无线温度传感器

长春大学毕业设计（论文）手册学 院： 电子信息工程学院专 业： 物联网工程班级：物联网12410学生姓名： 学号：021241007指导教师： 关秀丽（讲师）长春大学教务处制

二O一五年十二月长春大学毕业设计任务书长春大学毕业设计开题报告10长春大学毕业设计中期检查表10长春大学毕业设计指导教师评定表111212长春大学毕业设计审阅人评定表长春大学毕业设计院级答辩考核表1314151415长春大学毕业设计总评成绩表长春大学毕业设计学生工作记录使用说明本手册共分为五部分，第一部分是毕业设计（论文）任务书，由指导教师填写，学生针对指导教师任务书的具体内容进行第二部分的撰写。第二部分是开题报告，需学生填写，其成绩由答辩小组经开题答辩后给出。第三部分是中期检查，指导教师根据毕业设计（论文）的计划完成情况给出评语，并给出成绩。第四部分是成绩考核，指导教师、评阅人、答辩委员会（小组）要按照评分标准给出评语并给出评定分数，并根据权重给出总分数，并按五级分制填写总成绩。第六部分为工作记录，需要学生填写，指导教师填写评语。本手册作为毕业设计（论文）工作的重要文件资料，由学生妥善保管，答辩时学生须向答辩委员会（小组）提交本手册，没有本手册或本手册填写不完备不能参加答辩。整个毕业设计（论文）过程，指导教师要随时对学生进行检查，同时在手册的相应部位签字。本手册最后装入学生毕业设计（论文）资料袋。

长春大学毕业设计任务书毕业设计题目基于无线传感器网络的温度控制系统设计起止日期2015-2016-1（13-14周）2015-2016-2（9-16周）共计10周学生姓名王贺学号021241007专业物联网工程指导教师关秀丽所在系室测量与控制工程职称讲师毕业设计基本内容本系统是基于nRF24L01的远程温度测量与监控，广泛用于电力工业、粮食存储、火灾等场合。系统通过单片机向数字式温度传感器发送命令，读取转换的温度数据，实现对温度的控制。当测量的温度超过设定的报警温度时，发出报警信号，然后单片机把温度数据送到发射端nRF24L01的发射缓存器，通过无线方式把温度数据发射出去。接收端nRF24L01接收发送过来的温度数据，并有单片机读取保存，然后通过串口与PC通信。本系统的外围电路可以包括单片机的最小系统、显示电路、按键处理电路及发射和接收电路等。主要技术指标本系统具有以下功能：1、监控的温度范围-550C〜+1250C，精度0.50C2、利用无线射频手法芯片实现对温度的发送与接收3、实时显示系统的温度4、温度超过上限报警1-

