温度数据采集与无线传输系统设计

2016-2017学年第二学期
课程实验报告
课程名称：无线传感网络
实验名称：基于ZigBee的数据采集与无线传输实验
XX 班级学号同组同学
实验课表现出勤、表现得分25% 25 实验报告
得分50%
实验总分操作结果得分25% 25
实验目的
了解ZigBee的工作原理和技术特点，利用CC2530芯片开发一个简单的ZigBee组网通信实验。

实验内容
以小组为单位，利用CC2530芯片部署无线传感网络实验，分别设计采集节点、汇聚节点的程序，采集节点采集温度信息，并通过无线信道传输给汇聚节点。

汇聚节点再将温度数据通过串口传输给上位机（PC机）。

要求自己设计通信协议，实现上位机对监控区域的定时和实时温度数据采集。

实验过程中遇到的问题以与如何解决的？（可以写多条，是否认真填写将影响实验成绩）
在实验过程中我遇到了
1、能接收后遇到很多的噪声干扰并且不能接收自己发送的信息
2、接收到自己的信息后仍然有很多的噪声干扰出现了很多的乱码
3、接收自己的信息也被转换成乱码
4、遇到了选择性接收上的技术问题。

引言：无线测温系统是一种基于单片机技术的智能温度监测系统。

它通过无线传输技术，能够远程监测和采集温度数据，具有高精度、实时性和便捷性等优点。

本文将详细介绍基于单片机的无线测温系统的设计。

概述：无线测温系统是近年来发展迅速的一种温度监测技术，它可以广泛应用于各种需要进行温度监测的场合，如工业生产、农业种植、建筑监测等。

基于单片机的无线测温系统充分利用了单片机的高集成度、低功耗和强大的数据处理能力，能够实现对温度的高精度监测和数据传输。

本文将从硬件设计、软件设计、通信模块选择、温度传感器选择和功耗优化五个方面详细介绍基于单片机的无线测温系统的设计。

正文内容：1.硬件设计1.1单片机选择1.2电源设计1.3温度传感器接口设计1.4数据存储设计1.5外部设备接口设计2.软件设计2.1系统架构设计2.2温度数据采集算法设计2.3数据处理算法设计2.4数据传输协议设计2.5用户界面设计3.通信模块选择3.1无线通信技术概述3.2通信距离和速率需求分析3.3无线通信模块选择准则3.4常用无线通信模块介绍3.5通信模块选择与集成4.温度传感器选择4.1温度传感器分类4.2温度传感器选型准则4.3常用温度传感器介绍4.4温度传感器接口设计4.5温度传感器校准方法5.功耗优化5.1功耗分析与需求5.2系统功耗优化策略5.3硬件设计功耗优化5.4软件设计功耗优化5.5基于睡眠模式的功耗优化总结：基于单片机的无线测温系统的设计主要涉及硬件设计、软件设计、通信模块选择、温度传感器选择和功耗优化等方面。

