基于lpc2103和无线收发模块的温度采集系统设计毕业论文(编辑修改稿)

基于lpc2103和无线收发模块的温度采集系统设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

图 23 中详细介绍了本系统在设计与制作过程中所使用到的 LPC2103 核心板，该核心板将 48 个管脚的 LPC2103 芯片制作为直插式的电路板，方便在调试中拆卸与安装，能够保护芯片，延长使用寿命。 6 温度测量方案 温度是表征物体冷热程度的物理量，它在工业自动化、家用电器、环境保护、安全生产和汽车工业等行业中都是基本的检测参数之一。 温度是温度监控系统中最基本、最为核心的衡量指标，也是测温系统中最为重要的测控参数，因此对 温度进行准确的检测一直是一个重要的研究课题。 因此，测量温度的仪器在测温系统中占有至关重要的地位。 随着国内外科技的发展，温度测量技术不断提高。 目前各种温度测量方法种类繁多，应用范围广泛，主要包括以下几种： (1) 传统的利用物体热胀冷缩原理的方法。 水银温度计至今仍然广泛应用于各种温度测量场合。 可是它的缺点是只能近距离观测，易碎，而且有毒。 代替它的有填充酒精、煤油等玻璃温度计和利用金属不同的膨胀系数制成的金属片温度计，它们的缺点都是测量精度很低。 (2) 利用热电效应的方法。 此方法制成的温度检测元件主要是热电偶。 热电偶发展较早，比较成熟，至今仍为应用最广泛的检测元件。 热电偶具有结构简单、制作方便、测量范围宽、精度高、热惯性小等特点。 它的缺点是线性不好，冷端需要温度补偿。 (3) 利用热阻效应的方法。 利用该方法的测温元件大致有电阻测温元件、导体测温元件和陶瓷热敏元件。 其中电阻测温元件是利用感温元件的电阻随温度变化的性质，将电阻的变化值用显示仪表反映出来，达到测温的目的。 这类元件如铜电阻、镍电阻、铂电阻等，它们的特点是稳定性好、耐高温，如铂电阻有的可达六、七百度。 但它们的缺点是当传输线路长短不等时，需要进行温度补偿。 (4) 利用热辐射原理。 热辐射高温计通常分为单色辐射高温计和全辐射高温计。 它的原理是物体受热辐射后，视物体本身的性质，能将其吸收、透过或反射。 而受热物体放出的辐射能的多少，与它的温度有一定的关系。 (5) 利用声学原理的测量方法。 近年发展起来的声学温度检测技术，可以对炉内的烟气温度测量值和火焰分布在线检测，判断炉的燃烧状况，进行实时调节和控制。 其基本原理是通过测量声波传感器间的声波传播时间以最小二乘原理重建温度的测量方法。 (6) 晶体管测温器件。 半导体的电阻温度系数比金属大 1～ 2个数量级，二极管和三极管 的 PN结电压、电容对温度灵敏度很高。 由此制成的这类器件的优点是在 7 50℃ ~+150℃范围内有良好的特性，体积小、响应时间快、价格低。 但它的缺点是一致性差、不易做到互换，而且 PN结容易受外界辐射的影响，稳定性难以保证。 (7) 光纤温度检测技术。 在常规办法无法测量的场合，光纤测温得到快速发展，已开发了开关式温度检测器、辐射式温度检测器等多种实用型的品种。 检测精度在177。 1℃以内，测温范围可以从绝对 0℃ ~20xx℃。 (8) 激光温度检测技术。 激光测温特别适于远程测量和特殊环境下的温度测量。 用氦氖激光源的激光作反射 计，可测很高的温度，精度达 ℃；用激光干涉和散射原理制作的温度检测器可测量更高的温度，上限可达 +3000℃，专门用于核聚变研究，但在工业上应用还需进一步开发和实验。 (9) 微波温度检测器是利用在不同温度下，温度与控制电压成线性关系的原理制成的。 这种检测器的灵敏度为 250kHz／℃，精度为 l％左右， 热电偶 发展较早，比较成熟，至今仍为应用最广泛的检测元件。 热电偶具有结构简单、制作方便、测量范围宽、精度高、热惯性小等特点。 它的缺点是线性不好，冷端需要温度补偿。 (10) 近年来，随着微电子技术、计算机技术 和自动测试技术的发展，人们开发出将温度传感器和数字电路集成在一起的新型数字式集成温度传感器。 