一種低耗能溫度變送器的研究與設(shè)計(jì)

II一種低耗能溫度變送器的研究與設(shè)計(jì)摘要工業(yè)的無線電技術(shù)是建立在工業(yè)環(huán)境下，利用無線傳感器的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的無線通信。這種通信方式具有諸多的通訊優(yōu)勢，如抗干擾的能力強(qiáng)且能耗低等，能夠通過這些優(yōu)勢實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代工廠的自動化檢測等項(xiàng)目的實(shí)施，能夠在一些環(huán)境惡劣的情況下，如施工環(huán)境困難，存在高污染作業(yè)場合時，能夠進(jìn)行自動化控制設(shè)備的狀態(tài)。傳統(tǒng)溫度變送器是通過專用溫度傳感器將溫度轉(zhuǎn)換成電信號進(jìn)行作業(yè)，這種作業(yè)方式完成后再通過模擬電路將信號變換成4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)信號傳輸?shù)接脩舳恕，F(xiàn)階段工廠中溫度檢測中數(shù)據(jù)仍舊是通過有線進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，這樣的傳輸方式v恒本高，并且可移動性茶，不能進(jìn)行機(jī)動的布局，當(dāng)碰到需要進(jìn)行轉(zhuǎn)動或者機(jī)動的作業(yè)時很難實(shí)現(xiàn)工作的高效運(yùn)行，并且在很多場合都不適應(yīng)，傳統(tǒng)有線溫度變送器的實(shí)際應(yīng)用收到的限制很多。隨著科技的發(fā)展和實(shí)際的應(yīng)用，現(xiàn)如今就的電子和通信都得到了迅猛的發(fā)展，尤其是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究與應(yīng)用，這個領(lǐng)域的控制研究逐步成為了研究的重點(diǎn)。本文正是在這樣的研究背景下，以溫度參數(shù)測量為研究基礎(chǔ)，研究在變送器節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)中采用低功耗的元器件，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一種大量程、低功耗的無線溫度變送器，在節(jié)點(diǎn)運(yùn)行機(jī)制方面采用定期休眠的方法，將變送器節(jié)點(diǎn)的測量范圍控制在-50℃-900℃之間。通過實(shí)際的實(shí)驗(yàn)證明，該功耗的研究方法是可行的，關(guān)鍵詞：溫度變送器；低耗能；無線傳感器論文類型：XXX

目錄1引言 12低耗能測溫系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu) 13硬件設(shè)計(jì) 23.1低耗能溫度變送器硬件設(shè)計(jì) 23.1.1低耗能溫度變送器最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23.1.2信號處理電路設(shè)計(jì) 33.1.3射頻天線的設(shè)計(jì) 43.2主控器硬件設(shè)計(jì) 53.2.1復(fù)位電路 53.2.2JTAG接口電路 53.2.3電源電路 63.2.4存儲電路 73.2.5485總線通信電路 74系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 84.1無線溫度變送器軟件設(shè)計(jì) 84.1.1數(shù)據(jù)采集主程序設(shè)計(jì) 84.1.2溫度采集程序設(shè)計(jì) 94.1.3電池電壓測量程序設(shè)計(jì) 114.1.4休眠定時器設(shè)置 124.2數(shù)據(jù)中心節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì) 124.2.1數(shù)據(jù)中心主程序設(shè)計(jì) 124.2.2RS-485通信程序設(shè)計(jì) 134.3路由節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì) 145實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 155.1溫度變送器功耗測試 155.2溫度變送器精度測試 156結(jié)語 16參考文獻(xiàn) 16致謝 171引言溫度變送器在整個過程控制儀表中占據(jù)重要的位置，溫度變送器最常見的功能是用于對溫度的測量與控制，不僅如此，還常用在參數(shù)的測量與控制中，作為一個校正參數(shù)而存在，能夠?qū)ο嚓P(guān)的參數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)的測量與控制。