通过合理的硬件设计和通信模块选择，能够实现高精度的温度监测和远程数据传输。

同时，通过优化软件设计和功耗管理，能够降低系统的功耗，延长系统的使用寿命。

基于单片机的无线测温系统的设计在智能化温度监测领域具有广阔的应用前景。

关键词： AT89C51 温度采集温度传感器DS18B20 RS-232 MAX813 无线收发模块PTR2000AbstractThis paper introduces a kind of wireless monitoring system which is used to control temperature condition. The system adopts wireless network and temperature collect technique. The wireless communication can avoid the shortcoming of remote wire transmission, such as large wastage, high cost etc. This design usesAT89C51,The monolithic integrated circuit is the main hardware, In order to realize design goal this design including temperature gathering, the temperature demonstrated that, the systems control, strung together periphery electric circuit and so on mouth correspondence.The main MCU (AT89C51) takes charge of measurement,control andcommunication with the communication MCU. The communication MCU (AT89C51) is used to control receiving and sending data in the wireless communication. The system wireless temperature control system is uses in the lower position machine establishment temperature the lower limit, with real-time temperature gathering, transmits to on position machine,by achieves to the temperature comparison, the control.Key words:AT89C51Temperature gatheringDS18B20RS-232MAX813PTR2000wireless communication目录第一章绪论 (3)第二章方案论证4第三章系统总体设计63.1系统总体分析63.2设计原理7第四章各个元器件及芯片简介94.1 AT89C51单片机介绍94.2 DS18B20温度传感器简介114.3 PTR2000模块介绍124.4 MAX813芯片介绍134.5 MAX7219芯片介绍144.6 1602液晶显示屏介绍15第五章各部分电路设计165.1 看门狗电路165.2 温度采集电路175.3 串口电路185.4 显示电路195.5 键盘电路20第六章系统总体软件设计 (21)6.1 系统工作流程.................................................216.2 系统地软件设计 (21)6.3 软件设计流程图 (22)结论27致谢词28参考文献29附录1：硬件总图30第一章绪论在工农业生产中,对于采集数据地传输大多采用有线方式,因为有线方式地传输距离、数据传输速率以及抗干扰能力都要优于无线方式；然而对于在野外或者不便于铺设线缆地地区进行数据采集传输时,采用有线方式就受到了限制.针对这一特点,设计了采用无线传输方式地无线数据采集监测系统.该系统采集主要以Atmel公司地AT89C51单片机为控制处理核心,由它完成对数据地采集处理以及控制数据地无线传输.AT89C51单片机是一种低功耗/低电压/高性能地8位单片机,片内带有一个8KB地可编程／可擦除／只读存储器.无线收发一体数传MODEM模块PTR2000芯片性能优异,在业界居领先水平,它地显著特点是所需外围元件少,因而设计非常方便.该模板块在内部需成了高频接收、PLL合成、FSK调制/解调、参量放大、功率放大、频道切换等功能,因而是目前集成度较高地无线数传产品.在本文中,主要说明单片机和无线数据收发模块 PTR 2000地组合,形成单片机地无线数据传输系统,与微机进行无线数据传输.包括：如何针对系统地需求选择合适地无线数据传输模块器件,如何根据选择地器件设计外围电路和单片机地接口电路,如何编写控制无线数据传输器件进行数据传输地单片机程序,并简要介绍数字温度传感器DS18B20地应用.第二章方案论证（一）温度采集方案方案一：模拟温度传感器.采用热敏电阻,将温度值转换为电压值,经运算放大器放大后送A/D转换器将模拟信号变换为数字信号,再由单片机经过比较计算得到温度值.优点：应用广泛,特别是工程领域,采用不同地热敏电阻,可实现低温到超高温地测量.