PDF《温度无线采集的系统设计》

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ECHNOLOGYⅡ师0RMAlrION 2008年第11期 温度无线采集的系统设计 王刚(武警黑龙江省总队司令部通信处黑龙江哈尔滨150070) 【摘要】随着工农业生产对温湿度的要求越来越高,准确测量温度变得至关重要.

本文设计的目的主要是利用传感器采集外界的温度度, 利用无线传输实现在上住机显示采集到的温度.本文主要利用温度传感器采集温度的模拟量.并且利用放大电路将测量的小信号放大,然后利 用AD转换器将放大后的模拟量转换为单片机能够识别的数字量,并由单片机进行处理.并通过无线传输模块将测量的数值传输给PC机.本 设计结构简单,但应用范围广泛,使用方便,而且节约资源,同时可以进行远距离的监控. 【关键词】温度;

数据采集;

单片机;

无线 【Abs咖ct】winl the mo他柚d more.equest of industry蛐d a咖culture production iIl the tempemture,it‰cs very imponant to叫rvey tlle tefr畔ratum accumtely.The purplose to山js desjgn is瑚ajIlly to use the呦sducer lo gatJ】er exte蒯t锄pe糟ture,锄d then use the Wire】e路trall咖ission to rev髓lthe gathered temperatu陀on tlle position Inachine.nis de8i印m且illIy uses the temperatIlre t删1sducer to gather tlIe锄alog qu卸tit)r 0f tlle temperature,enlarges surveyed Small si驴al by usirlg the enlargement electric circuit,锄d tlIen u跎8 AD converter t.change enlarged nalog qIlaIltity into the di矛tal qualltity which will be able to be distinglli8hed by the micmcllip.ne data i8啪sIIlitted thmugll the wireless 岫nsmission module to tlIe Pc.This system i8 0f simpJe stnlcture,but in e)【temive印plication r锄铲,easy being u8ed.Moreover.It姐ves the resourc髓and a】so,the long瑚ge monitor my be c商ed on at the 8鲫e tiIne. 【key words】temper砒uret;

data collection;

microchip;

wireles8 1.引言 温度的测量广泛应用于工业过程、农业温室、仓库和智能建筑等 领域,随着社会的发展和生活水平的提高,小型、灵敏的温度测茸系统 在现代生活中,尤其是在智能温湿大棚和智能办公大厦中有着广阏的 应用前景.在工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门.经常需 要对环境温度进行测量及控制.准确测量温度对于生物制药、食品加 工、造纸等行业更是至关重要的.在农业领域,尤其一些经济作物的生 产,在其幼苗期要详细记录温湿度值,准确及时地测黉土壤潮及温度. 能够保证农作物的良好生跃,对于农作物的高产与丰收起到关键作 用,同时使水资源得到最优配置. 2.方案设计 温度采集系统整体硬件结构主要由温度测量系统,单片机处理系 统,无线串行接口通信,PC机数据管理部分与直流电源系统几大部分 组成.它的原理框图如图1所示. 原理是用模拟传感器,通过模数转换电路向单片机传送数字量. 再通过无线传输模块传到微机上.各组成部分的作用如下. 图1 温度采集系统硬件结构框图 温度测景系统:包括模拟温度传感器、放大器、A,D转换电路组 成.完成数据采集的功能,把被测量转换成数字信号.其中传感器将被 测信号量转换成电压量;

放大器将传感器输出的小信号放大.放大器 的输出结果满足模数转换的转换范嗣;

