数字化无线温度传感器与无线数据采集系统的设计

杨 建，陈志高，吕 瀚

（中国地震局地震研究所，湖北 武汉 430061）

目前，我国在美术馆、博物馆、智能化写字楼、药品冷库等场所中的环境温度检测需求越来越大，而这些场所通常需要测量的空间都较大，市场中的有线测量系统显然不能满足检测需求。为了实现远距离的温度数据控制和采集，设计一种数字化无线温度传感器有着积极的意义，为大型场所的计量检测提供了更加科学、有效的选择。

1 组成和工作原理

计算机、无线接收、无线采集和前端的处理模块四部分共同组成了系统的主要部分。计算机运行的控制平台选用VB所编写的，对采集次数和采集点进行有效设置，最后将已经设置完成的参数经由串口通信传至前端的处理单片机（AT89C52），通过对接收模块中的地址码进行控制，接受采集点数据并且采集相对应的次数。单片机把采集所得的数据传至计算机，进而将采集所得的数据进行存储与显示。解码芯片（PT2272）和外围的电路共同组成了无线接收模块，将无线发送数据进行解码。无线采集模块最主要的任务是完成采集数据和无线发送，模拟信号通过单机片（AT89C51）控制转换器转换为数字信号，然后通过解码芯片（PT2262）组合而成的无线电路发送，每一次发送的数据为四位。前端的处理模块由串行通信电路与单片机（ATB89C52）共同组成，工作的主要内容是完成数据处理与读入、通过接收模块地址码从而实现和计算机进行的通信。

2 软件和硬件设计

2.1 温度测量电路的设计

温度测量电路采用由Dallsa所生产的总线数字温度传感器DS18B20。该传感器采用了3引脚小体积封装，可进行测量的温度范围是－55～125 ℃，编程控制器的转换准确度可达9～12位，分辨力为0.0623 ℃，测得的温度带符号拓展16位数字量方式串行输出。该系统由端脚引入电源。该传感器的内部主要构成部分包括了温度传感器、温度报警触发器（非挥发）、配置寄存器以及64位的ROM。该传感器的完成对于温度的测量之后以16位符号的二进制补码提供。

2.2 采集部分的设计

采集系统所采用的四位半双积分A/D转换芯片ICL7135，拥有的最小分辨率是100 μV，最大采集值是19 999，准确度为±1。输出为BCD码扫描，供电为±5 V，所需的工作电流是3 mA，并且仅需要单一的外接基准电压，能够自校零，当Vin为0 V时可以保证读数是 0，可以提供欠量程信号和超量程信号。在时钟的频率达到200 kHz时，相应的转换速度是每秒3次。信号在单片机端通过D触发器在8分频之后获得频率是250 kHz的信号，与CLK端进行连接。软件所采用的查询方式读取数据。

2.3 无线发送部分的设计

无线发送系统必须为每一个采样点编设相应的地址码，便于将每个采集点获得的数据分类处理。对于PT2262的A0～A7是地址码，设为置0、置1或者是悬空三种状态。地址的编码不重复度是 6561组，在理论上，本系统可以安装的采集点总数为6561。但是要注意这里仅使用了两种状态，置0和置1，所以本系统可以安装的采集点总数最多不超过256。D0～D3是数据码，在传送四位二进制的数据时编码的信号由Dout进行输出，在放大后由315 MHz的高频调制无线发送。为解决数据的同步和出错的问题，并且要保证数据完整，特别引入一个起始同步码1111，所有的发送数据皆为BCD码，可将数据进行区分。

2.4 无线接收电路的设计

无线接收电路的工作方式有超再生式和超外差式两种。本设计中使用的接收模块使用超再生式接收，内含解码电路与放大整形，使用起来非常方便。接受的模块电路之中，PT2272的外接振荡电阻是200 kΩ，与发射端的PT2262外接的112 MΩ匹配，将中心频率控制至315 MHz。由单片机（AT89C52）P2端口设置PT2272的地址码，这样从改变P2端口输出就能够完成对于不同采集点数据的接收。PT2272数据解码端和单片机P1端口连接。在本系统之中电路可以判断数据的解码是否完毕，PT2272的17脚是有效解码的输出端，解码完毕之后中断，开始由单片机进行数据读取。通过对一组数据开端进行判断，按照顺序接受本组的数据，在最后通过累加来判断该组数据的接收正确与否，这样能够保证数据传输的正确率。

2.5 计算机和单片机的通信设计

计算机和单片机之间的通信可以由 RS2232电平转换芯片实现。计算机的操作平台在运行中可以接收的数据只能是多个采集点或者一个采集点，还可以通过设置循环的采集次数来完成。在参数设置完成之后，由串口通信把采集点的采集次数与数字代码传到接收模块完成识别与处理，相应的控制接收模块（PT2272）循环接收次数与地址码。完成了一定采集数据的接收之后，要将数据与对应的采集点数字的代码传至计算机，然后进行下一轮的采集工作。在这样的循环中不断进行，直至所有的任务完成为止。如果选择了将数据保存至文档选项，在显示区内数据达到了该列表最大的容量或是点击了结束采集的按钮之后，这些数据会自动保存为记事本，存到设置的目录中。

3 结束语

通过实验可以得知，本系统可以设置的采集点最多为256个，只需要配置一个完好的接收模块就能够通过计算机的控制界面进行操作，实现采集点控制与数据的收集保存。本系统的所有采集模块皆可进行无线安装，完全避免了布线布局的复杂操作，能够在保证准确率、结构最简化和便于调试的前提下拥有较强的拓展性和灵活的配置，并且本系统使用方便、成本较低，能够满足大型场所对于温度测量的需求，适宜广泛推广，以专业准确的计量采集，完美实现远距离的温度数据的控制。

1 〔美〕creed huddleston.智能传感器设计［M］.北京：人民邮电出版社，2009.06：121～123

2 赵天池.传感器与探测器的物理原理和应用［M］.北京：科学出版社，2008.02：345～348