低功耗无线温度传感器的设计与实现
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基于单片机的多点无线温度监控系统近年来,无线传感器网络技术得到了广泛的应用和发展,其在工业、农业、医疗等领域都有着重要的作用。
无线传感器网络可以实现对各种参数的监测和数据的实时采集,极大地方便了人们对环境和设备状态的监控。
特别是在温度监控方面,无线传感器网络可以实时监测温度变化,并将数据远程传输到监控中心或者手机端,为人们提供及时的温度信息。
本设计旨在基于单片机技术,设计一种多点无线温度监控系统,实现对多个温度传感器的监测和数据传输。
该系统可以应用在各种需要温度监控的场合,例如仓储、生产车间、温室等。
通过该系统,用户可以实时监测各个监测点的温度变化,及时发现异常情况并进行处理。
系统设计采用了低功耗的无线传输模块,能够实现长期监测,并且具有一定的抗干扰能力,保证了数据的可靠性和稳定性。
本系统的核心是基于单片机的温度采集模块和无线传输模块,其主要功能包括温度数据的采集、处理和传输。
下面将从硬件设计和软件设计两方面对本系统进行详细的介绍。
一、硬件设计1. 硬件系统框图本系统的硬件设计包括多个温度传感器节点和一个数据接收节点。
每个温度传感器节点包括温度传感器、单片机和无线传输模块,用于采集和传输该节点的温度数据;数据接收节点包括单片机和无线接收模块,用于接收并处理各个节点传输的温度数据。
硬件系统框图如下图所示:(此处插入硬件系统框图)2. 温度传感器节点设计温度传感器节点的主要功能是采集温度数据,并通过无线传输模块将数据传输给数据接收节点。
具体的设计方案如下:(1)温度传感器选择:选用精度高、响应快、价格低廉的DS18B20数字温度传感器。
(2)单片机选择:选用低功耗、性能稳定的STM32系列单片机,用于温度数据的采集和处理。
(3)无线传输模块选择:选用低功耗、长距离传输的nRF24L01无线模块,用于将温度数据传输给数据接收节点。
3. 数据接收节点设计(3)数据显示设备:可以选择LCD显示屏或者LED指示灯,用于显示温度数据。
ACT30BHT工作原理解析1. 简介ACT30BHT是一种高性能、低功耗的温度传感器,用于测量环境温度。
它采用热敏电阻(PTAT)和互补输出的结构,能够提供高精度和线性度。
2. 温度测量原理ACT30BHT基于热敏电阻的原理来进行温度测量。
热敏电阻是一种电阻值会随温度变化而变化的电阻器件。
当ACT30BHT被放置在待测环境中时,热敏电阻内部的电阻值会随着环境温度的变化而变化。
ACT30BHT通过测量热敏电阻的电阻值来确定环境温度。
3. PTAT结构ACT30BHT采用了PTAT(Proportional to Absolute Temperature)结构。
PTAT结构是一种将电压与温度成正比关系的结构,它能够提供高精度的温度测量。
PTAT结构利用了半导体材料的温度特性。
在PTAT结构中,电流经过一个热敏电阻,产生的电压与温度成正比。
这个电压会被进一步处理和放大。
4. 互补输出结构ACT30BHT还采用了互补输出结构,用于提高温度测量的线性度和准确性。
互补输出结构包括两个输出端口,分别为正输出(OUTP)和负输出(OUTN)。
这两个输出端口的电压值是互补的,即当一个输出端口的电压升高时,另一个输出端口的电压会降低。
通过测量OUTP和OUTN之间的电压差,可以获得准确的温度信息。
互补输出结构能够抵消由于温度变化而引起的非线性误差,提高温度测量的准确性。
5. 温度补偿为了进一步提高温度测量的准确性,ACT30BHT还进行了温度补偿。
温度补偿是通过测量芯片内部的温度,并将其作为修正因子来校正温度测量结果。
ACT30BHT内部集成了一个温度传感器,用于测量芯片内部的温度。
测量到的内部温度会被与环境温度进行比较,得到一个修正因子。
这个修正因子会被应用到温度测量结果中,以提高测量的准确性。
6. 工作电压和功耗ACT30BHT的工作电压范围为2.7V至5.5V,适用于各种电源供电系统。
它的低功耗设计使其非常适合用于电池供电的设备。
超低功耗粮仓无线实时监测系统设计作者:王洪刚单志勇李明来源:《现代电子技术》2011年第21期摘要:针对在粮库温度智能监测领域,采用电线电缆传输数据的不便以及目前无线传感网络节点寿命短的问题,利用MSP430超低功耗单片机设计了超低功耗无线温度监测系统。
基于超低功耗设计了系统的整体框架以及各模块硬件,其中包括节点、温度传感器模块、无线通信模块、通信协议、桌面实时显示程序,通信协议解决了多个节点同时介入时的碰撞问题并设计了节能算法。
最后对整个系统的可靠性以及节点的使用寿命进行了实验验证,经过试验的检验本系统具有超低功耗的特点,基本满足超低功耗粮仓无线实时监测系统的设计需求。
