基于無線通信技術的汽車多點溫控系統

王友山 李 操

吉視傳媒股份有限公司長春分公司

基于無線通信技術的汽車多點溫控系統

王友山 李 操

吉視傳媒股份有限公司長春分公司

隨著無線通信技術的發展，在越來越多的領域，無線模式正在逐步替代有線模式，無線技術與溫度傳感器的結合，也成了溫度檢測系統新的發展趨勢，它能夠有效解決由有線模式帶來的諸多不變，適應更多溫度測量的場合。本文主要研究汽車內部多點溫度的檢測系統，闡述了無線多點溫度傳感系統的設計思想和實現方法，無線部分采用NRF905無線收發模塊，實現了高效的數據傳輸，溫度檢測后的數據由無線發射模塊傳給顯示終端，由終端分辨出是由哪個點傳來的溫度數據,使用無線通信技術進行數據采集、比較傳統意義上的傳輸顯得更加實用、高效、快捷。

無線通信技術；溫度傳感器；單片機

1 課題研究的意義和目的

近年來，隨著無線通信、微電子、傳感器、計算機等技術向著系統化、網絡化的方向迅速發展。多點溫度采集系統也已步出了傳統的工作模式。傳統的多點溫度采集系統利用大量有線架設傳感器網絡，雖然這種方式技術成熟，制作成本相對較低，但需要用導線與每個溫度采集節點連接，不利于進行現場配置且同時也為以后的維護造成問題。

無線技術與有線技術相比，具有攜帶方便、不必穿墻鉆孔布線、搭建網絡簡單快捷等優點。特別是在有線網絡不通暢或由于現場環境因素的限制不便架設線路的情況下，使用無線通信技術進行數據采集、傳輸顯得更加實用、高效、快捷。

2 主要研究內容

本文主要研究無線多點溫度監測傳感系統，是短距離無線通信技術的一個實際應用。在溫度傳感測量方面，其首要的任務就是精確的溫度測量，設計硬件系統，并通過軟件對溫度測量進行非線性補償，進一步提高溫度測量的準確度。同時，本系統還是無線通信系統，需要對數據傳輸的可行性和可靠性進行研究，通過硬件設計來實現無線傳輸。在此基礎上，通過軟件設計，定義了簡單的無線傳輸協議以及多工作模式的功能，提高了系統的實用性。

在調研了現有的溫度傳系統之后，本文提出的無線多點溫度傳感系統在溫度測量準確性和無線傳輸方面的都有所改進。結合溫度傳感器和2.45GHz 的無線收發技術，最終實現高精度、多工作模式的無線多點溫度傳感系統。本系統的特點：

(1)高精度的溫度傳感器，溫度測量準確；

(2)系統采用無線方式擺脫傳統連線的模式，安裝更方便；

(3)溫度采集節點可以根據需要隨時增加或者減少，無需重新布置；

(4)可以選擇兩種模式，實時模式和輪詢模式，以適用不同場合需要；

(5)頻率高，傳輸速度快，不易受到外界干擾。

3 溫度檢測及無線通信系統構成

由于系統要對汽車內部多點的溫度進行監測，因此采用單片機對系統進行現場長期監控是非常經濟實惠的方案，其硬件連接非常簡單，可用單片機并口Pl、P2、P3中的任一位端口與單總線連接來實現雙向數據傳輸，

本系統以單片機、無線通信模塊為主，組成一個集溫度的采集、處理、顯示、自動控制為一身的閉環控制系統，其原理框圖如圖1～1所示。系統硬件電路由溫度傳感器、單片機、發射模塊、接收模塊、顯示部分組成。

圖1 溫度測控系統硬件電路原理框圖

整個系統溫度監測部分采用溫度傳感器DS18B20，單片機用AT89C51,無線通信使用NRF905。

DS18B20是美國DALLAS半導體公司繼DS1820之后最新推出的一種數字化單總線器件（屬于新一代適配微處理器的改進型智能溫度傳感器。與傳統的熱敏電阻相比，它能夠直接讀出被測溫度，并且可根據實際要求通過簡單的編程實現9～12位的數字值讀數方式）。使用DS18B20可使系統結構更趨簡單，可靠性更高。同時其“一線總線”獨特而且經濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網絡，為測量系統的構建引入了全新的概念。DS18B20“一線總線”數字化溫度傳感器支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為-55℃～125℃，在-10℃～ +85℃范圍內，精度為土0.5℃。現場溫度直接以“一線總線”的數字方式傳輸，用符號擴展的16位數字量方式串行輸出，大大提高了系統的抗干擾性。因此，數字化單總線器件DS18B20適合于惡劣環境的現場溫度測量，如:環境控制、設備或過程控制、測溫類消費電子產品等。它在測溫精度、轉換時間、傳輸距離、分辨率等方面較Dsl820都有了很大的改進，給用戶帶來了更方便和更令人滿意的效果。

