基于無(wú)線傳輸技術(shù)的多路溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、東北電力學(xué)院學(xué)報(bào)第25卷第1期2005年2月Journal Of Northeast China Institute Of Electric Pow er EngineeringVol. 25,No. 1Feb. ,2005文章編號(hào):1005-2992(2005 01-0072-04基于無(wú)線傳輸技術(shù)的多路溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)楊占軍, 楊英杰(東北電力學(xué)院信息工程系, 吉林吉林132012摘要:, 度數(shù)據(jù)采集和溫度數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)方案, 據(jù)傳輸模塊化設(shè)計(jì)方法。關(guān)鍵詞:溫度; 數(shù)據(jù)采集; 單片機(jī); 中圖分類號(hào):TP 27:A, 溫度數(shù)據(jù)采集是其中最常見的一種。傳統(tǒng)溫, 對(duì)于多點(diǎn)大范圍變化的溫度數(shù)

2、據(jù)采集來(lái)說, 采用傳統(tǒng)溫度采集方法, 。為解決這個(gè)問題, 本文提出一種基于無(wú)線傳輸技術(shù)的多路溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng), 通過無(wú)線發(fā)送接收模塊將采集到的溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)街付ㄎ恢眠M(jìn)行存儲(chǔ)、顯示和打印。同時(shí), 為適應(yīng)工業(yè)溫度檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)大范圍變化溫度數(shù)據(jù)采集的需要, 通過對(duì)前端溫度檢測(cè)組件進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì), 使采集的溫度數(shù)據(jù)精確可達(dá)到0. 0625, 采值變化范圍為-55+125, 完全可以滿足一般溫度測(cè)量的需要1。1系統(tǒng)構(gòu)成本系統(tǒng)構(gòu)成原理如圖1所示。系統(tǒng)主要由溫度數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)及顯示和無(wú)線發(fā)送與接收三部分構(gòu)成(圖1 。前端溫度檢測(cè)部分主要采用了DALLAS 公司生產(chǎn)的數(shù)字溫度傳感器DS18B20, 數(shù)據(jù)發(fā)送與接

3、收由無(wú)線發(fā)送接收模塊PTR2000完成。前端檢測(cè)部分完成各路溫度數(shù)據(jù)采集, 經(jīng)單片機(jī)多路控制, 然后由測(cè)溫裝置對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理后, 通過PTR2000將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。接收端通過PTR2000將數(shù)據(jù)正確接收, 并通過顯示模塊用5段數(shù)碼管將各路數(shù)據(jù)顯示出來(lái)。2硬件電路設(shè)計(jì)圖1無(wú)線溫度采集系統(tǒng)原理框圖無(wú)線溫度數(shù)據(jù)采集發(fā)送端電路設(shè)計(jì)方案如圖2所示。三路溫度傳感器分別只需占用單片機(jī)的一根I/O 線便可以和單片機(jī)實(shí)現(xiàn)正常的數(shù)據(jù)通信, 把采集到的溫收稿日期:200421025作者簡(jiǎn)介:楊占軍(1979- , 男, 東北電力學(xué)院信息工程系在讀碩士研究生.第1期楊占軍等:基于無(wú)線傳輸技術(shù)的多路溫度數(shù)據(jù)

4、采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)73度數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī), 連接非常方便。本電路圖中沒有畫出晶振和芯片的正負(fù)電源電路部分, 其中晶振為12MHz , 電容為20或30p F 。數(shù)據(jù)的發(fā)送是通過單片機(jī)的串口進(jìn)行的, 將單片機(jī)的TXD 端連接到PTR2000的輸入端DI , 便可將單片機(jī)串口送來(lái)的的數(shù)據(jù)發(fā)送出去。在PTR2000的電路連接中, 將TXEN 端一直置于高電平, 使其處于發(fā)送狀態(tài)。PWR =1, 故其處于正常工作狀態(tài)2, 當(dāng)然根據(jù)需要, 也可通過外部控圖2制使其處于節(jié)能狀態(tài)等。在圖中有一個(gè)發(fā)光二極管和單片機(jī)的P2. 0相連, , , 所以可以通過它來(lái)判斷電路的工作狀態(tài)。無(wú)線數(shù)據(jù)接收端電路設(shè)計(jì)如圖3所示, 只

