温度数据采集系统和无线传输系统组成.docVIP

本系统主要由温度数据采集系统和无线传输系统组成。为使设计思路清晰，采用模块化设计思想，可将系统分为三大模块：温度数据采集模块、无线通信模块和接收端显示模块。系统的总体设计框图如图 2.1 所示。 图 2.1 系统总体设计框图 整个系统分为发射端和接收端，通过两个单片机协调工作。具体工作原理是：发射端的单片机控制多路温度数据采集模块定时采集多路的温度数据，送到发射端的单片机上，同时控制无线发射模块发射测温点和相应的温度数据；接收端的单片机控制无线接收模块接收发射过来的数据，进行数据格式处理后，送到显示模块显示测温点和相应的温度数据；并判断温度值是否超限，若超限，进行报警。 2.2系统设计要求 1. 鉴于温室所测温度范围一般在-10～50，精度在±0.5左右即可满足需求。另外参照系统采用的电源，在选择温度传感器时要满足这些条件。 2. 系统中MCU要有快速处理数据的能力，以便保证能及时将温度数值显示出来；选用的MCU将大量外围模块集成在片内的，可以使系统设计外部结构简单，增强系统可靠性，便于扩展。 3. 系统采用电池供电才能保证易于移动和增减采集点，故在选择器件时应考虑到功耗，尽量选用低功耗器件。 4. 系统工作的环境要求无线通信系统具有良好的抗干扰能力，从而确保数据传输的可靠性和准确性。 5. 无线通信良好的传输距离应该保持在50m 以上。 2.3 系统相关器件的选型 2.3.1 温度传感器的选择 热电偶温度传感器是利用不同材质结合的导体连接点的热电势来确定温度的。在工程应用上较广，构造简单，使用方便，测量温度范围宽。热电偶的灵敏度较低，容易受到外界环境干扰信号和前置放大器温度漂移的影响，故不适合测量很微小的温度变化[7]。 热电阻传感器是利用导体的电阻值随温度变化而变化的原理进行测温的。热电阻传感器的测量精度高，有较大的测量范围，可测量-200～500℃的温度，易于使用在自动测量和远距离测量中[8]。 热敏电阻温度传感器是利用半导体的电阻值随温度变化的热敏元件进行测温的。具有温度系数大，灵敏度高，结构简单，电阻率高，热惯性小的优点[9]。 集成温度传感器是利用晶体管 PN 结的电流电压特性与温度的关系，把感温 PN 结及有关电子线路和集成在一个小硅片上，构成一个小型化、一体化的专用集成电路片。集成温度传感器具有体积小、反应快、线性好、价格低的优点，由于 PN 结受耐热性能和特性范围的限制，只能用来测 150 以下的温度。集成温度传感器又分为模拟和数字输出两种类型，广泛应用于工业、农业等场合[10]。 温度传感器的多样性，能够满足不同系统及场合的需求。本文主要研究针对温室、蔬菜大棚的温度数据采集，需要的测量范围为-10～50℃，精度在 0.1～1℃即可。根据以上考虑结合设计简单，成本低等综合考虑，选取数字式温度传感器 DS18B20 进行温度数据的采集，DS18B20 是由 DALLAS 半导体公司生产的单线型智能数字温度传感器，是新一代适配微处理器的智能温度传感器，能够满足系统的要求。 2.3.2 MCU的选择 MCU作为一个系统的核心器件，它的选择影响着这个系统的优劣和功能的实现。目前工控领域中常使用的微控制器有：应用最广泛的 51 系列 8 位单片机、针对大量计算的数字信号处理器 DSP、一些增强型的 16 位单片机和 32 位的 ARM 芯片。从八十年代初 51 系列单片机就开始流行了，在技术开发方面已经很成熟了，只是功能实现方面相对简单；DSP功能侧重于有大量信号需要处理的场合，但价格偏高，开发难度较大；ARM 芯片和 DSP 有某些相似之处，在小型系统中增强型的16为单片机已经能够满足需求。针对各种不同应用场合，各大公司都推出了增强型单片机，如 AVR 系列、Philips 的PCF80C51 系列等，这些增强型单片机大多处理速度都比较快、嵌入了多种实用的功能模块及接口、内部包含有大容量的存储器。 STC89C52，它是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 2.3.3 无线方式及射频芯片的选择 短距离无线通信技术全部工作在 ISM（即工业、科学和医用）频段上，这些频段不需要许可证，只需遵守一定的发射功率（一般低于 1W），不对其它频段造成干扰即可[20]。常见的短距离无线通信技术工作于以下几个频段：27MHz 频段、2.4GHz 频段和 315MHz、433MHz和 868MHz（902～928MHz）等频段。 27MHz 频段常用于遥控领域，如汽车遥控门锁，玩具、航模遥控和无线键盘、鼠标等。27MHz 频段的无线芯片大都是单方向进行