采用單片機的無(wú)線(xiàn)溫度監測系統簡(jiǎn)介

隨著(zhù)信息科學(xué)與微電子技術(shù)的發(fā)展， 溫度的監控可以利用現代技術(shù)使其實(shí)現自動(dòng)化和智能化。多路無(wú)線(xiàn)溫度監控系統就是朝著(zhù)這一目標進(jìn)行設計的。本次設計要求利用單片機及無(wú)線(xiàn)傳輸模塊實(shí)現無(wú)線(xiàn)溫度監測系統，實(shí)現溫控范圍調節及其超溫范圍報警。

1 技術(shù)要點(diǎn)

由于本系統是一個(gè)實(shí)時(shí)監控的系統， 對溫度的采集控制是實(shí)時(shí)的， 所以溫度采集的時(shí)間間隔， 數據發(fā)送接收的時(shí)間差，單片機與PC 機之間數據的傳送速度以及上位機程序對數據的分析處理是本系統的關(guān)鍵。通過(guò)對溫度傳感器，無(wú)線(xiàn)模塊的優(yōu)化選擇，實(shí)現單片機與PC 機通過(guò)高速USB 接口進(jìn)行通信及對上位機代碼的優(yōu)化實(shí)現本系統的實(shí)時(shí)監控功能， 同時(shí)還要考慮的是溫度傳感器的各個(gè)參數，無(wú)線(xiàn)模塊的參數，以及硬件電路的優(yōu)化搭建問(wèn)題。

2 硬件及軟件設計

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

(1)溫度傳感器的選用

系統是做溫度監控的， 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的性能和價(jià)格有著(zhù)重大的影響。就溫度傳感器的溫度測量范圍、精度、響應時(shí)間、穩定性、線(xiàn)性度和靈敏度。等幾個(gè)因素的比較分析，本系統選用的是美國DALLAS 半導體公司生產(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(xiàn)即可實(shí)現雙向通訊，簡(jiǎn)化連接難度;②無(wú)需其他的AD 轉化器件，降低成本， 也減少了硬件制板的費用; 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0.125 度，便于溫度精確控制;⑤支持多點(diǎn)測試，多個(gè)DS18B20 可以并聯(lián)在一根線(xiàn)上，實(shí)現多點(diǎn)測溫。

(2)無(wú)線(xiàn)模塊的選用

本系統是多點(diǎn)監控， 同時(shí)他的數據傳輸是通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸的，所以無(wú)線(xiàn)傳輸模塊的需要支持多點(diǎn)的數據的傳送?？紤]穩定性， 傳輸數據的速度， 錯誤率等方面， 本系統選用的是NRF905 無(wú)線(xiàn)數據傳輸模塊，選擇該模塊的原因有：①433MHZ開(kāi)放ISM 頻段免許可證使用，無(wú)需額外申請頻段;②傳輸速率高，最高數據傳輸速率可達50KB，滿(mǎn)足實(shí)時(shí)監控的需要;③自帶有CRC 糾錯功能，抗干擾能力強。所需電壓僅3.3V，功耗低;④125 個(gè)頻道，支持多點(diǎn)通信，滿(mǎn)足系統多點(diǎn)監控的需要。

(3)主控芯片選用

ATmega16 是ATMEL 公司推出的一款基于A(yíng)VR RISC 構架的低功耗CMOS 的8 位單片機。ATmega16 在16MHz 時(shí)有16MIPS 的運算速度，具有兩周期硬件乘法器，從而使得設計人員可以在功耗和執行速度之間取得平衡， 且非易失性程序和數據存儲器資源較大能滿(mǎn)足程序代碼設計需要。外設資源豐富：2 個(gè)具有獨立預分頻器和比較器功能的8 位定時(shí)/計數器;一個(gè)獨立預分頻器和比較/捕捉功能的16 位定時(shí)/計數器;支持4 路PWM 輸出、8 路10 位ADC。支持TWI 接口、USART、SPI 接口多機通信滿(mǎn)足擴展功能的需要。

(4)其他外圍器件

USB 與PC 機通信中USB 控制芯片PDUSBD12，顯示模塊1602，報警蜂鳴器等。

2.1 系統的硬件連接方法

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

2.1.1 溫度采集發(fā)送部分

主要的連接器件有NRF905 無(wú)線(xiàn)數據傳輸模塊，DS18B20溫度傳感器采集模塊，1602 顯示模塊，報警模塊，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(guò)SPI 總線(xiàn)協(xié)議向無(wú)線(xiàn)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(xiàn)協(xié)議，來(lái)采集溫度。顯示芯片1602 來(lái)顯示采集到得溫度，同時(shí)使用蜂鳴器作為報警裝置，當溫度有異常時(shí)單片機會(huì )控制加熱設備或降溫設備來(lái)對異常進(jìn)行處理。

2.1.2 數據接收分析控制部分

主要的連接器件有無(wú)線(xiàn)數據傳輸模塊，USB 傳送模塊，和PC 機構成。其電路連接如圖2 所示。同樣主控芯片M16 通過(guò)SPI 總線(xiàn)協(xié)議向無(wú)線(xiàn)模塊發(fā)送配置信息，使其工作初始化。接收到溫度后通過(guò)PDUSBD12 芯片利用USB 協(xié)議將數據發(fā)送到PC 機上，可以直接在VC 界面上顯示。PC 機可以自動(dòng)分析數據是否存在異常，當存在異常時(shí)，PC 發(fā)送控制信號來(lái)遠程控制加熱或降溫設備對異常進(jìn)行處理，同時(shí)發(fā)出報警信號，這樣可以將危險降到最低，實(shí)現自動(dòng)化與智能化。

圖1 數據采集與發(fā)送 圖2 數據接收與分析