傳統(tǒng)的有線控制需要進(jìn)行不限，這樣的測量十分的復(fù)雜也需要大量的電線，實(shí)現(xiàn)測溫元件能夠進(jìn)行遠(yuǎn)距離的傳輸并傳達(dá)到中心控制室?，F(xiàn)如今過程檢測系統(tǒng)隨著發(fā)展需要不斷地進(jìn)行擴(kuò)大，現(xiàn)階段工廠中溫度檢測中數(shù)據(jù)仍舊是通過有線進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，這樣的傳輸方式成本高，并且可移動性茶，不能進(jìn)行機(jī)動的布局，當(dāng)碰到需要進(jìn)行轉(zhuǎn)動或者機(jī)動的作業(yè)時很難實(shí)現(xiàn)工作的高效運(yùn)行，并且在很多場合都不適應(yīng)，傳統(tǒng)有線溫度變送器的實(shí)際應(yīng)用收到的限制很多?，F(xiàn)階段無線傳感的技術(shù)在不斷的發(fā)展，在很多領(lǐng)域的工作都選用無線的方式進(jìn)行工作的檢測和無線電的運(yùn)用，并去得到了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展?，F(xiàn)階段很多的工程選用的是無線溫度變送器一般都采用電池供電，當(dāng)電池出現(xiàn)問題時，整個網(wǎng)絡(luò)和工程就會受到極大的威脅和影響，其次無線溫度的變送器的電池并不能經(jīng)常的進(jìn)行更換，需要使用很長的年限，因此出現(xiàn)問題就會變得異常麻煩?，F(xiàn)階段遇到的麻煩對低能耗的無線溫度變送器進(jìn)行開發(fā)就變得十分重要，以水泥生產(chǎn)中回轉(zhuǎn)窯筒體溫度檢測為例子，在本文中將業(yè)中常用的溫度傳感器PT100作為測溫元件進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)。2低耗能測溫系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)我們在實(shí)際的運(yùn)用過程中可以發(fā)現(xiàn)如下幾個板塊，如中央的庫里控制器，JTAG加密編程接口以及數(shù)據(jù)的儲存的等，都是十分常見的。詳細(xì)的系統(tǒng)部分可以參見圖2.1。由需要獲取所需要的數(shù)據(jù)，尤其是壓力傳感器方面，能夠利用一定的信號來源進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，這樣的控制可以利用數(shù)字信號進(jìn)行處理并得出相關(guān)的壓力數(shù)據(jù)。壓力的數(shù)據(jù)得出后，就會向外發(fā)送信號，這種發(fā)送信號的方式主要是利用ZigBee收發(fā)模塊。在整個過程中能夠根據(jù)現(xiàn)階段的狀態(tài)得出所需的壓力值，并且根據(jù)過ＲS-485通信接口和上面的棘口相連，利用壓力變送器進(jìn)行傳送，最后獲得一系列的數(shù)據(jù)。電源模塊電源模塊中央控制器A/D轉(zhuǎn)換器加HTAG加密編程接口中央控制器A/D轉(zhuǎn)換器加HTAG加密編程接口加傳感器信號調(diào)理模塊加數(shù)據(jù)存儲模塊加傳感器信號調(diào)理模塊加數(shù)據(jù)存儲模塊加ZigBee收發(fā)模塊ZigBee收發(fā)模塊LCD顯示模塊加RS-485通信接口LCD顯示模塊加RS-485通信接口圖2.1系統(tǒng)框圖在這個測試中所運(yùn)用的電源主要是3.3V的電壓的電源模塊，主要的功能就是為整個系統(tǒng)提供動力，由芯片和供電傳感器等部分共同組成。這個系統(tǒng)所采用的數(shù)據(jù)模塊的型號是24LC32，儲存卡的容量是32KB，并且所使用的供電電壓為2.5V。