数字式温度传感器内部一般都包含温度传感器、 A／ D转换器、信号处理器、存储器 (或寄存器 )和接口电路，有的产品还带多路选择器、中央控制器 (CPU)、随机存取存储器 (RAM)和只读存储器 (ROM)。 与模拟传感器相比，数字式传感器在精度、分辨率、可靠性、抗干扰能力以及器件微小化方面都有明显的优点，而且，输出的温度数据和相关的温度控制量可以适配各种微控制器。 但是受半导体器件本身限制，数字式传感器还存在一些不足。 比如测温范围不宽 ，一般为 +50℃ ~+150℃。 由于简化了硬件外围电路使得软件设计变得更为复杂。 LM35 是一种得到广泛使用的 温度传感器。 由于它采用内部 补偿 ，所以输出可以从 0℃ 开始。 在常温下， LM35[3]不需要额外的校准处理即可达到 177。 1/4℃ 的准确率。 其电源供 应模式有单电源与正负双电源两种，单电源模式在 25℃ 下静止电流约 50μ A，工作电压较宽，可在 4— 20V 的供电电压范围内正常工作非常省电 ；另外， 工作电压 在 4～ 30V 时 ， 芯片 从电源吸收的电流几乎是不变的（约 50μ A），所以芯片自身几乎没有 散热 的问题。 这 么小的电流也使得该芯片在某些应用中特别适合，比如在 电池 供电的场合中，输出可以由第三个引脚取出，根本无需校准。 基于本设计需要精度高、可靠性强、器件体积小的器件，同时又考虑到价格上的因素，最终选择 LM35 温度传感器来采集温度数据。 8 数据无线传输方案 随着网络和通信技术的迅速发展，无处不在的网络终端、以人为本、个性化、智能化的移动计算以及方便快捷的无线接入、无线互联等新概念和新的产品 ，已经逐渐融入人们的日常生活和工作领域。 随着而来的便携式终端以及无线通信技术得到了极大的发展并在我们的日常生活中得到了广泛的应用，目前应用广泛的无线通信技术主要有 GSM＼ CDMA＼GPRS、 、蓝牙、 IrDA、 、 ZigBee、 UWB、微功率短距离无线通信技术等。 以上列出了五种常用的无线通信方式，这些通信方式各有优点，各有不同的适用范围，下面针对它们的使用范围和各自特点进行比较。 IrDA是一种视距传输技术，通信设备中间不能有任何阻挡物，通信设备的位置也需要相对固定 ，不适宜用于移动数据传输；其次， IrDA只能实现点对点的无线通信，不能完成点对多点的无线通信；最后， IrDA设备的核心器件 —— 红外 LED容易损坏，因而设备寿命有限。 IEEE 802． 1lx无线局域网技术基于计算机网络技术发展而来，是专门针对计算机网络通讯而设计的无线通讯技术，其有效传输距离为 50米，传输速率为 11M—54M不等，经常应用于企业学校等场所。 IEEE ，协议实现对硬件要求较高，因此基于 IEEE 备的成本较高，安装调试 复杂、维护困难。 蓝牙 (Blue Tooth)技术专门为近距离无线数据传输而设计，其有效传输距离为10米，传输速率为 10M。 从蓝牙 (Blue Tooth)技术正式公布到现在，蓝牙 (Blue Tooth)技术一直没有得到预期的大范围的应用，是因为其芯片以及开发设备价格相对高。 基于 GSM＼ CDMA＼ GPRS无线通讯网络的数据传输技术是近几年发展起来的一种新型的无线数据传输技术，该技术依托于 GSM＼ CDMA＼ GPRS无线通讯网络进行无线数据传输，因此其没有传输距离的限制，只要 GSM＼ CDMA＼ GPRS无线通讯网 络覆盖的地区均可以进行无线数据传输。 基于 GSM＼ CDMA＼ GPRS无线通讯网络的数据传输技术的传输速率为 10KB~60KB，由于其利用 GSM＼ CDMA＼GPRS无线通讯网络进行无线数据传输，因此其运营成本较高。 基于嵌入式 的 射频无线收发的无线数据传输技术是近几年发展起来的一种无线数据传输技术，其核心技术是 无线收发技术。 