基于无线网络的温度采集系统毕业设计(论文)(编辑修改稿)

基于无线网络的温度采集系统毕业设计(论文)(编辑修改稿)内容摘要：

到温度数据，人在此时可以针对性地作出一些反应。 无线模块的使用即节约了系统的成本，又减少了工作量，同时使用更加长久，因为线路在一定环境下容易腐蚀和损坏，我们在家里也会常常出现电线被老鼠咬坏的情况，基于更加安全和稳定的考虑，在使用的趋势上会越来越趋向于使用无线模块，不仅仅是温度测量系统，其他的更多的系统会更多地应用到无线，无线是未来的一个整体趋势。 无线温度采集系统可被广泛应用于温度测量或相应的可转换为温度量或供电故障监控的工业、农业、环保、服务业、安全监控等工程中，例如：城市路灯故障检测和供电线路防盗监视、环保工程、大型仓库温度检测、城市居民小区供热检测、大型仓库温度检测、工业生产测 控、农业生产温度测控、环保工程、故障监控工程等。 考虑到许多工农 业环境中对多点温度进行监控，一般需要测量几十个点以上。 本文设计多点无线温度采集系统。 本设计是以凌阳公司的 SPCE061A 单片机作为控制核心，以 DS18B20 为采集终端的温度采集与控制系统。 设定与键盘和显示部 分相连的单片机为主机，每个温度传感器对应一个单独的单片机，设为从机。 主机与从机之间通过无线模块建立通信。 控制器通过温度传感器实时检测各节点的温度变化，并在 LED 上显示各点温度的变化，并实现温度超过限定值报警的功能。 因为对环境进行温度检测、数字显示、及实时控制，对于提高生产效率和产品质量、节约能源等都有重要的作用，并且温度参数对工业生产的十分重要，所以温度测量系统的精确度和智能化一直受到企业的重视。 所以学习并研究温度测量及相关知识可做为一个较为实用的课题的方向，能获得较实用的知识和方法。 因此温度测控技术是一 个很实用、也很重要的技术，值得去研究掌握。 它应用的领域也相当广泛，可以应用到消防电气的非破坏性温度检测，电力、电讯设备的过热故障预知检测，空调系统的温度检测，各类运输工具之组件的过热检测，保全与监视系统之应用，医疗与健诊的温度测试，化 湖南商学院毕业设计 第 3 页 共 56 页 工、机械等设备温度过热检测。 因此前景是相当的可观。 发展趋势 温度是一个 十分 重要的物理量，因为它直接影响烘烤、燃烧、煅烧、蒸馏、结晶 、空气流动 、温度漂移 等 各种化学过程 和 物理 过程。 温度控制失误就可能引起产品产量 低下， 产品质量 不过关甚至导致 生产安全 以及威胁人们生活安全 等一系列问题。 从而温度的检测是必不可少的一个课题，而如何让它在社会生活中发展得越来越完善，为人们的生产生活带来更多更大的方便就需要我们当代青年来不断的探求和摸索。 温度采集控制系统在科学研究 、 工 农 业生产 以及 人们的生活领域中，得到了广泛应用。 在工 农 业生产过程中，很多时候都需要对温度进行 非常 严格的 检测和控制 ，以使得生产能够顺利的进行， 让 产品的质量得到充分的保证。 使用 无线 温度 采集 系统可以对生产环境的温度进行 及时而方便的察觉，从而做出反应。 实际生活生产当中，人们经常将此设计应用在智能控制中，从而 保证生产的自动化、智 能化能够顺利 而 安全进行，从而提高生产效率。 在过去的一段时间，触摸开关风靡一时。 触摸开关正是通过温度信号的检测来控制开关的状态。 只是一般的居民地区没有必要用到无线传输，这样也不划算。 但是在工农业中的应用还是特别多的，而且越来越先进，功能越来越强大，测温范围也越来越大，最重要的是大都趋向于无人全自动机械化，大大节约了人力成本，而且安全性与保证性也更大了。 现在推出了新型环保家居的设想，虽然在社会上并没有完全普及，但是这个想法将会是人们未来生活的预景。 全智能的环保家居系统当中也很大程度上需要温度检测系统来完成部 分功能，然后对温度数据做出反应，比如说智能打开窗户或者空调，当没有人在系统中出现的关闭所有应该关闭的电源来节约能源，以达到环保的效果。 总之温度是与我们人类生活各个方面密切相关的一个方面，本设计方案旨在用合适的方法更加精准地采集温度数据，并实现无线传输。 突出在无线这一方面。 所以此设计的应用面十分广，应用前景也是无可计量的。 湖南商学院毕业设计 第 4 页 共 56 页 2 总体方案设计 温度检测系统有许多共同的特点：环境复杂、测量点多、布线分散、现场离监控地点很远等等。 