A,IJ转换(模数转换)将模拟量 转换成数字量. 单片机处理系统:从发送端(模数转换)接收数据,并对接收到的 数据进行编码,然后通过输出端口输出. 无线串行通信电路:由单片射频收发芯片nRF401和MAX232电 平转换芯片组成.实现单片机与微机的无线串行通信.. 数据接收、显示部分:接收并用PC机显示无线传输来的数据. 3.硬件电路设计 3.1传感器及接口电路 本设计的温度测量电路如图2所示,温度传感器选择电流输出的 温度传感器AD590.AD590相当于一个恒定的电流源,其输出电流足 以绝对温度零度(-273℃)为基准,每增加1℃,它会增加1肚输出电 流.由于被测物理量经传感器转换得到的电信号的幅度(如电流、电压 等)往往很小,不适合进行A/D转换,因为,ADc0809的精度有限,小 信号转换后数值差距很小,误差较大,因此,需对这些模拟电信号进行 放大处理. AD590的输出电流IO=(273+T) A(T为摄氏温度).因此测量的 电压为U0=(273+T)仙A*10K=(2.73+T,100)V. 放大电路的核心部件是运算放大器,可以选用通用运放LM324. LM324是单片高性能内补偿运算放大器,具有较宽的共模电压范围, 在使用中不会出现闩锁现象.可用作积分器、求和放大器及普通反馈 放大器.它的特性是:不需外部频率补偿、具有短路保护、失调电压到 零的能力、较宽的共模和差模电压范围、功耗低、无阻塞现象.采集转 换后的信号经过放大电路放大后.可以增大信号对温度变化的灵敏 度. 图2 AD590温度测量电路 图2中U1为第一级运放,其放大比例为1:l,即输出等于输入,所 以第一级运放又是电压跟随器.其作用是电压测莆出来的同出电流. 第二级运放U2的放大比例也为l:l.同时输出与输入反相,即反向器. 第三级运放U3.放大比例为l:10,同时输出与输入反相,即反向比例 放大器. 放大器的放大倍数由AD590的输出电压范围与ADC0809的输 入电压范围有关.因为AD590输出的电压值为T,100,而ADC0809的 输入电压范围为O到5V,因此,放大器的放大倍数选择在10倍. 3.2 A/D转换电路的设计 ADC0809是带有8位A巾转换器、8路多路开关以及微处理机兼 容的控制逻辑的CMOS组件.它是逐次逼近式A,D转换器,可以和单 片机直接接口.单片机的晶振频率是12MHz的,AT.E输出的频率是6 分之一晶振频率.即2MHz.而AD0809的时钟频率范围是10K到1280KHz.通常使用频率为500KHz.为了满足AD0809转换频率的要 求.采用74Ls74对ALE输出的频率进行4分频,得到500KHz的频 率.从而满足了要求. 3.3主控系统电路的设计 本文采用Atmel公司的AT89S5l单片机,是一种低功耗、高性能 的单片机,片内带有一个4KB的可编程/可擦除/只读存储器.工作电 压范围为2.7―6v(实际使用+5v供电),8位数据总线.它有一个可编 程的全双1二串行通信接口.能同时进行串行发送和执着收了通过RxD 引脚(串行数据接收端)和TxD引脚(串行数据发送端)与外界进行通 信. 万方数据 科技信息 OIT技术论坛o 2008年第1l期图3 ADC0809与单片机的接口电路图 图4显示电路 3.4显示电路的设计 本设计采用共阳极LED,即发光二极管的阳极连在一起的f公共 端K0).为简化电路,降低成本,将所有位的段选线并联在一起.由一 个8位I,0口控制.而共阳极公共端K0分别由相应的I,0线控制,实 现各位的分时选通.本设计共驱动3个数码管,用P1口进行段选.用P2.0到P2.2进行位选.其中第一位为符号位,当显示为正值时.第一 位不显示,当显示为负值时,数码管g段亮,其他灭,显示一个负号.总 体的显示值可从一99到+99.显示电路如图4所示.其中用到了三极管 9012,其中有两个功能,其一是可以有开关作用,即用于控制数码管的 导通和关断,其二是功率放大作用,将数码管点亮. 3.5无线传输部分电路的设计 射频收,发电路具有2个信号通道,适合需要多信道工作的特殊 场合;