遠程紅外溫度采集系統(tǒng)設計

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遠程紅外溫度采集系統(tǒng)設計

　　遠程紅外溫度采集系統(tǒng)設計【1】

　　摘要遠程紅外溫度采集系統(tǒng)是采用紅外通訊技術(shù)實現(xiàn)對溫度數(shù)據(jù)的采集，紅外通訊技術(shù)是基于AT89C51單片機的紅外溫度采集系統(tǒng)設計，其操作簡單、使用方便、使用成本低等特性在溫度采集方面得以廣泛的應用。

　　其能夠?qū)崟r的對周圍環(huán)境溫度進行采集和監(jiān)視，通常條件下可檢測10m左右的范圍內(nèi)的溫度。

　　關鍵詞 DS18B20;紅外線;脈寬調(diào)制

　　0 引言

　　遠程紅外溫度采集系統(tǒng)是通過紅外通訊技術(shù)實現(xiàn)對溫度的信息的數(shù)據(jù)傳輸，紅外線經(jīng)過發(fā)射器發(fā)射到指定位置，探測到有效數(shù)據(jù)后返回經(jīng)過接收器接收，完成對溫度信息的采集。

　　遠程紅外溫度采集系統(tǒng)是采用紅外通訊技術(shù)實現(xiàn)對溫度數(shù)據(jù)的采集，紅外通訊技術(shù)是基于AT89C51單片機的紅外溫度采集系統(tǒng)設計，其操作簡單、使用方便、使用成本低等特性在溫度采集方面得以廣泛的應用。

　　其能夠?qū)崟r的對周圍環(huán)境溫度進行采集和監(jiān)視，通常條件下可以檢測10m左右的范圍內(nèi)的溫度。

　　本文結(jié)合紅外通訊技術(shù)介紹一種基于單片機遠程紅外測溫系統(tǒng)，并對該系統(tǒng)的設計方案及設計原理進行了詳細討論。

　　1 紅外通信原理

　　紅外通信原理流程是發(fā)射模塊是由單片機構(gòu)成，能夠調(diào)制二進制編碼數(shù)據(jù)，使其轉(zhuǎn)換為脈沖數(shù)據(jù)串信號，在經(jīng)過發(fā)射管的推動發(fā)射出去紅外信號。

　　在接收端通過紅外線脈沖波的接收模塊對紅外信號進行接收，在通過檢驗、放大、編制、譯碼轉(zhuǎn)化為可讀的有效數(shù)據(jù)。

　　紅外線接收模塊通過一體化紅外接收頭接收解調(diào)，并通過單片機解碼，再顯示在數(shù)碼顯示管上供我們讀取數(shù)據(jù)。

　　紅外通信原理流程：

　　單片機(輸出調(diào)制)-紅外發(fā)射電路(發(fā)送)-一體化紅外接收頭(接收解調(diào))-單片機(解碼)-顯示管(顯示數(shù)值)。

　　2 系統(tǒng)設計方案

　　遠程紅外溫度采集系統(tǒng)設計的硬件設備采用數(shù)字溫度傳感器(DS18B20)對周圍環(huán)境的溫度進行采集，在通過單片機(AT89S51)對溫度信息進行輸出調(diào)制，經(jīng)過調(diào)制后通過紅外線發(fā)射電路(二極管發(fā)射器)發(fā)射到空中，接收端采用一體化紅外接收頭對發(fā)射端發(fā)射過來的紅外線進行采集，經(jīng)過接收解調(diào)(檢驗、放大等)，傳送給單片機(AT89S51)進行解碼，通過四位數(shù)碼顯示管顯示出當前環(huán)境的溫度。

　　硬件設計與實現(xiàn)：

　　1)數(shù)字溫度傳感器(DS18B20)

　　數(shù)字溫度傳感器(DS18B20)能夠感知環(huán)境周圍的溫度，并將感知的溫度進行采集和將溫度信息轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)，數(shù)字溫度傳感器(DS18B20)通過對1線I/O口進行數(shù)據(jù)寫入，再采用串行通信與微控制器進行通信(溫度傳感器工作電壓3V～5V，測量溫度精度0.5°，測量溫度范圍-55°～+125°)溫度采集電路如圖示。

　　2)控制單元

　　遠程紅外溫度采集系統(tǒng)的控制單元采用單片機AT89S51，單片機AT89S51擁有8KB的FlashROM內(nèi)存，可進行反復的數(shù)據(jù)存儲與擦拭，用于對數(shù)字溫度傳感器(DS18B20)感應到的溫度信息進行存儲和編輯。