关键词:超低功耗; MSP430; 硬件; 节能; 试验验证中图分类号:TN911-34文献标识码:A文章编号:1004-373X(2011)21-0046-03Design of Wireless Real-time Monitoring System for Ultra-low Power Consumption GranaryWANG Hong-gang, SHAN Zhi-yong, LI Ming(Donghua University, Shanghai 201620, China)Abstract:In the temperature intelligent monitoring field of grain depot, it is inconvenient to transmit data by electric wire, and the wireless sensor network node has short lifetime, an ultra-low power wireless temperature monitoring system with MSP430 was designed. The entire structure and hardware module of the system based on low power were designed, which included nodes, temperature sensor module, wireless communication module, communication protocol and real-time display program. The collision problem was solved by communication protocol. The reliability of the system and the lifetime of the nodes were verified. The conclusion shows that the system has the characteristics of low power consumption, and can meet design requirement of wireless real-time monitoring system for ultra-low power consumption granary.Keywords: ultra-lower power; MSP430; hardware; energy-saving; test0 引言温度对粮食的存放起着至关重要的作用,国家粮食法规定,必须定期抽样检查粮库各点的温度,以便及时采取相应的措施保证粮食的安全。
基于单片机的多点无线温度监控系统随着物联网技术的不断发展,无线传感器网络(WSN)在各个领域中的应用越来越广泛。
温度监控系统作为最基本的传感器网络应用之一,在工业控制、环境监测、医疗保健等领域中发挥着重要作用。
本文将介绍一种基于单片机的多点无线温度监控系统,通过这种系统可以实现对多个点位温度数据的实时监测和远程传输。
一、系统设计方案1. 系统硬件设计该温度监控系统的核心部件是基于单片机的无线温度传感器节点。
每个节点由温度传感器、微控制器(MCU)、无线模块和电源模块组成。
温度传感器选用DS18B20,它是一种数字温度传感器,具有高精度、数字输出和单总线通信等特点。
微控制器采用常见的ARM Cortex-M系列单片机,用于采集温度传感器的数据、控制无线模块进行数据传输等。
无线模块采用低功耗蓝牙(BLE)模块,用于与监控中心进行无线通信。
电源模块采用可充电锂电池,以确保系统的长期稳定运行。
系统的软件设计主要包括传感器数据采集、数据处理和无线通信等部分。
传感器数据采集部分通过单片机的GPIO口读取温度传感器的数据,并进行相应的数字信号处理。
数据处理部分对采集到的数据进行滤波、校正等处理,以保证数据的准确性和稳定性。
无线通信部分则通过BLE模块实现与监控中心的无线数据传输。
二、系统工作原理1. 温度传感器节点工作原理每个温度传感器节点通过温度传感器采集环境温度数据,然后通过单片机将数据处理成符合BLE通信协议的数据格式,最终通过BLE模块进行无线传输。
2. 监控中心工作原理监控中心通过接收来自各个温度传感器节点的温度数据,并进行数据解析和处理,最终在界面上显示出各个点位的温度数据。
监控中心还可以设置温度报警阈值,当某个点位的温度超过预设阈值时,监控中心会发出报警信息。
三、系统特点1. 多点监控:系统可以同时监测多个点位的温度数据,实现对多个点位的实时监控。
2. 无线传输:系统采用BLE无线模块进行数据传输,避免了布线的烦恼,使得系统的安装和维护更加便捷。
基于无线传感器网络的环境辐射监测系统设计与实现环境辐射是现代社会中一个备受关注的问题,对人类健康和生态环境都有着重要影响。
为了保护人类的生命安全和环境的可持续发展,开发一种基于无线传感器网络的环境辐射监测系统具有重要意义。
本文将介绍基于无线传感器网络的环境辐射监测系统的设计与实现。
首先,让我们来了解一下无线传感器网络(WSN)的基本概念。
它由大量的无线传感器节点组成,这些节点可以自主感知环境,并将感知到的数据通过无线通信传输给基站。
WSN 具有自组织、自适应、低功耗等特点,可以广泛应用于各种环境监测领域。
设计一个基于无线传感器网络的环境辐射监测系统,需要考虑以下几个方面:首先,选择合适的传感器节点。
环境辐射监测需要采集各种类型的数据,如电磁辐射、核辐射等。
因此,选择能够感知这些辐射的传感器节点是关键。
一般而言,可以使用具有较高精度和灵敏度的电磁辐射传感器和核辐射传感器。
