遲俊鵬 劉玉喜 靳忠軒 任泉

摘 要：采用nRF24L01作為無線收發(fā)模塊實現(xiàn)無線數(shù)據傳輸，使用DS18B20溫度傳感器采集環(huán)境溫度，并用ATMEL公司的AT89C52作為主控芯片，協(xié)調系統(tǒng)的數(shù)據采集、處理、顯示及無線傳輸?shù)冗^程。溫度采集節(jié)點能夠利用溫度傳感器穩(wěn)定地采集周圍環(huán)境的溫度，并通過無線模塊將數(shù)據傳送到接收節(jié)點，顯示到LCD上。該設計具有性能穩(wěn)定、成本低、低功耗等特點，能夠廣泛應用于各類對溫度要求較為特殊的環(huán)境下溫度數(shù)據的檢測。

關鍵詞：nRF24L01；DS18B20；無線通信；溫度傳感

一、引言

采用無線數(shù)據傳輸技術設計的溫度采集系統(tǒng)[1]，能有效的解決傳統(tǒng)有線技術帶來的各種問題，其具有不用布線、故障排查簡單、實時性高、可靈活布置、可實現(xiàn)多點采集，非常適用于各種現(xiàn)代工農業(yè)溫度監(jiān)控系統(tǒng)[2]?；跓o線通信的數(shù)據采集系統(tǒng)可以靈活地為終端用戶提供實時而準確的信息[3]，無論是在系統(tǒng)性能，還是在系統(tǒng)成本上，相對于傳統(tǒng)技術，無線數(shù)據采集系統(tǒng)都具有很強的吸引力[4]，它將在各個領域的數(shù)據采集系統(tǒng)中發(fā)揮積極的作用[5]。

二、系統(tǒng)方案設計（System design）

系統(tǒng)硬件設計主要由采集發(fā)送和接收顯示、告警三部分組成，采用DS18B20作為溫度采集元件，配合低功耗單片機的使用就可以很好地彌補傳統(tǒng)上的不足。采用nRF24L01模塊對采集到的溫度數(shù)據進行無線傳輸，打破了傳統(tǒng)操作中距離受限的問題，使測溫操作更易實現(xiàn)。系統(tǒng)設計了四個溫度采集節(jié)點、一個數(shù)據接收節(jié)點。四個溫度采集節(jié)點可以實現(xiàn)系統(tǒng)對監(jiān)控區(qū)域內的溫度進行全方位的監(jiān)測，保證監(jiān)測數(shù)據的準確性和全面性。其中四個溫度采集節(jié)點的電路是一樣的，都是使用AT89S52作為核心處理器，控制其他各個功能器件有序工作。接收節(jié)點電路相對于發(fā)射節(jié)點，多了一個LCD液晶顯示模塊，沒有溫度采集模塊。

三、系統(tǒng)硬件及軟件設計

設計一套基于nRF24L01的無線數(shù)據采集系統(tǒng)，能夠通過系統(tǒng)的多個溫度采集節(jié)點，采集周圍的環(huán)境溫度數(shù)據，并將數(shù)據通過無線射頻電路發(fā)送到接收端，在接收端顯示出各節(jié)點的溫度值。同時，系統(tǒng)要求能過對溫度數(shù)據進行分析和判斷，如出現(xiàn)異常，則發(fā)出警報。主要包括：

（1）溫度采集模塊，溫度傳感器的功能是實現(xiàn)環(huán)境溫度的采集。采用DS18B20數(shù)字型溫度傳感器作為系統(tǒng)的溫度采集器件，可以很好地滿足系統(tǒng)的設計需求。

（2）無線收發(fā)模塊，射頻收發(fā)芯片要求能夠穩(wěn)定地用于系統(tǒng)傳輸溫度數(shù)據，實現(xiàn)系統(tǒng)無線通信。系統(tǒng)采用的nRF24L01型無線射頻收發(fā)芯片工作于2.4—2.5GHz頻段的射頻芯片，其具有6個可選通信通道，非常契合系統(tǒng)的設計需求。

