【文章內(nèi)容簡介】 的數(shù)字信號，然后送入計算機進行相應(yīng)的處理，得出所需的數(shù)據(jù)。同時，將計算得到的數(shù)據(jù)進行顯示、儲存或打印，以便實現(xiàn)對某些物理量的監(jiān)視，其中一部分數(shù)據(jù)還將被生產(chǎn)過程中的計算機控制系統(tǒng)用來進行某些物理量的控制。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般由數(shù)據(jù)輸入通道、數(shù)據(jù)存儲與管理、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)輸出及顯示這五個部分組成。輸入通道要實現(xiàn)對被測對象的檢測、采樣和信號轉(zhuǎn)換等工作。數(shù)據(jù)存儲與管理要用存儲器把采集到的數(shù)據(jù)存儲起來，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，并進行管理和調(diào)用。數(shù)據(jù)處理就是從采集到的原始數(shù)據(jù)中，刪除干擾噪聲、無關(guān)信息和不必要的信息，提取出反映被測對象特征的重要信息。另外，就是對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，以便于檢索；或者把數(shù)據(jù)恢復(fù)成原來的物理量形式，以可輸出的形態(tài)在輸出設(shè)備上輸出，如打印、顯示、繪圖等。數(shù)據(jù)輸出及顯示就是把數(shù)據(jù)以適當?shù)男问竭M行輸出和顯示。 數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)顯示圖 21 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意圖 溫、濕度采集模塊隨著傳感器技術(shù)的不斷進步與發(fā)展，溫度傳感器的種類日益繁多，應(yīng)用逐漸廣泛，開始由模擬式向著數(shù)字式、單總線式、雙總線式和三總線式的方向發(fā)展。數(shù)字傳感器更因適用于各種微處理器接口組成的溫度測量系統(tǒng)，直接輸出數(shù)字信號，可以省去模擬傳感器與微處理器連接時需要信號調(diào)理電路和 A/D 轉(zhuǎn)換器。本系統(tǒng)主要測量的數(shù)據(jù)有兩個，可以考慮設(shè)置兩個采集節(jié)點，分別采集溫度，濕度，或者使用一個將溫、濕度采集功能集成到一個傳感器上的智能傳感器。具體方案如下： 方案一：系統(tǒng)由兩個數(shù)據(jù)采集節(jié)點（溫度采集模塊和濕度采集模塊）和一個數(shù)據(jù). . . .. . 學習好幫手采集終端組成，以無線方式傳輸數(shù)據(jù)，采集終端和采集節(jié)點的關(guān)系是點對多點的通信關(guān)系。各個采集節(jié)點具有基本相同的結(jié)構(gòu)且都在采集終端的無線信號覆蓋范圍之內(nèi)，彼此之間相互獨立，沒有數(shù)據(jù)通信要求。采集節(jié)點與終端一起組成了一個小型的無線網(wǎng)絡(luò)。溫度傳感器采用 DALLAS 半導體公司生產(chǎn)的智能溫度傳感器 DS18B20，采集的數(shù)據(jù)可直接送入微處理器而無需 A/D 轉(zhuǎn)換，能直接讀出被測溫度。它僅需要 l 條接口線即可實現(xiàn)與微處理器的雙向通信，只需要外接 1 個 k 上拉電阻。無需其它外部器件。本系統(tǒng)對 DS18B20 采用數(shù)據(jù)線供電，溫度測量范圍為50℃～125℃。通過編程可實現(xiàn)9～12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式，測量精度為士 ，用戶可自行設(shè)定非易失性報警上下限。由于采用單總線方式，可在該控制總線上掛接多個 DS18B20 進行不同部位的溫度檢測。濕度傳感器采用 HSM20G，其原理是每變化 V 濕度所增加的值為 l%，其輸出的電壓值需經(jīng) ADC0809 轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，以便單片機處理從而讓數(shù)碼管顯示濕度值。其工作電壓范圍為直流電壓 177。 V，測試精度為土 5％RH ，工作電流(最大值)為 2 mA，儲存環(huán)境濕度范圍為 0 至 99%RH，工作環(huán)境濕度范圍為 10 至 90%(瞬間可達100%RH)，工作環(huán)境為 0℃～50℃。