　　單片機AT89S51擁有連接數(shù)字溫度傳感器(DS18B20)與數(shù)碼顯示二級管的連接接口，可將溫度信息進行調(diào)制傳輸和解制顯示。

　　3)顯示模塊

　　遠程紅外溫度采集系統(tǒng)的溫度是通過4位八段的數(shù)碼管顯示，能夠?qū)⒉杉臏囟葦?shù)值精準到0.1°。

　　3 軟件設計原理

　　經(jīng)紅外遙控接收器對紅外脈沖信號的每個脈寬進行測量，通過CPU解碼，同時執(zhí)行指令還原PWM碼。

　　將紅外脈沖的脈寬以二進制數(shù)值(0，1)表示，對紅外脈沖信號的脈沖寬度、間隔時間、脈沖周期進行劃分脈沖寬度在0.56ms，間隔時間在1.68ms，脈沖周期在2.24ms的脈沖信號用“1”表示，其他寬度、間隔時間、脈沖周期的脈沖信號用“0”表示。

　　當INT0為高電平時啟動定時器進行計數(shù);到INT0變?yōu)榈碗娖綍r，結(jié)束計數(shù)，讀取這一周期T0的數(shù)值。

　　再將T0設置為初值0，進行循環(huán)操作。

　　通過單片機對二進制“0”“1”進行解碼，并在數(shù)碼管中顯示出所探測的環(huán)境溫度數(shù)值。

　　4 結(jié)論

　　遠程紅外溫度采集系統(tǒng)的設計主要是通過數(shù)字溫度傳感器(DS18B20)對周圍環(huán)境的溫度進行采集，在通過單片機(AT89S51)對溫度信息進行輸出調(diào)制，經(jīng)過調(diào)制后通過紅外線發(fā)射電路(二極管發(fā)射器)發(fā)射到空中，接收端采用一體化紅外接收頭對發(fā)射端發(fā)射過來的紅外線進行采集，經(jīng)過接收解調(diào)(檢驗、放大等)，傳送給單片機(AT89S51)進行解碼，通過四位數(shù)碼顯示管顯示出當前環(huán)境的溫度。

　　我們通過對紅外線傳輸與接收原理的學習，更好的掌握遠程紅外溫度采集系統(tǒng)的設計。

　　制作的無線紅外溫度采集系統(tǒng)硬件，可以實現(xiàn)溫度的無線采集，并且相當精確。

　　本系統(tǒng)中38kHz載波的產(chǎn)生和紅外編碼都是通過軟件產(chǎn)生，節(jié)省了硬件。

　　當然，電路還有些改進的地方，比如可設置溫度上下限，并能進行報警，起到提醒用戶的作用。

　　參考文獻

　　[1]陳杰.傳感器檢測技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2004.

　　[2]MoulyM，PauterMB.GSM數(shù)字移動通信系統(tǒng)[M].北京：電子工業(yè)出版社，1996.

　　[3]李朝青.單片機原理及接口技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學出版社，2005.

　　[4]孫涵芳，徐愛卿.MCS51系列單片機原理與應用[M].北京：北京航空航天大學出版社，1991.

　　[5]馬忠梅，籍順心.單片機的C語言應用程序設計(第3版)[M].北京：北京航空航天大學出版社，2003.

　　遠程多點溫度采集系統(tǒng)的設計【2】

　　摘要：本文介紹了用于液化汽儲罐計算機遠程多點溫度采集系統(tǒng)的設計過程、方法以及該系統(tǒng)的硬件構(gòu)成。

　　下位機的軟件設計是在硬件設計的基礎上，根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)劃分功能模塊，進行主程序和各模塊程序的設計。

　　上位機用VC++6.0編寫了相應的通信及控制程序。

　　由PC機和8031組成的遠程控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，控制簡便、靈活，人機界面友好，進行大量的數(shù)據(jù)傳輸及數(shù)據(jù)處理極為方便。

　　關鍵詞：遠程;溫度采集系統(tǒng);PC機;8031單片機;串行通信

　　溫度是液化汽儲罐的一個重要參數(shù)，所以要進行多點測量，為實現(xiàn)對溫度的控制提供數(shù)據(jù)。

　　系統(tǒng)檢測溫度范圍為0～50℃，分辨率≤0.2℃。

　　在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，常利用PC機串行口通過串行通信，實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)采集。

　　這一問題可以通過微機與下位機的串行通信來解決。

　　遠程多點溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以8031單片機為下位機進行現(xiàn)場四點溫度數(shù)據(jù)采集，并實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)向PC機的串行傳輸。