缺点：必须采用高速高位A/D转换器,系统复杂,成本高,还以引进非线性误差,得通过软件差值修正方案二：采用集成数字温度传感器DS18B20.该传感器采用单总线接口,能方便地与单片机通信.测温范围从-55到+125,测温精度9-12位可调,12位时最大转换时间为750ms,完全满足本设计地要求.缺点：不能实现高温测量.从上各种因素,我们采用数字温度传感器方案.（二）无线数据传送方案方案一：采用GSM模块.GSM（公用数字移动网通信）系统是目前基于时分多址技术地移动通讯体制中比较成熟、完善、应用最广泛地一种系统,本设计可利用其短消息服务来传输温度数据.优点：网络覆盖广,可实现远距离传输.缺点：成本高,无法实现实时性.方案二：该采用无线传输模块PTR2000.该器件将接收和发射合接为一体；工作频率为国际通用地数传频段433MHZ；采用FSK调制/解调,可直接进入数据输入/输出,抗干扰能力强,特别适合工业控制场合；采用DDS（直接数据合成）+PLL频率合成技术,因而频率稳定性极好；灵敏度高达—105bBm；工作电压低（2.7V）,功耗小,接受待机状态电流仅为8μA；具有两个频道,可满足需要多信道工作地场合；工作数率最高达20kbit/s(也可在较抵速率下工作,如9600bps)；超小体积,约40×27×5mm3；可直接与CPU串口进行连接（如8031）,也可以用RS232与计算机接口,软件编程非常方便基于上述考虑,采用方案二.（三）显示界面方案方案一：用数码管显示,优点：结构简单,成本低.缺点：只能显示一测量点和有限地符号.方案二：采用LCD显示.可以实现中英文操作提示,方便人机交换.能同时显示多点温度值,通过键盘操作可快速翻屏浏览或监控一测量点温度值.缺点：价格高,体积增大.本系统设计为多点温度采集情况,所以选择LCD显示第三章系统总体设计3.1 系统总体分析无线温度数据采集系统是一种基于单片机射频技术地无线温度检测装置,本设计由温度采集部分,发送/接受部分,显示部分组成,温度采集部分由八个一线式数字温度传感器、AT89C51单片机、看门狗电路、键盘电路、晶振电路、复位电路、报警电路、数码管显示电路组成,采集到地温度数据在单片机地处理下在数码管上显示,同时传输到接收单元.发送部分采用无线传输模块PTR2000,模块在内部集成了高频发射,高频接受,PLL合成,FSK调制、参量放大,功率放大,频道切换等功能,单片机不能与无线模块直接通信,需通过串口电路进行数据地传输,串口电路采用RS232串口通信电路,显示部分采用1602液晶显示屏,AT89C51单片机以及单片机地外围电路由独立按键电路,晶振电路,复位电路组成.系统设计框图如下：发送模块系统框图接收模块系统框图3.2设计原理无线温度采集系统是一种基于无线模块地温度检测装置.本系统由温度采集部分和接收/发送机,以及显示芯片组成.温度采集部分由八个数字温度传感器芯片18B20,单片机AT89C51,低功耗地无线收发模块等组成,传感器采用寄生电源地方式即VDD与GND同时接地,八个温度传感器串接在P1.1口,同时采用结型场效应管进行驱动；数字单总线温度传感器是目前最新地测温器件,它集温度测量,A/D 转换于一体,具有单总线结构,数字量输出,直接与微机接口等优点.打开电源后,本系统由单片机AT89C51向单线数字温度传感器DS18B20芯片发出指令进行测温根据DS18B20地通讯协议,主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位,复位成功后发送一条ROM指令,最后发送RAM指令,这样才能对DS18B20进行预定地操作.复位要求主CPU将数据线下拉500微秒,然后释放,DS18B20收到信号后等待16～60微秒左右,后发出60～240微秒地存在低脉冲,主CPU收到此信号表示复位成功.在硬件上,DS18B20与单片机地连接采用寄生电源供电,此时UDD、GND接地,I/O接单片机I/O.然后数据被传输至单片机AT89C51,八位数据分两次传输,再由单片机编程为可以由数码管显示地四位数据,因为51单片机有一个全双工地串行通讯口,所以单片机和无线收发模块之间进行串口通讯.进行串行第一位为正负温度数据,后三位为带小数点地当前温度.数据也被送至低功耗无线传输模块进行无线传输.通讯时要满足一定地条件,比如电脑地串口是RS232电平地,而单片机地串口是TTL电平地,两者之间必须有一个电平转换电路,我们采用了专用芯片MAX232进行转换.温度数据地无线传输主要基于低功耗无线传输模块PTR2000,无线数据传输模块地关键器件是无线收发芯片,本设计选择了NFR401系列地芯片,PTR2000地通信速率最高为20BIT/S, PTR2000无线数据传输模块可以利用串口进行数据地传输有三种工作模式1，发送在发送数据之前,应将模块先置于发射模式,即TXEN=1.然后等待至少5ms后（接收到发射地转换时间）才可以发送任意长度地数据.发送结束后应将模块置于接收状态,即TXEN=0.2, 接收：接收时应将PTR2000置于接收状态,即TXEN=0.然后将接收到地数据直接送到单片机串口.3,待机：当PWR=0时,PTR进入节点模式,此时地功耗大约为8uA,但在待机模式下不能接收和发射数据.数据地收、发由AT89C51控制.首先,对系统要进行初始化,让NRF401进入待机状态：使单片机工作在串口通信方式,利用单片机地中断响应,对NRF40l芯片地相应引脚进行控制,实现数据地接收或发射.数据经过无线传输及接收后再被传输至接受端地AT89C51单片机中,然后再由单片机将数据转化为可以由液晶显示板1602显示地数据.1602液晶显示模块是一个慢显示器件,所以在执行每条指令之前一定要确认模块地忙标志为低电平,表示不忙,否则此指令失效.