如果使用一般温度传感器采集温度数据，就必须设计信号 A/D 转换 电路、调理电路 以 及 对应 的接口电 路，才能将传感器输出的模拟信号转换成数字信号，再将数字信号送到单片机去处理。 这样，由于外围电路过多会使整个检测系统稳定性不高，系统收集最终数据偏差较大；又由于检测环境的复杂、测量点又多、信号传输距离较远及各种其他干扰的影响，随着时间的推移，检测系统的稳定性和可靠性逐日下降。 所以温度采集系统的设计的关键在于下面三部分：主控单元的设计和温度传感器的选择以及无线模块的选择。 系统方案比较与选择 为了更好的实现系统的可靠性与高性价比，我针对以上这些模块分别提出几种方案以供选择。 控制器模块比较与论证 单片机是本系统的控制核心，其性能的优劣将从根本上影响整个系统的性能。 针对本系统，特提出以下 二 种方案以供选择 方案一：采用 AT89S52 八位单片机。 AT89S52 单片机的软件编程自由度比较大，可通过编程实现各种算法以及逻辑控制。 并且体积较小，引脚不多，方便安装使用。 可以单独对数字温度传感器 DS18B20 进行控制，另外 AT89S52 在工农业控制上也有着比较广泛的应用，编程技术和外围电路的配合使用都相当成熟。 但是使用 51 或者 52 单片机该系统的外围电路较多，实际操作比较麻烦，一次只能处理 八位数据，计算比较繁琐。 方案二：使用 SPCE061A 凌阳 16 位 单片机。 SPCE061A 是凌阳科技经典的一款 16位的具有语音处理结构的微控制器。 SPCE061A 采用 SOC 架构，其内核是凌阳科技公司自主研究开发的 μ’nSP 架构内核，该芯片自带硬件乘法器，可以实现乘法，内积等各种复杂的运算。 它运算能力强，处理速度快，单周期最高能达到 49MHz 内置的专用MIC 接口和双路 10bitDAC，使得它非常适合开发语音电子产品。 凌阳单片机 SPCE061A内嵌 32k字 Flash程序存储器和 2 路 16位定时器、 8 通道 10bitADC、 UART 接口、 2K的 SRAM、看门狗、电压检测以及时基输出等模块。 丰富的外部资源和优秀的检测机制 湖南商学院毕业设计 第 5 页 共 56 页 使芯片性能稳定、功能丰富，可作为通用的微控制器，广泛而深入地应用于智能家电、工业控制、家居安防等多领域。 在 温度数据采集上，利用 IO 口连接数字 温度传感器DS18B20 的数据引脚，显示上用 HD7279 控制键盘和显示，单片机控制喇叭可实现语音报警。 温度传感器模块比较与论证 温度传感器用来进行温度采集，我们把采集到的数据送到单片机上，单片机处理后把数据通过一个无线模块发送到另一个无线模块。 所以在 这个系统中温度传感器的作用是至关重要的。 我们需要做到数据采集的准确，并且能够保持系统的稳定。 有以下几个方案可以供选择： 方案一： 采用热敏电阻，可满足 40 摄氏度至 90 摄氏度测量范围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，对于检测 1 摄氏度的信号是不适用的。 方案二：采用单片模拟量的温度传感器 ， 比如 AD590,LM35 等。 但这些芯片输出的都是模拟信号 ， 必须经过 A/D 转换后才能送给 单片 机 ， 这样就使得测温装置的结构较复杂。 另外 ， 这种测温装置的一根线上只能挂一个传感器 ， 不能进行多点测量。 即使能实现 ， 也要用到复杂的算法，一 定程度上也增加了软件实现的难度。 方案三：采用 DS18B20 来 测量 待测电的 温度， 数字温度传感器 DS18B20 输出 的 信号全数字化。 方便 单片机处理及控制，省去传统的测温 系统 的很多外围电路。 且该芯片的物理化学性 都很 稳定，它能 作为 工业测温元件。 此元件线性度好 ， 在 0℃ 到 100℃ 时，最大线形偏差小于 1℃。 DS18B20 的最大特点 是 单总线的数据传输，由数字温度计DS18B20 和微控制器 SPCE061A 构成的温度 采集系统， 它 可以 直接输出温度的数字信号 ，而且直接显示在数码管上。 因此该温度采集 系统的结构就比较简单 ， 体积 也较小。 无线模块的比较与论证 无线传输模块主要是用于主机和从机之间的数据传输，主机先发送信号给从机，从机接收到主机发送的信号后给主机发送温度数据。 方案一：采用红外收发芯片 NB914 NB9149。 