目前，我國絕大多數的溫度監測系統都是傳統方式，主要有就地進行數據采集的方式和有線通信的實時溫度監測系統，前者測量方法單一，測量數據不連續且時效性差，后者缺少靈活性且適用環境有限。隨著信息通信與電子技術的迅猛發展，使得傳統的數據采集方式已不能滿足需求，嚴重地制約了現代化監測系統發展的進程。例如在監測區域環境復雜，且監測點的位置分布較分散的情況下，布線復雜而且慢，人力物力成本較大，不適合與控制中心進行有線通信。無線監測系統是無線技術發展至今最重要的應用之一，采用無線網絡可增強監測系統的靈活性和可擴充性，省去網絡布線的麻煩。

　　因此，本文嘗試研究一種無線溫度監測系統，此系統將無線收發模塊與單片機相結合，采用抗干擾能力強的射頻發射模塊及接收模塊實現無線通信，提高系統的可靠性。該監測系統具有結構簡單、使用方便、成本低、工作穩定可靠等優點。

　　1無線傳感器節點硬件設計

　　1.1單片機選擇方案

　　無線傳感器節點要實現對溫度信息的采集、處理和無線傳輸。無線傳感器節點內的單片機對節點起管理、控制作用，并進行信號處理。在選擇單片機時，主要參考以下標準：首先，要求單片機的功耗要很小，由于它消耗的是節點中電池的電量，并且長期處在工作狀態，所以必須具有功耗低的特點。其次，要求單片機的價格適中，不能使成本太高。此外單片機的運行速度和程序存儲空間大小，對以后節點功能的擴展很重要。本無線傳感器節點采用STC12C5A60S2單片機去控制nRF24L01射頻芯片和DS18B20溫度傳感器，其硬件結構與功能模塊的對應關系如圖1所示。

　　圖1無線傳感器節點新一代STC12C5A60S2與傳統的MCS-51系列單片機指令完全兼容，具有高速、低功耗及抗干擾性能強等優點。該單片機擁有60K的程序存儲器和1280字節RAM，完全能滿足單片機系統的軟件設計要求;且該單片機是新一代單時鐘/機器周期（1T），其處理速度是傳統51單片機的8到12倍，便于以后進行功能擴展，例如：可以快速處理其所在節點的路由算法。故STC12C5A60S2單片機是構建本監測節點理想的選擇

　　1.2無線收發模塊

　　nRF24L01是一款工業級內置硬件鏈路層協議的低成本無線收發器。該器件工作于2.4 GHz全球開放ISM頻段，內置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調制器等功能模塊，可直接與單片機I/O連接.nRF24L01功耗低，以-6 dBm的功率發射時，工作電流僅9 mA;接收時，工作電流僅12.3 mA，多種低功率工作模式（掉電和空閑模式）更利于節能設計［3］。與nRF24L01的SPI接口連接時，可以利用單片機硬件的SPI口，也可以用單片機I/O口進行模擬。該收發模塊內部有FIFO可以與各種高低速微處理器接口，便于使用低成本單片機。

　　1.3溫度采集芯片

　　DS18B20結構簡單，采用一根I/O數據線既可供電又可傳輸數據。在現場采集溫度數據時，將數據直接轉換成數字量輸出。測量溫度范圍為-55～125℃，在-10～85℃時精度為±0.5℃;可編程的分辨率為9～12位，對應的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125、0.062 5℃，可實現高精度測溫;在9位分辨率時最多在93.75 ms內把溫度轉換為數字，12位分辨率時最多在750 ms內把溫度值轉換為數字，速度很快;測量結果直接輸出數字溫度信號，以“一線總線”串行傳送給處理器，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力。

　　2硬件原理圖

　　單片機的SPI接口有兩種操作模式：主模式和從模式。在主模式中支持高達3Mbit/s的速率，從模式時速度低些.nRF24L01提供的SPI接口數據傳輸率取決于單片機本身接口速度。單片機通過SPI對nRF24L01進行狀態配置，系統設為發送模式，單片機就把數據輸入到nRF24L01，當P0.2（CE）信號從1變為0時，nRF24L01就把從單片機收到的數據以2Mbit/s的速率發射出去，并通過IRQ信號通知單片機發送完成。若系統設為接收模式，nRF24L01就一直在監測天線接收的信號，若有同頻的信號，就收下并打開信息包讀取地址，地址與自己的相同就取出信息包里的有用數據，并通過IRQ信號通知單片機取走。節點原理圖如圖2所示。