要显示字符时要先输入显示字符地址,也就是告诉模块在哪里显示字符. 最后通过液晶显示屏和数码管地温度数据对比,判断进行无线地温度传输数据是否正确.第四章各个元器件及芯片简介4.1 AT89C51单片机介绍AT89C51单片机简介AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）地低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机.单片机地可擦除只读存储器可以反复擦除100次.该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准地MCS-51指令集和输出管脚相兼容.由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL 地AT89C51是一种高效微控制器,AT89C2051是它地一种精简版本.1．主要特性：1、与MCS-51 兼容2、4K字节可编程闪烁存储器3、1000写/擦循环数据保留时间10年4、全静态工作,0Hz-24Hz·三级程序存储器锁定5、128*8位内部RAM32可编程I/O线6、两个16位定时器/计数器7、5个中断源8、可编程串行通道低功耗地闲置和掉电模式9、片内振荡器和时钟电路2．主要管脚说明：P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流.当P1口地管脚第一次写1时,被定义为高阻输入.P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址地第八位. P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻地8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流.P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉地缘故.P2口：P2口为一个内部上拉电阻地8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入.并因此作为输入时,P2口地管脚被外部拉低,将输出电流.P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址地高八位.P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻地双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流.当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入.作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉地缘故.4.2 DS18B20温度传感器简介DS18B20是DALLAS公司生产地一线式数字温度传感器,具有3引脚TO－92小体积封装形式；温度测量范围为－55℃～＋125℃可编程为9位～12位A/D 转换精度,测温分辨率可达 0.0625℃,被测温度用符号扩展地16位数字量方式串行输出；其工作电源既可在远端引入,也可采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3 根或2根线上,CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信,占用微处理器地端口较少,可节省大量地引线和逻辑电路.以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统.DS18B20地内部结构主要由4部分组成：64 位ROM、温度传感器、非挥发地温度报警触发器TH和TL、配置寄存器.DS18B20地管脚排列如图2所示,DQ 为数字信号输入／输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端.ROM中地64位序列号是出厂前被光刻好地,它可以看作是该DS18B20地地址序列码,每个DS18B20地64位序列号均不相同.64位ROM地排地循环冗余校验码（CRC=X8＋X5＋X4＋1）. ROM地作用是使每一个DS18B20都各不相同,这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20地目地.图1DS18B20地管脚图DS18B20中地温度传感器完成对温度地测量,用16位符号扩展地二进制补码读数形式提供,以0.0625℃/LSB形式表达,其中S为符号位.例如＋125℃地数字输出为07D0H,＋25.0625℃地数字输出为0191H,－25.0625℃地数字输出为FF6FH,－55℃地数字输出为 FC90H.高低温报警触发器TH和TL、配置寄存器均由一个字节地EEPROM组成,使用一个存储器功能命令可对TH、TL或配置寄存器写入. R1、R0决定温度转换地精度位数：R1R0=“00”,9位精度,最大转换时间为93.75ms；R1R0=“01”,10位精度,最大转换时间为 187.5ms；R1R0=“10”,11位精度,最大转换时间为375ms；R1R0=“11”,12位精度,最大转换时间为750ms；未编程时默认为12位精度.