其次,确定传感器节点部署的位置。
传感器节点的部署位置应该能够充分覆盖辐射源的范围,并保证数据的准确性和可靠性。
在确定部署位置时,需要考虑辐射源的分布情况、环境影响因素等。
然后,设计传感器节点之间的通信模式。
传感器节点之间的通信是WSN的关键部分。
可以采用无线通信技术,如Wi-Fi、ZigBee等,实现传感器节点之间的数据传输。
此外,还需要考虑数据传输的安全性和稳定性,以确保数据不会被干扰或丢失。
接下来,设计基站用于接收和处理传感器节点发送的数据。
基站是WSN的中心控制节点,负责接收传感器节点发送的数据,并进行数据处理和存储。
基站可以使用计算机或单片机等设备,并安装相应的软件来实现数据的接收和处理。
最后,设计一个用户界面用于显示和分析监测数据。
用户界面可以提供实时的监测数据,比如辐射强度、时间变化曲线等。
用户可以通过界面进行数据的查询和分析,以便及时做出相应的措施来保护人类和环境的安全。
在实际实施过程中,可以进行实地测试和优化。
通过实地测试,我们可以验证系统的可行性和准确性,并对系统进行相应的优化和改进。
无线湿温度监测系统的设计无线湿温度监测系统是一种用于监测环境中湿度和温度的设备。
它可以实时获取数据,并通过无线传输方式将数据发送给中央控制器或者远程服务器。
本文将介绍无线湿温度监测系统的设计原理和技术要点。
一、引言无线湿温度监测系统的设计旨在解决传统有线监测系统的布线不便、易损坏等问题。
通过无线传输技术,可以实现对湿温度的实时监测,提高监测的灵活性和可靠性。
二、系统架构无线湿温度监测系统由传感器节点、数据传输模块和数据接收中心组成。
传感器节点负责采集环境中的湿温度数据,数据传输模块将采集到的数据通过无线传输方式发送给数据接收中心。
数据接收中心对接收到的数据进行处理和存储,并提供给用户查询和分析。
三、传感器节点设计1. 传感器选择:为了准确测量环境的湿温度,需要选择高精度的湿温度传感器。
一般采用数字式湿温度传感器,如DHT11或DHT22。
2. 信号转换:传感器输出的湿温度数据为模拟信号,需要进行模数转换。
可以使用单片机或者专用的模数转换芯片将模拟信号转换为数字信号。
3. 无线通信:将转换后的数字信号通过无线模块发送给数据传输模块。
常用的无线通信技术包括Wi-Fi、蓝牙和Zigbee等。
四、数据传输模块设计1. 选择无线通信协议:根据实际需求选择合适的无线通信协议,如Wi-Fi、蓝牙或Zigbee。
考虑到无线传输距离和功耗等因素,可以综合评估选择最适合的通信协议。
2. 数据编码与解码:将传感器节点发送的数据进行编码,并在数据接收端进行解码,确保数据的准确传输和接收。
3. 数据传输安全:对数据进行加密处理,确保数据传输过程中的安全性和可靠性。
五、数据接收中心设计1. 数据接收:数据接收中心通过选定的无线通信协议接收传感器节点发送的数据。
同时,可以支持多个传感器节点发送的数据。
2. 数据处理:接收到的数据进行解码和校验,确保数据的准确性。
对数据进行存储和管理,方便用户查询和分析。
3. 数据分析与展示:根据用户的需求,对湿温度数据进行分析和展示。
重庆航天职业技术学院实训报告教师:课程:无线传感网技术及应用学号:姓名:班级:物联网日期:2016/6/16评阅页课程设计题目: 温度采集DS18B20同组成员:学生自评:设计方案由讨论组完成,大家一起做硬件DS18B20温度显示,再由大家分工把报告完成。
指导教师评语:成绩:指导老师签名:2016年06月24前言ZigBee简介ZigBee技术是一种近距离、低功耗、低速率、低成本的无线通信技术,兼具经济、可靠、易于部署等优势,已成为无线传感器网络中最具潜力和研究价值的技术,在工业控制、环境监测、智能家居、医疗护理、安全预警、目标追踪等应用场合已展现出广阔的市场前景。
本设计利用TI公司CC2530单片机,采用DS18B20数字温度传感器,完成温度采集并通过液晶显示器显示测量温度值,测温电路简单,适合于-50~150摄氏度温度的测量。
目录一、设计题目 (1)二、硬件设计方案 (1)2.1 CC2530芯片简介: (1)2.2 芯片概述 (2)三、CC2530模块说明 (2)3.1 CPU 和内存 (2)3.2 中断控制器 (2)3.3外设 (3)3.4 调试接口 (3)3.5 无线设备 (3)四、DS18B20 (4)4.1 DS18B20工作原理 (4)4.2 DS18B20的主要特性 (5)五、软件设计方案 (5)5.1 程序流程图 (5)5.2 所需用到的部分C语言程序 (7)5.3 实验过程及结果 (11)六、总结 (13)七、参考文献 (13)一、设计题目本次的设计题目要求是基于DS18B20的温度采集显示系统,该系统要求包含温度采集模块、温度显示模块等。
其中温度采集模块所选用的是DS18B20数字温度传感器进行温度采集,温度显示模块用液晶显示屏显示。
二、硬件设计方案2.1 CC2530芯片简介:CC2530 结合了领先的RF 收发器的优良性能,业界标准的增强型8051 CPU,系统内可编程闪存,8-KB RAM 和许多其它强大的功能。
