數(shù)字化無線溫度傳感器的研究與設計(圖文)

1、數(shù)字化無線溫度傳感器的研究與設計(圖文)論文導讀：本文的數(shù)字化無線溫度傳感器具有集成化、智能化的特點，它由溫度測量（發(fā)射部分）、溫度處理（接收部分）和溫度值顯示（上位機）三部分構成。關鍵詞：化無線溫度傳感器，電子鬧鐘1 引言集成化智能傳感器概念的提出僅僅十余年,但近年發(fā)展很快,國外刊物上關于新型集成化智能傳感器研制的報道很多,國內一些著名高校和研究所也在開展此類工作。和經(jīng)典的傳感器相比,集成化智能傳感器具有體積小、成本低、功耗小、速度快、可靠性高、精度高以及功能強大等優(yōu)點。集成化智能傳感器的優(yōu)點使它成為目前傳感器研究的熱點和傳感器發(fā)展的主要方向,必將主宰下個世紀的傳感器市場。本文的數(shù)字化無線溫

2、度傳感器具有集成化、智能化的特點，它由溫度測量（發(fā)射部分）、溫度處理（接收部分）和溫度值顯示（上位機）三部分構成。溫度測量采用一線制數(shù)字溫度傳感器DS18B20，其體積小，集成度高，自帶A/D，功耗低。論文發(fā)表。處理器選用低功耗單片機PIC16F74。溫度傳輸采用超低功耗發(fā)射接收模塊PTR4000，以方式與處理器通訊。PTR4000在測量點接收傳感器的數(shù)據(jù)并把數(shù)據(jù)以無線方式傳輸出去，接收部分通過接受模塊（PTR4000）接收數(shù)據(jù)，并進行數(shù)字濾波，同時將接收到的數(shù)據(jù)以異步串行通信方式傳給上位機。2 系統(tǒng)硬件設計2.1 PIC16F74單片機帶8位A/D轉換輸入高驅動電流，I/O腳可直接驅動數(shù)碼管

3、（LED）顯示雙向可獨立編程設置I/O引腳8位定時器/計數(shù)器TMR0，帶8位預分頻有12路捕抓輸入/比較輸出/PWM輸出（CCP）16位定時器/計數(shù)器TMR1，睡眠中仍可計數(shù)8位定時器/計數(shù)器TMR2，帶有8位的周期寄存器及預分頻和后分頻并行口操作同步串行口I2C/SPI總線操作同步通訊接口SCI/USART操作2.2 溫度傳感器DS18B20DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有3引腳TO92小體積封裝形式；溫度測量范圍為55125,可編程為9位12位A/D轉換精度，測溫分辨率可達0.0625，被測溫度用符號擴展的16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可在遠端引入，

4、也可采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個DS18B20可以并聯(lián)到3根或2根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。以上特點使DS18B20非常適用于遠距離多點溫度檢測系統(tǒng)。2.3無線模塊PTR4000PTR4000具有全球開放的2.4GHz頻段，125個頻道，能滿足多頻及跳頻需要，其最高速率為1Mbps,，具有高數(shù)據(jù)吞吐量，內置硬件CRC糾檢錯，發(fā)射功率、工作頻率等所有工作參數(shù)全部通過軟件設置完成，其供電壓為1.93.6V，能滿足低功耗的設計要求。2.4串行接口為實現(xiàn)系統(tǒng)與上位機之間的串行通信，在硬件結構上采用了單電源轉換芯片ICL23

5、2，ICL232是一個雙組驅動/接收器，它內含一個電容性電壓發(fā)生器，可在單5V電源供電時提供EIA/TIA-232-E電平。論文發(fā)表。3.系統(tǒng)實現(xiàn)3.1低功耗技術本設計的低功耗設計貫穿整個設計的方方面面。首先是CPU的選擇上，PIC系列的CPU具有較寬的操作電壓（2.05.5V），四種可選振蕩方式：低成本阻容（RC），標準晶體/陶瓷（XT），高速晶體/陶瓷（HS），低頻晶體（LP）。，在選擇合適的電壓和晶振的情況下，其功耗可以降到微安級（如SLEEP模式下，功耗只為 1A，工作電壓為3.0V，工作頻率為32kHz時，功耗為15A1）；其外圍器件減少，功耗自然可以降低；即使使用了較高的晶振頻率，

6、由于CPU內部有一個特殊功能寄存器DIVM可以對時鐘分頻，從而達到節(jié)電目的。PIC系列單片機有睡眠方式，在空閑時可以設置為低功耗工作方式，非空閑時，用看門狗、中斷等方式喚醒。在其他元器件的選用上，盡量采用低功耗器件，如無線收發(fā)模塊選用超低功耗無線收發(fā)模塊PTR4000，其最大工作電流僅為18mA，在掉電模式下僅為1uA.總之，在以PIC單片機為核心的控制硬件電路設計上，采用及篩選低功耗的電子元件與集成電路，進行低功耗線路設計和線路板優(yōu)化；在軟件控制上采用降低功耗的休眠技術及采樣周期優(yōu)化，以期達到最大限度地降低計量儀表功耗，延長電池壽命。3.2無線溫度采集流程系統(tǒng)實現(xiàn)無線溫度采集步驟：發(fā)射模塊的

7、單片機上電復位后，配置其端口的輸入輸出狀態(tài)，此時應是PTR處于非掉電狀態(tài)，然后開始組織配置數(shù)據(jù)，設置CE=0，CS=1，將120位的配置數(shù)據(jù)傳入PTR4000，傳送完畢后設置CS=0，完成配置，再設置PWR=1，CE=1，調用測溫子程序，測量5個溫度值，溫度值經(jīng)組織后傳入PTR4000，置CE=0，發(fā)射數(shù)據(jù)，延時100us，等待發(fā)射完畢，置PWR=0，將PTR設置為掉電模式，然后將PIC的所有I/O口設置為輸入狀態(tài)，最后進入SLEEP模式，等待WDT喚醒，然后重復次發(fā)射過程。論文發(fā)表。接收模塊的單片機上電復位后，也是配置其端口的輸入輸出狀態(tài)，此時應是PTR處于非掉電狀態(tài)，然后開始組織配置數(shù)據(jù)，

8、設置CE=0，CS=1，將120位的配置數(shù)據(jù)傳入PTR4000，傳送完畢后設置CS=0，完成PTR的配置，然后配置串口，使能串行中斷和全局中斷，再設置CE=1，PTR4000處于接受狀態(tài)，等待DR1的電平發(fā)生變化后，接受數(shù)據(jù)及完成數(shù)據(jù)處理、數(shù)字濾波，并把采集來的溫度值轉換為ASC碼傳送給上位機。4結論本設計中的數(shù)字化無線溫度傳感器具有性能可靠、功耗極低、構造簡潔、使用安全等一系列優(yōu)點。其測溫范圍在0100之間，傳感器采用具有12位轉換精度的單線溫度傳感器DS18B20，測溫精度可達0.0625，射頻模塊選用PTR4000，無線傳輸距離大于50米，靜態(tài)功耗電流小于3，這些指標大大高于設計指標的要求。參考文獻1.張寶.基于nRF905和DS18B20的無線溫