　　PC機通過串行通信向下位機發(fā)布數(shù)據(jù)傳送命令，完成數(shù)據(jù)處理、存儲、顯示及歷史查詢。

　　一、系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

　　Win環(huán)境下遠程多點溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖如圖1所示。

　　系統(tǒng)的硬件構(gòu)成主要由兩大部分組成：一是8031單片機作為下位機所控制的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集電路，負責采樣溫度數(shù)據(jù);另一是PC機與8031單片機的遠程通信電路。

　　(一)8031單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

　　本設計的溫度檢測范圍屬于低溫，采用集成溫度傳感器AD590，其工作溫度范圍為-55～150℃。

　　它能把溫度信號轉(zhuǎn)換為與溫度成比例的電流信號，再通過OP07對電流作加法運算，在運放輸出端可得到合適的電壓信號，作為A/D轉(zhuǎn)換器的輸入。

　　A/D轉(zhuǎn)換器的種類很多，本設計選用8位通用型ADC0809。

　　ADC0809輸出8位二進制數(shù)，片內(nèi)有三態(tài)輸出鎖存器，因此與8位機的連接比較簡便。

　　將A/D轉(zhuǎn)換器作為8031的一個擴展I/O口，用高位地址線P2.7(結(jié)合或)選通芯片。

　　模擬輸入通道地址的譯碼輸入信號A、B、C，由低位地址線P0.0～P0.2經(jīng)鎖存器后提供。

　　這樣輸入通道IN0～IN7的口地址為7FF8H～7FFFFH，而本設計只要求進行4點溫度數(shù)據(jù)采集，只用輸入通道IN0～IN3。

　　由于只對4路模擬信號進行數(shù)據(jù)采集，故選擇常用的8031作為下位機。

　　片外程序存儲器選用2732A EPROM，容量為4K×8位，留有相當余量。

　　8031的端固定接地。

　　P0口通過鎖存器74LS373向 EPROM提供低8位地址，同時復用作為數(shù)據(jù)線。

　　和是訪問外部程序存儲器的兩個控制信號。

　　2732A的數(shù)據(jù)線接8031的P0口。

　　12根地址線中，低8位接鎖存器輸出端，高4位接8031的P2口。

　　輸出允許端與8031的相連。

　　因只有一片EPROM，其片選端可以不接高位地址線而固定接地。

　　8031單片機與PC機之間的通信為了減少送線、降低成本，采用串行通信方式。

　　若將PC機與8031的RS-232C串行口直接相連,雙方收發(fā)最大距離為15m。

　　而在實際應用中，最大距離遠大于此值。

　　為此，采用了一個RS-232C到RS-422方式的轉(zhuǎn)換裝置，使PC機與8031間接相連，以RS-422A方式進行通信，這樣可大大增加傳送距離。

　　RS-422A標準是一種以平衡方式傳輸?shù)臉藴剩呻p端發(fā)送、雙端接收。

　　發(fā)送端和接收端分別采用平衡發(fā)送及差動接收。

　　通過前者把邏輯電平變成電位差，完成終端信息接收。

　　并且RS-422A采用雙線傳輸，大大提高了抗干擾能力。

　　最大傳輸速率可達10Mbit/s(傳輸距離15m時)，傳輸速率降至90 Mbit/s時，最大傳輸距離可達1200 m，這能充分滿足系統(tǒng)“遠程”的要求。

　　MC1489是RS-232C串行通信接x器，它把計算機串行TXD發(fā)出的232C電平轉(zhuǎn)換為TTL電平，供MC3487驅(qū)動傳輸。

　　MC1488是RS-232C串行通信發(fā)送器，它把MC3486接收的電平，送到計算機串行接收RXD。

　　這樣接入該轉(zhuǎn)換器后，PC機與8031變成了差分傳輸，只需D+、D-兩根雙絞線就能提高傳輸距離，并消除了共地電勢的影響。

　　(二)硬件合成

　　把以上各單元組合起來，得到完整的硬件系統(tǒng)，如圖2所示。

　　二、8031單片機程序的編制

　　8031單片機作為PC機的下位機，一方面要定時完成現(xiàn)場溫度數(shù)據(jù)的采集、更新;另一方面，要能接收上位機定時發(fā)出的“準備發(fā)送數(shù)據(jù)”命令，產(chǎn)生中斷，實現(xiàn)與PC機的串行通信。