基于CC2530的ZigBee无线组网温度监测系统的设计麦军;邓巧茵;万智萍【摘要】Temperature has a very important impact on life, temperature changinginformation must bemonitoring in real-time. This design uses CC2530 chip as the processor plus CC2591 RF front-end consisting of ZigBee protocol for wireless networks;using DHT11 temperature sensor to collected temperature information and analyzed by LPC1114 chip; the main module receives each node transmits temperature data and then transmitted to PCvia RS232 serial port, PC analysis temperature information and then interact data in the form of chart, enabling users to predicted the changes in temperature trends.%温度对生活有着极其重要的影响,实时监测温度信息的变化成为必须.本设计使用CC2530芯片作处理器加上射频前端CC2591组成ZigBee协议的无线网络通信模块; 使用DHT11温度传感器采集到的温度信息通过LPC1114芯片进行采集并分析;主模块接收各个节点传送回来的温度数据,通过RS232串口传送到上位机,上位机对温度信息进行分析然后把数据以图表的形式进行交互,方便用户查看温度的变化还可预测温度趋势.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2015(023)022【总页数】5页(P117-121)【关键词】CC2530芯片;ZigBee技术;LPC1114芯片;DHT11温度传感器;实时温度监测【作者】麦军;邓巧茵;万智萍【作者单位】中山大学新华学院信息科学系, 广东广州 510520;中山大学新华学院信息科学系, 广东广州 510520;中山大学新华学院信息科学系, 广东广州510520【正文语种】中文【中图分类】TN919现代生产、生活都与温度息息相关,温度作为人们日常生活指标,影响着人们的行为活动,根据温度高低的不同继而进行应对,温度也影响着各种生命资源的存在,温度是构成地球上多种多样生命的重要因素之一。
第16期2018年8月No.16August,2018无线互联科技Wireless Internet Technology在化工、食品、医疗等产品的生产、运输及存储等过程中不同阶段,为保证产品得到最佳品质,连续跟踪温度非常关键。
目前随行温度记录仪体积和耗电量都较大,成本较高,限制了它的大量使用。
鉴于此,本文从体积微型化和微功耗两方面着手研究,设计了一种体积仅相当于几枚叠放在一起的硬币,能附着在物体的表面,随物体一起放入包装袋内的微型记录仪。
1 温度记录仪工作原理温度传感器测量外界温度,微处理器对传送来的温度信号进行处理,将数据压缩保存在内部随机存取存储器(Random Access Memory ,RAM )中,通过计算机将数据读出。
温度传感器放置在不锈钢壳体内,并与内壁具有良好的热传导,能灵敏感应到壳体的温度。
壳体采用不锈钢设计,利用外壳通信,不再单设通信接口,可以长期工作在各种恶劣环境甚至酸碱液体里[1]。
通过接口电路与计算机通信,记录仪的开、关机及通信都通过计算机进行操作。
记录仪测温范围为-40~+85 ℃,温度分辩率为0.062 5 ℃,测量精度为±0.2 ℃,能记录4 000个数据,记录间隔可以任意设定,内部一次性锂电池使用寿命>5年。
2 记录仪电路微型化设计2.1 温度测量及转换机构微型化设计既要缩小电路板面积、又要降低耗电量同时还要保证测量的精度,不能用传统的温度测量及转换电路。
Maxim 研制的数字温度传感器DS620能在1.7~3.5 V 电压、-55~125 ℃温度下工作,以10~13位精度输出温度数值,在0~+70 ℃最大误差≤±0.5 ℃,经过修正可以将测量精度提高到≤±0.2 ℃。
体积小,它的μSOP 封装仅5×3 mm ,非常符合微型化的要求[2]。
2.2 基于Mega328P 的记录仪核心电路本着微型化,核心电路仅用一片5×5×1.0 mm QFN 封装的Mega328P 和DS620及几片0402的小型阻容元件组成,采用32.768 kHz 微型贴片晶振。
Telecom Power Technology电源与节能技术铁路系统中传感器的低功耗电源管理系统设计蒋敏建(柳州铁道职业技术学院,广西柳州探讨铁路系统中无线传感器的低功耗电源管理策略,并提出一种创新的改进策略。
先介绍了铁路传感器系统的架构和相关的能源管理电路设计,然后分析了系统的状态转换过程,包括状态切换时间点和功耗问题。
基于这些分析,提出一种自适应功耗模块激活策略,该策略根据传感器传输数据的频率和重要性来动态调整功耗模块的激活频率。
此外,还研究了基于状态切换的功率优化方法,以最大限度地减小功率消耗。