NB9148 是通用红外遥控发射器集成芯片，该器件与 NB9149 配合使用可完成 10 个功能控制。 NB9148 采用 CMOS 工艺制造，功耗极低，工作电压可在 ， NB9148 的集成度高，工作时所需外围元件少，其振荡电路只需外接 LC 或陶瓷震荡器即可起振，并支持多键组合。 此外 湖南商学院毕业设计 第 6 页 共 56 页 NB9148 的位码可 与其他模式相兼容。 方案二：采用 nRF2401 无线模块。 无线芯片 nRF2401 是单片射频收发芯片，工作于 ～ ISM 频段，芯片内嵌晶体振荡器、地址解码器、时钟处理器、调制器、低噪声放大器、 GFSK 滤波器、功率放大器和频率合成器等功能模块，通信频道和输出功率可通过程序进行调配。 芯片能耗相当低，以 5dBm的功率发射的时侯，工作的电流只有 ，接收的时侯工作电流只有 18mA。 该无线模块有多种低功率工作模式，设计节能而且使用更为方便。 无线芯片 nRF2401 内置了相当多的功能模块，外围电路需 要得很少，因此使用起来相当方便。 键盘显示模块 的比较与论证 键盘和显示是整个系统人机交互的桥梁。 选择好的键盘显示模块能够更简单、更方便、更直观的实现人机交互。 方案一：单片机控制键盘 、 液晶显示屏 （ LCD） 显示温度数据。 液晶显示屏（ LCD）具有显示清晰、轻薄短小、无辐射危险、低耗电量，影像稳定不闪烁以及平面直角显示等优点，可视面积较大，画面效果较好，分辨率较高，抗干扰能力较强等特点。 但由于只显示温度数据，信息量比较少，但是液晶工作量较大，控制器的资源占用较多，使得系统效率变低，而且使用液晶显示器 的成本偏高。 方案二：使用单片机控制键盘和传统的数码管显示。 数码管具有：低能耗、低损耗、低压，对外界环境要求低，易于维护，同时其精度比较高，称量快，精确可靠，操作简单。 数码管是采用 BCD 编码显示数字，编程容易，资源占用较少。 方案三： HD7279A 控制键盘与 LED 显示。 HD7279A 是一 个 具 有 串行接口的智能显示与键盘驱动芯片。 它可以同时驱动 8 位共阴数码管，还能同时连接多达 64 键的键盘矩阵，单片就可完成 LED 数据显示和键盘驱动的全部功能。 HD7279A 内置译码器，可直接接受 BCD 码以及 16 进制码，并同时具备 2 种译码方式，此外还它还具有多种控制指令 ，如左移、右移、消隐、段寻址和闪烁等。 HD7279A 具有片选信号，可非常方便地实现多位 LED 显示和键盘驱动。 电源模块比较与论证 方案一：采用稳压源提供正负 5V的 电压。 稳压源可以提供多种不同的电压，为单 湖南商学院毕业设计 第 7 页 共 56 页 片机、信号处理电路供电。 方案二：采用 4 节五号电池串联给整个系统供电。 但经过实验验证，当电池为直流电机供电时，单片机、传感器的工作电压不够，性能不稳定。 方案三：采用 12V 蓄电池变压后为系统供电。 蓄电池具有较强的电流驱动能力以及稳定的电压输出性能，并且 移动方便，成本低。 采用此种供电方式后，单片机和各部分电路工作稳定，易于安装，能够满足系统的要求。 方案四：采用稳压电源 12V 经过滤波稳压为 5V 后 给系统供电，同时使用 12V 蓄电池变压 为 5V后为系统 提供 备用电源。 系统最终方案 经过反复比较与论证，最终确定了如下方案： （ 1） 采用单凌阳单片机 SPCE061A 作为控制核心； 由于系统要求精度高且性价比高，经综合考虑后选用凌阳 16 位单片机 SPCE061A实现本系统。 凌阳 SPCE061A 单片机算术运算功能强，软件编程灵活，自由空间大，可用软件编程实现各种算法和逻辑 控制，并且由于其功耗低，体积小，技术成熟和成本低的优点，使其在各个领域应用广泛。 相比之下 51 单片机就逊色很多， 51 单片机不仅内部资源很少，而且它的内部寄存器只能处理 8 位数据，所以具有很大的局限性和不稳定性。 且在学校有凌阳开发板可供使用，大大方便了我的设计。 （ 2） 采用 数字温度传感器 DS18B20 来采集温度数据； 采用温度 温度传感器 DS18B20 测量温度，体现 了 系统芯片化这个 发展 趋势。 部分外围 电路的集成，使总体电路更 加 简洁，搭建电路 以及 焊接电路时 更加方便快捷。 集成块 能 有效 的 避免外界干扰，提高 系统 的精确度 ， 所以集成芯 片的 普及使用时。