（3）LCD顯示模塊，系統(tǒng)要求能夠在接收端將接收到的溫度數(shù)據實時顯示出來，以便用戶觀察。12864型LCD顯示器能夠顯示多種圖形和文字，且尺寸小，驅動相對簡單，使用靈活性好，能夠滿足系統(tǒng)的設計需求。

（4）主控制模塊，基于對處理器的處理能力和開發(fā)成本的考慮，系統(tǒng)決定采用AT89S52型單片作為系統(tǒng)的核心處理器。AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8k在系統(tǒng)可編程Flash存儲器，能很好地滿足系統(tǒng)的處理需求。

（5）報警模塊，系統(tǒng)的報警系統(tǒng)對器件的要求比較簡單，它只需在溫度異常時，起到提醒用戶的效果。系統(tǒng)采用了一種低成本、易控制的報警器——蜂鳴器，作為系統(tǒng)的報警器件，同時配置一個LED燈起輔助作用，達到聽覺和視覺的雙重報警效果。系統(tǒng)的程序開發(fā)語言為C-51，開發(fā)工具為Keil軟件。系統(tǒng)的程序設計包括數(shù)據采集節(jié)點和數(shù)據接收節(jié)點的程序設計，主要涉及到溫度采集模塊、無線射頻模塊、LCD顯示模塊、串口數(shù)據傳輸模塊的編程。

數(shù)據采集發(fā)送部分上電后首先配置nRF24L01的相關寄存器.使其工作在發(fā)射狀態(tài)，然后復位DSl8B20，向DSl8B20發(fā)送溫度轉換命令，讀取已轉換的溫度值，然后由nRF24L01發(fā)送。nRF24L01在數(shù)據接收顯示中為接收狀態(tài)。當nRF24L01模塊配置為接收模式后，當接收到數(shù)據中斷時，從接收FIFO讀取數(shù)據。然后將其存儲到接收緩沖區(qū)rX_bur中。12864液晶顯示屏分為左右半屏顯示，每個半屏有8頁64列，分別由使能端CS1、CS2來選通。由于左右半屏在同一位置像素點共用一個地址，因此，要單獨顯示左、右半屏時，只能選通其中一個使能端。

四、系統(tǒng)調試（System debugging）

系統(tǒng)的調試主要有硬件調試和軟件調試兩部分。由于系統(tǒng)的硬件電路板是自制的，從PCB畫圖到腐蝕、焊接，整個過程都是手工完成的，這就難免使電路板存在一些誤差和故障，所以，硬件調試的主要內容就是在制作好電路板之后，檢測電路板的電氣連接是否正確，上電后各關鍵測試點的電壓是否正常等。在確保了硬件電路沒有問題之后，才可以進較難判斷哪一種算法預測更準確。某一種算法對于一種監(jiān)控數(shù)據而言在一段時間內可能較適用，但隨著時間的推移、監(jiān)控數(shù)據行為的改變，另一種算法可能更適用。所以正確的做法是不要提前選擇某種算法，而是用預測模型可采用的各種算法同時預測監(jiān)控數(shù)據，再用錯誤率方程來評價各種算法的動態(tài)適應性。最后選擇在時間t時適應性最好的算法來預測t+k時的行為。

五、結論（Conclusion）

該云計算平臺監(jiān)控系統(tǒng)預測模型，依據監(jiān)控歷史數(shù)據，預測系統(tǒng)將來會發(fā)生的異常行為，進而提前采取防范措施，能解決監(jiān)控系統(tǒng)實時處理數(shù)據滯后的問題，以保證系統(tǒng)的正常運行，對基于云計算平臺的監(jiān)控服務項目有很高的參考價值。

參考文獻（References）

[1] 陳康，鄭緯民.云計算：系統(tǒng)實例與研究現(xiàn)狀[J].軟件學報，2009，20（5）：13-15.

[2] 董波，沈青，肖德寶.云計算集群服務器系統(tǒng)監(jiān)控方法的研究[J].計算機工程與科學，2012（10）：68-72.

[3] 劉莉，屈志堅.基于GridGain云計算平臺的監(jiān)控管理信息分解聚合研究[J].計算機測量與控制，2012（12）：3235-3238.