嵌入式射频无线收发一体型 9 芯片是国外各大公司近年来推出的一种新型无线传输芯片，该芯片将信号调制、发射、接收、数字电路接口等 功能集成在一枚芯片中，具有价格低廉、外围电路简单、体积小巧、通讯可靠性高、抗干扰能力强、传输速率快、低耗节能等诸多优点。 同时，嵌入式无线射频收发一体型芯片普遍采用了标准的数字通讯接口，如 SPI， UART 等，可以很方便的与 DSP 或单片机等微处理器芯片结合使用。 基于嵌入式无线射频收发一体型芯片的上述优点，采用嵌入式无线射频收发一体型芯片技术解决低速率无线数据传输问题是比较理想的解决方案。 通过无线射频收发一体型芯片与单片机或 DSP 的结合使用，再在数据传输过程中配合先进的通讯协议数据处理算法实现纠错、校验以及加密等 功能，可满足无线数据传输的要求。 图 23 nrf24L01 无线收发模块 nrf24L01[4]是一款新型单片射频收发器件 ， 工作于 GHz～ GHz ISM 频段。 内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块 ， 并融合了增强型 ShockBurst 技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。 nRF24L01功耗低 ， 在以 6 dBm的功率发射时 ， 工作电流也只有 9 mA； 接收时，工作电流只有 mA，多种低功率工作模式 (掉电模式和空闲模式 )使节能设计更方便。 基于价格、体积、抗干 扰能力、功耗等方面的考虑，本设计使用的是云佳科技公司的nrf24L01 无线收发模块。 10 3 系统硬件设计 电源模块 +C510u+C610uR90RDP1V8D2LEDR101KDP1V8C4GND1VOUT2VIN34U2DP3V3C3+C110u+C210uR80RR70RDP3V3GND1VOUT2VIN34U1+5VD14007Vin1_111_22NC3NC42_152_26BT1BUTTONPOWERDP3V3 图 31 电源模块 由于 LPC2103 需要 和 双电源供电， 所以在本系统的电源模块主要由两部分组成，一部分首先将输入电压变为 ，另一部分再将 电压进一步变为 ； 为增强该系统的可移动性， POWER 接口 选择 了 三节 干 电池组成的 直流电源输入， D1 为 4007 二极管，防止正负极反接烧坏电路，然后接入，将电压转换为 ， C C C C C C6 为滤波电容 ，由于电源模块部分为直流电源，所以选择 10μ 的电容作为滤波电容 ；同理，将 电压接入 ，将电压转换为 ， D2 为电源指示灯 ，点亮时电路接通。 11 温度采集模块 123J2LM35R13 1KC10104DP3V3P0_24R14 1KC12104 图 32 温度采集模块 该模块 的作用是采集环境温度，并将其传送给 LPC2103 核心板； 管脚 1 作为输入 端 接 电源，管脚 2 作为输出 端 与 LPC2103 核心板 的 口 相连接，管脚 3 接地 ，为防止电流过大烧坏 LPC2103，在管脚 1 和 管脚 2 各接入一个 1K 的电阻 ， C10 与 C12 为 滤波电 容 ，该模块也为直流电路，所以选择 104 作为滤波电容。 无线收发模块 12345678JP4nrf24l01C13104P0_4P0_6P0_5P0_14P0_17 P0_16DP3V3 图 33 无线收发模块 该部分为 nrf24L01 无线收发模块， 在发射端 中的作用是将 LM35 传感器 采集到 的温度发送给接收 端的 nrf24L01，然后 LPC2103 在接收端 再通过串口发送给上位机，在接收板中的作用是接受发送板发送的数据 ；其中管脚 1 接地，管脚 2 接 12 电源， C12 为滤波电容，管脚 3 作为 CE 端与 口直接相连，管脚 4 作为 CSN端与 直接相连，管脚 5， 6， 7 分别为 SPI 功能 的 SCK， MOSI， MISO 接口 ，应该与 LPC2103 上的 SPI 接口一一对应，根据图 22。