溫度采集模塊濕度采集模塊數(shù)據(jù)采集點圖 22 溫、濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意圖方案二：使用可以復(fù)合輸出溫濕度的數(shù)字傳感器，只需一個采集點就可以一次性輸出溫度和濕度。目前市場上比較常用的復(fù)合數(shù)字溫濕度傳感器有 SHTXX 系列，DHTXX 系列，他們直接輸出數(shù)字信號，可以省去模擬傳感器與微處理器連接時需要信號調(diào)理電路和 A/D 轉(zhuǎn)換器,連線簡單，精度高，因此得到了廣泛的應(yīng)用。綜上：方案一中溫、濕度的數(shù)據(jù)分開采集可能會造成信號的相互干擾，導致精度降低，同時增加了外圍接口的復(fù)雜程度，使得相關(guān)程序的編寫難度也大大增加。另一方面使用兩個傳感器也極大地增加了系統(tǒng)的成本，方案二中使用復(fù)合輸出溫、濕度的數(shù)字傳感器，不但外圍電路簡單，易于編程，而且不會相互干擾，所測數(shù)據(jù)精度也比較高，成本也比較低，符合我們低功耗，高精度，低成本，模塊化等設(shè)計思想，故本系統(tǒng)采用方案二。. . . .. . 學習好幫手 本章小結(jié)本章首先介紹了溫、濕度傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀和數(shù)據(jù)采集的相關(guān)知識。目前可直接輸出數(shù)字量的智能傳感器憑借其輸出穩(wěn)定，精度高，總線標準化等優(yōu)點逐步取代模擬式傳感器。關(guān)于如何選擇溫、濕度傳感器進行數(shù)據(jù)采集，本論文給出兩種詳細設(shè)計方案，方案一中溫、濕度分開采集，雖然原理簡單易于理解，但會造成兩路信號的相互干擾，使得輸出不穩(wěn)定，降低了精度，同時增加了系統(tǒng)的成本。而使用復(fù)合輸出溫、濕度數(shù)據(jù)的數(shù)字傳感器不但可以克服方案一中出現(xiàn)的各種不足，簡化外圍電路，更易于相關(guān)軟件編寫，而且精度，測量范圍等各方面也可以滿足系統(tǒng)要求，故根據(jù)方案二選擇復(fù)合輸出溫、濕度數(shù)據(jù)的數(shù)字傳感器作為數(shù)據(jù)采集模塊。. . . .. . 學習好幫手3 短距離無線通信的研究與開發(fā) 短距離無線通信技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀 隨著電子技術(shù)的不斷進步，短距離無線通信技術(shù)在近幾年蓬勃發(fā)展起來，世界上主要的芯片廠商都推出了無線收發(fā)芯片。短距離無線通信系統(tǒng)的大部分功能都集成到一塊芯片內(nèi)部，一般使用單片數(shù)字信號射頻收發(fā)芯片，加上微控制器和少量外圍器件構(gòu)成專用或通用無線通信模塊。所有高頻元件包括電感、振蕩器等己經(jīng)全部集成在芯片內(nèi)部，一致性良好，性能穩(wěn)定且不受外界干擾。射頻芯片一般采用 FSF 調(diào)制方式，工作于 IsM 頻段，通信模塊一般包含簡單透明的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議或使用簡單的加密防議，發(fā)射功率、工作頻率等所有工作參數(shù)全部通過軟件設(shè)置完成，用戶不用對無線通信原理和工作機制有較深的了解，只要依據(jù)命令字進行操作即可實現(xiàn)基本的數(shù)據(jù)傳輸。新一代短距離無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)具有體積小、功耗低、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強等優(yōu)點，而且開發(fā)簡單快速，可以方便地嵌入到各種設(shè)備中，實現(xiàn)設(shè)備間的無線連接，因此，較適合搭建小型網(wǎng)絡(luò)，在工業(yè)、民用領(lǐng)域得到較為廣泛的應(yīng)用。 無線通信技術(shù)的選擇對于一個系統(tǒng)來說，無線通信技術(shù)的選擇主要考慮以下幾點。(1) 可以完成系統(tǒng)的功能要求對于一個無線測溫系統(tǒng)來說，需要對傳感器收集到的信號進行處理，并要求系統(tǒng)的可靠性高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強，且對于一個無線系統(tǒng)來說，低功耗也是一項重要的指標。(2) 開發(fā)簡單收發(fā)芯片所需的外圍元件數(shù)量芯片外圍元器件的數(shù)量直接關(guān)系到系統(tǒng)的復(fù)雜程度和成本，因此應(yīng)該選擇外圍元件少的收發(fā)芯片。通信協(xié)議的復(fù)雜程度也完全影響了整個系統(tǒng)的開發(fā)的復(fù)雜性。