【正文】 基于嵌入式系統(tǒng)的無線溫度測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要針對目前我國一些糧食，煤炭等儲(chǔ)備產(chǎn)業(yè)檢測系統(tǒng)存在的不足，提出了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)介紹了無線溫度傳感器的硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的溫度測量，都是從傳感器引出線纜到達(dá)顯示面板或主機(jī)才能測量溫度的變化。對于一些腐蝕性強(qiáng)或密封性高，溫度測量與主機(jī)距離遠(yuǎn)的環(huán)境，有線溫度測量實(shí)現(xiàn)起來就比較困難。雖然隨著技術(shù)的發(fā)展，溫度變送器的出現(xiàn)解決了短距離溫度的測量，但其仍然依賴于線纜。而且隨著距離的增加．信號衰減很快。無法適用于遠(yuǎn)距離溫度測量。溫度指標(biāo)在許多工程程項(xiàng)目中是不可或缺的重要參數(shù)，針對這一要求提出的無線溫度測量系統(tǒng)．采用數(shù)字式溫度傳感器DSl8B20作為測溫節(jié)點(diǎn)。89C52單片機(jī)作為下位機(jī)微處理器來控制溫度值的采集，并通過無線收發(fā)模塊NRF905進(jìn)行傳輸，最后通過串口將數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)顯示芯片。實(shí)驗(yàn)證明，該系統(tǒng)解決了在復(fù)雜環(huán)境下溫度采集和獲取的問題，具有較高的精度和很好的推廣應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：溫度測量，無線通信，DS18B20Wirelesstemperature measurement system designAbstractAiming at some of China39。s grain and coal reserves of the shortings of industrial inspection system,A wireless sensor network design, details of the wireless temperature sensor node hardware architecture and software design.from the sensor cable to the display panel or the host can measure the temperature changes. For some corrosion or sealing of high temperature measurement and the host environment for distance, cable temperature measurement is more difficult to achieve together. Although with the technology, the emergence of solution temperature transmitter temperature measurement of short distances, but still rely on cable. And as the distance increases. Signals are attenuated. Can not be applied to remote temperature measurements.Temperature indicator process in many engineering projects is an indispensable parameter for this request wireless temperature measurement system. With digital temperature sensor DSl8B20 as temperature node. 89C52 microcontroller as a slave microprocessor to control under the multitemperature value of the collection, and through the wireless transceiver module NRF905 for transmission, and finally through the serial port to transfer data to PC graphics chips. Experiments show that the system solves the temperature in a plex environment, collection and access problems, high accuracy and good application prospects.Key words: temperature measurement, wireless munication, DS18B20請留出一個(gè)漢字的空間，下同1 緒論、背景溫度是表征物體冷熱程度的物理量。