设计(论文)要求设计结果□电路图纸口仿真模拟■其他论文字数1.5设计(论文)要求设计结果□电路图纸口仿真模拟■其他论文字数1.5万字译文字数3000字实物制作口是■否毕业设计所需的参考资料(教师指定)⑵李文忠，段朝玉.短距离无线数据通信[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.[3]GuiyunTian.FoundationandApplicationofMicrocontroller[M]d匕京：高等教育出版社,2004.IEEEStd802.15.4-2006.Wirelessmediumaccesscontrol(MAC)andphysicallayer(PHY)pecificationsforlow-ratewirelessersonalareanetworks(WPANs)[D]万方数据服务平台，2010.[5]李江权;基于无线传感器网络的环境监测系统研究[口];南京大学;2012年[6]冯俊，物联网信息采集系统的设计与实现[J];电脑知识与技术;2011年28期[7]孙霞;多路高精度温度监测系统[D];山东科技大学;2004.[8]朱玉颖，蔡占辉.基于nRF24L01的远程温度检测系统设计[J].通信与信息处理,2010.[9]马祖长，孙怡宁.无线传感器网络综述[J].通信学报.2004.ElsonJ,EstrinD,WirelessSensorNetwoks:ABridgetothePhysicalWorld[M].WirelessSensorNetworks.2004.L.Clare,G.Pottie,J.Agre.Self-organizingdistributedsensornetworks[J],SPIE-TheInternationalSocietyforOpticalEngineering,1999.CallawayEH.WirelessSensorNetwork:ArchitectureandProtocols[J].CRCPressLIC,2004.[13]Proceedingsof2010InternationalConferenceonServicesScience,ManagementandEngineering(Volume2)[C];2010.Xiao-MingDeng,YanXiong.NewProtocolfortheDetectionofNodeReplicationAttacksinMobileWirelessSensorNetworks[D].JournalofComputerScienceandTechnology,2011.CaiWenyu,ZhangMeiyan.MST-BASEDCLUSTERINGTOPOLOGYCONTROLALGORITHMFORWIRELESSSENSORNETWORKS[D].JOURNALOFELECTRONICS(CHINA).2010.长春大学毕业设计开题报告毕业设计题目基于无线传感器网络的温度控制系统设计学生姓名王贺学号021241007专业物联网工程指导教师关秀丽所在系室测量与控制工程职称讲师.课题研究的目的和意义随着社会的进步和生产的需要，利用无线通信进行温度数据采集的方式应用已经渗透到生活各个方面。在工业现场，由于生产环境恶劣，工作人员不能长时间停留在现场观察设备是否运行正常，就需要采集数据并传输数据到一个环境相对好的操控室内，这样就会产生数据传输问题。由于厂房大、需要传输数据多，使用传统的有线数据传输方式就需要铺设很多很长的通讯线，浪费资源，占用空间，可操作性差，出现错误换线困难。而且，当数据采集点处于运动状态、所处的环境不允许或无法铺设电缆时，数据甚至无法传输，此时便需要利用无线传输的方式进行数据采集。在农业生产上，不论是温室大棚的温度监测，还是粮仓的管理，传统上都是采取分区取样的人工方法，工作量大，可靠性差。而且大棚和粮仓占地面积大，检测目标分散，测点较多，传统的方法已经不能满足当前农业发展的需要。当前的科技水平下，无线通信技术的发展使得温度采集测量精确，简便易行。在日常生活中，随着人们生活水平的提高，居住条件也逐渐变得智能化。如今很多家庭都会安装室内温度采集控制系统，其原理就是利用无线通信技术采集室内温度数据，并根据室内温度情况进行遥控通风等操作，自动调节室内温度湿度，可以更好地改善人们的居住环境。以上只是简单列举几个现实的例子，在现实生活中，这种无线温度采集系统已经被成功应用于工农业、环境监测、军事国防、机器人控制等许多重要领域，而且类似于这种温度采集系统的无线通信网络已经被广泛的应用到民用和军事领域。凡是布线繁杂或不允许布线的场合都希望能通过无线方案来解决。为此，需要设计相应的接口系统，控制这些射频芯片工作，完成可靠稳定的无线数据通信，这样的研究也变得更加有意义了。题目前的研究现状随着通信技术、嵌入式计算技术和传感器技术的发展进步，包括微电子机械系统（Micro-Electro-MechanicalSystems，MEMS）以及相关的接口、信号处现技术的飞速发展和日益成熟，具有感知能力、计算能力和通信能力的微型传感器网络引起了人们的极大关注。无线传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息妙理技术和通信技术，能够协作地实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息，并对这些信息进行处理；获得详尽而准确的信息，传送到需要这些信息的用户。无线传感器网络系统可以被广泛地应用于国防军事、工业过程控制、国家安全、环境监测等领域。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，具有带宽高（2Mbps）,双向传输，抗干扰性强，传输距离远（短距离无线技术范围），耗电少的优点，用于无线键鼠等室内场合。Nordic公司等公司已成功推出nRF24L01芯片，2.4G全球开发ISM频段免许可证使用。