(3) 成本低下面是對現(xiàn)在比較常用的幾種短距離無線通信技術(shù)進行對比，并得到本系統(tǒng)的短距離解決方案。短距離無線通信方案目前有藍牙技術(shù)(Bluetooth)、 (WiFi)、Zigbee、紅外通信技術(shù) IrDA(Infrared Data Association)和一種無線單片技術(shù)。下面是對現(xiàn)在比較常用的幾種短距離無線通信技術(shù)進行對比，并得到本系統(tǒng)的短距離解決方案。(1) 藍牙技術(shù) (Bluetooth) 藍牙技術(shù)作為一種近距離無線連接的全球性開放規(guī)范，己經(jīng)得到了全球眾多大企. . . .. . 學習好幫手業(yè)的支持。藍牙技術(shù)同時支持語音和數(shù)據(jù)傳輸，使用跳頻擴頻技術(shù)，本身包括糾錯機制，可靠性高，藍牙規(guī)范的核心部分協(xié)議允許多個設(shè)備進行相互定位、連接和交換數(shù)據(jù)，并能實現(xiàn)互操作和交互式應(yīng)用。但是藍牙設(shè)備價格昂貴，通信協(xié)議復(fù)雜，通訊距離近，藍牙 RF 定義了三種功率等級 (100mw，25mw 和 lmw)，當藍牙設(shè)備功率為 lmw時，其發(fā)射范圍一般為 10m。在藍牙技術(shù)的使用過程中，人們發(fā)現(xiàn)藍牙技術(shù)盡管有許多優(yōu)點，但仍存在許多缺陷。對工業(yè)，家庭自動化控制和遙測遙控領(lǐng)域而言，藍牙技術(shù)顯得太復(fù)雜，功耗大，距離近，組網(wǎng)規(guī)模太小等，而工業(yè)自動化對無線通信的需求越來越強烈。正因此，經(jīng)過人們長期努力，Zigbee 協(xié)議在 2022 年中通過后，于 2022正式問世了。(2) 紅外通信技術(shù) (IrDA) 紅外通信技術(shù) lrDA(InfraRedDataAssociation)采用人眼看不到的紅外線傳輸信息，是使用最廣泛的短距離無線通信技術(shù)。它利用紅外線的通斷表示計算機中的 01 邏輯，通常有效作用半徑 2 米，傳統(tǒng)速度可達 4Mbit/s。1995 年 lrDA 將通信速率擴展到的高達 16Mbit/s，紅外技術(shù)采用點到點的連接方式，發(fā)射、接收具有方向性，具有體積小、功耗低、連接方便、簡單易用、數(shù)據(jù)傳輸干擾少、速度快、保密性強、成本低廉的特點。因此廣泛應(yīng)用于各種遙控器，筆記本電腦，PDA，移動電話等移動設(shè)備。但紅外技術(shù)只是一種視距傳輸技術(shù)，有效距離近，發(fā)射角度較小，一般不超過 20 度，兩臺相互通信的設(shè)備之間必須對準，而且傳輸數(shù)據(jù)時兩臺設(shè)備之間不能有阻擋物，只能限于兩臺設(shè)備通信，無法靈活構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，且無法用于邊移動邊使用的設(shè)備，另外，lrDA 設(shè)備中的核心部件 LED 易磨損。(3) (WiFi) 技術(shù)標準是無線局域網(wǎng)的國際標準，使用 的 ISM 頻段，采用直接序列擴頻 DSSS 技術(shù)進行調(diào)制解調(diào)增強了抗干擾能力，提高了傳輸速度。 無線網(wǎng)絡(luò)的最大優(yōu)點是兼容性，只要在原有網(wǎng)絡(luò)上裝上 AP (Access Point)，就可以提供無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，終端設(shè)備只要裝上無線網(wǎng)卡，就可以訪問所有網(wǎng)絡(luò)資源，象使用有線局域網(wǎng)一樣方便，卻免除了布線的麻煩。 具有有線等價保密機制WEP(Wired Equivalent Privacy)力確保數(shù)據(jù)安全。以其具有穿透能力，全方位傳送，建網(wǎng)速度快，可用來組建大型無線網(wǎng)絡(luò)，運營成本低，投資回報快等特點，正逐漸受到電信制造商和運營商的青睞，目前此種設(shè)備還比較昂貴，妨礙了其推廣和應(yīng)用。更多新的 WiFi 標準正在制定之中。速度更快的 使用與 相同的正交頻分多路復(fù)用(OFDM)調(diào)制技術(shù)，同樣工作在 24GHZ 頻段，速率達 54Mbit/s，比目前通用的 快了 5 倍，并且完全向后兼容 ， 將有可能被大多數(shù)無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品制造商選擇作為產(chǎn)品標準，而下一代的 WiFi 標準 可望達到 100Mbit/s。