溫度是生活和工業(yè)生產(chǎn)中常見的工藝參數(shù)之一，由于它直接影響燃燒、化學(xué)反應(yīng)、發(fā)酵、烘烤、煅燒、蒸餾、濃度、擠壓成形、結(jié)晶以及空氣流動(dòng)等物理和化學(xué)過程，因此在許多的工程項(xiàng)目中溫度指標(biāo)也是不可或缺的重要參數(shù)。所以如何準(zhǔn)確、方便地獲取溫度就顯得尤為重要。由于溫度的測量和控制在激光器、光纖光柵的使用及其它的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中應(yīng)用廣泛，所以溫度測量和控制的失誤就可能引起生產(chǎn)安全、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品產(chǎn)量等一系列問題。因此，對溫度的檢測的意義就越來越大。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，很多時(shí)候都需要對溫度進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控，以使得生產(chǎn)能夠順利的進(jìn)行，產(chǎn)品的質(zhì)量才能夠得到充分的保證。使用自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)可以對生產(chǎn)環(huán)境的溫度進(jìn)行自動(dòng)控制，保證生產(chǎn)的自動(dòng)化、智能化能夠順利、安全進(jìn)行，從而提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。可以看出，如何做出快速，準(zhǔn)確的溫度測量系統(tǒng)具有重要的研究價(jià)值。傳統(tǒng)的溫度測量，都是從傳感器引出線纜到達(dá)顯示面板或主機(jī)才能測量溫度的變化。對于一些腐蝕性強(qiáng)或密封性高，溫度測量與主機(jī)距離遠(yuǎn)的環(huán)境，有線溫度測量實(shí)現(xiàn)起來就比較困難。雖然隨著技術(shù)的發(fā)展，溫度測量器的出現(xiàn)解決了短距離溫度的測量，但其仍然依賴于線纜。而且隨著距離的增加，信號衰減很快。無法適用于遠(yuǎn)距離溫度測量。當(dāng)今在我們的生活中處處都能見到無線通信，短距離通信的有紅外線、藍(lán)牙，遠(yuǎn)距離通信的有手機(jī)，GPS等?？梢哉f，二十一世紀(jì)將會(huì)是無線應(yīng)用飛速發(fā)展的時(shí)代。無線數(shù)據(jù)傳輸廣泛地運(yùn)用在車輛監(jiān)控、遙控、遙測、小型無線網(wǎng)絡(luò)、無線抄表、門禁系統(tǒng)、小區(qū)傳呼、工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無線標(biāo)簽、身份識(shí)別、非接觸RF智能卡、小型無線數(shù)據(jù)終端、安全防火系統(tǒng)、無線遙控系統(tǒng)、生物信號采集、水文氣象監(jiān)控、機(jī)器人控制、無線232數(shù)據(jù)通信、無線485/422數(shù)據(jù)通信、數(shù)字音頻、數(shù)字圖像傳輸?shù)阮I(lǐng)域中。相對于藍(lán)牙，手機(jī)等無線通信的應(yīng)用，無線溫度測量由于受被測量溫度太高或太低的影響，直接導(dǎo)致電子元器件無法工作的原因而使得其發(fā)展相對緩慢。隨著嵌入式單片機(jī)技術(shù)的迅速興起與蓬勃發(fā)展，其穩(wěn)定、安全、高效、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)十分突出，所以其應(yīng)用也十分廣泛。單片機(jī)已經(jīng)無處不在、與我們生活息息相關(guān)，并且滲透到生活的方方面面。而單片機(jī)的特點(diǎn)是體積較小，也就是其集成特性，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是普通計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的簡化，增加一些外圍電路，就能夠組成一個(gè)完整的小系統(tǒng)，單片機(jī)具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性。它具有和普通計(jì)算機(jī)類似的、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，通過使用一些科學(xué)的算法，可以獲得很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力。所以單片機(jī)在工業(yè)中應(yīng)用中，可以極大地提高工業(yè)設(shè)備的智能化、數(shù)據(jù)處理能力和處理效率，而且單片機(jī)無需占用很大的空間。嵌入式單片機(jī)這些優(yōu)勢都為無線測溫系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造了良好的先決條件。而對于無線溫度測量而言，只需在所需要溫度測量的地方放置無線溫度測量模塊作為無線節(jié)點(diǎn)，在主機(jī)上就能顯示被測位置的溫度。當(dāng)溫度測量出現(xiàn)故障時(shí)，只需對無線測量節(jié)點(diǎn)進(jìn)行故障排查，這樣一來，也就能彌補(bǔ)了有線線路容易損壞，腐蝕，出現(xiàn)故障時(shí)又難以查找等缺陷，既增加了工作效率又降低了維護(hù)成本。