5、是將數(shù)據(jù)輸出端DO 直接接到了單片機(jī)的串口接收端RXD P2. 5和P2. 6用來(lái)模擬串口碼管顯示電路相連(DISP1、 收端與P2. 0接收端收到數(shù)據(jù)后, 便送到L ED 顯示電路顯示溫度值。L ED 顯示電路如圖4所示, 其中第一個(gè)數(shù)碼管顯示路數(shù), 其小數(shù)點(diǎn)總是點(diǎn)亮, 作為路數(shù)和溫度數(shù)據(jù)的分界點(diǎn)(本圖3無(wú)線數(shù)據(jù)接收端電路電路共3路 , 后面4個(gè)數(shù)碼管顯示溫度值, 最后一位用來(lái)顯示小數(shù)部分, 中間三個(gè)數(shù)碼管用來(lái)顯示溫度的整數(shù)部分, 如果是負(fù)數(shù)時(shí), 則最高位顯示為 “”, 這樣就可以將整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)的溫度值準(zhǔn)確地顯示出來(lái)。圖4數(shù)碼管顯示電路3數(shù)字溫度傳感器DS18B20DS18B20是DALL

6、AS 公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器, 具有轉(zhuǎn)換速度快, 轉(zhuǎn)換精度高, 與微處理器的接口簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。它將地址線、數(shù)據(jù)線和控制線合為一根雙向串行傳輸?shù)男盘?hào)線, 可以單獨(dú)控制,74東北電力學(xué)院學(xué)報(bào)第25卷也可以將多個(gè)DS18B20信號(hào)線并聯(lián)接到一起, 單片機(jī)只需一根I/O 線便可以根據(jù)各個(gè)器件自身獨(dú)有的ID 序列號(hào)3實(shí)現(xiàn)與各個(gè)DS18B20通表1溫度值與DS18B20輸出的二進(jìn)制值的對(duì)照表數(shù)據(jù)輸出信。數(shù)字式的溫度傳感器DS18B20測(cè)量出來(lái)的溫度值是數(shù)溫度數(shù)據(jù)輸出(二進(jìn)制字信號(hào), 這樣與計(jì)算機(jī)的接口電路變得非常簡(jiǎn)單。DS18B20+125000001111101000007D0h的測(cè)溫范圍為-55

7、+125, 轉(zhuǎn)換精度可達(dá)到12位二進(jìn)000000000000000000000h-25. 06251110111001101111FF6Eh 制數(shù), 其精度為0. 0625, 轉(zhuǎn)換時(shí)間約750ms 。-551111110010010000FC90hDS18B20用12位精度測(cè)出的溫度值是用16位二進(jìn)制補(bǔ)碼形式(圖5 表示。MS Byte 和L S Byte 分別為高、低字節(jié)部分。S 為符號(hào)位,S 為1時(shí)溫度為負(fù)值,bit0為最低位, 其溫度值為0. 0625。2°相當(dāng)于1。DS18B20用12位精度測(cè)出的數(shù)據(jù)如表1所示。LS Byle(十六進(jìn)制bit723bit15Sbit622bi

8、t14Sbit521bit13Sbit420bit12Sbit32-1bit11Sbit22-2bit1026bit12-3bit9bit02424LS Byte圖54、超低功耗、高速率19. 2K 無(wú)線收發(fā)數(shù)傳MODEM 模塊, 采用了最新應(yīng)用的“, 由單IC 組合而成, 無(wú)需復(fù)雜的曼徹斯特編碼, 即可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線測(cè)量, 也可通過無(wú)線聯(lián)網(wǎng)形成點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)溫度測(cè)量。具有多頻點(diǎn)、多測(cè)點(diǎn)、體積小、應(yīng)用靈活等特點(diǎn), 非常適合嵌入式應(yīng)用和手持式終端的應(yīng)用4。由于它采用了國(guó)際通用的數(shù)傳頻段, 具有兩個(gè)頻道, 能夠滿足需要多通道工作的場(chǎng)合, 并且它把發(fā)送和接收集成到了一個(gè)芯片上, 可直接使用CPU 串口,

