0 引言

溫度采集系統在現代工業和農業領域有著極其廣泛的應用，在某些特殊環境下，采集的溫度必須通過無線電波才能傳輸出來。傳統的無線溫度采集系統一般只能在終端進行顯示，沒有上位機數據采集存儲功能。本文設計與開發了一套無線傳輸多路溫度采集系統，該系統由溫度采集端和溫度接收端兩部分組成。溫度采集端由DS18B20溫度傳感器，AT89C52單片機和NRF24L01無線發射模塊組成，八枚DS18B20溫度傳感器獲取數字溫度信號后，傳輸給主控AT89C52單片機，然后通過NRF24L01無線模塊將數據通過2.5GHz的載波發送出來。接收端由CY7C68013A單片機、LCD12864顯示模塊、NRF24L01無線接收模塊和上位機組成。NRF24L01無線接收模塊將溫度采集端發送過來的數據送至CY7C68013A單片機，然后通過USB2.0總線上傳給上位機進行溫度數據采集和存儲，同時把溫度數據送至LCD12864進行實時顯示。

1 系統硬件設計

系統總體框架如圖1所示。溫度采集端的8枚溫度傳感器采集將溫度數據送入主控芯片AT89C52，再通過NRF24L01無線模塊將數據發送出來。溫度接收端的NRF24L01無線模塊將收到的溫度數據送至CY7C68013A單片機，然后通過USB2.0總線提交給上位機。

(1)溫度采集端。溫度采集端由8枚DS18B20溫度傳感器，AT89C52單片機和NRF24L01無線發射模塊組成。8枚DS18B20溫度傳感器共用一個總線與AT89C52單片機的P2.2口連接。每個DS18B20都具有唯一的64位二進制ROM代碼作為識別序列號，利用唯一的序列號可以分別讀出各個DS18B20的溫度，這在多路采集中應用非常方便，大大減少了I/O口的

占用。利用DS18B20的此特征，本系統也可以非常方便的擴展為16路或32路溫度采集。NRF24L01無線模塊與單片機的P3.2口～P3.7口連接，負責將8路溫度數據通過2.5GHz的載波發送出來。本文所采用的是基于挪威VLSI公司出品的無線數字傳輸芯片NRF24L01開發的無線收發模塊，其豐富資料，硬件上無需附加其他元件，直接通過相應接口與單片I/O端口相連即可由單片機控制使用，非常方便。

(2)CY7C68013A系統模塊。溫度接收端的主控芯片為CY7C68013A，其為美國CYPRESS公司推出的功能強大的USB2.0接口芯片，內建增強型51單片機，是USB2.0設備常用的主控芯片。CY7C68013A的系統模塊電路圖如圖3所示，其中LT1763CS8—3.3為3.3V穩壓芯片，負責將USB接口的5V電壓轉換為CY7C68013A工作所需的3.3V電壓。AT24C08為I2C總線的E2PROM存儲芯片，其容量為8K，用來存儲CY7C68013A的固件程序。

(3)LCD顯示模塊與無線接收模塊。為了讓溫度接收端實時直觀顯示溫度數據，本系統設置了LCD12864液晶模塊，LCD12864工作在串行顯示模式，由CY7C68013A通過PD0～PD2端口控制顯示，PA0～PA7端口控制數據的傳輸。NRF24L01無線接收模塊與CY7C68013A的PB0～PB5端口連接，負責接收溫度采集端發來的無線溫度數據。圖4 LCD顯示模塊與無線接收模塊電路圖。

2.系統軟件設計

系統軟件的開發包含了溫度采集端AT89C52和溫度接收端CY7C68013A的固件程序開發、CY7C68013A的windows驅動程序開發以及USB上位機應用程序的開發。對于溫度接收端的CY7C68013A的固件、驅動和上位機的程序的開發，我們可以利用CYPRESS公司提供的開發包，縮短開發周期，提高開發效率。

溫度采集端的AT89C52的固件程序主要完成對8枚DS18B20溫度采集的控制和對NRF24L01無線模塊數據發送的控制。為此我們采用TC51語言編寫，開發環境為Keil uVision 4.0。其固件程序的主要思路為：先初始化NRF24L01，然后進入大循環，從DS18B20讀取溫度數值(采用默認12位精度)，將得到的溫度數據(2字節16位)進行標記，將此數據表示的溫度路數標記在高4位(1～8路的數據分別對應為0000～0111)，然后將數據寫入發射數組，再將溫度發射出去，經過延時溫度發送完畢。然后循環切換到下一路DS18B20的ROM地址，繼續下一路溫度的讀取與發射。

CY7C68013A的固件程序主要完成對NRF24L01無線模塊的通信控制，將其接收的無線數據傳送給LCD12864進行實時顯示和上傳給USB上位機。對于CYTC68013A的固件程序的開發，我們采用了C51語言編寫，開發環境為Keil uVision4.0，并利用了CYPRESS公司提供的固件程序框架，免去了編寫一些通用性比較強、模式化的程序，提高了開發效率。在驅動程序開發方面，我們直接利用了CYPRESS公司的SDK中為CY7C68013A提供的通用設備驅動程序CYUSB.SYS，其不僅完全符合Windows Driver Foundation規范，而且還具有兼容USB1.1和USB2.0設備、支持即插即用和支持高帶寬數據傳輸等優點。我們只對CYUSB.SYS通用驅動程序相匹配的CYUSB.INF文件進行相應的簡單修改，使其符合我們USB硬件的VID和PID數值。在上位機的應用程序的開發方面，我們同樣利用CYPRESS公司SDK中為CY7C68013A提供的功能強大的C++編程接口：CyAPLLib庫函數。我們選用了Microsoft Visual C++6.0作為開發工具，通過CyAPLLib函數與CYUSB.SYS設備驅動程序傳遞溫度數據，并將8路溫度數據存入了相應的服務器上的SQL2005數據庫，從而實現了溫度數據的實時采集和儲存。

3.總結

本文針對目前無線測溫系統的不足，利用CY7C68013A芯片、NRF24L01無線模塊、DS18B20數字溫度傳感器等元件設計與開發了一套無線傳輸多路溫度采集系統。該系統具有以下優點：溫度米集端利用8個DS18B20數字溫度傳感器進行并聯，共用一根I/O總線，不僅大幅度節約了端口資源，而且非常容易擴展為16路和32路溫度采集;溫度接收端采用CY7C68013A芯片為主控CPU，不僅能實現8路溫度數據的LCD實時顯示，而且可以與上位機直接進行USB通信，通過上位機的應用程序可以非常方便的對溫度數據進行圖形顯示、計算分析和上傳數據服務器進行儲存。經實物測試，該系統測溫精度可達0.1攝氏度，無線傳輸距離可達50米，能同時采集8路溫度數據。