該系統(tǒng)的LCD顯示模塊主要的型號為LCM141C-01，這是一個加條碼的液晶顯示模塊，這個顯示屏的好處在于清晰度高，并且可以進(jìn)行灰度調(diào)整，操作間接，是由微量功耗的產(chǎn)品，他所適應(yīng)的工作電壓值在2.7-5.2V。最后就是信號的處理模塊，這個模塊主要的功能就是對壓力信號進(jìn)行提取，并且能增強(qiáng)電路的信號。另外一個是A/D轉(zhuǎn)換器，這個轉(zhuǎn)換器的型號芯片為AD7794，他的有點(diǎn)就在于功耗低，并且能夠融入終端，這就為降低噪聲和功耗提供了準(zhǔn)備，是最適合低功耗與精度測試的要求。中央的控制器主要是美國的一起，型號為MSP430F149，它最大的優(yōu)勢就是他的低功耗，并且能夠高速處理，開發(fā)更為方便也更為豐富。3硬件設(shè)計(jì)3.1低耗能溫度變送器硬件設(shè)計(jì)3.1.1低耗能溫度變送器最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖3.1顯示的是無限溫度變送器，這是一個最小的系統(tǒng)，這個系統(tǒng)所才有的主要的是微處理器CClll0，電源電路、兩個晶振電路、復(fù)位電路以及下載電路。對其型號進(jìn)行詳細(xì)的介紹，供電的帶能源采用的主要是3.6v的電池，這個電池可以進(jìn)行直接的供電，為能力極強(qiáng)的鏗電池。這個電池內(nèi)部有兩個晶振時鐘存在兩個類型，根據(jù)工作狀態(tài)的不同會選擇不同的時鐘。還有就是復(fù)位電路的設(shè)計(jì)，主要就是保證整個系統(tǒng)都會處于正常狀態(tài)下的運(yùn)行。復(fù)位電路存在一個總開關(guān)，配合一個電阻和電容。通電前的準(zhǔn)備，就是將RESET端的電壓調(diào)整為0，通電后會進(jìn)行充電，主要是VCC對C13進(jìn)行充電。整個充電的過程不是一次性的變化，而是需要持續(xù)的低電平后，利用其中的RESET引腳完成最后實(shí)現(xiàn)一段時間內(nèi)的復(fù)位。當(dāng)總開關(guān)閉合，就會有電荷放出，這時候RESET引腳電平處于低的狀態(tài)，開關(guān)打開后就會重復(fù)以上的上電復(fù)位。次啊再扣的設(shè)置就更為簡單，只需要信號線就可以實(shí)現(xiàn)。圖3.1無線溫度變送器最小系統(tǒng)3.1.2信號處理電路設(shè)計(jì)信號的處理放大器所采用的是儀用放大芯片，該芯片的型號為AD627，這個芯片最突出的優(yōu)勢就是能耗低，設(shè)計(jì)的簡單使得操作方便且靈活，另外搭配上一個電阻，就可以實(shí)現(xiàn)高的增益，增益調(diào)節(jié)的區(qū)間在5-1000。這個信號處理電路的最低工作電壓可以低脂2.2V。其次這個信號所涉及的有一個REF端口，可以利用設(shè)計(jì)的相關(guān)需求調(diào)整，如利用端口的入口進(jìn)行調(diào)節(jié)，能夠利用放大器調(diào)節(jié)到適合的范圍中，這個范圍一定是與A/D檢測相匹配的范圍。其次就是溫度的檢測，所選用的是鉑熱電阻傳感器，這個傳感器所采用的是三線制接法，能夠與系統(tǒng)中的臂橋相連接，能實(shí)現(xiàn)低能耗的提供長期穩(wěn)定的電橋電壓。信號采集電路的供電由MOS管65250統(tǒng)一控制，當(dāng)溫度變送器在工作期間單片機(jī)通過控制G5250的使能控制端去打開工作電源，當(dāng)溫度變送器體眠期間單片機(jī)控制G5250使能端斷開工作電源。該MOS管的工作電壓在2.2V-5V之間，靜態(tài)工作電流只有65uA，最大的關(guān)斷電流只有1uA。信號處理電路如圖3.2所示:圖3.2信號處理電路3.1.3射頻天線的設(shè)計(jì)射頻天線的設(shè)計(jì)主要有兩種方式，分別是采用PCB的天線或者是外接的天線。采用PCB天線的根據(jù)是該設(shè)計(jì)相關(guān)的數(shù)據(jù)理論得出，能夠根據(jù)詳細(xì)的演算去繪制電路，這個電路能在電路板上實(shí)現(xiàn)電磁波的感測和信息的收發(fā)。其中涉及到一種單機(jī)天線，這是一個有線導(dǎo)體天線，能夠?qū)Φ孛嫔系拇怪痹M(jìn)行輸出。圖3.3射頻天線電路3.2主控器硬件設(shè)計(jì)3.2.1復(fù)位電路復(fù)位電路的構(gòu)成主要包括三個部分，其分別是一個10K阻值的電阻，一個luf的電容C23，一個開關(guān)按鍵RST1。該復(fù)位電路可以手動復(fù)位也可以自動復(fù)位。