一种多路温度无线采集系统的设计

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摘要:设计了一个基于DF无线传输模块和温度传感器DS18B20的多路温度无线采集系统。整个系统是以AT89S51单片机为核心来进行终端节点温度数据采集,并对无线通信模块与上位机之间的数据通信进行控制,实现了无线多路温度数据采集的功能。

关键词:无线 单片机 温度采集 通信协议

中图分类号: 文献标识码:A文章编号:1007-9416(2010)05-0000-00

1引言

随着现代电子技术的发展,数字式温度传感器出现了,这使温度测量技术发生了根本性的变化,从模拟测量方法发展到了数字式测量方法。数字式温度测量方法无论在测温精度还是实时性方面都有了很大的提高。随着网络及通信技术的飞速发展,短距离无线通信以其特有的抗干扰能力强、可靠性高、安全性好、受地理条件限制少、安装施工简便灵活等特点,在许多领域都有着广泛的应用前景。传统的多路温度采集系统通信方式,主要是采用固定的点对点之间的有线通信,采用RS一485总线或CAN总线需要把各设备利用网线连接起来,施工麻烦而且费用高。如果能在每个采集数据的终端使用无线的方式进行数据传送,可以完全去掉通信设备之间的物理线路连接,不仅简化了施工难度和系统复杂度,还可以大大地降低成本。本系统正是基于短距离无线通信技术而开发的,适合低成本的短距离无线温度采集场合,具有广阔的应用前景。

2系统方案总体方案

本系统包括一个上位机和N个下位机。上位机主要负责温度N路温度数据的汇总处理,下位机也就是温度采集端,主要负责温度的采集,上位机与下位机之间通过无线的方式进行数据传输,下位机之间不能直接通信。因为N路下位机完全一样,所以只制作了2个下位机来做测试。系统总体方案如图1所示。

本系统采用单片机作为主控制器,温度传感器采用数字式温度传感器DS18B20,显示采用低功耗的LCD液晶1602。本系统的无线模块没有采用现成的无线收发芯片,而采用了低成本的DF无线收发模块。DF无线收发模块的缺点是无编码解码,须外加编码解码功能,这部分功能采用单片机来进行,实行软件编码解码的方案来解决。系统方案基本指标:无线通信距离大于50米,测温精度±0.1°C,测温路数N≥2。

3系统硬件设计

如图2所示系统包括n个的温度采集端和一个数据接受端。温度采集端包括温度传感器DS18B20、单片机AT89S51、无线发射模块和无线接受模块几部分。当温度采集端接收到数据接受端发送来的采集命令时,就将温度传感器采集到的温度数据传输给单片机,然后单片机再将数据经过处理后进行软件编码,最后通过发射模块将温度数据发送给数据接受端。数据接受端接受到温度采集段发送过来的信号后将信号进行软件译码,然后再经过处理后送LCD显示出温度值。

单片机采用Atmel公司的AT89S51单片机。温度采集采用DS18B20温度传感器,DS18B20是美国DALLAS公司生产的单总线数字式温度传感器,具有结构简单,操作灵活,无须外接电路的的优点。在使用过程中,可由一根I/O数据线既供电又传输数据,并可由用户设置温度报警界限。显示模块采用LCD1602,1602型LCD显示模块具有体积小,功耗低,显示内容丰富等特点。1602型LCD可以显示2行16个字符,有8位数据总线D0~D7和RS,R/W,EN三个控制端口,工作电压为5V,并且具有字符对比度调节和背光功能。LCD1602与单片机的接电路较为简单,即将7个并行数据口与单片机的7个I/O口连接,另外三个控制口再接单片机的三个I/O口。

无线收发模块采用DF无线数据收发模块,这种模块工作频率为315MHz或433MHz,具有成本低,使用方便,传输距离远,电压范围宽等特点。DF数据模块的最大传输数据速率为9.6KBs,一般控制在2.5k左右,完全能够胜任本系统的数据传输任务。

4系统软件设计

4.1 上位机和下位机程序设计

上位机先对AT89S51和LCD1602进行初始化,然后对N路数据温度采集端进行轮询,并显示出N路温度采集端的温度。查询过程是上位机首先给一路温度采集端发送温度采集命令,同时启动监控定时器并等待接收应答,如果在规定的时问内没有收到相应的数据应答,将重新发送查询命令,并进行错误计数,以避免数据丢失,如果计数达到一定程度,发送方停止发送查询命令,进入错误处理。收到数据应答后上位机首先对数据进行校验,校验通过后再把数据进行处理后送显示。

下位机刚开始处于查询状态,当接收到上位机发送来的温度采集命令后进行温度采集,然后把数据打包发送给上位机。

4.2LCD1602显示程序设计

当上位机接收到正确的温度数据后就会把下位机编号和温度值显示出来,例如当LCD1602显示“T0tem25.6 C”表示下位机T0的温度值位25.6摄氏度,当现实“ T0 Disconnected!”表示上位机与下位机T0无法通信,失去联接。

4.3温度采集程序设计

当下位机接收到温度采集命令后就进行温度采集,单片机读取DS18B20温度数据的通信协议顺序为初始化,ROM操作命令,存储器操作命令,处理数据。

5结语

整个系统设计制作完成后进行了实际测试。测试结果表明,该系统电路简单,性能稳定,抗干扰能力强,可靠性高,搭建方便,易于扩展,室内实际发射距离约50米(通过改进天线的设计,加大发射电压可适度增加),在室外开阔地带通信距离可以达到200米,因此本系统在短距离对多种环境温度的采集监控是比较成功的。

参考文献

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[2] 王英洲,方旭明.短距离无线通信主要技术与应用[J].数据通信,2004,(4).

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