9、如8031, 也可以接計(jì)算機(jī)的RS232接口, 軟件編程非常方便。在用軟件對(duì)PTR2000的控制過程中, 對(duì)PTR2000的工作模式和工作頻道的選擇十分重要, 表2給出了工作模式控制及工作頻道的選擇方式。由于該器件采用抗干擾能力較強(qiáng)的FSK 調(diào)制/解調(diào)方式, 其工作頻率穩(wěn)定可靠、外圍元件少、功耗極低且便于設(shè)計(jì)生產(chǎn)。另外, 由于它采用了低發(fā)射功率高靈敏度設(shè)計(jì), 這些優(yōu)異特性使得PTR2000非常適合于便攜及手持產(chǎn)品的設(shè)計(jì), 非常適合于低功率的無(wú)線數(shù)據(jù)數(shù)傳。表2工作模式控制及工作頻道選擇表模塊接腳輸入電平TXEN 0011XCS 0101XPWR 11110模塊狀態(tài)工作頻道號(hào)#芯片狀態(tài)1接收2接收

10、1發(fā)射2發(fā)射待機(jī)5軟件編程本系統(tǒng)軟件編程采用MCS 251系列單片機(jī)匯編語(yǔ)言, 其中將溫度傳感器的控制程序、數(shù)據(jù)處理程序、串口發(fā)送程序、L ED 顯示程序和發(fā)光二極管閃爍程序均作為子程序, 以方便系統(tǒng)調(diào)用, 可移植性強(qiáng)。其中, 主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個(gè)步驟:初始化、ROM 操作指令、存儲(chǔ)器操作指令。必須先啟動(dòng)DS18B20開始轉(zhuǎn)換, 然后再讀出溫度轉(zhuǎn)換值。有關(guān)工作時(shí)序及采集溫度數(shù)據(jù)的精度選擇等請(qǐng)參考DS18B20相關(guān)文獻(xiàn)5。本系統(tǒng)的發(fā)送端程序、接收端程序及串口中斷接收端的軟件流程圖如圖6圖8所示。考慮到無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸中會(huì)有很多干擾, 采取了一些抗干擾措施, 即通過通信協(xié)議來(lái)

11、保證傳輸信息的正確性。本程序中在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)多發(fā)送了兩個(gè)數(shù)據(jù)0FFH 和0FH , 之后發(fā)送的才是真正的有用數(shù)據(jù); 在接收端接收數(shù) 第1期楊占軍等:基于無(wú)線傳輸技術(shù)的多路溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)75據(jù)時(shí), 要先判斷收到的數(shù)據(jù)是否是0FFH 和0FH , 只有收到了這兩個(gè)數(shù)據(jù)后才將后來(lái)的數(shù)據(jù)接收進(jìn)來(lái),這樣就能夠識(shí)別有用數(shù)據(jù), 同時(shí)也保證了數(shù)據(jù)的正確性, 之后將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和顯示 。6結(jié)束語(yǔ), 發(fā)送端每秒鐘發(fā)送一次數(shù)據(jù), 采用三路溫度數(shù)據(jù)循環(huán)發(fā)送的方式, 接收端也能夠正確地接收到數(shù)據(jù)并通過數(shù)碼管顯示出來(lái), 顯示的溫度值非常準(zhǔn)確, 由于顯示部分只有一位小數(shù), 程序在處理數(shù)據(jù)時(shí)將溫度精度保留為0.

12、1。當(dāng)然可根據(jù)需要增加L ED 的數(shù)目以提高其顯示精度, 并將其功能進(jìn)一步完善。總之, 該設(shè)計(jì)提供了一種行之有效的多路無(wú)線溫度采集的方法, 經(jīng)過多次使用發(fā)現(xiàn)其可移植性好, 實(shí)用性強(qiáng)。參考文獻(xiàn)1李業(yè)德, 唐詩(shī). 單片機(jī)和DS18B20組成的多點(diǎn)溫度測(cè)控系統(tǒng)J.山東工程學(xué)院學(xué)報(bào),2001, (4 :15-18. 2宋華, 王以倫, 趙慶亮. PTR2000及其在機(jī)器人遙操作系統(tǒng)中的應(yīng)用J.應(yīng)用科技,2003, (6 :3-5.3甘勇, 宋春來(lái), 宋寅卯. 數(shù)字溫度傳感器DS18B20在多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)中的應(yīng)用J.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2001, (4 :391-393. 4武興建, 吳金宏. 無(wú)線收發(fā)數(shù)傳

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