温度检测无线传输系统

常州技师学院 莫玉华

温度检测无线传输系统

常州技师学院 莫玉华

本课题是“基于Cortex-M3处理器的低温风力发电机”的拓宽项目，原项目中风力发电机野外工作坏境恶劣，监控站距离风力发电机较远。使用信号直接传输的将会造成一定的浪费及不便，无线传输则可以改善以上不足。 本系统已经通过实验测试。测试结果表明整个系统的温度测量误差已经达到设计±0.5℃的要求。整个仪表系统测量精度为0.5级。无线传输距离达到了300米。在300米的范围内，系统性能保持稳定。系统还具有良好的抗电磁干扰能力。目前整个系统各项性能已经完全达到设计预期要求。本系统不仅可以用于 “基于Cortex-M3处理器的低温风力发电机”系统，可以用于遥感、遥控、无线抄表、工业数据采集及家庭自动化等领域。有一定的实用价值。

温度；无线收发器；单片机；传感器

1.前言

本设计“温度检测无线传输系统”主要目的是采用无线通信技术，实现温度无线传输。本设计任务完成后，还同时为将检测部件应用到野外机动设备或无法到达现场，如高空或边远地区无人气象探测、交通运输管理、野战军事设备、野外无人值守的采油井等场合的解决无法检测的问题。因此，本设计不仅仅为“低温风力发电机控制”项目拓宽应用范围，也为无法采用传统的有限传输的检测系统提供一种方法。

图1 系统总体结构

2.本课题的主要内容

设计目标：设计一套具有无线传输功能的温度检测与显示装置。

设计要求：无线传输温度检测显示装置温度检测量程-55℃～125℃、显示精度为±0.5℃、无线传输距离大于500米。装置具备抗电磁干扰能力。

图2 发射程序设计流程图

整个设计装置应该完成在发射端单片机对数字温度传感器DS18B20读取温度并将信号nRF905无线发射器发送命令将温度发送出去；在接收端单片机从nRF905接受到的数值进行处理，得到温度值，并将温度值在数码管显示并可以直接传输到上位机显示。

3.系统的设计方案

系统功能是AT89S52单片机通过DS18B20进行温度采集，再通过无线传输模块传输给接收端的单片机，并在接收端通过数码管显示。

设计目标是用单片机来实现温度检测无线传输系统。

图3 接收程序设计流程图

图4 ISP下载软件的操作界面

图5 系统接收端能够正常接收温度并显示

系统总体结构如图1所示。

从上面的图中可以知道，本系统主要由五大模块组成。

DS18B20：进行温度采集

RS232模块：完成TTL电平的转换

单片机模块：系统的核心模块，完成数据处理和控制功能

数码管显示模块：将温度值用十进制显示出来

无线模块：建立无线连接和数据交换

4.软件的总体设计

发射模块主要完成的功能有：从DS18B2读取温度值，并进行处理，再将处理后的温度值发送给nRF905发送出去。软件设计也是围绕这几个功能编写。软件由主函数、初始化子程序、温度读取转换程序、nRF发送程序等组成。发射程序设计流程图如图2。

接收模块主要完成的功能有：将对nRF905接收到的数据进行处理，再将处理后的温度值通过数码管显示和通过串口发送给上位机。软件设计也是围绕这几个功能编写。软件由主函数、初始化子程序、nRF接收程序、数码管显示程序等组成。接收程序设计流程图如图3。

5.系统的调试

根据原理图，制作电路板，完成电路的焊接。根据软件设计流程图，编写相应程序，通过ISP下载线下载到单片机。完成联调。

通过万用表检测电路的情况，确保电路连接正确。首先测试单片机是否能通过ISP口下载程序，下载软件为AVR_fighter for USBASP测试3.9。具体步骤是：连接好接线，给电路板供电，检测芯片识别单片机类型，装载Flash，擦除芯片，写入芯片。具体步骤如图4所示。

经测试ISP下载成功，这是确保以后顺利调试的关键。接着调试显示部分，在发射端黄色LED灯闪烁下表示发送成功一次，在接收端绿色LED灯闪烁下表明接收到数据，这时数码管显示出温度值，系统运行成功。调试结果如图5所示。

6.总结

该系统采用高度集成的nRF905射频芯片，大大简化了系统的硬件和软件设计，减小了体积，提高了系统的工作可靠性，并以无线数字通讯为纽带，方便了外界环境的数据采集。该系统成本低、功耗低、且协议简单、软件开发简易、十分适合低成本的短距离无线通信的场合，能在烟叶、粮食等仓库中应用，因此在国内有广阔的应用前景。

目前本装置尚存在缺陷。比如在“基于Cortex-M3处理器的低温风力发电机”项目中要能对发射端控制的温度实现设置，这就要求无线传输能够双向通信，由于时间有限，目前只能实现最基本的功能。

在温度采集方面还可以进一步改进，以提高温度检测精度。本系统使用的是数字温度传感器，在测量温度的传感元件如果使用铂电阻，整个装置的测量精度尚可得到提高。该装置的测量精度由A/D转换和温度传感器两方面因素共同确定决定，如果通过量程切换的方法，可以提高装置的显示精度。如此测得的现场温度可以更加精确。当然采用分辨率更高的A/D转换器，装置的整体精度还会提高。

[1] 唐继贤.单片机工程应用实例[D].北京:北京航空航天大学出版社,2009

[2]李余庆,张华.基于DS1820的无线温度采集系统的设计[J].微计算机信息.2009,25(26):54-57.

[3]张馨,乔晓军.无线传感器网络技术研究[J].农业化研究,2006 (4):57-62

[4] 张晓健,李伟,张小雨．MSP430和nRF905的无线数传系统设计[J].单片机与嵌入式系统应用,2006,(2):68-70.

莫玉华（1979—），女，江苏常州人，电子技术应用专业本科，电气工程专业工程硕士研究生在读，主要从事电子技术专业的教学工作。