。 图3.11 LCD1602
43、应用电路工作原理LCD1602进行工作的过程中，每个字符对应一个唯一的固定码。 LCD1602存储160个不同的字符点图案，即，有160个固定码与其字符一一对应。例如，与字母“B”相对应有且仅有一个的代码是01000010B（42H），因此，当我们设置LCD1602显示模块显示的地址为42H的点阵字符时，我们可以看到显示屏上的字母“B”;字母“G”对应的代码是01000111B（47H），显示地址为47H的点阵字符图形，可以看到字母“G”。此外，也可以使用字符常量或变量在单片机的编程中进行赋值,如B，因为在CGROM存储器与计算机字符中存储的代码基本是相同的,因此，我们在C字符代码便携式DDR
44、AM存储器中可以直接使用，赋值P1=B。3.2.5 报警模块的设计蜂鸣器通常采用直流电压供电，是一种一体化结构的电子讯响器，它作为发声器件被广泛的应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中14。如果使用蜂鸣器和二极管相结合来设计报警电路，可以使报警系统同时发出声、光二种警报信号。这样的声光警报系统能够更好的满足客户的需求。在报警模块设计中， IO口用于控制NPN三极管的基极，三极管的一端与蜂鸣器相连接，另一端与单片机的P12口相连接连接。当P12口的电平为低时，三极管导通，蜂鸣器与电源之间形成通路，蜂鸣器进行发声，实现系统报警，当P12口电平为高时，三极管截止，蜂鸣器与电源之间无法导通，系统不报警。本系统的报警模块用三极管和驱动蜂鸣器实现，当达到温度上下限值，就会给三