铁路传感器系统;低功耗设计;电源管理;状态转换Design of Low Power Consumption Power Management System for Railway Sensor SystemJIANG Minjian(Liuzhou Railway Vocational Technical College, LiuzhouAbstract: This study explores low-power power management strategies for wireless sensors in railway systems and proposes an innovative improvement strategy. Firstly, this article introduces the architecture of the railway sensor system and the related energy management circuit design. Then, this article analyzes the state transition process of 2024年1月10日第41卷第1期101 Telecom Power TechnologyJan. 10, 2024, Vol.41 No.1蒋敏建:铁路系统中传感器的 低功耗电源管理系统设计器模块以进行放大、滤波等处理。
智能温度采集报警系统的低功耗设计作者:刘明来源:《科教创新》2013年第02期摘要:随着现代电子技术的飞速发展,电子产品的低功耗设计越来越到人们的重视,尤其是对便携式电子产品的低功耗设计更是近年来电子产品设计的一个主潮流。
本论文以智能温度采集报警系统为研究对象,重点探讨了基于MSP430F149型超低功耗单片机在温度采集报警系统上的应用与开发。
关键词:MSP430单片机低功耗硬件设计1.设计的意义本次设计的温度采集报警系统是一种能够长期自动工作的设备,它使用的电源为电池也可为充电电池,因此其功耗的大小直接决定了其使用的时间的长短。
而且一般情况下这类系统的工作环境都比较恶劣,因此,对该系统进行低功耗设计不仅便于延长使用寿命,便与安装、管理与维护,而且由于该系统具有其他无人值守自动设备相似的特点,对该系统进行低功耗设计的方式方法可以应用到其他设计中,这具有非常重要的社会效益和经济效益。
本设计的应用性比较强,如稍加改装可做实验室温湿度监控系统、仓储温湿度监控系统、工业环境监控系统等。
2.系统的设计2.1总体设计方案本系统对温度数据进行采集,温度传感器通过某种关系的换算,就可以得到温度与输出电压的关系,单片机通过模拟口采集得到传感器输出电压,通过设置的参考电压就可以得到传感器的输入带电压,再通过一定关系的转换就获得温度参数,将得到的温度参数进行分析后进行相应的处理,比如显示或者报警。
另外系统通过键盘输入来完成对报警温度的上、下限设置;通过显示电路将得到的数据显示出来;当温度超过上限和下限的时候,系统进行报警,报警通过驱动一个蜂鸣器来实现。
本设计的系统硬件部分主要包括CPU处理模块、传感器采集模块、键盘输入模块、电源及复位模块[1]、报警模块[2]、显示模块[3]以及串口通信模块等。
整个系统的原理框图如图2-1所示:2.2设计的基本思路2.2.1系统的低功耗设计一个单片机系统的功耗受多因素的影响,主要有系统的技术指标,芯片和元器件的选择,及系统的工作方式等。
毕业设计说明书基于nRF2401无线模块的温度采集系统设计学生姓名:学号:学院:专业:指导教师:2014 年 6 月摘要温度是一个非常重要的参数。
在工业、医疗、军事和生活等许多地方,都需要用到测温装置来检测温度。
传统直接布线测量不满足要求,特别是在某些环境恶劣的工业环境和户外环境,通过直接布线测量不现实。
因此采用无线传输温度检测尤为必要。
目前有些设计能够实现无线温度采集,但价格过高是其最大的缺点。
在实际温度控制过程中既要求系统具有稳定性、实时性又需要降低功耗。
因此设计一种低功耗的无线温度检测系统很有意义。
本文提出一种采用单片机STC89C52控制DS18B20实现的无线温度测量系统。
通过简单的无线通信协议,实现可靠性与功耗平衡,该系统能实现对温度的检测,是可以实现远程控制的无线温度检测系统。
低功耗、实时性的无线温度检测是该设计的最大特点。
无线传输采用nRF24L01模块传输。
该系统结构简单,可靠,功耗较低,成本低,是一种无线传感器的解决方案。
关键字:单片机,STC89C52,无线传输,nRF24L01,DS18B20AbstractTemperature is a very important parameter. In the industrial, medical, military, life and many other places, all need to use temperature measuring device to detect the temperature. Traditional direct wiring measurement does not meet the requirements, especially in some bad industrial environment