【正文】 電源模塊 .................................................................................................................10 溫度采集模塊 ......................................................................................................... 11 無線收發(fā)模塊 ......................................................................................................... 11 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ..............................................................................................................12 無線收發(fā)模塊驅(qū)動(dòng)程序 .........................................................................................12 發(fā)送端程序 .............................................................................................................13 接收端程序 .............................................................................................................15 5 系統(tǒng)調(diào)試 ......................................................................................................................16 調(diào)試方法 .................................................................................................................16 調(diào)試結(jié)果 .................................................................................................................17 6 結(jié)論 ..............................................................................................................................18 系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)分析 .....................................................................................................18 全文總結(jié) .................................................................................................................19 致 謝 .........................................................................................................................22 參考文獻(xiàn) .........................................................................................................................21 附 錄 .........................................................................................................................23 1 1 引言 背景和意義 近年來，在我國以信息化帶動(dòng)的工業(yè)化正在蓬勃發(fā)展，溫度采集已成為工業(yè)對(duì)象控制中一種重要的參數(shù)，特別是在冶金、化工、機(jī)械等各類工業(yè)中，廣泛使用各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐等。由于爐子的種類及原理不同，因此所采用的加熱方法及燃料也不同，如煤氣、天然氣、油電等。對(duì)于不同生產(chǎn)情況和工藝要求下的溫度控制，所采用的加熱方式，選用的燃料，控制方案也有所不同。例如冶金、機(jī)械、食品、化工等各類工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的各種加熱爐、熱 處理爐、反應(yīng)爐等；燃料有煤氣、天然氣、油、電等。 隨著生產(chǎn)技術(shù)的提高 , 環(huán)境溫度指標(biāo)越來越多的影響到生產(chǎn)效率、能源消耗和生活水平。不管是工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事及氣象領(lǐng)域 , 還是日常生活環(huán)境 , 都需要對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)測。因而 ,設(shè)計(jì)可靠且實(shí)用的溫度采集系統(tǒng)顯得非常重要。溫度采集系統(tǒng)作為車輛導(dǎo)航、油田遠(yuǎn)程監(jiān)控、船載導(dǎo)航系統(tǒng)以及農(nóng)田信息采集系統(tǒng)等控制系統(tǒng)的重要組成部分，它的主要作用是用傳感器檢測模擬環(huán)境中的溫度信號(hào)，溫度傳感器上電流將隨環(huán)境溫度值線性變化。再把電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，使用AD轉(zhuǎn)換器將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成處理器能 夠進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的數(shù)字電壓信號(hào)。 工業(yè)應(yīng)用中，現(xiàn)階段基本上都是以有線的方式進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)各種控制功能。各種總線技術(shù)，局域網(wǎng)技術(shù)等有線網(wǎng)絡(luò)的使用的確給人們的生產(chǎn)和生活帶來了便利，改變了我們的生活，對(duì)社會(huì)的發(fā)展起到了極大的推動(dòng)作用。有線網(wǎng)絡(luò)速度快，數(shù)據(jù)流量大，可靠性強(qiáng)，對(duì)于基本固定的設(shè)備來說無疑是比較理想的選擇，的確在實(shí)際應(yīng)用中也達(dá)到了比較滿意的效果。 單片微型計(jì)算機(jī)的功能不斷的增強(qiáng)，為先進(jìn)的控制算法提供的載體，許多高性能的新型機(jī)種應(yīng)運(yùn)而生。單片機(jī)以其功能強(qiáng)、體積小、可靠性高、造價(jià)低和開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，成為自動(dòng)化 領(lǐng)域和其他測控領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的器件，在工業(yè)生產(chǎn)中成為必不可少的器件。在溫度控制系統(tǒng)中，單片機(jī)更是起到了不可替代的核心作用。 2 本課題研究的意義 隨著微電子技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。在工業(yè)生產(chǎn)和控制中，應(yīng)用數(shù)據(jù)系統(tǒng)可以采集工業(yè)現(xiàn)場的溫度、濕度、電壓、電流、壓力、流量等諸多工藝參數(shù)，在將這些模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字量并進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算處理后，所得的結(jié)果可以反饋給用戶或控制系統(tǒng)，為提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本提供信息和手段；在科學(xué)研究上，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以為我們提供大量的動(dòng)態(tài)信息，成為探索科學(xué)奧 秘的重要手段。