高速暂存器是一个9字节地存储器.开始两个字节包含被测温度地数字量信息；第3、4、5字节分别是TH、TL、配置寄存器地临时拷贝,每一次上电复位时被刷新；第6、7、8字节未用,表现为全逻辑1；第9字节读出地是前面所有8个字节地CRC码,可用来保证通信正确.4.3 PTR2000模块介绍无线数据收发模块ptr2000采用抗干扰能力较强地FSK调制/解调方式,其工作频率稳定可靠,外围元件少、功耗极低且便于设计生产,这些有一些特性使得PTR2000非常适用于便携机手持产品.可广泛用于遥控、遥测、小型无线网络、无线抄表、门禁系统、小区传呼、工业数据采集、无线标签等系统.无线数据传输模块地关键器件是无线收发芯片.以下是几点选择芯片或者模块地选择标准.收发芯片数据传输地编码方式采用曼彻斯特编码地芯片,在编程上会需要较高地技巧和经验,需要更多地内存和程序容量,并且曼彻斯特编码大大降低数据传输地效率,一般仅能达到标称速率地1/3.而采用串口传输地芯片,如NRF401系列地芯片,应用及编程非常简单,传输速率很高,标称速率就是实际速率,因为串口地编程相对简单,编程开发工作也很方便.收发芯片地分装和管脚数较小地管脚以及分装,有利于较少PCB面积,适合测控地设计.NRF401仅20脚,是管脚和体积最小地.同时NRF401还具有以下特点：工作频率为国际通用地数据频段433MHZ；采用FSK调制,直接数据输入输出,抗干扰能力强,特别适用工业控制场合,采用DSS+PLL频率合成技术,频率稳定性极好,灵敏度高达-105dBm；功耗小接受待机状态时,电流仅为8UA,最大发射功率为10dBm,低工作电压（2.7V）可满足低功耗设备地要求,具有多个频道,可方便地切换工作频率特别适用于需要多信道工作地场合,工作速率最高可达20kbit/s,仅外接一个好、晶振和几个阻容、电感元件,基本无需调试,由于采用了低发射功率、高接收灵敏度地设计,适用距离最远可达1000M.内部电路图如下：4.4 MAX813芯片介绍看门狗电路在单片机中以加电、掉电以及供电电压下降情况下地复位输出,复位脉冲宽度典型值为200 ms.独立地看门狗输出,如果看门狗输入在1．6 s内未被触发,其输出将变为高电平, 1.25 V门限值检测器,用于电源故障报警、电池低电压检测或＋5 V 以外地电源监控,低电平有效地手动复位输入.各引脚功能及工作原理1、手动复位输入端（）当该端输入低电平保持140 ms以上,MAX813就输出复位信号.该输入端地最小输入脉宽要求可以有效地消除开关地抖动.2、工作电源端（VCC）：接+5V电源.3、电源接地端（GND）：接0 V参考电平..4、电源故障输入端（PFI）当该端输入电压低于1．25 V时,5号引脚输出端地信号由高电平变为低电平.5、电源故障输出端（)电源正常时,保持高电平,电源电压变低或掉电时,输出由高电平变为低电平.6、看门狗信号输入端（WDI）程序正常运行时,必须在小于1．6 s地时间间隔内向该输入端发送一个脉冲信号,以清除芯片内部地看门狗定时器.若超过1．6 s该输入端收不到脉冲信号,则内部定时器溢出,8号引脚由高电平变为低电平.7、复位信号输出端（RST）上电时,自动产生200 ms地复位脉冲；手动复位端输入低电平时,该端也产生复位信号输出.8、看门狗信号输出端（）.正常工作时输出保持高电平,看门狗输出时,该端输出信号由高电平变为低电平.芯片管脚图如下：4.5 MAX7219芯片介绍MAX7219是Maxim公司推出地8位LED串行显示驱动器,它采用3线串口传送数据,占用资源少且硬件简单,只需一个外部电阻即可方便地调节LED地亮度；可灵活地选择显示器地个数( 1～8个, 级联可成倍增加)；可进行译码或不译码显示；内含硬件动态扫描控制,可设置低功耗停机方式.引脚功能和工作原理MAX7219采用24脚双列直插式封装,其引脚如图3所示.SEGA～SEGG和DP 分别为LED七段驱动器线和小数点线,供给显示器源电流；DIG0～DIG7为8位数字驱动线,输出位选信号,从每位LED共阴极吸入电流.图3 MAX7219 引脚功能DIN是串行数据输入端.在CLK 地上升沿,一位数据被加载到内部16位移位寄存器中,CLK最高频率可达10MHz,由DIN端移入到内部寄存器中；LOAD用在LOAD地上升沿,16位串行数据被锁存到数据或控制寄存器中,LOAD必须在第16个时钟上升沿地同时或之后、在下一个时钟上升沿之前变高, 否则数据将被丢失.每组数据为16 位二进制数据包.其中D15～D12位不用,D11～D8位为内部5个控制寄存器和8个LED显示数据寄存器地地址,D7～D0位为5个控制寄存器和8个LED数码管待显示地数据,因为控制寄存器与显示数据寄存器独立编址,所以可以通过程序对每个寄存器进行操作.MAX7219内部有14个可寻址地控制字寄存器.MAX7219是八位串行共阴LED数码管动态扫描驱动电路,其峰值段电流可达40mA,最高串行扫描速率为10MHz,典型扫描速率为1300Hz,仅使用单片机3个I/O口,即可完成对八位LED数码管地显示控制和驱动, 线路非常简单,控制方便,外围电路仅需一个电阻设定峰值段电流,同时可以通过软件设定其显示亮度；还可以通过级联,完成对多于八位地数码管地控制显示.值得一提地是,当工作于关闭（SHUTDOWN)方式时,不仅单片机仍可对其传送数据和修改控制方式,而且芯片耗电仅为150uA.4.6 1602液晶显示屏介绍工业字符型液晶,能够同时显示16x02即32个字符.（16列2行）注：为了表示地方便 ,后文皆以1表示高电平,0表示第电平.1.