and outdoor environment, through direct wiring measurement is not reality. So the wireless transmission temperature detection is necessary.Some design can realize wireless temperature acquisition at present, but the biggest drawback is the high price.The system requires steadily and real-timing and the needs of reducing consumption.So it is very meaningful to design a low-power wireless temperate detecting system.This article presents a wireless temperate measurement which is achieved by using a STC89C52 MCU to control a DS18B20.The system can realize the remote control of the wireless temperature detection through a simple wireless communication protocol.It can reach the aim of reliability and power balance and measuring temperature.Low power consumption,real-time wireless temperature detection is the biggest advantage.The wireless transmission use nRF24L01 module.The system is a kind of wireless sensor solutions.It is simple structure,reliable and low cost.Key word: MCU STC89C52 wireless transmission nRF24L01 DS18B20目录1 绪论 (1)1.1 无线温度采集系统设计意义 (1)1.2 国内外研究现状 (2)1.3 无线温度采集系统前景 (2)1.4 本文主要研究工作及行文结构 (3)2 系统方案分析与选择论证 (4)2.1 系统方案设计 (4)2.1.1 主控芯片方案 (4)2.1.2 无线通信模块方案 (4)2.1.3 温度传感方案 (4)2.1.4 显示模块方案 (5)2.2 系统最终方案 (5)3 主要芯片介绍和系统模块硬件设计 (7)3.1 STC89C52 (7)3.1.1 单片机控制模块 (10)3.2 单片2.4GHz nRF24L01无线模块 (11)3.2.1 nRF24L01芯片概述 (11)3.2.2 引脚功能及描述 (12)3.2.3 工作模式 (13)3.2.4 工作原理 (13)3.2.5 配置字 (14)3.2.6 nRF24L01模块原理图 (15)3.3 温度传感器 DS18B20 (16)3.3.1 DS18B20管脚配置和内部结构 (16)3.3.2 DS18B20的工作原理 (18)3.3.3 DS18B20的硬件设计 (20)3.4 显示模块 (21)3.5 系统硬件原理图 (21)4 系统软件设计 (23)4.1 单片机软件设计 (23)4.1.1 发送端软件设计 (23)4.1.2 接收端软件设计 (24)4.2调试结果 (24)5 无线数据采集系统展望 (26)5.1 无线组网的意义及研究价值 (26)5.2 通信模型的建立 (26)总结 (27)附录 (29)参考文献 (42)致谢 (44)1 绪论1.1 无线温度采集系统设计意义随着社会的进步和生产的需要,利用无线通信进行温度数据采集的方式应用已经渗透到生活各个方面。
无线测温解决方案引言概述:随着科技的不断发展,无线测温解决方案在工业领域中越来越受到关注。
无线测温技术通过无线传感器实时监测温度,不仅提高了工作效率,还降低了人工操作的风险。
本文将介绍无线测温解决方案的原理、应用领域、优势、挑战以及未来发展方向。
一、无线测温解决方案的原理1.1 无线传感器技术无线测温解决方案依赖于无线传感器技术。
无线传感器通过感知环境中的温度变化,并将数据传输给接收器。
这些传感器可以通过无线通信技术(如Wi-Fi、蓝牙、Zigbee等)与接收器进行通信,实现实时数据传输和监测。
1.2 温度测量原理无线测温解决方案中常用的温度测量原理包括热电偶、热敏电阻和红外测温。
热电偶利用两种不同金属的热电效应来测量温度,热敏电阻则通过电阻随温度变化来测量温度,而红外测温则利用物体辐射的红外能量来测量温度。
1.3 数据处理和分析无线测温解决方案中的数据处理和分析是关键环节。
传感器采集到的温度数据经过无线传输到接收器后,需要进行数据处理和分析。
这些数据可以被用于监测温度变化趋势、预测温度异常等,并通过数据分析算法匡助用户做出决策。