目前，數(shù)據(jù)采集幾乎無孔不入，它已滲透到了地質(zhì)、醫(yī)藥器械、雷達(dá)、通訊、遙感遙測等各個(gè)領(lǐng)域，為我們更好的獲取信息提供了良好的基礎(chǔ)。 無線數(shù)據(jù)采集特別適用于復(fù)雜地形條件、高腐蝕性、建筑群、爆炸等場合，或者被采集對(duì)象是運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)等情況。隨著數(shù)字電路和射頻電路制作工藝、低功耗電路、高能電池、微電子技術(shù)及集成電路技術(shù)的進(jìn)步，無線通信技術(shù)取得了飛速的發(fā)展，無線通信的實(shí)現(xiàn)越來越容易，傳輸速度越來越快，可靠性越來越高，并且逐漸達(dá)到可以和有線網(wǎng)絡(luò)相媲美的水平。 無線傳輸越來越多的被應(yīng)用在工業(yè)及民用的數(shù)據(jù)采集上，解 決了一些布線復(fù)雜、甚至無法布線的情況。無線方式具有如下幾個(gè)顯著的特點(diǎn)：傳輸介質(zhì)采用的是電磁波，節(jié)省了架設(shè)電纜的所需的占地和各種花費(fèi)及其給其他建筑的建設(shè)帶來的不便，應(yīng)用起來更加方便；在應(yīng)用單片機(jī)編解碼接口技術(shù)的無線通信系統(tǒng)中，采用多字節(jié)地址編碼，收發(fā)器的數(shù)量不受限制；具有電路簡單、功耗小、體積小、成本低等優(yōu)點(diǎn)，非常便于使用；設(shè)計(jì)設(shè)施都很簡便適合更換場合反復(fù)利用。 溫度作為一個(gè)重要的物理量，是工業(yè)生產(chǎn)過程中最普遍、最重要的工藝參數(shù)之一。隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)溫度測量的要求越來越高，而且測量的范圍也越來越廣，對(duì)溫 度的檢測技術(shù)的要求也越來越高。因此，溫度測量的研究也是一個(gè)重要的研究課題。 總之，本課題將數(shù)據(jù)采集與無線傳輸相結(jié)合，發(fā)揮無線傳輸?shù)膬?yōu)勢，并且解決硬件、軟件及通信協(xié)議優(yōu)化等問題。 3 本文的主要任務(wù)及結(jié)構(gòu) 本論文所完成的任務(wù)是對(duì)基于 LPC2103和無線收發(fā)模塊的溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行研究， 從實(shí)際需要出發(fā)，并從性能、價(jià)格等因素考慮，對(duì)主要元器件進(jìn)行了選型 ，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出了一個(gè)新型無線溫度采集系統(tǒng)，并且進(jìn)行軟硬件的調(diào)試和制作，最終完成 具有體積小、數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可靠、使用靈活等優(yōu)點(diǎn) 的作品， 可以很好地應(yīng)用在無線 數(shù)據(jù)采集及其它短距離無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱龊?，本論文在總體結(jié)構(gòu)上共分為 5章。 第 1章引言，本章介紹了無線通信和溫度采集的基礎(chǔ)知識(shí)及其發(fā)展。 第 2章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) ，本章簡要介紹了 無線溫度采集系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)及功能 。 第 3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ，本章主要介紹 了無線溫度采集系統(tǒng)的硬件部分總體設(shè)計(jì)以及硬件部分各個(gè)模塊的功能及設(shè)計(jì) 。 第 4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ， 本章 主要介紹了無線溫度采集系統(tǒng)的主要程序部分的代碼及思路 。 第 5章 系統(tǒng)調(diào)試 ， 本章主要介紹了本 系統(tǒng) 的 調(diào)試過程 。 第 6章結(jié)論，本章主要介紹了 系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)的功能、效果，系統(tǒng)特點(diǎn)，還需要完善的地 方，該系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域等 。 4 2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng) 框圖 L M 3 5 采 集 溫 度 1L P C 2 1 0 3 進(jìn) 行 A D 轉(zhuǎn)換n r f 2 4 L 0 1 收到 數(shù) 據(jù) 并 發(fā)送L M 3 5 采 集 溫 度 2L P C 2 1 0 3 進(jìn) 行 A D 轉(zhuǎn)換n r f 2 4 L 0 1 收到 數(shù) 據(jù) 并 發(fā)送發(fā) 送 端 1發(fā) 送 端 2n r f 2 4 L 0 1 接受 數(shù) 據(jù)L P C 2 1 0 3 收 到 數(shù) 據(jù)并 判 斷 數(shù) 據(jù) 來 源P C 機(jī) 顯 示 上 位 機(jī)接 收 端圖 21 系統(tǒng) 框 圖 本系統(tǒng)主要由發(fā)送端、接收端和上位機(jī)端三大部分組成，其中發(fā)送端的主要功能是采集環(huán)境溫度，并將采集到的溫度通過無線收發(fā)模塊發(fā)送給接收端；接收端的主要功能是接收發(fā)送端采集到的溫度數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送給上位機(jī)；上位機(jī)的主要功能是將采集到的數(shù)據(jù)顯示出來，方便人們讀取。 LPC2103 簡介 LPC2103 是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真的 32 位 ARM7 TDMIS CPU 的微控制器，并帶有 32KB 的高速 Flash 存儲(chǔ)器。 128 位寬度的存儲(chǔ)器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使32 位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運(yùn)行。對(duì)中斷服務(wù)程序和 DSP 算法中性能要求嚴(yán)格的應(yīng)用來說，這增加的性能比在 Thumb 模式 [1]下的性能超出多達(dá) 30%。對(duì)代碼規(guī)模有嚴(yán)格控制的應(yīng)用，使用 16 位的 Thumb 模式將代碼規(guī)模降低超過 30%，而性能的損失卻很小。 5 較小的 LQFP48 封裝和很低的功耗使 LPC2103 特別適用于訪問控制和 POS 機(jī)等小型應(yīng)用中；由于內(nèi)置了寬范圍的串行通信接口（ 2 個(gè) UART、 SPI、 I2C 總線）和 8KB 的片內(nèi) SRAM，他們也 非常適合于通信網(wǎng)關(guān)和協(xié)議轉(zhuǎn)換器。高級(jí)性能還使這些器件適合用作數(shù)學(xué)協(xié)處理器。多個(gè) 32 位和 16 位定時(shí)器、一個(gè)改良的 10 位ADC、所有定時(shí)器上輸出匹配的 PWM 特性、以及具有多達(dá) 13 個(gè)邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷管腳的 32 位高速 GPIO 線，使這些微控制器特別適用于工業(yè)控制和醫(yī)療系統(tǒng)中。 圖 22 中詳細(xì)介紹了 LPC2103[2]各個(gè)引腳的功能，在本系統(tǒng)中， 通過 、 、 接口的 SPI 功能控制 nrf24L01 無線收發(fā)模塊；通過 、 接口的 UART功能實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信；通過將 LM35 采集到的溫度 輸入 并使用 AD 功能得到需要的溫度數(shù)據(jù)。 圖 22 周立功 LPC2103 核心板電路圖