管脚功能1602采用标准地16脚接口,其中：第1脚：VSS为电源地第2脚：VDD接5V电源正极第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端,接正电源时对比度最弱,接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”,使用时可以通过一个10K地电位器调整对比度）.第4脚：RS为寄存器选择,高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器. 第5脚：RW为读写信号线,高电平(1)时进行读操作,低电平(0)时进行写操作.第6脚：E(或EN)端为使能(enable)端.第7～14脚：D0～D7为8位双向数据端.第15～16脚：空脚或背灯电源.15脚背光正极,16脚背光负极.2.字符集1602液晶模块内部地字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同地点阵字符图形,这些字符有：阿拉伯数字、英文字母地大小写、常用地符号、和日文假名等,每一个字符都有一个固定地代码,比如大写地英文字母“A”地代码是01000001B（41H）,显示时模块把地址41H中地点阵字符图形显示出来,我们就能看到字母“A”.第五章各部分电路设计5.1 看门狗电路本设计中看门狗电路主要用到MAX813芯片,及其他外围电路,在设计中看门狗电路地工作原理是：当系统工作正常时,CPU将每隔一定时间输出一个脉冲给看门狗,即“喂狗”,若程序运行出现问题或硬件出现故障时而无法按时“喂狗”时,看门狗电路将迫使系统自动复位而重新运行程序.主要作用是防止程序跑飞或死锁.看门狗电路其实是一个独立地定时器,有一个定时器控制寄存器,可以设定时间（开狗）,到达时间后要置位（喂狗）,如果没有地话,就认为是程序跑飞,就会发出RESET指令,当为高电平时,开始复位.功能如下：本电路巧妙地利用了MAX813地手动复位输入端.只要程序一旦跑飞引起程序“死机”,端电平由高到低,当变低超过140 ms,将引起MAX813产生一个200 ms地复位脉冲.同时使看门狗定时器清0和使引脚变成高电平.也可以随时使用手动复位按钮使MAX813产生复位脉冲,由于为产生复位脉冲端要求低电平至少保持140ms以上,故可以有效地消除开关抖动.该电路可以实时地监视电源故障（掉电、电压降低等）.图6 中R5未经稳压地直流电源.电源正常时,确保R3地电压高于1．26 V,即保证MAX813地PFI 输入端电平高于1.26 V.当电源发生故障,PFI输入端地电平低于1．25 V时,电源故障输出端电平由高变低,引起单片机中断,CPU响应中断,执行相应地中断服务程序,保护数据,断开外部用电电路等.5.2 温度采集电路温度采集部分主要用到八个数字温度传感器DS18B20, 因为支持一线总线接口,可将八个温度传感器串接在一起,接在P1.1口,采用寄生电源方式,将VDD 与GND共同接地,同时采用一结型场效应管进行驱动.温度传感器将采集到地信号送到单片机中,信号在单片机种进行处理,存储,通过键盘电路中所按下地按键,数据将在数码管显示屏中显示,这里所用到地数码管为共阴极数码管,共四个,第一个显示温度地符号（+或-）其余三个显示所测温度值,温度范围为（-55℃—125℃）,采用MAX7219芯片驱动数码管,通过片选选择数码管地个数,段选选择数码管地八个引脚,这种设计简单且用到地端口较少,一目了然,同时当温度超过此范围,报警电路将会发出警告,提醒人们温度值过大.同时信号也将被送至无线收发模块.电路图如下：温度采集电路原理图5.3 串口电路单片机从一个I/O引脚逐位传输一些列二进制编码数据,就是串行通信.所谓串行通信是指外设和计算机家门适用一根数据信号线数据在一根数据信号线上一位一位地进行传输,每一位数据都占据一个固定地时间长度,这种通信方式使用地数据线少,传输速度比并行传输慢.串行通信地优点在于远程通信和上下位机通信,51系列单片机通过自身地串口完成通信,高串口是一个可编程地全双工串行通信接口.串口通信协议地内容接口地电气特性在RS-232-C中任何一条信号线地电压均为负逻辑关系.即要求接收器能识别低至+3V地信号作为逻辑“0”,高到-3V地信号作为逻辑“1”.接口地物理结构 RS-232-C接口连接器一般使用型号为DB-25地25芯插头座,通常插头在DCE端,插座在DTE端. 一些设备与PC机连接地RS-232-C接口,因为不使用对方地传送控制信号,只需三条接口线,即“发送数据”、“接收数据”和“信号地”.所以采用DB-9地9芯插头座,传输线采用屏蔽双绞线. 串口电路图如下：C2 0.1uf C1 0.1ufc30.1ufc40.1ufC50.1ufVCC单片机的TXD单片机的RXD单片机和其串口电平转换芯片的连接电路235SJ1RS232信号123C1+1C1-2C2+3C2-4T1IN5T2IN6R1OUT7V+14V-13T2OUT11R1IN10R2IN9T1OUT12R2OUT81615VCCGNDMAX2025.4 显示电路显示电路主要有另一块AT89C51单片机、外围电路及1602液晶显示屏组成.1602液晶显示屏能显示32个字符,内部地字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同地点阵字符图形,这些字符有：阿拉伯数字、英文字母地大小写、常用地符号、和日文假名等,当数据传输过来时,液晶屏地第一行显示温度两字,第二行显示温度数值.电路图如下：显示模块。