二、无线测温解决方案的应用领域2.1 工业创造无线测温解决方案在工业创造中有广泛的应用。
通过无线传感器实时监测设备的温度,可以及时发现异常情况,避免设备过热或者过冷导致的故障,提高生产效率和设备的寿命。
2.2 医疗保健在医疗保健领域,无线测温解决方案可以用于监测患者的体温。
传感器可以实时测量患者的体温,并将数据传输给监护仪或者医生的挪移设备,及时发现患者体温异常,提供及时的护理和治疗。
2.3 环境监测无线测温解决方案还可以应用于环境监测领域。
通过无线传感器监测环境温度的变化,可以实时掌握环境的温度状况,为气象预报、农业生产等提供重要数据支持。
三、无线测温解决方案的优势3.1 实时监测无线测温解决方案可以实时监测温度变化,及时发现异常情况,避免事故发生。
与传统的手动测温相比,无线测温解决方案大大提高了监测效率。
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 在DAC速度满足要求的前提下,考虑实际应用和输出滤波器的非理想特性,一般采用:
f0max=fc
×40%
而在本设计中系统所能提供的最高时钟为40MHz,于是理论上产生载波的最高频率为40×40%=16MHz。这样DDS的相对带宽为f0max
f0min
=M×40%
这是一个极大的数字,是传统的频率合成技术无法实现的。
参考文献:
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第4期 2007年8月
工矿自动化
IndustryandMineAutomation
No.4
Aug.2007
文章编号:1671-251X(2007)04-0072-03
低功耗无线温度传感器的设计与实现3
刘国巍(安徽理工大学电气工程系,安徽淮南 232001) 摘要:利用凌阳单片机SPCE061A强大的数据处理能力和低功耗优势,结合蓝牙模块的嵌入式应用,实现了一种无线温度传感器的设计。该传感器可将采集到的温度数据实时可靠地传输给控制终端,有效地克服有线传感器在测量中的局限性。还针对蓝牙技术的特点,探讨了无线温度传感器的低功耗设计方法。关键词:无线温度传感器;低功耗;蓝牙技术;SPCE061A
中图分类号:TP212.11 文献标识码:B
0 引言温度是一种最常用的控制参数,在各种生产现场都需要温度传感器实现温度的检测,但在一些危险的场合或物体移动的情况下,有线的温度传感器不仅布线复杂而且容易造成线缆脱落影响数据的可靠性。近年来,蓝牙技术作为一种较成熟的短距离无线通信技术,将它和单片机技术相融合设计无线温度传感器,可以方便、实时、可靠地将采集到的温度数据传输给控制终端,保证了生产的顺利进行。而且,经过功能扩展建立的无线传感器网络,能够适应更加复杂的测量现场。收稿日期:2007-04-053基金项目:安徽省高校青年教师科研资助计划项目(2005jq1106)作者简介:刘国巍(1975-),男,安徽寿县人,讲师,现主要从事信号与信息处理、电子技术等方面的教学与科研工作,研究方向为个人通信、信号与信息处理。1 蓝牙技术简介蓝牙技术是一种无线的数据与语音通信的开放性标准,工作在2.4GHz的ISM频段上,采用跳频扩谱技术。蓝牙设备的最大发射功率可分为3级:
100mW(20dB/m)、2.5mW(4dB/m)、1mW(0dB/m)。当蓝牙设备功率为1mW时,其传输距
离一般为0.1~10m。当发射源接近或是远离而使蓝牙设备接收到的电波强度改变时,蓝牙设备会自动地调整发射功率。当发射功率提高到100mW
时,其传输距离可以扩大到100m。蓝牙支持点对点和点对多点的通信方式,在非对称连接时,主设备到从设备的传输速率为721kbps,从设备到主设备的传输速率为57.6kbps;对称连接时,主从设备之间的传输速率各为432.6kbps。蓝牙标准中规定了在连接状态下有保持模式(HoldMode)、呼吸模式(SniffMode)和休眠模式(ParkMode)3种电源节
能模式,再加上正常的活动模式(ActiveMode),© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
一个使用电源管理的蓝牙设备可以处于这4种状态并进行切换,按照电能损耗由高到低的排列顺序为:活动模式、呼吸模式、保持模式、休眠模式,其中,休眠模式节能效率最高。蓝牙技术的出现,为各种移动设备和外围设备之间的低功耗、低成本、短距离的无线连接提供了有效途径。2 系统硬件结构无线温度传感器主要由单片机控制单元、蓝牙模块、温度检测单元、接口电路及其它辅助电路组成,系统结构如图1所示。控制单元凌阳单片机为整个系统的核心,对检测到的温度数据进行转换、显示、传输,外扩4MBFLASH用于存储程序和温度数据。蓝牙模块包括蓝牙芯片、放大器、非平衡变压器(Balun)等,负责与蓝牙控制终端进行无线连接和数据传输,按键完成系统设置、复位等信息输入,测量的温度数据在传输到控制终端的同时在LED上显示,并通过扬声器定时语音播报当前温度数据和超限报警。图1 无线温度传感器系统结构框图2.1 单片机控制单元控制单元采用SPCE061A单片机,这是凌阳公司开发的一种性价比非常高的以μ′nSPTM微处理器为内核的16位单片机,工作电压为2.6~3.6V,工作频率为0.32~49.152MHz,较高的处理速度使其能够非常容易、快速地处理复杂的数字信号。