采用單片機(jī)的無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)簡介

隨著信息科學(xué)與微電子技術(shù)的發(fā)展， 溫度的監(jiān)控可以利用現(xiàn)代技術(shù)使其實(shí)現(xiàn)自動化和智能化。多路無線溫度監(jiān)控系統(tǒng)就是朝著這一目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。本次設(shè)計(jì)要求利用單片機(jī)及無線傳輸模塊實(shí)現(xiàn)無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)溫控范圍調(diào)節(jié)及其超溫范圍報(bào)警。

1 技術(shù)要點(diǎn)

由于本系統(tǒng)是一個實(shí)時監(jiān)控的系統(tǒng)， 對溫度的采集控制是實(shí)時的， 所以溫度采集的時間間隔， 數(shù)據(jù)發(fā)送接收的時間差，單片機(jī)與PC 機(jī)之間數(shù)據(jù)的傳送速度以及上位機(jī)程序?qū)?shù)據(jù)的分析處理是本系統(tǒng)的關(guān)鍵。通過對溫度傳感器，無線模塊的優(yōu)化選擇，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC 機(jī)通過高速USB 接口進(jìn)行通信及對上位機(jī)代碼的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的實(shí)時監(jiān)控功能， 同時還要考慮的是溫度傳感器的各個參數(shù)，無線模塊的參數(shù)，以及硬件電路的優(yōu)化搭建問題。

2 硬件及軟件設(shè)計(jì)

為了使系統(tǒng)能夠最優(yōu)化的工作， 系統(tǒng)的硬件器件選擇將是十分重要的問題。

(1)溫度傳感器的選用

系統(tǒng)是做溫度監(jiān)控的， 首要的工作就是如何選取溫度傳感器， 正確的選擇溫度傳感器對系統(tǒng)的性能和價格有著重大的影響。就溫度傳感器的溫度測量范圍、精度、響應(yīng)時間、穩(wěn)定性、線性度和靈敏度。等幾個因素的比較分析，本系統(tǒng)選用的是美國DALLAS 半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的DS18B20 溫度傳感器。選用該傳感器的原因有： ①DS18B20 與微處理器僅需要一條線即可實(shí)現(xiàn)雙向通訊，簡化連接難度;②無需其他的AD 轉(zhuǎn)化器件，降低成本， 也減少了硬件制板的費(fèi)用; ③可供使用電壓范圍大：3.0V 到5.5V 都可以使用，器件的功耗較低;④測溫分辨率高，最高可達(dá)0.125 度，便于溫度精確控制;⑤支持多點(diǎn)測試，多個DS18B20 可以并聯(lián)在一根線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測溫。

(2)無線模塊的選用

本系統(tǒng)是多點(diǎn)監(jiān)控， 同時他的數(shù)據(jù)傳輸是通過無線傳輸?shù)?，所以無線傳輸模塊的需要支持多點(diǎn)的數(shù)據(jù)的傳送?？紤]穩(wěn)定性， 傳輸數(shù)據(jù)的速度， 錯誤率等方面， 本系統(tǒng)選用的是NRF905 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，選擇該模塊的原因有：①433MHZ開放ISM 頻段免許可證使用，無需額外申請頻段;②傳輸速率高，最高數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)50KB，滿足實(shí)時監(jiān)控的需要;③自帶有CRC 糾錯功能，抗干擾能力強(qiáng)。所需電壓僅3.3V，功耗低;④125 個頻道，支持多點(diǎn)通信，滿足系統(tǒng)多點(diǎn)監(jiān)控的需要。

(3)主控芯片選用

ATmega16 是ATMEL 公司推出的一款基于AVR RISC 構(gòu)架的低功耗CMOS 的8 位單片機(jī)。ATmega16 在16MHz 時有16MIPS 的運(yùn)算速度，具有兩周期硬件乘法器，從而使得設(shè)計(jì)人員可以在功耗和執(zhí)行速度之間取得平衡， 且非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲器資源較大能滿足程序代碼設(shè)計(jì)需要。外設(shè)資源豐富：2 個具有獨(dú)立預(yù)分頻器和比較器功能的8 位定時/計(jì)數(shù)器;一個獨(dú)立預(yù)分頻器和比較/捕捉功能的16 位定時/計(jì)數(shù)器;支持4 路PWM 輸出、8 路10 位ADC。支持TWI 接口、USART、SPI 接口多機(jī)通信滿足擴(kuò)展功能的需要。

(4)其他外圍器件

USB 與PC 機(jī)通信中USB 控制芯片PDUSBD12，顯示模塊1602，報(bào)警蜂鳴器等。

2.1 系統(tǒng)的硬件連接方法

硬件方面主要由兩部分組成， 溫度采集發(fā)送部分和數(shù)據(jù)接受分析控制部分。

2.1.1 溫度采集發(fā)送部分

主要的連接器件有NRF905 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，DS18B20溫度傳感器采集模塊，1602 顯示模塊，報(bào)警模塊，及溫度異常處理模塊。其連接方法如圖1 所示。主控芯片M16 通過SPI 總線協(xié)議向無線模塊發(fā)送配置信息，使其工作初始化。溫度傳感器與M16 的連接使用的是單總線協(xié)議，來采集溫度。顯示芯片1602 來顯示采集到得溫度，同時使用蜂鳴器作為報(bào)警裝置，當(dāng)溫度有異常時單片機(jī)會控制加熱設(shè)備或降溫設(shè)備來對異常進(jìn)行處理。

2.1.2 數(shù)據(jù)接收分析控制部分

主要的連接器件有無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，USB 傳送模塊，和PC 機(jī)構(gòu)成。其電路連接如圖2 所示。同樣主控芯片M16 通過SPI 總線協(xié)議向無線模塊發(fā)送配置信息，使其工作初始化。接收到溫度后通過PDUSBD12 芯片利用USB 協(xié)議將數(shù)據(jù)發(fā)送到PC 機(jī)上，可以直接在VC 界面上顯示。PC 機(jī)可以自動分析數(shù)據(jù)是否存在異常，當(dāng)存在異常時，PC 發(fā)送控制信號來遠(yuǎn)程控制加熱或降溫設(shè)備對異常進(jìn)行處理，同時發(fā)出報(bào)警信號，這樣可以將危險(xiǎn)降到最低，實(shí)現(xiàn)自動化與智能化。

圖1 數(shù)據(jù)采集與發(fā)送 圖2 數(shù)據(jù)接收與分析