在通電前，開關(guān)REST的電壓為0，當(dāng)電路接通之后C23電容開始充電，在這個過程中，電容的電壓從0開始一直到3.3V慢慢飽和，這是一個循序漸進(jìn)的過程，而非瞬發(fā)過程。因此，REST端可以一直保持較低的電平值，而這個過程中，復(fù)位開關(guān)能夠完成自動復(fù)位。當(dāng)啟動RST1開關(guān)時，C23上電容里的電荷被釋放，REST端口的電壓又瞬間恢復(fù)為0，當(dāng)RST1開關(guān)松開之后，該過程又和通電的過程如出一轍，如圖3.4所示。圖3.4復(fù)位電路原理圖3.2.2JTAG接口電路JTAG下載接口最常被使用，他的接連方式簡單因此得到了普遍的推廣，他利用的是ARM處理器，需要簡單的信號線就能完成功能的在線調(diào)節(jié)。具體電路圖如圖3.5所示。圖3.5JTAG接口硬件原理圖3.2.3電源電路對主控器電源進(jìn)行控制的方面很多，主要就是微處理和相關(guān)設(shè)備的供電處理，能夠根據(jù)電壓進(jìn)行不同的分工與操作，當(dāng)金星不通過作業(yè)時所需要的電源電壓也有所不同，主要是3.3V和5V。3.3V常用于電源系統(tǒng)中最小的系統(tǒng)，對其進(jìn)行供電，此時的功率普遍大于200mW，5V電源功率一般大于33mW，多用在蜂鳴器這種大型宮殿的使用。在此次實(shí)驗(yàn)中最需要注意的是供電的轉(zhuǎn)化，能夠根據(jù)主控器的需要實(shí)現(xiàn)5V和3.3v之間的轉(zhuǎn)化。系統(tǒng)中的3.3V電源是由SV電源經(jīng)過SPX1117-3.3線性穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓得到，這款芯片具有低壓差的特點(diǎn)，最低壓差可以達(dá)到1.1V，同時可提供最大到800mA的穩(wěn)定電流，具體電路如圖3.6所示。圖3.63.3V電源電路原理圖3.2.4存儲電路對電路的存儲也很重要，需要進(jìn)行關(guān)鍵數(shù)據(jù)的保存，這個常用于嵌入式的設(shè)計(jì)，并且利用一些外部的數(shù)據(jù)儲存設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，如FLASH、EEPROM或者SD卡等。在本文的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，需要用戶設(shè)定一定的參數(shù)來讓主機(jī)進(jìn)行預(yù)警。本次實(shí)驗(yàn)所涉及的數(shù)據(jù)線較少，因此選用的儲存零件也會更小，節(jié)省空間并且便于安裝使用，選擇的是EEPROM來對數(shù)據(jù)進(jìn)行儲存。該芯片能夠?qū)崿F(xiàn)與接口的連接，形成STMF103連，這樣的連接方式可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的直接儲存與填寫，具體的堤岸路如圖3.7。圖3.7存儲電路設(shè)計(jì)圖3.2.5485總線通信電路工業(yè)數(shù)據(jù)的測量最為普遍，選取的是485總線，這個能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定于建嶸，此次設(shè)計(jì)就是將其作為數(shù)據(jù)的控制與主要的通信方式。。RS-485通信最早問世于1983，由電子工業(yè)協(xié)會制定并發(fā)布，他彌補(bǔ)了當(dāng)時通信的很多不足，并且在原來的通訊基礎(chǔ)上進(jìn)行了升級與發(fā)展。他有多個方式通信功能，能夠?qū)崿F(xiàn)在一個總線上進(jìn)行多個方式的連接，這種了連接方式拓展了整體的功能，更加具有保護(hù)性，并且其驅(qū)動能力和規(guī)模范圍也有所擴(kuò)大。RS-485通信接口還能實(shí)現(xiàn)降噪模式的處理，能夠擴(kuò)大通訊的距離與范圍，這都由于他內(nèi)在的差分接收器和平衡的驅(qū)動器發(fā)揮作用的原因，這個使得他的最大傳輸速度可以達(dá)到達(dá)10Mb/s，距離可以遠(yuǎn)至1200m。這個通訊的創(chuàng)新使得利用最短的電線傳輸最大的通訊，這是一個巨大的進(jìn)步和創(chuàng)新。本文選區(qū)的正是SP485作為RS-485通信芯片，這個芯片的作用極大，能夠?qū)崿F(xiàn)起保護(hù)的增強(qiáng)并實(shí)現(xiàn)其收發(fā)，并優(yōu)化以往的收發(fā)器存在的不足。