该芯片内包括ADC、DAC、定时器/计数器、RAM、FLASH、ROM等器件[1],具有一套高效率的指令系统和集成开发环境,并且支持标准C语言,可以实现C语言与凌阳汇编语言的相互调用,为硬件设计和软件开发提供了便利条件。另外,芯片内置的2路10位精度的DAC,再配合丰富的语音函数库,可方便地完成语音的播放,非常适合于语音应用的开发。2.2 温度检测单元温度检测单元采用DS18B20型传感器,是美国DALLAS公司推出的一种改进型智能温度传感器,与传统的热敏电阻等测温元件相比,它能直接读出被测温度,并且可根据实际要求通过编程实现9~12位的数字值读数方式。DS18B20与SPCE061A单片机的接口电路如图2所示,由于DS18B20传感器支持“一线总线”接口[2],因此只需将DS18B20信
号线接到单片机的1位I/O线上即可,而且在1根I/O线上可以挂接多个传感器实现多点温度测量。为了提高抗干扰性能,采用外加电源方式对传感器供电。
图2 DS18B20与SPCE061A接口电路图2.3 无线传输控制单元随着蓝牙芯片单芯片的集成度越来越高和集成了芯片、Balun、晶振等各种蓝牙模块的面世,将蓝牙嵌入到其它数字化设备中也越来越容易实现。本系统无线传输由蓝牙模块BCM02实现,BCM02核心采用CSR(CambridgeSiliconRadio)公司的BlueCore2-External蓝牙芯片,外围扩展了晶振、FLASH、Balun、带通滤波器(BPF)、1.8V稳压电路,可以根据不同的应用场合快速开发,模块符合蓝牙V1.1标准,最大发射功率设计为2.5mW
(4dB/m),是一个二级蓝牙芯片,工作电压为
3±0.3V。BCM02通过UART口与单片机相连,为简化设计,将所需的蓝牙协议栈和无线传输应用程序直接固化在蓝牙模块中,利用蓝牙提供一个透明的无线数据传输,而单片机只要设置好波特率等参数即可进行通信,传输控制由单片机完成。
3 软件设计及流程3.1 单片机软件设计单片机软件部分主要包括主程序、中断子程序、测温子程序、转换显示及存储子程序、UART通信子程序、语音播放子程序等,为了降低功耗,使用中断来唤醒单片机进行测温等工作,因此主程序部分比较简单,主要负责系统各部分初始化和中断的调
・37・2007年第4期刘国巍:
低功耗无线温度传感器的设计与实现 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net用,在系统初始化完成后就直接进入睡眠模式,当中断到来时单片机退出睡眠模式,调用中断子程序实现测温、转换显示、温度数据的传输以及语音的播报和报警等功能。3.2 蓝牙应用程序设计本系统是基于蓝牙的串口应用模型SPP(SerialPortProfile)实现无线数据的透明传输,在核心协议栈之上编写自己的上层应用程序。CSR的蓝牙核心协议栈包括HCI、L2CAP、SDP、RFCOMM等,以固件的形式提供给开发人员,用户编写的应用程序和协议栈一起运行在CSR嵌入式环境中。在CSR程序中,不同任务之间可以异步地发送消息,每一个任务在创建的时候可以让其中一个拥有消息队列,其它的就把发给任务的消息提交给该消息队列,由任务调度程序自动运行获得任务的消息。蓝牙模块上层应用程序流程如图3所示。图3 蓝牙模块上层应用程序流程图4 低功耗设计作为无线传感器,低功耗运行可以最大限度地延长设备的有效使用时间,为了获得最佳性能,设计时在电源损耗和可用性方面必须根据情况权衡使用,除了选用低功耗器件外,笔者从以下几个方面设计了电源管理程序以尽量减少无线温度传感器的功耗。 (1)由于无线温度传感器负责向控制终端传输数据,因此何时进行数据采集、何时进行数据传输可以由控制终端决定,非常适合使用休眠模式和呼吸模式,通过减少蓝牙设备在微微网中的活动达到节电的目的,并且控制终端一般接有持久的电源,所以电源管理的开销由终端来负责比较合适。把控制终端作为主设备,将电源管理程序设计在终端的应用控制层中,并由控制终端完成设备的查询、配对、建链等工作,当无线传感器与控制终端配对成功并建立RFCOMM连接后进入休眠模式,此时主从设备仍然保持着RFCOMM信道,只是不能发送和接收数据,休眠模式下信标间隔可设为1s,电流大概在1mA左右。当需要进行数据传输时,退出休眠模式进入呼吸模式,通过呼吸时隙发送数据,呼吸间隔可设为20~40ms,间隔过大会带来明显延迟,当数据传输结束后再次进入休眠模式,从而尽可能地降低能耗。 (2)CSR的BlueCore芯片提供了独特的硬件节能方法———深度睡眠(DeepSleep)模式,进入和退出深度睡眠模式至少需要10ms,通过按钮或事件进入深度睡眠模式很大程度上降低了损耗。当用户确定将有较长时间不使用无线温度传感器时,可通过控制终端发送事件消息进入深度睡眠模式,需要使用时再通过消息快速退出。在深度睡眠模式下电流一般可控制在50μA左右。(3)凌阳单片机SPCE061A也可以应用
CPU
的睡眠模式,且A口具有键唤醒功能,将BCM02的PIO5与单片机的IOA7相连接,当蓝牙模块退出休眠模式,发送指令进行数据采集时,PIO5输出高电平,通过IOA7电平的变化产生中断来唤醒CPU进入工作状态。