2008年(第三届) 四川省大学生电子设计竞赛
基于NRF905无线收发芯片温度监测无线
通信系统的设计
设计与总结报告
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目录
摘要 ............................................................................................................................................ 3 1方案论证与比较 ....................................................................................................................... 3
1.1温度采集方案设计 ......................................................................................................................... 4 1.2显示部分方案设计 ......................................................................................................................... 4 1.3无线接收发射方案设计 .................................................................................................................. 5 1.4上位计算机通信方案设计 .............................................................................................................. 5
2硬件电路设计 ........................................................................................................................... 5
2.1温度采集模块工作原理与计算....................................................................................................... 5
2.1.1工作原理 ............................................................................................................................................................. 5 2.1.2温度计算 ............................................................................................................................................................. 6 2.2显示模块电路 ................................................................................................................................ 6 2.3无线发射接收模块 ......................................................................................................................... 7 2.3.1 SPI接口设计 ....................................................................................................................................................... 8 2.3.2 工作模式 ............................................................................................................................................................ 9 2.3.3 工作电源 ............................................................................................................................................................ 9 2.3.4 NRF905无线收发工作参数 ............................................................................................................................. 10 2.4上位计算机通信模块 ................................................................................................................... 11 2.4.1串口通信的工作参数 ....................................................................................................................................... 11
3软件设计 ................................................................................................................................ 11
3.1主程序设计 .................................................................................................................................. 11 3.1.1被监测端（发射端） ....................................................................................................................................... 11 3.1.2监测端（接收端） ........................................................................................................................................... 13 3.6计算机监控软件设计 ................................................................................................................... 14
4系统测试 ................................................................................................................................ 15
4.1测试所使用的仪器 ....................................................................................................................... 15 4.2软硬件测试 .................................................................................................................................. 15 4.2.1显示（LCD1602）测试及数据 ......................................................................................................................... 15 4.2.2温度采集测试及数据 ....................................................................................................................................... 16 4.2.3无线接收发送测试及数据 ............................................................................................................................... 16 4.2.4上位计算机通信测试及数据 ........................................................................................................................... 17
5总结 ........................................................................................................................................ 17
附录 .......................................................................................................................................... 18
计算机监控软件使用说明： .............................................................................................................. 18 被检测端（发射端）主程序： .......................................................................................................... 18
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检测端（接收端）主程序： .............................................................................................................. 21 计算机监控软件主程序：.................................................................................................................. 24
基于NRF905无线收发芯片温度监测无线
通信系统的设计
摘要
本系统采用NRF905无线收发模块实现了被监测端（发射端）至监测端（接收端）的单工数据传输。被监测端以单片机AT89S51为核心，使用DS18B20温度传感器进行数据的采集;AT89S51对采集到的温度进行处理，然后通过NRF905把温度数据发送给监测端。监测端采用NRF905内置的CRC检测，从而保证数据的准确。通过LCD1602液晶显示器来实现数据的显示；通过MAX232芯片实现与上位计算机通信的功能； 可以同时放置若干个监测端（接收端）从而实现多点监测。
1方案论证与比较
针对题目要求，经过分析，系统主要包括温度传感器、无线收发模块、单片机控制模块、显示模块及上位计算机通信模块。系统采用软件工程的UML建模语言进行建模，系统的设计框图如图1.1：
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图1.1
“操作人员”给“控制器”上电，“控制器1”以串口方式读取“温度采集”模块的数据，经“控制器1”处理，处理后的温度数据传输给“本地显示”模块以进行显示，最后在通过“无线发射”模块把温度数据发送出去。“无线接收”模块接收到温度数据后传输“控制器2”，“控制器2”进行数据处理，处理后的温度数据传输给“本地显示”模块以进行显示，然后再通过串口通信，把温度数据传输给上位计算机的“PC温度监控”模块，计算机内部处理后显示在计算机屏幕上，以便“监控人员”进行监控。
1.1温度采集方案设计
温度采集模块是系统设计的重点之一，直接影响整个系统对环境温度变化的反应速度、采集准确度以及精度等指标。
【方案一】采用数字温度传感器DS18B20，具有连接简单、采集速度快、精度高等特点。它采用单线总线与单片机相连（和地线），这允许在许多不同地方放置温度传感器。它可在1秒内把温度变换为数字，采集速度较快能及时反应温度的变化。最高12位温度读数，精度可达到0.0625摄氏度，温度采集范围-55～125摄氏度，在很多场合下都能使用，并且价格低，很容易买到。
【方案二】采用模拟传感器。虽然它能及时的反应出温度变化，但是它的精度较低，并且还要使用A/D转换器，这样增加了成本和控制的难度，所以采用方案一。
1.2显示部分方案设计
显示部分能在本地及时的显示出当前的温度，方便操作人员了解本地的温度。 【方案一】采用LCD液晶显示屏，它是以若干个5 X 10点阵块组成，能显示英文字符和数字。具有低功耗、长寿命、高可靠性、清晰、体积小等特点。
【方案二】采用LED八段显示器。虽然LED具有原理简单、显示快速等特点。但是它不能显示英文字符，如果使用锁存方式显示，增加了电路难度。不使用锁存方式则增加了控制的难度。所以采用方案一。
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1.3无线接收发射方案设计
无线接收发射是系统设计的重点之一，它是连接监测端和被监测端的桥梁。无线模块对环境比较敏感，同时，无线模块的功耗、传输距离也是影响系统可用度的一个因素。所以必须选用能自己检测传输错误，并且功耗较小、传输距离长的无线模块。
【方案一】采用NRF905无线收发芯片。具有体积小、功耗低、发射电流小、抗干扰能力强、发射速率高等特点，同时自带CRC检测，传输距离可达300M。
【方案二】采用PTR2000进行温度的发送和接收，该方案具有模块体积超小型，超低功耗，高速率，抗干扰能力强，开阔地时的使用距离最远可达1000米，但接收到发射的转换时间较长，不能及时传输时空变化的温度，所以采用方案一。
1.4上位计算机通信方案设计
【方案一】采用MAX232串口通信芯片。具有电路简单、编程容易等特点，并且价格便宜，容易买到。 【方案二】采用USB通信。采用此方案技术难度较大，编程困难。所以采用方案一。
综上所述，总体方案是：控制部分采用通用的AT89S51芯片，温度采集使用数字温度传感器DS18B20，本地显示采用点阵液晶屏，无线收发采用NRF905芯片，采用MAX232串口方式与上位计算机通信。
2硬件电路设计
2.1温度采集模块工作原理与计算 2.1.1工作原理
系统在被监测端（发射端）采用数字温度传感器DS18B20实现温度的采集，DS18B20才用单总线接口，只占用单片机的一个端口。DS18B20可以采用数据线供电的方式，但是为了采集速度更快，我们使用外部供电方式。其测量范围从－55摄氏度到＋125摄氏度，能满足一般民用需求。其连接电路如图2.1：
图2.1
工作原理：首先单片机初始化DS18B20，然后发送启动温度转换命令，然后再发送准备读取温度命令，最后读取2字节的温度数据。具体步骤如下：
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