常州技師學(xué)院 莫玉華

溫度檢測(cè)無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)

常州技師學(xué)院 莫玉華

本課題是“基于Cortex-M3處理器的低溫風(fēng)力發(fā)電機(jī)”的拓寬項(xiàng)目，原項(xiàng)目中風(fēng)力發(fā)電機(jī)野外工作壞境惡劣，監(jiān)控站距離風(fēng)力發(fā)電機(jī)較遠(yuǎn)。使用信號(hào)直接傳輸?shù)膶?huì)造成一定的浪費(fèi)及不便，無(wú)線(xiàn)傳輸則可以改善以上不足。 本系統(tǒng)已經(jīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明整個(gè)系統(tǒng)的溫度測(cè)量誤差已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)±0.5℃的要求。整個(gè)儀表系統(tǒng)測(cè)量精度為0.5級(jí)。無(wú)線(xiàn)傳輸距離達(dá)到了300米。在300米的范圍內(nèi)，系統(tǒng)性能保持穩(wěn)定。系統(tǒng)還具有良好的抗電磁干擾能力。目前整個(gè)系統(tǒng)各項(xiàng)性能已經(jīng)完全達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期要求。本系統(tǒng)不僅可以用于 “基于Cortex-M3處理器的低溫風(fēng)力發(fā)電機(jī)”系統(tǒng)，可以用于遙感、遙控、無(wú)線(xiàn)抄表、工業(yè)數(shù)據(jù)采集及家庭自動(dòng)化等領(lǐng)域。有一定的實(shí)用價(jià)值。

溫度；無(wú)線(xiàn)收發(fā)器；單片機(jī)；傳感器

1.前言

本設(shè)計(jì)“溫度檢測(cè)無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)”主要目的是采用無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)溫度無(wú)線(xiàn)傳輸。本設(shè)計(jì)任務(wù)完成后，還同時(shí)為將檢測(cè)部件應(yīng)用到野外機(jī)動(dòng)設(shè)備或無(wú)法到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，如高空或邊遠(yuǎn)地區(qū)無(wú)人氣象探測(cè)、交通運(yùn)輸管理、野戰(zhàn)軍事設(shè)備、野外無(wú)人值守的采油井等場(chǎng)合的解決無(wú)法檢測(cè)的問(wèn)題。因此，本設(shè)計(jì)不僅僅為“低溫風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制”項(xiàng)目拓寬應(yīng)用范圍，也為無(wú)法采用傳統(tǒng)的有限傳輸?shù)臋z測(cè)系統(tǒng)提供一種方法。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

2.本課題的主要內(nèi)容

設(shè)計(jì)目標(biāo)：設(shè)計(jì)一套具有無(wú)線(xiàn)傳輸功能的溫度檢測(cè)與顯示裝置。

設(shè)計(jì)要求：無(wú)線(xiàn)傳輸溫度檢測(cè)顯示裝置溫度檢測(cè)量程-55℃～125℃、顯示精度為±0.5℃、無(wú)線(xiàn)傳輸距離大于500米。裝置具備抗電磁干擾能力。

圖2 發(fā)射程序設(shè)計(jì)流程圖

整個(gè)設(shè)計(jì)裝置應(yīng)該完成在發(fā)射端單片機(jī)對(duì)數(shù)字溫度傳感器DS18B20讀取溫度并將信號(hào)nRF905無(wú)線(xiàn)發(fā)射器發(fā)送命令將溫度發(fā)送出去；在接收端單片機(jī)從nRF905接受到的數(shù)值進(jìn)行處理，得到溫度值，并將溫度值在數(shù)碼管顯示并可以直接傳輸?shù)缴衔粰C(jī)顯示。

3.系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)功能是AT89S52單片機(jī)通過(guò)DS18B20進(jìn)行溫度采集，再通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸模塊傳輸給接收端的單片機(jī)，并在接收端通過(guò)數(shù)碼管顯示。

設(shè)計(jì)目標(biāo)是用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)。

圖3 接收程序設(shè)計(jì)流程圖

圖4 ISP下載軟件的操作界面

圖5 系統(tǒng)接收端能夠正常接收溫度并顯示

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

從上面的圖中可以知道，本系統(tǒng)主要由五大模塊組成。

DS18B20：進(jìn)行溫度采集

RS232模塊：完成TTL電平的轉(zhuǎn)換

單片機(jī)模塊：系統(tǒng)的核心模塊，完成數(shù)據(jù)處理和控制功能

數(shù)碼管顯示模塊：將溫度值用十進(jìn)制顯示出來(lái)