溫度測量系統(tǒng)是在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。嵌入式系統(tǒng)雖然起源于微型計(jì)算機(jī)時(shí)代，但是微型計(jì)算機(jī)的體積、價(jià)位、可靠性，都無法滿足廣大對象對嵌入式系統(tǒng)的要求，因此，嵌入式系統(tǒng)必須走獨(dú)立發(fā)展道路。這條道路就是芯片化道路。將計(jì)算機(jī)做在一個(gè)芯片上，從而開創(chuàng)了嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展的單片機(jī)時(shí)代。單片機(jī)誕生于二十世紀(jì)七十年代末，經(jīng)歷了SCM、MCU和SOC三大階段。在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開關(guān)量都是常用的主要被控參數(shù)。例如：在冶金工業(yè)、化工生產(chǎn)、電力工程、造紙行業(yè)、機(jī)械制造和食品加工等諸多領(lǐng)域中，人們都需要對各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進(jìn)行檢測和控制。采用MCS51以及其改進(jìn)的各種單片機(jī)來對溫度進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。因此，單片機(jī)對溫度的控制問題是一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到的問題。同時(shí)溫度也是生活中最常見的一個(gè)物理量，也是人們很關(guān)心的一個(gè)物理量，它與我們的生活息息相關(guān)，有著十分重要的意義，在工業(yè)生產(chǎn)中，溫度過高或過低會(huì)直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量、對機(jī)械設(shè)備和控制系統(tǒng)中的各種元器件造成一定的損壞，嚴(yán)重的會(huì)影響到生產(chǎn)安全。在日常生活中，溫度過高或過低同樣會(huì)造成一些不良影響。在實(shí)際生產(chǎn)、生活等各個(gè)領(lǐng)域中，溫度是環(huán)境因素的不可或缺的一部分，對溫度及時(shí)精確的控制和檢測顯得尤為重要。比如，農(nóng)業(yè)上土壤各個(gè)層面上的溫度將會(huì)影響植物的生長；在醫(yī)院的監(jiān)護(hù)中也用到溫度的測量。在工業(yè)中，料桶里外上限溫度要求不一，以及熱處理中工件各個(gè)部位的溫度對工件形成后的性能至關(guān)重要等等?，F(xiàn)代電子工業(yè)的飛速發(fā)展對自動(dòng)測試的要求越來越高。采用單片機(jī)對溫度進(jìn)行控制,不僅具有控制方便和組態(tài)簡單的優(yōu)點(diǎn),而且可以提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)。隨著人們生活水平的不斷提高,單片機(jī)控制無疑是人們追求的目標(biāo)之一，它所給人帶來的方便也是不可否定的，其中數(shù)字溫度計(jì)就是一個(gè)典型的例子，但人們對它的要求越來越高，要為現(xiàn)代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的設(shè)施就需要從數(shù)單片機(jī)技術(shù)入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制方向發(fā)展。2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用點(diǎn)對多點(diǎn)的形式，由多個(gè)無線節(jié)點(diǎn)和1個(gè)基站組成。由發(fā)射系統(tǒng)（節(jié)點(diǎn)）、接受系統(tǒng)（基站）組成。發(fā)射系統(tǒng)（節(jié)點(diǎn)）由數(shù)字溫度傳感器DS18B20和89C52單片機(jī)、射頻收發(fā)芯片nRF905以及LED顯示器組成。多個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳感器DS18B20采集數(shù)據(jù)，經(jīng)單片機(jī)處理后，通過nRF905發(fā)送給接受系統(tǒng)（基站）。發(fā)射系統(tǒng)（節(jié)點(diǎn)）安裝在需測溫度的地方測量溫度，通過無線方式把采集的數(shù)據(jù)傳送到接受系統(tǒng)（基站）。無線節(jié)點(diǎn)工作在各個(gè)測溫地點(diǎn)，進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)采集和無線發(fā)送?；竞投鄠€(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無線通信，nRF905接受發(fā)射的數(shù)據(jù)，處理后送LED顯示器進(jìn)行顯示，同時(shí)能通過RS232串口將數(shù)據(jù)發(fā)送給PC。