溫度檢測無線傳輸系統

常州技師學院 莫玉華

溫度檢測無線傳輸系統

常州技師學院 莫玉華

本課題是“基于Cortex-M3處理器的低溫風力發電機”的拓寬項目，原項目中風力發電機野外工作壞境惡劣，監控站距離風力發電機較遠。使用信號直接傳輸的將會造成一定的浪費及不便，無線傳輸則可以改善以上不足。 本系統已經通過實驗測試。測試結果表明整個系統的溫度測量誤差已經達到設計±0.5℃的要求。整個儀表系統測量精度為0.5級。無線傳輸距離達到了300米。在300米的范圍內，系統性能保持穩定。系統還具有良好的抗電磁干擾能力。目前整個系統各項性能已經完全達到設計預期要求。本系統不僅可以用于 “基于Cortex-M3處理器的低溫風力發電機”系統，可以用于遙感、遙控、無線抄表、工業數據采集及家庭自動化等領域。有一定的實用價值。

溫度；無線收發器；單片機；傳感器

1.前言

本設計“溫度檢測無線傳輸系統”主要目的是采用無線通信技術，實現溫度無線傳輸。本設計任務完成后，還同時為將檢測部件應用到野外機動設備或無法到達現場，如高空或邊遠地區無人氣象探測、交通運輸管理、野戰軍事設備、野外無人值守的采油井等場合的解決無法檢測的問題。因此，本設計不僅僅為“低溫風力發電機控制”項目拓寬應用范圍，也為無法采用傳統的有限傳輸的檢測系統提供一種方法。

圖1 系統總體結構

2.本課題的主要內容

設計目標：設計一套具有無線傳輸功能的溫度檢測與顯示裝置。

設計要求：無線傳輸溫度檢測顯示裝置溫度檢測量程-55℃～125℃、顯示精度為±0.5℃、無線傳輸距離大于500米。裝置具備抗電磁干擾能力。

圖2 發射程序設計流程圖

整個設計裝置應該完成在發射端單片機對數字溫度傳感器DS18B20讀取溫度并將信號nRF905無線發射器發送命令將溫度發送出去；在接收端單片機從nRF905接受到的數值進行處理，得到溫度值，并將溫度值在數碼管顯示并可以直接傳輸到上位機顯示。

3.系統的設計方案

系統功能是AT89S52單片機通過DS18B20進行溫度采集，再通過無線傳輸模塊傳輸給接收端的單片機，并在接收端通過數碼管顯示。

設計目標是用單片機來實現溫度檢測無線傳輸系統。

圖3 接收程序設計流程圖

圖4 ISP下載軟件的操作界面

圖5 系統接收端能夠正常接收溫度并顯示

系統總體結構如圖1所示。

從上面的圖中可以知道，本系統主要由五大模塊組成。

DS18B20：進行溫度采集

RS232模塊：完成TTL電平的轉換

單片機模塊：系統的核心模塊，完成數據處理和控制功能

數碼管顯示模塊：將溫度值用十進制顯示出來

無線模塊：建立無線連接和數據交換

4.軟件的總體設計

發射模塊主要完成的功能有：從DS18B2讀取溫度值，并進行處理，再將處理后的溫度值發送給nRF905發送出去。軟件設計也是圍繞這幾個功能編寫。軟件由主函數、初始化子程序、溫度讀取轉換程序、nRF發送程序等組成。發射程序設計流程圖如圖2。

接收模塊主要完成的功能有：將對nRF905接收到的數據進行處理，再將處理后的溫度值通過數碼管顯示和通過串口發送給上位機。軟件設計也是圍繞這幾個功能編寫。軟件由主函數、初始化子程序、nRF接收程序、數碼管顯示程序等組成。接收程序設計流程圖如圖3。

5.系統的調試

根據原理圖，制作電路板，完成電路的焊接。根據軟件設計流程圖，編寫相應程序，通過ISP下載線下載到單片機。完成聯調。

通過萬用表檢測電路的情況，確保電路連接正確。首先測試單片機是否能通過ISP口下載程序，下載軟件為AVR_fighter for USBASP測試3.9。具體步驟是：連接好接線，給電路板供電，檢測芯片識別單片機類型，裝載Flash，擦除芯片，寫入芯片。具體步驟如圖4所示。

經測試ISP下載成功，這是確保以后順利調試的關鍵。接著調試顯示部分，在發射端黃色LED燈閃爍下表示發送成功一次，在接收端綠色LED燈閃爍下表明接收到數據，這時數碼管顯示出溫度值，系統運行成功。調試結果如圖5所示。

6.總結

該系統采用高度集成的nRF905射頻芯片，大大簡化了系統的硬件和軟件設計，減小了體積，提高了系統的工作可靠性，并以無線數字通訊為紐帶，方便了外界環境的數據采集。該系統成本低、功耗低、且協議簡單、軟件開發簡易、十分適合低成本的短距離無線通信的場合，能在煙葉、糧食等倉庫中應用，因此在國內有廣闊的應用前景。

目前本裝置尚存在缺陷。比如在“基于Cortex-M3處理器的低溫風力發電機”項目中要能對發射端控制的溫度實現設置，這就要求無線傳輸能夠雙向通信，由于時間有限，目前只能實現最基本的功能。

在溫度采集方面還可以進一步改進，以提高溫度檢測精度。本系統使用的是數字溫度傳感器，在測量溫度的傳感元件如果使用鉑電阻，整個裝置的測量精度尚可得到提高。該裝置的測量精度由A/D轉換和溫度傳感器兩方面因素共同確定決定，如果通過量程切換的方法，可以提高裝置的顯示精度。如此測得的現場溫度可以更加精確。當然采用分辨率更高的A/D轉換器，裝置的整體精度還會提高。

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莫玉華（1979—），女，江蘇常州人，電子技術應用專業本科，電氣工程專業工程碩士研究生在讀，主要從事電子技術專業的教學工作。