無(wú)線(xiàn)模塊：建立無(wú)線(xiàn)連接和數(shù)據(jù)交換

4.軟件的總體設(shè)計(jì)

發(fā)射模塊主要完成的功能有：從DS18B2讀取溫度值，并進(jìn)行處理，再將處理后的溫度值發(fā)送給nRF905發(fā)送出去。軟件設(shè)計(jì)也是圍繞這幾個(gè)功能編寫(xiě)。軟件由主函數(shù)、初始化子程序、溫度讀取轉(zhuǎn)換程序、nRF發(fā)送程序等組成。發(fā)射程序設(shè)計(jì)流程圖如圖2。

接收模塊主要完成的功能有：將對(duì)nRF905接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，再將處理后的溫度值通過(guò)數(shù)碼管顯示和通過(guò)串口發(fā)送給上位機(jī)。軟件設(shè)計(jì)也是圍繞這幾個(gè)功能編寫(xiě)。軟件由主函數(shù)、初始化子程序、nRF接收程序、數(shù)碼管顯示程序等組成。接收程序設(shè)計(jì)流程圖如圖3。

5.系統(tǒng)的調(diào)試

根據(jù)原理圖，制作電路板，完成電路的焊接。根據(jù)軟件設(shè)計(jì)流程圖，編寫(xiě)相應(yīng)程序，通過(guò)ISP下載線(xiàn)下載到單片機(jī)。完成聯(lián)調(diào)。

通過(guò)萬(wàn)用表檢測(cè)電路的情況，確保電路連接正確。首先測(cè)試單片機(jī)是否能通過(guò)ISP口下載程序，下載軟件為AVR_fighter for USBASP測(cè)試3.9。具體步驟是：連接好接線(xiàn)，給電路板供電，檢測(cè)芯片識(shí)別單片機(jī)類(lèi)型，裝載Flash，擦除芯片，寫(xiě)入芯片。具體步驟如圖4所示。

經(jīng)測(cè)試ISP下載成功，這是確保以后順利調(diào)試的關(guān)鍵。接著調(diào)試顯示部分，在發(fā)射端黃色LED燈閃爍下表示發(fā)送成功一次，在接收端綠色LED燈閃爍下表明接收到數(shù)據(jù)，這時(shí)數(shù)碼管顯示出溫度值，系統(tǒng)運(yùn)行成功。調(diào)試結(jié)果如圖5所示。

6.總結(jié)

該系統(tǒng)采用高度集成的nRF905射頻芯片，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)，減小了體積，提高了系統(tǒng)的工作可靠性，并以無(wú)線(xiàn)數(shù)字通訊為紐帶，方便了外界環(huán)境的數(shù)據(jù)采集。該系統(tǒng)成本低、功耗低、且協(xié)議簡(jiǎn)單、軟件開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)易、十分適合低成本的短距離無(wú)線(xiàn)通信的場(chǎng)合，能在煙葉、糧食等倉(cāng)庫(kù)中應(yīng)用，因此在國(guó)內(nèi)有廣闊的應(yīng)用前景。

目前本裝置尚存在缺陷。比如在“基于Cortex-M3處理器的低溫風(fēng)力發(fā)電機(jī)”項(xiàng)目中要能對(duì)發(fā)射端控制的溫度實(shí)現(xiàn)設(shè)置，這就要求無(wú)線(xiàn)傳輸能夠雙向通信，由于時(shí)間有限，目前只能實(shí)現(xiàn)最基本的功能。

在溫度采集方面還可以進(jìn)一步改進(jìn)，以提高溫度檢測(cè)精度。本系統(tǒng)使用的是數(shù)字溫度傳感器，在測(cè)量溫度的傳感元件如果使用鉑電阻，整個(gè)裝置的測(cè)量精度尚可得到提高。該裝置的測(cè)量精度由A/D轉(zhuǎn)換和溫度傳感器兩方面因素共同確定決定，如果通過(guò)量程切換的方法，可以提高裝置的顯示精度。如此測(cè)得的現(xiàn)場(chǎng)溫度可以更加精確。當(dāng)然采用分辨率更高的A/D轉(zhuǎn)換器，裝置的整體精度還會(huì)提高。

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莫玉華（1979—），女，江蘇常州人，電子技術(shù)應(yīng)用專(zhuān)業(yè)本科，電氣工程專(zhuān)業(yè)工程碩士研究生在讀，主要從事電子技術(shù)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)工作。