　　所以，8031單片機的程序主要由串行通信程序和數(shù)據(jù)采集程序組成。

　　(一)串行通信程序的編制

　　8031的主程序主要完成系統(tǒng)的初始化，包括定時器、串行口、中斷系統(tǒng)的初始化，然后等待中斷。

　　中斷有上位機發(fā)出的“準備發(fā)送數(shù)據(jù)：命令而產(chǎn)生的串行口中斷，還有自己定時啟動A/D轉(zhuǎn)換器的定時中斷，優(yōu)先級以串行口中斷為高優(yōu)先級。

　　主程序流程圖如圖3所示。

　　1.串行口初始化。

　　串行通信方式選方式1。

　　方式1為波特率可變的8位異步通信方式，由TXD發(fā)送，RXD接收。

　　一幀數(shù)據(jù)為10位：1位起始(低電平)、8位數(shù)據(jù)位(低位在前)和1位停止位(高電平)。

　　波特率取決于定時器T1的溢出率(1/溢出周期)和波特率選擇位SMOD。

　　用定時器T1作波特率發(fā)生器時，通常選用定時器工作方式2(8位重裝定時初值)，但要禁止T1中斷(ET1=0)，以免T1溢出時產(chǎn)生不必要的中斷。

　　設TH1和TL1的初值為N，那么

　　2-1從而得到定時器T1工作在方式2時的初值為：

　　2-2在波特率的設置中，SMOD位數(shù)值的選擇影響著波特率的準確度。

　　本設計中，波特率=2400b/s，fosc=6MHZ，這時SMOD位可以選0或1。

　　由于對SMOD位數(shù)值的不同選擇，所產(chǎn)生的波特率誤差是不同的。

　　無線溫度采集系統(tǒng)設計【3】

　　摘要：本設計的主要目的是通過無線的方式代替過去由人工來完成的溫度數(shù)據(jù)采集任務，一方面減少了人工測量的繁瑣，以及在復雜環(huán)境下人工測量的不便;另一方面可以通過軟件快速分析多點的溫度及其一點時間內(nèi)的變化。

　　關鍵詞：MSP430F149單片機：NRF905無線模塊;DS18820

　　一、設計要求

　　無線溫度采集系統(tǒng)用于對多點的溫度實時監(jiān)測，便于工作人員對溫度的控制。

　　整體的設計要求主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)和功能兩個方面。

　　(一)結(jié)構(gòu)要求：

　　1、該系統(tǒng)山一個接收顯示終端和若干溫度采集節(jié)點組成：

　　2、通過無線方式進行數(shù)據(jù)傳輸。

　　(二)功能要求：

　　1、按下接收顯示終端的按鍵1，控制溫度采集節(jié)點l采集溫度，并返回溫度數(shù)據(jù)，通過串口上傳電腦顯示：

　　2、按下接收顯示終端的按鍵2，控制溫度采集節(jié)點2采集溫度，并返回溫度數(shù)據(jù)，通過串口上傳電腦顯示;

　　3、按下接收顯示終端的按鍵3，自動控制溫度采集節(jié)點l和2采集溫度，定時返回兩個節(jié)點的溫度數(shù)據(jù)，上傳到電腦顯示。

　　4、可以設定溫度上限，如果所采集溫度超過設定范圍，則接通報警電路。

　　二、總體設計

　　(一)系統(tǒng)組成及工作原理

　　系統(tǒng)組成如圖l所示。

　　系統(tǒng)分為接收顯示終端和采集節(jié)點兩部分。

　　1、接收顯示終端：

　　主要由鍵盤、MSP430F149單片機、數(shù)碼管、串Ll、蜂嗚器和NRF905無線模塊等六部分組成。

　　鍵盤共有三個按鍵，對應著整體設計的三個功能，完成操作指令的輸入;然后將按鍵信息傳給單片機，單片機根據(jù)按鍵信息來控制數(shù)據(jù)通過無線收發(fā)模塊的發(fā)送和接收，以及數(shù)

　　碼管的顯示，并將接收到的信息通過串口發(fā)送給上位機顯示。

　　2、采集節(jié)點：

　　主要由溫度傳感器、MSP430F149單片機和NRF905無線模塊等三部分組成。

　　三、硬件設計

　　(一)硬件組成

　　接收顯示終端以單片機為核心連接鍵盤、數(shù)碼管、串口、蜂鳴器、無線收發(fā)模塊等五個部分;答題器以單片機為核心連接溫度傳感器和無線收發(fā)模塊兩部分。

　　(二)單片機核心模塊

　　我們在整體設計中選用的是TI公司的MSP430系列單片機MSP430F149，它是由2個16伍定時器、8路快速12位A/D轉(zhuǎn)換器、2個通用串行同步/異步通信信號接口(US-ART)和48個I/O引腳等構(gòu)成的超低功耗微控制器。