　　3系統工作流程

　　無線傳感器節點在啟動后，首先配置nRF24L01的相關寄存器，使其工作在發送狀態。節點在發送模式下，首先復位DS18B20，單片機向DS18B20發送溫度轉換命令，讀取已轉換的溫度值，然后交由nRF24L01發送。上位機的接收模塊在接收模式下，首先讀取無線模塊的狀態寄存器，并判斷是否接收到數據，若沒有，則一直檢測等待數據的到來;若有，則接收數據并送至接收模塊的RS232串口處，上位機監測軟件從串口處讀取數據并顯示。其工作流程如圖3、4所示。

　　4系統實現

　　4.1 STC12C5A60S2控制溫度傳感器DS18B20

　　從DS18B20讀1字節數據圖2節點電路原理圖

　　uchar DS18B20_ReadByte（）

　?。鹵char i=0，dat;

　　for（i=0;i《8;i++）

　　｛DQ=1;//先拉高

　　delay_1us（）;//稍作延時

　　DQ=0;//啟動讀時序

　　delay_1us（）;//稍作延時

　　DQ=1;//釋放總線

　　delay_us（6）;//延時約7μs，主機采樣

　　dat》》=1;//先右移一位，使最高位為0

　　if（DQ==1）

　　dat|=0x80;//與10000000或，dat=10000000

　　else

　　dat|=0x00;//取值為0

　　delay_us（50）;

　?。?/p>

　　eturn（dat）;｝

　　向DS18B20寫1字節數據

　　void DS18B20_WriteByte（uchar x）

　?。鹵char i;

　　for（i=0;i《8;i++）

　?。鸇Q=1;

　　delay_1us（）;//稍作延時

　　DQ=0;//啟動寫時序

　　DQ=x&0x01;//向數據線傳送最低位

　　delay_us（40）;//延時約50μs，供18b20采樣數據

　　DQ=1;//釋放總線

　　delay_1us（）

　　;x》》=1;//右移一位

　?。?/p>

　　delay_us（2）;//寫完一個指令稍作延時｝

　　4.2 STC12C5A60S2控制無線模塊nRF24L01

　　函數：SPI_RW（）。描述：根據SPI協議，寫一字節數據到nRF24L01，同時從nRF24L01讀出一字節

　　uchar SPI_RW（uchar byte）

　　｛uchar i;

　　for（i=0;i《8;i++）//循環8次

　?。鸐OSI=（byte&0x80）;//byte最高位輸出到MOSI

　　byte《《=1;//低一位移位到最高位

　　SCK=1;//拉高SCK，nRF24L01從MOSI讀入1位數據，同時從MISO輸出1位數據

　　byte|=MISO;//讀MISO到byte最低位

　　SCK=0;//SCK置低｝return（byte）;//返回讀出的一字節

　　｝

　　函數：SPI_Read_Buf（）。描述：從reg寄存器讀出bytes個字節，通常用來讀取接收通道數據或接收/發送地址

　　uchar SPI_Read_Buf（uchar reg，uchar*pBuf，uchar bytes）

　?。鹵char status，i;

　　CSN=0;//CSN置低，開始傳輸數據

　　status=SPI_RW（reg）;//選擇寄存器，同時返回狀態字

　　for（=0;i《bytes;i++）

　　pBuf ［i］ = SPI_RW 0）;//逐個字節從nRF24101讀出

　　CSN = 1; //CSN拉高，結束數據傳輸

　　return ftatus）; /1返回狀態寄存器

　　函數：SPI_W rite_Buf 0.描述：把pBuf 緩存中的數據寫入到nRF24101，通常用來寫入發射通道數據或接收1發送地址

　　SPI_ W rite_ Buf Guchar reg.uchar ucharpBuf.w har bytes ）

　　{uchar status.i ;

　　CSN = 0; 11CSN 置低。開始傳輸數據

　　status = SPI_RW feg）; 11選擇寄存器，同時返回狀態字

　　for i=0;i《bytes;i++）

　　SPI_ RW （pBuf ［i］）;//逐個字節寫入nRF24L01

　　CSN = 1; //CSN拉高，結束數據傳輸

　　return Status）; 11返回狀態寄存器

　　4.3上位機接受數據的實驗結果

　　上位機實時顯示溫度變化如圖5所示。

　　5.結語

　　單片機采用新一代增強型8051STC12C5A60S2 與高度集成的nRF24L01器件結合，大大簡化了系統硬件和軟件設計，減小了體積，提高了系統工作的可靠性，且系統的運行速度得到很大提高。實踐證明該系統設計簡單成本低廉，運行速度快。通信可靠。運行穩定。具有較高的實用價值。由于STCI2C5A60S2 的程序存儲器空間比傳統的51單片機大了10倍之多，且運行速度也提高了8-12倍，這有利于以后進行節點路由功能的擴展.