系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)原理如圖21所示，圖22，圖23為發(fā)射/接受系統(tǒng)圖。圖21 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)原理圖圖22 發(fā)射系統(tǒng)框圖圖23 接受系統(tǒng)框圖通過比較，89C52單片機(jī)在價(jià)格和性能方面比較合適，因此，選擇了89C52作為本設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)處理器。 89C52單片機(jī)簡介89C52是INTEL公司MCS51系列單片機(jī)中基本的產(chǎn)品，它采用INTEL公司可靠的CHMOS工藝技術(shù)制造的高性能8位單片機(jī)，屬于標(biāo)準(zhǔn)的MCS51的HCMOS產(chǎn)品。它結(jié)合了HMOS的高速和高密度技術(shù)及CHMOS的低功耗特征，它基于標(biāo)準(zhǔn)的MCS51單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，屬于80C51增強(qiáng)型單片機(jī)版本，集成了時(shí)鐘輸出和向上或向下計(jì)數(shù)器等更多的功能，適合于類似馬達(dá)控制等應(yīng)用場合。89C52內(nèi)置8位中央處理單元、256字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM、8k片內(nèi)程序存儲(chǔ)器（ROM）32個(gè)雙向輸入/輸出(I/O)口、3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器和5個(gè)兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩電路。此外，89C52還可工作于低功耗模式，可通過兩種軟件選擇空閑和掉電模式。在空閑模式下凍結(jié)CPU而RAM定時(shí)器、串行口和中斷系統(tǒng)維持其功能。掉電模式下，保存RAM數(shù)據(jù)，時(shí)鐘振蕩停止，同時(shí)停止芯片內(nèi)其它功能。89C52有PDIP(40pin)和PLCC(44pin)兩種封裝形式。1）標(biāo)準(zhǔn)MCS51內(nèi)核和指令系統(tǒng)2）32個(gè)雙向I/O口3）3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器4）向上或向下定時(shí)計(jì)數(shù)器5）全雙工串行通信口6）空閑和掉電節(jié)省模式7）片內(nèi)8KROM（可擴(kuò)充64KB外部存儲(chǔ)器）8）9）布爾處理器10）4層優(yōu)先級中斷結(jié)構(gòu)11）兼容TTL和CMOS邏輯電平12）改進(jìn)型快速編程脈沖算法 DS18B20芯片簡介DS18B20是美國DALLAS公司推出的智能化數(shù)字式溫度傳感器，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一個(gè)三極管的集成電路內(nèi)。如圖24所示。DS18B20引腳定義：(1) GND為電源地；(2) DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端；(3)VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）。圖24 DS18B20引腳圖與其它溫度傳感器相比，DS18B20具有以下技術(shù)特性：（1）具有獨(dú)特的單總線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條I/O口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。（2）測溫范圍－55℃～＋125℃，℃。（3）支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，最多只能并聯(lián)8個(gè)，如果數(shù)量過多，會(huì)使供電電源電壓過低，從而造成信號傳輸?shù)牟环€(wěn)定，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測溫。（4）工作電源:35V/DC。（5）在使用中不需要任何外圍元件。（6）測量結(jié)果以912位數(shù)字量方式串行傳送。（7）適用于DN1525, DN40DN250各種介質(zhì)工業(yè)管道和狹小空間設(shè)備測溫。（8）標(biāo)準(zhǔn)安裝螺紋 M10X1, ,G1/2任選。（9）PVC電纜直接出線或德式球型接線盒出線,便于與其它電器設(shè)備連接。（10）用戶可自行設(shè)定非易失溫度報(bào)警上下限TH和TL，DS18B20在完成溫度轉(zhuǎn)換后，所測得的溫度值將自動(dòng)與貯存在TH和TL內(nèi)的觸發(fā)值相比較，如果測溫結(jié)果高于TH或低于TL，DS18B20內(nèi)部的警告標(biāo)志就會(huì)被置位，表示溫度值超出了測量范圍，同時(shí)還有警報(bào)搜索命令可以識(shí)別出溫度超限的DS18B20。因?yàn)樗菙?shù)字輸出，而且只占用一個(gè)I/O端口，所以它特別適合于微處理