(4) Zigbee 技術(shù)Zigbee 技術(shù)是隨著工業(yè)自動化對于無線通信和數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蠖a(chǎn)生的，它是一. . . .. . 學習好幫手個由可多到 65000 個無線數(shù)傳模塊組成的一個無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)平臺，十分類似現(xiàn)有的移動通信的 CDMA 網(wǎng)或 GSM 網(wǎng)，每一個 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊類似移動網(wǎng)絡(luò)的一個基站，在整個網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，它們之間可以進行相互通信。每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間的距離可以從標準的75 米，到擴展后的幾百米，甚至幾公里。另外整個 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)還可以與現(xiàn)有的其它的各種網(wǎng)絡(luò)連接。Zigbee 技術(shù)的目標就是針對工業(yè)，家庭自動化，遙測遙控，汽車自動化、農(nóng)業(yè)自動化和醫(yī)療護理等，例如燈光自動化控制，傳感器的無線數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，油田，電力，礦山和物流管理等應(yīng)用領(lǐng)域。另外它還可以對局部區(qū)域內(nèi)移動目標例如城市中的車輛進行定位。Zigbee 網(wǎng)絡(luò)省電、可靠、成本低、容量大、安全，可廣泛應(yīng)用于各種自動控制領(lǐng)域。Zigbee 技術(shù)和 RFID 技術(shù)在 2022 年就被列為當今世界發(fā)展最快，市場前景最廣闊的十大最新技術(shù)中的兩個。盡管國內(nèi)不少人已經(jīng)開始關(guān)注 Zigbee這項新技術(shù)，然而，由于 Zigbee 本身是一種新的系統(tǒng)集成技術(shù)，應(yīng)用軟件的開發(fā)必須和網(wǎng)絡(luò)傳輸，射頻技術(shù)和底層軟硬件控制技術(shù)結(jié)合在一起。因而深入理解這個來自國外的新技術(shù)，再組織一個在這幾個方面都有豐富經(jīng)驗的配套的隊伍，是一件不容易的事情。(5) UWB 技術(shù)超寬帶技術(shù) UWB(Ultra Wideband)是一種無線載波通信技術(shù)，它不采用正弦載波，而是利用納秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)，因此其所占的頻譜范圍很寬。由于 UWB可以利用低功耗、低復(fù)雜度發(fā)射/接收機實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸，在近年來得到了迅速發(fā)展。它在非常寬的頻譜范圍內(nèi)采用低功率脈沖傳送數(shù)據(jù)而不會對常規(guī)窄帶無線通信系統(tǒng)造成大 的干擾，并可充分利用頻譜資源?；?UWB 技術(shù)而構(gòu)建的高速率數(shù)據(jù)收發(fā)機有著廣泛的用途。UWB 技術(shù)具有系統(tǒng)復(fù)雜度低，發(fā)射信號功率譜密度低，對信道衰落不敏感，低截獲能力，定位精度高等優(yōu)點，尤其適用于室內(nèi)等密集多徑場所的高速無線接入，非常適于建立一個高效的無線局域網(wǎng)或無線個域網(wǎng)(WPAN)。UWB 主要應(yīng)用在小范圍、高分辨率、能夠穿透墻壁、地面和身體的雷達和圖像系統(tǒng)中。除此之外，這種新技術(shù)適用于對速率要求非常高(大于 100Mb/s)的 LANs 或 PANs。UWB 最具特色的應(yīng)用將是視頻消費娛樂方面的無線個人局域網(wǎng)(PANs)。UWB 有可能在 10m 范圍內(nèi)，支持高達 110Mb/s 的數(shù)據(jù)傳輸率，不需要壓 縮數(shù)據(jù)，可以快速、簡單、經(jīng)濟地完成視頻數(shù)據(jù)處理。 (6) 無線單片技術(shù)無線單片技術(shù)是將成熟的單片機技術(shù)與無線技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。嵌入了高性能單片機內(nèi)核的高速、體積小、功耗少、外圍元件少的低成本單片射頻收發(fā)芯片，即將單片