具體的電路模式如3.8所示。圖3.8RS-485通信接口電路原理圖4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1無線溫度變送器軟件設(shè)計(jì)4.1.1數(shù)據(jù)采集主程序設(shè)計(jì)無線溫度的變送器采集端的作用很大，選喲完成電池電壓的測量，能夠節(jié)后很多無限通信的數(shù)據(jù)，并接收到接口處，具體的設(shè)計(jì)如圖4.1所示。系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化進(jìn)入休眠模式使能相關(guān)中斷進(jìn)入休眠模式使能相關(guān)中斷定時器喚醒搜尋到網(wǎng)絡(luò)N N定時器喚醒搜尋到網(wǎng)絡(luò)采集溫度發(fā)送Jion請求Y Y采集溫度發(fā)送Jion請求成功加入網(wǎng)絡(luò)采集電壓 N成功加入網(wǎng)絡(luò)采集電壓發(fā)送Link請求發(fā)送數(shù)據(jù)Y發(fā)送Link請求發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)束成功建立連接 N N發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)束成功建立連接 Y圖4.1無線采集主程序流程圖隨后是溫度變送器需要進(jìn)行上電，根據(jù)初始化的硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)，如看門狗和定時器的設(shè)計(jì)。當(dāng)初始化的程序完成后，可以根據(jù)溫度的需要進(jìn)行設(shè)備的傳輸，當(dāng)數(shù)據(jù)在中心設(shè)備檢測搭配網(wǎng)絡(luò)時候會受到溫度變送器的請求。隨著溫度變送器的數(shù)據(jù)搜集，會收到數(shù)據(jù)的信號就會入網(wǎng)成功，隨著數(shù)據(jù)的變化會接受到設(shè)備重新發(fā)射的信號。這種Link信號伊迪娜被接受，就可以接收到變送器和數(shù)據(jù)進(jìn)行通訊。當(dāng)變送器和數(shù)據(jù)中心成建立之后，能設(shè)定時間休眠，再根據(jù)工作的周期進(jìn)行工作的喚醒，也可以根據(jù)喚醒時間進(jìn)行休眠的設(shè)變。在一定的時間設(shè)定下可以進(jìn)行喚醒的設(shè)定，能夠進(jìn)行溫度的設(shè)定和采集，能夠?qū)⒃O(shè)定的反饋回來。4.1.2溫度采集程序設(shè)計(jì)溫度采集程序的軟件流程框圖如圖4.2所示，溫度數(shù)據(jù)測量是一個電路中重要功能，數(shù)據(jù)的測量需要一個具體的精度，但又常常受到外界的影響。需要在保證測量數(shù)據(jù)精準(zhǔn)的基礎(chǔ)上還要注重能好得使用，能夠最大程度降低能耗。在實(shí)際的測算中經(jīng)常采用的手段是利用可續(xù)的計(jì)算方法得出實(shí)驗(yàn)的溫度。受到外界影響時，尤其是受到環(huán)境的干擾時，AD采集的值可能會與實(shí)際值產(chǎn)生一定的偏差，因此在采集數(shù)據(jù)時要多次采集，一次的數(shù)據(jù)不夠精準(zhǔn)，得出的數(shù)據(jù)有一定的偏差沒有可靠性。在實(shí)際的發(fā)展過程中，常常會利用AD進(jìn)行序列組的采樣，這樣獲得數(shù)據(jù)更接近實(shí)際操作的數(shù)據(jù)。本文正是利用這樣的方法進(jìn)行試驗(yàn)，一種去極值數(shù)字濾波算法，具體的的算法是利用信號測量值的多次記錄并進(jìn)請求和處理，篩選掉機(jī)制溫度，求平局值，得出的平均值與真實(shí)的電壓情況最為接近，本次測量中的取樣數(shù)為256。