　　該單片機具有以下幾個特點：

　　(1)功耗低，可使用戶的應用系統(tǒng)長時間工作在電池供電系統(tǒng)中;

　　(2)具有l(wèi)6位的體系結(jié)構(gòu)及16位的CPU數(shù)據(jù)處理能力和常數(shù)發(fā)生器，可使單片機實現(xiàn)代碼效率最大化：

　　(3)主要編程語言是C語言，引進了Flash型程序存儲器和JTAG技術(shù)，使丌I發(fā)工具變得簡便，而且價格也相對低廉，并且還可以實現(xiàn)在線編程。

　　(三)接收顯示終端電路

　　接收顯示終端的電路主要由7部分組成，分別為單片機電路、數(shù)碼管電路、鍵盤電路、串口電路、報警電路、電源電路、NRF905模塊電路等。

　　數(shù)碼管電路：由四個共陽極數(shù)碼管和若干電阻、晶體管組成，與單片機的P4口和P5口連接，控制信號力低電平有效，P4口控制數(shù)碼管的位選信號，決定由哪一位數(shù)碼管顯示，P5口控制數(shù)碼管的段選信號，決定數(shù)碼管顯示的內(nèi)容。

　　鍵盤電路：由三個觸控式開關和上拉電阻組成，與單片機的P1 口連接，按鍵閉合前相應的引腳為高電平，閉合時變?yōu)榈碗娖�，松開按鍵后恢復為高電平。

　　主機鍵盤電路如圖4所示。

　　串口電路：豐要由max232芯片組成，負責完成單片機和上位機之間的通信，通過串口把采集到的各節(jié)點溫度上傳給電腦顯示。

　　電源電路：負責各個模塊電路的電源供電，采用USB供電。

　　報警電路：主要由一個峰鳴器組成。

　　NRF905模塊電路：采用低功耗射頻傳輸單元NRF905芯”，與單片機的P2 11和P3口連接，3.3伏的電源供電。

　　(1)433MHz開放ISM頻段免許可證使用;

　　(2)最高工作速率50kbps，高效GFSK調(diào)釩抗干擾能力強，特別適合工業(yè)控制場合;

　　(3)125頻道，滿足多點通信和跳頻通信需要：

　　(4)內(nèi)置硬件CRC檢錯和點對多點通信地址控制;

　　(5)收發(fā)模式切換時間<650us;

　　(6)模塊可軟件設地址，只有收到本機地址時才會輸出數(shù)據(jù)(提供中斷指示)，可直接連接各種單片機使用，軟件編程非常方便;

　　(7)標準DIP間跑接口，便于嵌入式應用;

　　(8)RF Module-Quick-DEV快速開發(fā)系統(tǒng)。

　　答題器的電路主要由4部分組成，分別為單片機電路、溫度采集電路、電源電路、NRF905模塊電路等。

　　溫度采集電路：主要基于單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20芯片。

　　DS18B20芯片支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為-55℃―+125℃，在-10℃―85℃范圍內(nèi)，精度為±0.5℃.現(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，支持3V―5.5V的電壓范圍，DS18820可以程序設定9-12位的分辨率，精度為±0.5℃。

　　電源電路：負責各個模塊電路的電源供電，采用USB供電。

　　NRF905模塊電路：采用NRF905半雙工無線收發(fā)模塊，與單片機的P2口和P3口連接，3.3V的電源供電。

　　四、軟件設計

　　(一)軟件結(jié)構(gòu)

　　整體程序設計主要分為NRF905的初始化、發(fā)送函數(shù)、接收函數(shù)、鍵值讀取、數(shù)碼管顯示、串口的初始化等6個模塊。

　　(二)主程序設計

　　程序的全局變量為keyval，在系統(tǒng)工作過程中，單片機不斷掃描P1口的電平變化，并將相應的鍵值信息、賦給變量keyval，之后按照相應的指令執(zhí)行。

　　采集節(jié)點部分：

　　始終處于接收狀態(tài)，當收到監(jiān)控中心發(fā)來的指令后，通過溫度傳感器采集當前的溫度數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)打包發(fā)送給接收顯示終端，最后返回接收狀態(tài)。

　　參考文獻：

　　[1] 蒲正剛.無線溫度采集系統(tǒng)[J].西南石油學院學報.2006年2月

　　[2] 岳鵬霞.無線溫濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計[J].現(xiàn)代電子技術(shù).2010年2月