DS18B20的性能特點

(1)采用DALLAS公司獨特的單線接口方式:DS18B20與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現微處理器與DS18B20的雙向通訊。

(2)在使用中不需要任何外圍元件。

(3)可用數據線供電，供電電壓范圍:+3.0～+5.5V。

(4)測溫范圍:-55～ +l25 ℃。固有測溫分辨率為0.5℃。當在-10℃～ +85℃范圍內，可確保測量誤差不超過0.5℃，在-55℃～ +125℃范圍內，測量誤差也不超過2℃。

(5)通過編程可實現9～12位的數字讀數方式。

(6)用戶可自設定非易失性的報警上下限值。

(7)支持多點組網功能，多個DS18B20可以并聯在唯一的三線上，實現多點測溫。

(8)負壓特性，即具有電源反接保護電路。當電源電壓的極性反接時，能保護DS18B20不會因發熱而燒毀。但此時芯片無法正常工作。

(9)DS18B20的轉換速率比較高，進行9位的溫度轉換僅需93.75ms。

(10)適配各種單片機或系統。

NRF905單片無線收發器是挪威Nordic公司推出的單片射頻發射器芯片，工作電壓為1.9V～3.6V，32引腳QFN封裝（5mm×5mm），工作于433/868/915MHz3個ISM頻道（可以免費使用）。NRF905可以自動完成處理字頭和CRC（循環冗余碼校驗）的工作，可由片內硬件自動完成曼徹斯特編碼/解碼，使用SPI接口與微控制器通信，配置非常方便，其功耗非常低，以-10dBm的輸出功率發射時電流只有11mA，在接收模式時電流為12.5mA。NRF905單片無線收發器工作由一個完全集成的頻率調制器，一個帶解調器的接收器，一個功率放大器，一個晶體振蕩器和一個調節器組成。

NRF905有兩種工作模式和兩種節能模式。兩種工作模式分別是ShockBurstTM接收模式和ShockBurstTM發送模式，兩種節能模式分別是關機模式和空閑模式。NRF905的工作模式由TRX_CE、TX_EN和PWR_UP三個引腳決定。射頻數據包有關的高速信號處理都在NRF905片內進行，數據速率由微控制器配置的SPI接口決定，數據在微控制器中低速處理，但在NRF905中高速發送，因此中間有很長時間的空閑，這很有利于節能。由于NRF905工作于ShockBurstTM模式，因此使用低速的微控制器也能得到很高的射頻數據發射速率。在ShockBurstTM接收模式下，當一個包含正確地址和數據的數據包被接收到后，地址匹配(AM)和數據準備好(DR)兩引腳通知微控制器。在ShockBurstTM發送模式，NRF905自動產生字頭和CRC校驗碼，當發送過程完成后，數據準備好引腳通知微處理器數據發射完畢。由以上分析可知，NRF905的ShockBurstTM收發模式有利于節約存儲器和微控制器資源，同時也減小了編寫程序的時間。

4 小結

隨著社會的進步和科學技術的發展，人們越來越重視溫度因素，許多產品對溫度范圍要求嚴格，而目前市場上普遍存在的溫度檢測儀器大都是單點測量，同時還有溫度信息傳遞不及時、精度不夠的缺點，不利于控制者根據溫度變化及時做出決定。因此，一種能夠同時測量多點，并且實時性高、精度高，能夠綜合處理多點溫度信息的測控系統的設計就成為當今的熱點。本課題就是在這樣的形式下，提出一種基于單片機的溫度測控系統用于汽車內溫度的控制，以提高汽車駕駛的安全性。

本系統由DS18B20溫度傳感器檢測到被測點溫度，并通過單片機系統對采集到的溫度進行傳輸前的編碼工作，將經過編碼后的溫度數據送至NRF905發射端并發射出去；在接收端，接收到數據后同樣通過單片機系統對接收到的數據進行解碼，得到被測點的溫度數據，并送至顯示器顯示。整個系統能夠快速檢測到被測點的溫度，被通過與預先設定的溫度值進行對比，可以在顯示設備上輕易看出車內的各部位的溫度是否超出范圍。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2012.19.046