同时许多公司也相继推出基于nRF24L01的无线传输模块。nRF24.L01模块是一款新型单片射频收发器件，工作于2.4GHz〜2.5GHzISM频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块，并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。nRF24L01功耗低，在以-6dBm的功率发射时，工作电流也只有9mA;接收时，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。至此这种基于此频段的通信方式已日渐趋向成熟。同样随着传感器及电子电路的发展，集成的温度检测器件的完善性及集成性也得到了大大的提高。类似美国DALLAS公司推出的数字测温芯片DS18B20层出不穷，国内外的研究在这方面的研究也趋近完善。考文献[1]北京教育科学研究院.无线电技术基础[M].北京：人民邮电出版社，2005.[2]李文忠，段朝玉.短距离无线数据通信[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.[3]GuiyunTian.FoundationandApplicationofMicrocontroller[M].北京：高等教育出版社,2004.IEEEStd802.15.4-2006.Wirelessmediumaccesscontrol(MAC)andphysicallayer(PHY)pecificationsforlow-ratewirelessersonalareanetworks(WPANs)[D].万方数据服务平台，2010.[5]李江权;基于无线传感器网络的环境监测系统研究[0;南京大学;2012年[6]冯俊，物联网信息采集系统的设计与实现[J];电脑知识与技术;2011年28期[7]孙霞;多路高精度温度监测系统[D];山东科技大学;2004.[8]朱玉颖，蔡占辉.基于nRF24L01的远程温度检测系统设计[J].通信与信息处理,2010.[9]马祖长，孙怡宁.无线传感器网络综述[J].通信学报.2004.ElsonJ，EstrinD,WirelessSensorNetwoks:ABridgetothePhysicalWorld[M].WirelessSensorNetworks.2004.L.Clare，G.Pottie，J.Agre.Self-organizingdistributedsensornetworks[J]，SPIE-TheInternationalSocietyforOpticalEngineering，1999.CallawayEH.WirelessSensorNetwork:ArchitectureandProtocols[J].CRCPressLIC，2004.[13]Proceedingsof2010InternationalConferenceonServicesScience,ManagementandEngineering(Volume2)[C];2010.Xiao-MingDeng,YanXiong.NewProtocolfortheDetectionofNodeReplicationAttacksinMobileWirelessSensorNetworks[D].JournalofComputerScienceandTechnology,2011.CaiWenyu,ZhangMeiyan.MST-BASEDCLUSTERINGTOPOLOGYCONTROLALGORITHMFORWIRELESSSENSORNETWORKS[D].JOURNALOFELECTRONICS(CHINA).2010.4.课题的主要设计内容和拟采用的实施方案主要研究内容：本系统是基于nRF24L01的远程温度测量与监控，广泛用于电力工业、粮食存储、火灾等场合。系统通过单片机向数字式温度传感器发送命令，读取转换的温度数据，实现对温度的控制。当测量的温度超过设定的报警温度时，发出报警信号，然后单片机把温度数据送到发射端nRF24L01的发射缓存器，通过无线方式把温度数据发射出去。接收^RF24L01接收发送过来的温度数据，并有单片机读取保存，然后通过串口与PC通信。本系统的外围电路可以包括单片机的最小系统、显示电路、按键处理电路及发射和接收电路等。实施方案：方案一系统设计分为2个部分，第一个部分实现温度的检测、显示和发送，第二个部分为数据的接收和显示。第一个设计模块中，利用单片机AT89C51控制温度传感器DS18B20定点检测和处理温度数据，单片机将采集的温度数据发送给单片机，再通过单片机控制，对接收到的温度数据进行一定的转换和处理，然后存放在寄存器中，等待下一步处理，再经过无线发送模块nRF905将显示的数据打包发送给第二个模块。第二个设计模块中，同样利用AT89C51单片机作为控制主体，先控制nRF905无线接收模块接收第一个模块发送的数据，然后控制4位共阳极数码管显示接收到的数据。方案二以数字温度计DS18B20和无线收发芯片nRF24L01构成硬件平台，采用STC89C52单片机作为控制核心，通过收发模块实现对温度数据的传输。同样，该系统总体结构也主要包括两部分：第一部分负责温度采集，包括温度采集模块、单片机和无线发射模块，其作用是测量温度并将测量到的温度数据发射给主机；另一部分负责温度信息处理，包括无线接收模块、LCD显示、掉电数据存储、按键和RS232接口，其作用是收集所有的温度信息，处理并显示出这些信息，同时还可以将这些信息数据传输到PC机上。方案确定：本系统中在温度采集电路和温度信息处理电路中都需要用到单片机，而且单片机是为了作为系统控制的核心。在温度采集电路中对单片机的功耗要求较高，而在信息处理电路中对单片机的处理速度有一定的要求。基于上述对单片机的要求以及处于价格和电路设计方便的考虑，采用方案二。

