【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)軟件設計 ..............................................................................................................12 無線收發(fā)模塊驅(qū)動程序 .........................................................................................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)缺點分析 .....................................................................................................18 全文總結(jié) .................................................................................................................19 致 謝 .........................................................................................................................22 參考文獻 .........................................................................................................................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的工業(yè)化正在蓬勃發(fā)展，溫度采集已成為工業(yè)對象控制中一種重要的參數(shù)，特別是在冶金、化工、機械等各類工業(yè)中，廣泛使用各種加熱爐、熱處理爐、反應爐等。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、反應爐等；燃料有煤氣、天然氣、油、電等。 隨著生產(chǎn)技術的提高 , 環(huán)境溫度指標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)、軍事及氣象領域 , 還是日常生活環(huán)境 , 都需要對溫度進行監(jiān)測。因而 ,設計可靠且實用的溫度采集系統(tǒng)顯得非常重要。溫度采集系統(tǒng)作為車輛導航、油田遠程監(jiān)控、船載導航系統(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，溫度傳感器上電流將隨環(huán)境溫度值線性變化。再把電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，使用AD轉(zhuǎn)換器將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成處理器能 夠進行數(shù)據(jù)處理的數(shù)字電壓信號。 工業(yè)應用中，現(xiàn)階段基本上都是以有線的方式進行連接，實現(xiàn)各種控制功能。各種總線技術，局域網(wǎng)技術等有線網(wǎng)絡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，對社會的發(fā)展起到了極大的推動作用。有線網(wǎng)絡速度快，數(shù)據(jù)流量大，可靠性強，對于基本固定的設備來說無疑是比較理想的選擇，的確在實際應用中也達到了比較滿意的效果。 單片微型計算機的功能不斷的增強，為先進的控制算法提供的載體，許多高性能的新型機種應運而生。單片機以其功能強、體積小、可靠性高、造價低和開發(fā)周期短等優(yōu)點，成為自動化 領域和其他測控領域中廣泛應用的器件，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 隨著微電子技術和數(shù)字信號處理技術的發(fā)展，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到了廣泛的應用。在工業(yè)生產(chǎn)和控制中，應用數(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)，在將這些模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字量并進行相應的計算處理后，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；在科學研究上，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以為我們提供大量的動態(tài)信息，成為探索科學奧 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、通訊、遙感遙測等各個領域，為我們更好的獲取信息提供了良好的基礎。 無線數(shù)據(jù)采集特別適用于復雜地形條件、高腐蝕性、建筑群、爆炸等場合，或者被采集對象是運動、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、微電子技術及集成電路技術的進步，無線通信技術取得了飛速的發(fā)展，無線通信的實現(xiàn)越來越容易，傳輸速度越來越快，可靠性越來越高，并且逐漸達到可以和有線網(wǎng)絡相媲美的水平。 無線傳輸越來越多的被應用在工業(yè)及民用的數(shù)據(jù)采集上，解 決了一些布線復雜、甚至無法布線的情況。無線方式具有如下幾個顯著的特點：傳輸介質(zhì)采用的是電磁波，節(jié)省了架設電纜的所需的占地和各種花費及其給其他建筑的建設帶來的不便，應用起來更加方便；在應用單片機編解碼接口技術的無線通信系統(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，非常便于使用；設計設施都很簡便適合更換場合反復利用。 溫度作為一個重要的物理量，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，對溫度測量的要求越來越高，而且測量的范圍也越來越廣，對溫 度的檢測技術的要求也越來越高。因此，溫度測量的研究也是一個重要的研究課題。 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 本文的主要任務及結(jié)構(gòu) 本論文所完成的任務是對基于 LPC2103和無線收發(fā)模塊的溫度采集系統(tǒng)的設計方法進行研究， 從實際需要出發(fā)，并從性能、價格等因素考慮，對主要元器件進行了選型 ，并在此基礎上設計出了一個新型無線溫度采集系統(tǒng)，并且進行軟硬件的調(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 的作品， 可以很好地應用在無線 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知識及其發(fā)展。 第 2章 系統(tǒng)總體設計 ，本章簡要介紹了 無線溫度采集系統(tǒng)的總體設計及功能 。 第 3章 系統(tǒng)硬件設計 ，本章主要介紹 了無線溫度采集系統(tǒng)的硬件部分總體設計以及硬件部分各個模塊的功能及設計 。 第 4章 系統(tǒng)軟件設計 ， 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)已實現(xiàn)的功能、效果，系統(tǒng)特點，還需要完善的地 方，該系統(tǒng)的應用領域等 。 4 2 系統(tǒng)總體設計 系統(tǒng) 框圖 L M 3 5 采 集 溫 度 1L P C 2 1 0 3 進 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 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 顯 示 上 位 機接 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；上位機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 是基于一個支持實時仿真的 32 位 ARM7 TDMIS CPU 的微控制器，并帶有 32KB 的高速 Flash 存儲器。 128 位寬度的存儲器接口和獨特的加速結(jié)構(gòu)使32 位代碼能夠在最大時鐘速率下運行。對中斷服務程序和 DSP 算法中性能要求嚴格的應用來說，這增加的性能比在 Thumb 模式 [1]下的性能超出多達 30%。對代碼規(guī)模有嚴格控制的應用，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 機等小型應用中；由于內(nèi)置了寬范圍的串行通信接口（ 2 個 UART、 SPI、 I2C 總線）和 8KB 的片內(nèi) SRAM，他們也 非常適合于通信網(wǎng)關和協(xié)議轉(zhuǎn)換器。高級性能還使這些器件適合用作數(shù)學協(xié)處理器。多個 32 位和 16 位定時器、一個改良的 10 位ADC、所有定時器上輸出匹配的 PWM 特性、以及具有多達 13 個邊沿或電平觸發(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 中詳細介紹了 LPC2103[2]各個引腳的功能，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功能實現(xiàn)與上位機的通信；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