開始開始V[i]＞MaxV[i]＞Max定義變量Max,Min定義變量Max,Mini=0,Max=Min=V[0]設(shè)置循環(huán)次數(shù)i=0,Max=Min=V[0]設(shè)置循環(huán)次數(shù)V[i]＜Min開啟定時器中斷V[i]＜Min開啟定時器中斷 N Min=V[i]低耗能模式 Min=V[i]低耗能模式Vsum+=[i]Vsum+=[i]睡眠定時器中斷 N睡眠定時器中斷i++i++i=256采集數(shù)據(jù)i=256采集數(shù)據(jù) N數(shù)據(jù)處理i=0,Max=Min=V[0] Y數(shù)據(jù)處理i=0,Max=Min=V[0]發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù) 圖4.2溫度采集程序軟件流程框圖本次程序?qū)嶒?yàn)我們選擇了速度最快也最節(jié)約資源的運(yùn)算方法，主要是查表法和線性插值的算法，能夠?qū)崿F(xiàn)在PT100鉑熱電阻傳感器的更這個，首先我們可以對單片機(jī)進(jìn)行一個溫度電阻表的建立，這個建立可以在ROM中實(shí)現(xiàn)，因此我們在中間選取了100個點(diǎn)，這些點(diǎn)的選取范圍為在0-450，祖居為5攝氏度，這樣形成了R[i](阻值)與T[i](溫度)的一一對應(yīng)。當(dāng)實(shí)現(xiàn)開始，溫度進(jìn)行轉(zhuǎn)換時，將最終得到的值Rx通過二分查表，與標(biāo)定值R[i]進(jìn)行比較，當(dāng)確定電阻區(qū)間R[i]<Rx<R[i+1]后，再用線性插值法就可以得到溫度值Tx，即公式(4.1)所求。TX=T[i]+RX由于表中每間隔攝氏度標(biāo)定了一個電阻值，所以實(shí)際溫度值即公式(4.2)所TX=T[i]+5*Ri+14.1.3電池電壓測量程序設(shè)計(jì)變送器的使用是無人化的使用，這個過程中沒人人員進(jìn)行看守，因此設(shè)定能夠自動化實(shí)時進(jìn)行工作狀態(tài)的跟蹤十分重要，尤其是能夠?qū)ぷ鳡顟B(tài)有所了解也十分重要。另外就是電池電壓的測量與設(shè)定，可以隨時知道電壓的工作情況，當(dāng)電池不足或者處于欠壓狀態(tài)時，可以及時的對客戶進(jìn)行提醒并及時更換裝備。電磁的具體測量程序如4.3所示。開始開始系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化配置采樣通道和參考電壓配置采樣通道和參考電壓設(shè)定采樣次數(shù) 設(shè)定采樣次數(shù)低功耗模式 低功耗模式睡眠定時器中斷 睡眠定時器中斷 N采樣值中值濾波啟動AD采樣 Y采樣值中值濾波啟動AD采樣AD采樣啟動AD采樣啟動發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)采樣次數(shù)+1采樣次數(shù)+1采樣完成采樣完成 圖4.3電池電壓測量程序流程圖如圖，我們可以進(jìn)行更進(jìn)一步的操作，首先是對設(shè)備的初始化操作，能夠?qū)D(zhuǎn)換器進(jìn)行設(shè)備的配置與調(diào)試，因?yàn)檎麄€實(shí)驗(yàn)中的電量與電壓是時刻變化的，所以選取測量的時間就變得極其重要。該設(shè)備中的CC1110單片機(jī)可以滿足實(shí)時測量的需要，主要針對的是電源電壓和相關(guān)模擬電壓的功能，實(shí)際的操作中我們無法對電源和電壓進(jìn)行之記得測量。其次就是必須選用穩(wěn)定性較好的參考電壓，在本文實(shí)驗(yàn)中選擇的為1/3的模擬電壓。接下來就是外部基準(zhǔn)源的選擇，需要參考電壓，在該實(shí)驗(yàn)中選擇的的鏗電池電壓正好滿足要求，其基準(zhǔn)電壓為1.2v。根據(jù)流程圖和分析我們可以得出這樣一個結(jié)論，那就是需要正確的選擇AD采樣配置并且進(jìn)行多次的數(shù)據(jù)采集，得出最終的數(shù)據(jù)選項(xiàng)。4.1.4休眠定時器設(shè)置溫度變送器在實(shí)際的運(yùn)用中需要進(jìn)行休眠的設(shè)定。溫度的變化會造成電池公共點(diǎn)的方式有所不同，因此休眠定時可以降低一定的系統(tǒng)功耗，這對于整個系統(tǒng)來說十分重要。其次就是如何對溫度變送器進(jìn)行休眠，最常見的方式就是利用無限溫度變送器，他的數(shù)據(jù)與整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)項(xiàng)連接后，就會隨著時間的變化進(jìn)行同步設(shè)計(jì)。這樣能夠?qū)崿F(xiàn)時間上的同步處理。其次是在這個工作條件下環(huán)形的可以減少時間差距所產(chǎn)生的變送器的不同步，減少工作定時器喚醒的通訊問題及可能產(chǎn)生的影響。