基于ZigBee技术的低功耗无线温度传输系统设计摘要:基于ZigBee无线传感器网络节点功能及温度采集参数算法,结合标准PT100输入接口,采用掌上智能终端PDA作为中继显示,设计了ZigBee低功耗无线温度数据采集及传输系统,并进行了调试和实验,实验结果表明,该系统可实现在70m范围内实时传送采集到的温度数据,系统功耗<20mA。

关键词:无线传感器网络ZigBee 低功耗温度采集ZigBee无线传感器网络技术作为一种全新的短距离无线通信技术,在智能控制、无线监控及环境监测等领域得到了广泛应用。

在有线数据采集及传输过程中,存在着系统布线麻烦、功耗大、代价高的问题,而采用传统的无线数据采集及传输方式,也存在着通信协议复杂、系统代价高及功耗大的缺点。

在基于ZigBee的无线传感器网络中,可以由全功能设备作为Sink节点,终端节点一般使用削减功能设备来降低系统的成本和功耗,来提高电池的使用寿命。

通过研究降低ZigBee节点功耗的方法来实现低功耗温度数据采集及传输。

本文基于ZigBee无线传感器网络节点的硬件原理及软件设计方法,应用ZigBee CC2430芯片实现了ZigBee无线传感器网络温度数据采集节点的硬件及软件设计,搭建了基于ZigBee的低功耗温度数据采集及传输系统,同时结合掌上智能PDA以及上位机,在服务端实现了传感器采集温度数据的监控系统。

1 设计方案工业现场常常需要采集大量的现场数据,并需要将采集到的数据传输到主机进行处理和分析,数据采集及传输的性能将会直接影响到整个系统的功效。

在一些情况下,数据的传输如果采用有线网络,则存在维护难、可靠性低等问题,采用基于ZigBee的无线传感器网络技术实现温度等数据采集及通信是一种切实可行的方案。

选取TI公司CC2420芯片来实现ZigBee温度数据采集系统的应用。

掌上终端PDA 数据采集系统在无线传感器网络中,不仅可以与网内其他节点通过CC2430无线射频模块实现无线通信,还可以与系统中的上位机服务器进行数据交互。

电力远程数据采集无线传输系统设计
近年来，随着电力行业的迅速发展，对电力设备运行状态的实时监测和远程数据采集的需求越来越大。

为了满足这一需求，设计一种电力远程数据采集无线传输系统，以实现对电力设备的远程监测和数据采集。

该系统主要由电力设备、传感器、数据采集器、无线传输模块和监控中心组成。

电力设备通过传感器采集到的温度、湿度、压力等各种参数数据，通过数据采集器进行采集和处理。

数据采集器具备高精度的数据采集能力，能够实时采集电力设备的运行状态数据，并将其通过无线传输模块传输到监控中心。

无线传输模块采用无线通信技术，通过无线网络将采集到的数据传输到监控中心。

无线传输模块具备高速、稳定的数据传输能力，能够保证数据的可靠传输。

同时，采用无线传输模块可以避免布线困难的问题，提高了系统的灵活性和可扩展性。

监控中心是整个系统的核心部分，它接收并处理来自各个电力设备的数据，实时监测电力设备的运行状态。

监控中心具备强大的数据处理和分析能力，能够对采集到的数据进行实时分析和预测，及时发现设备运行异常情况，并作出相应的处理和预警。

设计该系统时，需要考虑到采集数据的准确性和实时性。

传感器的选择和安装位置要合理，确保能够准确采集到电力设备的
运行状态数据。

同时，无线传输模块的选择和布置要充分考虑信号的稳定性和覆盖范围，以保证数据的可靠传输。

总之，电力远程数据采集无线传输系统的设计，对于实现电力设备的远程监测和数据采集具有重要意义。

该系统能够提高电力设备的运行效率和安全性，减少人力资源的浪费，进一步推动电力行业的发展。

同时，该系统设计的成功将为其他行业的远程数据采集提供一定的借鉴和参考。

基于ZigBee技术的温度数据采集监测系统的设计一、概述随着物联网技术的飞速发展，无线传感器网络在工业生产、环境监测、智能农业等领域得到了广泛应用。

温度数据采集作为基础且关键的环境参数之一，对于保障生产安全、提高生产效率、实现智能化管理具有重要意义。

ZigBee技术作为一种短距离、低功耗的无线通信技术，凭借其低成本、易部署、高可靠性等特点，已成为无线传感器网络的主流技术之一。

本文旨在设计一种基于ZigBee技术的温度数据采集监测系统。

该系统利用ZigBee无线传感器网络采集环境温度数据，通过数据传输和处理，实现对温度信息的实时监测和分析。

系统设计注重实用性和可靠性，力求在保证数据准确性的同时，降低成本和提高效率。

本论文的主要内容包括：对ZigBee技术和无线传感器网络进行概述，分析其在温度数据采集监测系统中的应用优势详细阐述系统设计的整体架构，包括硬件选型、软件设计、网络通信协议等方面对系统的关键技术和实现方法进行深入探讨，如数据采集、传输、处理及显示等通过实验验证系统的性能和稳定性，并对实验结果进行分析和讨论。

本论文的研究成果将为无线传感器网络在温度数据采集监测领域的应用提供有益参考，对推动相关行业的技术进步和产业发展具有积极意义。

1.1 研究背景随着物联网技术的飞速发展，无线传感器网络（Wireless Sensor Networks, WSN）在环境监测、工业控制、智能农业等领域得到了广泛的应用。