系统结构框图如下。温度采集模块 STC89C52单片机DS18B20无线发射

模块

nRF24L01温度采集电路框图无线发射

模块

nRF24L01温度信息处理电路框图.温度检测模块温度传感器种类繁多，传统传感元件可以使用热电偶、热电阻等测温原件，也可选用集成温度传感器。本设计采用DS18B20温度传感器来检测温度信号。DS18B20是常用的温度传感器，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。通过检测得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间较短为750ms。耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。单片机的选择基于低功耗的设计要求以及价格方面的考虑，本设计中采用了STC89C52单片机作为微处理单元，它的指令和引脚序列与MCS51兼容，编程简单方便。它可以在6时钟/机器时间与12时钟/机器时间中任意选择，工作频率范围为0〜40MHz，工作电压范围宽，在3.3V〜5.5V之间，采用5.0V供电。它的I/O口可以很方便的与DS18B20和nRF24L01直接连接。无线收发模块进行无线收发数据所采用的芯片为nRF24L010nRF24L01模块采用主要面向消费类电子应用、目前业界使用广泛的新一代无线射频芯片，是专为工作在2.4G全球免申请频段设计的低功耗、高带宽无线数字通信模块。模块是具有成本低、体-7-积小、工作稳定、产品一致性好等特点，最高速率可达2M,可以广泛应用在日常生活和活动中需要无线连接的场合。是1mW以下的无线通信模块。本设计中涉及到数据的发送或接收时，要先将nRF24L01配置为发送/接收模式。温度显示模块采用液晶显示器件，液晶显示平稳、省电、美观，更容易实现题目要求，对后续的操作兼容性高，只需将软件作修改即可，可操作性强，也易于读数，采用RT1602两行十六个字符的显示，能同时显示其它的信息如日期、时间、星期、温度。掉电存储防止突然掉电，把所有的数据信息丢失了。可掉电存储器里面加了电池，可以让你在停电后的一段时间里,把完整的数据信息保存好。RS-232接口个人计算机上的通讯接口之一，异步传输标准接口。通常RS-232接口以9个引脚(DB-9)或是25个引脚(DB-25)的型态出现，一般个人计算机上会有两组RS-232接口，分别称为COM1和COM2。

5.进度安排2015.11.30-2015.12.11查阅参考资料，撰写开题报告，并开题；2016.5.2-2016.5.6 查阅参考资料，给出论文的总体方案和目录，并开始进行外文翻译；2016.5.9-2015.5.13针对总体方案，撰写论文初稿框架，并绘制电路图初稿；2016.5.16-2015.5.20进行论文的硬件、软件设计部分的撰写，并准备中期检查；2016.5.23-2015.5.27进行论文的软件设计部分的撰写，并编写系统程序；2016.5.30-2015.6.3撰写完成论文初稿；2016.6.6-2015.6.10进行论文格式编排，论文定稿递交；2015.6.13-2015.6.17指导教师评定、审阅人评定和院级答辩；2015.6.20-2016.6.24校级答辩。6.评语和评定分数按照检查标准，通过审阅开题报告，进行开题答辩，该同学开题报告质量评定：检查内容评价选题意义与价值口优秀口良好口一般口较差研究现状综述口优秀口良好口一般口较差设计方案可行性口优秀口良好口一般口较差参考文献搜集情况口优秀口良好口一般口较差进度安排合理性口优秀口良好口一般口较差结论：口同意开题本项满分10分，评定分数： 。口修改后开题口不同意开题开题答辩小组负责人签字：年月日-9-

长春大学毕业设计中期检查表毕业设计题目基于无线传感器网络的温度控制系统设计学生姓名王贺学号021241007专业物联网工程指导教师关秀丽所在系室测量与控制工程职称讲师1.按计划完成情况检查检查内容评价研究内容是否有变更口是口否是否按要求进度执行□是口否初稿质量和图纸口优秀口良好口一般口较差译文质量口优秀口良好口一般口较差递交材料是否齐全口是口否存在问题及建议：2.评定分数本项满分10分，评定分数： 。检查人签字： 系、室主任签字：年月日-10-

长春大学毕业设计指导教师评定表毕业设计题目基于无线传感器网络的温度控制系统设计学生姓名王贺学号021241007专业物联网工程指导教师关秀丽所在系室测量与控制工程职称讲师1.对学生表现审查审查内容执行情况是否缺勤累计超过总时间的1/3□是口否是否无故旷课累计超过6天以上或请假累计12天以上口是口否是否有重大违规、违纪事件发生口是口否是否有抄袭行为□是口否写作格式是否规范□是口否论文材料是否按时、全部交齐□是口否结论： 口同意参加答辩 口不同意参加答辩2.对论文质量的评语3.评定分数本项满分20分，评定分数： 。指导教师签字：年 月 日11

长春大学毕业设计审阅人评定表