无线温度采集与显示系统的设计与实现

无线温度采集与显示系统的设计与实现
摘要：本论文提出一种利用单片机控制DS18B20温度传感器采集温度、控制LCD1602实时
显示温度值、控制NFR240L1进行数据的无线传输，并由单片机把温度数据传至计算机进行
存储的一种方案。

本系统中所用到的器件是STC 公司的STC89C52 单片机、温度传感器
DS18B20和无线通信模块NFR24L01，测量结果用液晶显示器LCD1602显示采集的数字信息，
并利用单片机串行口，通过RS-232 总线及通信协议将采集的数据传送到PC 机，并对测量结
果进行显示。

关键词：温度传感器；无线传输；单片机
绪论
当今社会已经进入信息时代，人们在关注对自己有用的信息同时，获取这些有用的信息数据
显得尤为的重要。

单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，成
为自动化和各个测控领域中必不可少且广泛应用的器件，尤其在日常生活中也发挥越来越大
的作用。

温度是环境监测的重要参数，在一些特定的场合常常需要对温度进行监测。

本系统
是计算机测控系统中的一种。

所谓计算机测控，就是利用传感器将被检测的对象中的物理参
量（如温度、压力、液位、速度等）转换为电量（如电压、电流），将这些代表实际的物理
参量的电量输入装置中转换为计算机可识别的数字量，并且在计算机的显示器中以数字、图
形或曲线的方式显示出来，从而使操作人员能够直观的而需素的了解被监控对象的变化过程。

1 系统设计方案
本系统的温度采集部分、无线通信部分、显示部分、上位机计算机测控部分每一部分都有很
多种选择。

综合各种实验方案，本系统选择了DS18B20、LCD1602、NRF2401、VB串口通信MSComm控件。

2 系统的硬件设计
在单片机的控制下，温度传感器把温度数据传至发送端单片机，发送端单片机把收到的数据
进行处理，并控制NRF24L01发射模块把数据发射出去。

接收模块收到数据后，把数据通过SPI通信传至接收端单片机，接收端单片机在对数据进行处理。

最后接收端单片机再把有效的数据通过RS-232串口传至计算机，计算机对收到的数据进行采集和存储。

2.1单片机部分设计
单片机是本系统的主控部分，单片机的种类很多，许多厂商都在做自己的单片机。

如Atmei、Philips、NEC公司等。

各自生产商所生产的单片机型号更是层出不穷。

根据实际的需要，本系统只是对温度传感器的数据进行采样，在LCD1602上显示，该应用还
涉及单片机与上位机PC机的串口通讯。

因此选用的单片机还应有一个串口。

功能不是特别
复杂，实时性不太强，运算量不是太大，因此选用8位单片机。

满足这两个条件的单片机很多，根据实际情况，考虑到成本，本系统选用STC89C52单片机。

2.2温度传感器设计
根据DS18B20的通讯协议，主机（单片机）控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤。

每一次读写之前都要对DS18B20进行复位操作，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。

其详细内容将在本论文的软件设计部分出现。

2.3液晶显示电路设计
字符型LCD1602通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD，多出来的2条线是背光电源线VCC(15脚)和地线GND(16脚)。

2.4无线传输模块设计
无线收发模块（NRF24L01）是一款工作在2.4~2.5GHz 世界通用ISM 频段的单片无线收发器
芯片无线收发器包括:频率发生器增强型SchockBurstTM 模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器解调器，输出功率频道选择和协议的设置可以通过SPI 接口进行设置极低的电流
消耗当工作在发射模式下发射功率为-6dBm，电流消耗为9.0mA，接收模式时为12.3mA，掉
电模式和待机模式下电流消耗更低。

3 系统软件设计
3.1数字温度传感器程序的设计
DS18B20的一线工作协议流程是：初始化、ROM操作指令、存储器操作指令、数据传输。

其工作时序包括：初始化时序、写时序、读时序。

3.2液晶显示的程序设计
1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，通过编程设置相关的指令可以让LCD1602
工作在不同的状态。

条控制指令分别为：清屏指令，指令代码为01H、光标复位，光标返回
到地址00H、光标和显示模式设置、显示开关的控制、光标或显示移位、功能设置命令、字
符发生器RAM地址设置、DDRAM地址设置、读忙信号和光标地址、写数据（RS=1，RW=0时）、读数据（RS=1，RW=1时）。

3.3串口通信部分程序设计
串行口通信这部分经常用到波特率的计算，本系统用定时器T1作波特率发生器，选用串行
口工作方式1。

3.4上位机程序设计
在本系统中，为了让采集到的温度传到PC上位机中，对数据进行处理。

我采用了Visual Basic语言设计。

VB是程序设计人员在Windows环境下最常用的开发串口通信编程的程序的
编程语言。

在实践中，使用VB串口通信控件MSComm实现通信的方法比调用API函数的方法更加方便、快捷，而且用较少的代码可以实现相同的功能。

从而使编程效率大大提高。

4 结论
本设计的温度采集系统采取了软件与硬件相结合的开发方法，选用了STC89C52单片机，由
于它具有快速、指令简单，驱动能力强等优点，所以它可以对数据信号进行采样。

温度采集
部分选用了DS18B20 温度传感器，该传感器属于智能传感器可以直接把模拟电压信号转化为
数字信号。

还利用VB6. 0 的MSComm 控件完成了上层软件和界面的设计，该控件是专用的
串行通信控件，可以直接访问串口。

以便将来需要的时候使用，并且能控制单片机动作，界
面友好。

温度数据传输部分采用了2.4G无线频射技术，利用此技术可以很好地解决布线问题，为以后分布式温度采集系统的设计打下了基础。