采用公式(4.3)來使設(shè)備的喚醒時間分突開，TSTART=ID*TSLOT(4.3)在這個公式中，TSTAR代表的是休眠結(jié)束的時間。該公式所得出的結(jié)果能保證每個溫度變送器都能實(shí)現(xiàn)在不同時間的喚醒，這樣能夠方式系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的缺失或者其他可能存在的問題。當(dāng)數(shù)據(jù)傳送到中心后，會進(jìn)入到休眠狀態(tài)，一旦到達(dá)設(shè)定的時間會再次喚醒，進(jìn)行循環(huán)的記錄。這樣的程序模式從根本上降低了能耗來保證其使用時間和通訊的可靠性。4.2數(shù)據(jù)中心節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)4.2.1數(shù)據(jù)中心主程序設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中心的作用十分突出，需要進(jìn)行星狀網(wǎng)絡(luò)的建立，能夠?qū)⒐芾淼臏囟人腿刖W(wǎng)格中，并獲取電池電壓中的數(shù)據(jù)并反傳至數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心的主要模式和節(jié)點(diǎn)如圖4.4所示。根據(jù)所設(shè)計(jì)的模型格式，數(shù)據(jù)中心一旦通電第一步就是初始化的程序運(yùn)用，即對所有的數(shù)據(jù)和資源實(shí)現(xiàn)初始化。最后根據(jù)SMPL_Init(sCB)函數(shù)初始化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧進(jìn)行通訊的控制。樹蕨中心可以根據(jù)所得到的反回至進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收，根據(jù)接收到的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)的決策，來分辨是溫度變送器和網(wǎng)絡(luò)請求的數(shù)據(jù)。得到的是溫度變速器的數(shù)據(jù)請求，就會條用調(diào)用SMPL-SLinkListen()進(jìn)行后續(xù)的入網(wǎng)處理，如果是網(wǎng)絡(luò)請求數(shù)據(jù)，就會進(jìn)入另一個調(diào)用SMPL-Send()進(jìn)行書的傳輸。這些數(shù)據(jù)都最終會回到主控器中。開始開始系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化使能相關(guān)中斷使能相關(guān)中斷網(wǎng)絡(luò)建立成功網(wǎng)絡(luò)建立成功 N偵聽是否有信號 Y偵聽是否有信號 N判斷收到的信號 Y判斷收到的信號收到的為數(shù)據(jù)幀收到的為Jion請求信號收到的為數(shù)據(jù)幀收到的為Jion請求信號讀取采集數(shù)據(jù)建立連接，分配地址讀取采集數(shù)據(jù)建立連接，分配地址數(shù)據(jù)通過485總線發(fā)送給主控器數(shù)據(jù)通過485總線發(fā)送給主控器圖4.4數(shù)據(jù)中心程序流程圖4.2.2RS-485通信程序設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中心通過通訊程序?qū)崿F(xiàn)整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)間的傳輸，在整個數(shù)據(jù)中心中，最常采用的就是RS-485總線通訊方式。也就是說，無線的溫度變送器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集后，會根據(jù)協(xié)議的內(nèi)容發(fā)送整個數(shù)據(jù)。具體的通訊模式如圖圖4.5所示。發(fā)射信號是第一步，只有使得485處于發(fā)送信號的狀態(tài)，才能進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送，并且利用數(shù)據(jù)緩沖區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)的編寫與寄存，并打包給數(shù)據(jù)中心進(jìn)行判斷，判斷其完整性與有效性。