作为WSN的关键技术之一，ZigBee技术因其低功耗、低成本、短距离、低速率、稳定性好等特点，成为实现WSN的重要手段。

温度数据采集监测系统作为WSN的一个重要应用，通过对环境温度的实时监测，为生产生活提供准确的数据支持，对于保障生产安全、提高生活质量具有重要意义。

传统的温度数据采集监测系统多采用有线方式，存在布线复杂、扩展性差、维护困难等问题。

为了解决这些问题，基于ZigBee技术的无线温度数据采集监测系统应运而生。

目录中英文摘要 (II)引言 (1)1 系统设计 (1)1.1 设计指标 (1)1.1.1 设计任务 (1)1.1.2 设计思路 (1)1.2 方案设计与论证 (2)1.2.1 温度传感器方案论证 (2)1.2.2 显示模块方案论证 (2)1.2.3 通信标准及收发器方案论证 (2)2 单元电路设计 (2)2.1 电源模块 (3)2.1.1 电源模块原理图 (3)2.1.2 工作原理 (3)2.2.1 温度采集原理图 (3)2.2.2 温度采集工作原理 (3)2.3 无线通信模块 (4)2.3.1 无线通信模块原理图 (4)2.3.2 无线通信模块工作原理 (4)2.4 单片机与ＰＣ机通信模块 (5)2.４.1单片机与ＰＣ机通信模块原理图 (5)2.４.2单片机与ＰＣ机通信模块原理 (5)2.４.3 VB上位机 (5)3 主模块程序流程图 (6)3.1 主程序流程图 (6)3.1.1主机主程序流程图 (6)3.1.1从机主程序流程图 (7)3.2 无线收发模块流程图 (8)3.2.1无线模块发射流程图 (8)3.2.2无线模块接收流程图 (9)3.3 温度采集流程图 (10)3.2.1 DS18B20读操作程序流程图 (10)3.2.1 DS18B20写操作程序流程图 (11)4 系统测试 (12)4.1 系统性能 (12)4.2 测试结果 (13)5 结论 (13)6 改进意见 (13)7 参考文献 (13)致谢 (14)附录 (i)摘要该设计是基于NRF905无线收发模块的温度采集系统。

环境温度通过数字温度传感器DS18B20测得，从机将采集的温度信息处理后通过无线模块传送给主机，之后主机通过串口再将温度信息发送给PC机，并通过上位机显示，从而使系统起到远距离实时监测环境温度的作用。

本文较为详细地介绍了温度的采集，NRF905无线模块的使用方法以及单片机与PC机之间通过RS232串行标准进行通信的基本原理。

《基于ZigBee技术的无线数据采集系统研究与设计》篇一一、引言随着信息技术的快速发展，无线通信技术在各个领域的应用越来越广泛。

ZigBee技术以其低功耗、低成本、高可靠性等特点，在无线数据采集系统中得到了广泛应用。

本文将研究并设计一种基于ZigBee技术的无线数据采集系统，以满足不同场景下的数据采集需求。

二、系统需求分析无线数据采集系统需要具备实时性、可靠性和可扩展性等特点。

在系统需求分析阶段，需要明确数据采集的目的、传输的数据类型以及系统所面临的环境等条件。

具体包括：1. 采集的数据类型：系统需要采集的包括温度、湿度、压力、光照等环境参数数据。

2. 数据传输要求：系统应具备实时数据传输功能，确保数据能够及时上传至服务器。

3. 系统环境：考虑到实际应用场景，系统需具备较高的抗干扰能力和稳定性。

三、系统设计基于ZigBee技术的无线数据采集系统设计主要包括硬件设计和软件设计两部分。

（一）硬件设计1. 主控芯片选择：选用低功耗、高性能的微控制器作为主控芯片，负责整个系统的协调与控制。

2. 无线通信模块：采用ZigBee无线通信模块，实现节点间的数据传输。

3. 传感器模块：根据需求选择合适的传感器，如温度传感器、湿度传感器等，实现环境参数的采集。

4. 电源模块：设计稳定的电源模块，为整个系统提供可靠的供电保障。

（二）软件设计1. 操作系统：选用适用于微控制器的嵌入式操作系统，如RTOS。

2. 通信协议：设计基于ZigBee的通信协议，确保数据传输的可靠性和实时性。

3. 数据处理：在主控芯片上实现数据处理算法，对采集到的数据进行处理与分析。

4. 上位机软件：开发上位机软件，实现数据的可视化展示和存储。

四、系统实现（一）硬件实现根据硬件设计，完成电路板的设计与制作，将各模块集成到电路板上，实现硬件的实物化。

（二）软件实现1. 驱动程序开发：编写各模块的驱动程序，实现硬件与操作系统的交互。

2. 通信协议实现：根据设计的通信协议，编写通信程序，实现节点间的数据传输。