單片射頻收發器下的無線測溫系統設計

黃兆麒

摘要

伴隨社會的發展，無人化和智能化成為計算機科學的應用發展趨勢，研究單片射頻收發器下的無線測溫系統對機械裝備和電力系統的遠程監測具有重要意義。本文首先研究了射頻器件的選型，進而給出增強類8051微控制裝置研究，包含單片射頻收發板塊，ShockBurst工作方式，然后研究了高壓接點型無線測溫體系，分析了溫度數據采集和傳送，子模塊外圍電路和時鐘數據，最后給出單片射頻收發器下的無線測溫系統基站，分析了電源和通訊電路。

【關鍵詞】無人化 智能化 計算機 單片射頻溫度數據

1引言

無線測溫系統作為計算機技術的前沿技術設計，被廣泛地應用在電力監測，鐵路，礦坑采集和大型鋼廠中，由于現有的有線測溫監測模式在經濟上開銷較大，技術策略上較為弱勢，因而通過計算機技術策略克服距離對裝備溫度監控帶來的難題具有重要意義。

2射頻器件的選型

2.1射頻芯片構造功能

本文選擇nrf2401射頻片上系統，該系統在900MHz頻率上工作，并通過2.0V到3.8V完成單電源供電，其中的32腳通過QFN進行封裝，其發射功率在12dBm左右，獲取數據的靈敏度達到-120dB，其低能耗電流值為3微安左右。

2.2增強類8051微控制裝置

射頻芯片和8051單片機兼容，其中斷控制裝置支持多個中斷源，如ADC中斷，SPI型中斷，喚醒型中斷與兩個無線接收型中斷。此外，還拓展了兩個數據型指針，因而采用片外存儲器獲取數據。包括512字節的RAM和1024字節的ROM，上電復位之后控制核心能夠自動依據ROM運行代碼。

2.3單片射頻收發板塊

射頻芯片內部設定的收發裝置具有和單品射頻收發裝置類似的功能，可采用片內MCU完成并行口，SPI接口以及微控制核心間的數據通訊。收發裝置主要包含合成裝置，功率放大裝置以及接收單元幾個板塊。而輸出功率，頻道以及其他射頻參量均采用特殊寄存裝置完成操控。

2.4ShockBurst工作方式

射頻芯片通過ShockBurst工作方式完成低速信息給入和高速信息的輸出，因而能夠減弱系統的平均損耗，并且在ShockBurst收發模式下，若獲得有效地址的射頻信息集合時，地址配準寄存裝置與信息寄存裝置可采用片內MCU完成信息給出。

3高壓接點型無線測溫體系

3.1溫度數據采集和傳送

高壓接點型無線測溫體系包含實時監測電氣銜接型溫度，并實現相關操作。該部分主要進行溫度獲取，將得到的溫度信息經過RS-485串口把溫度信息傳送給電腦終端中。

3.2單片射頻收發器下的無線測溫系統子模塊

3.2.1無線測溫系統子模塊電路

無線測溫系統子模塊電路中的交流給入電壓選取特制的電流互感裝置裝設在高壓電纜上獲取，若一次側的電壓結果在0.1到1間變化時，則交流電壓則采用橋式整流，開關穩壓電源完成轉換，并通過恒定電流和電壓完成鋰電池充電。

3.2.2溫度獲取電路

溫度獲取電路主要完成現場溫度測算，并把感溫裝置放置在物體表層，能夠真實地得到連接點的溫度值。感溫器件通過精準度高，線性效果好，性價比穩定的傳感元件PT100，其鉬絲熱電阻傳感裝置測試溫度區間在-100到300度間。

3.2.3無線測溫系統子模塊外圍電路

無線測溫系統子模塊外圍電路實現溫度數據操作和傳送，該電路的晶振動作頻率為20MHz左右，能夠得到較為精準的偏置電壓值。

3.2.4時鐘數據

給單片射頻收發器提供實時時鐘數據，整個電路通過低功耗的CMOS型時鐘采用可編程電路的時鐘輸出信息，并通過I2C總線銜接。

4單片射頻收發器下的無線測溫系統基站

4.1無線測溫系統基站電源電路

無線測溫系統基站采用交流或者直流電源供電，交直流電源直接和裝置電源輸入端口對接，并采用電源板塊完成交直流轉換。

4.2無線測溫系統基站無線獲取芯片和外圍電路

無線測溫系統基站無線獲取芯片和外圍電路從子站得到溫度信息，并把信息從串口傳送到本地監控電腦中。為實時獲取射頻數據，整個測溫系統應用單端天線獲取數據，并應用四個兩位撥碼開關。

4.3無線測溫系統基站通訊電路

無線測溫系統基站和子站間的信息交互則采用無線收發板塊實現，由于測溫端較多，則需要考量無線收發端的間距，并設置多組基站獲取子站信息。

4.4監測核心板塊

4.4.1數據庫部分

數據庫部分主要存儲溫度信息和運行信息，把獲取的信息及時調整保存在數據集合中，依據整個系統運轉需求，隨時擴展。

4.4.2監測核心功能

監測板塊能夠隨時監測溫度數據，并在超過溫度限度值時發送警報數據，把得到的溫度數據制作日監測曲線或時監測曲線，保存預警的溫度時間和對應數據。

5總結

采用計算機完成無線測溫系統設計有助于大型機械，電力和常見的無人監測發展，并且防范由于負荷改變產生的裝備過熱狀況，帶來的裝備損壞。

本文研究了單片射頻收發器下的無線測溫系統設計的意義。進而主要分析了射頻器件的選型，探究了射頻芯片構造功能，增強類8051微控制裝置，單片射頻收發板塊和ShockBurst工作方式。然后研究了高壓接點型無線測溫體系，分析了溫度數據采集和傳送，給出單片射頻收發器下的無線測溫系統子模塊，和子模塊電路，溫度獲取電路，無線測溫系統子模塊外圍電路設計，并分析了時鐘數據。最后主要研究了單片射頻收發器下的無線測溫系統基站，分析了無線測溫系統基站電源電路，無線測溫系統基站無線獲取芯片和外圍電路，無線測溫系統基站通訊電，給出監測核心板塊，數據庫部分和監測核心功能。

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