調(diào)用SMPL-Send()開始開始使能485發(fā)送器使能485發(fā)送器配置發(fā)送數(shù)據(jù)的個數(shù)配置發(fā)送數(shù)據(jù)的個數(shù)清除發(fā)送標(biāo)志位清除發(fā)送標(biāo)志位寫發(fā)送數(shù)據(jù)到寫發(fā)送數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)發(fā)送成功 N數(shù)據(jù)發(fā)送成功 發(fā)送計(jì)數(shù)+1發(fā)送計(jì)數(shù)+1數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束 N 結(jié)束結(jié)束圖4.5通信程序流程圖4.3路由節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)路由器的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)也十分重要，這個節(jié)點(diǎn)在學(xué)術(shù)領(lǐng)域也稱為范圍的擴(kuò)大節(jié)點(diǎn)。這個需要依賴一定的中心節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，并且這個中心節(jié)點(diǎn)會收到距離的限制，因此會增加該節(jié)點(diǎn)在其中的控制范圍。該節(jié)點(diǎn)主要的進(jìn)行模式如下，第一步是進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)和硬件的初始化程序，隨后發(fā)送中心數(shù)據(jù)來得到入網(wǎng)的請求。最后路由器節(jié)點(diǎn)加入會開始進(jìn)行檢測和數(shù)據(jù)的反饋發(fā)送。在進(jìn)行此向程序的時候是不允許有其他的操作，只能進(jìn)行設(shè)數(shù)據(jù)的接受與發(fā)送。該設(shè)計(jì)的軟件流程圖如圖4.6所示。接收數(shù)據(jù)開始接收數(shù)據(jù)開始轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)板級初始化轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)板級初始化協(xié)議棧初始化協(xié)議棧初始化是否轉(zhuǎn)發(fā)是否轉(zhuǎn)發(fā)請求加入網(wǎng)絡(luò)請求加入網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)加入成功轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)加入成功 N圖4.6路由節(jié)點(diǎn)軟件流程圖5實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析5.1溫度變送器功耗測試本次實(shí)驗(yàn)需要對無限的溫度變送器進(jìn)行篩選，這個無限的變送器主要依靠采集電路和射頻電路采集數(shù)據(jù)。這個數(shù)據(jù)采集需要進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的記錄。數(shù)據(jù)通過射頻進(jìn)行中轉(zhuǎn)與發(fā)送。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，我們將不同功耗下的消耗電流進(jìn)行記錄，具體的電流數(shù)據(jù)如表5.1所示。表5.1不同模式的耗電測試功耗模式電流持續(xù)時間功耗PM270μA10s70mA正常工作32.1mA50ms1605mA從表5.1可以看出:無線溫度變送器每天消耗的能量:P1=70+1065mA?ms/cycle3600000ms/h使用武漢孚安特ER18505M鋰亞硫酰氯電池，其額定電壓為+3.6V，容量為2200mAh綜合考慮電池的損耗，電池只有百分之八十的容量有效，可以計(jì)算出無線溫度變送器的使用周期為(2200mAh/0.1675mA)*80%≈42682h≈437day。5.2溫度變送器精度測試習(xí)用的正常通訊離不開無限溫度的變送器，并且要對起進(jìn)行極其精確的測試，一個是熱力電阻的精確使用?？梢允褂脺?zhǔn)確度為0.005%的高