【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 圖 23 中詳細(xì)介紹了本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)與制作過(guò)程中所使用到的 LPC2103 核心板，該核心板將 48 個(gè)管腳的 LPC2103 芯片制作為直插式的電路板，方便在調(diào)試中拆卸與安裝，能夠保護(hù)芯片，延長(zhǎng)使用壽命 。 6 溫度測(cè)量方案 溫度是表征物體冷熱程度的物理量，它在工業(yè)自動(dòng)化、家用電器、環(huán)境保護(hù)、安全生產(chǎn)和汽車(chē)工業(yè)等行業(yè)中都是基本的檢測(cè)參數(shù)之一。溫度是溫度監(jiān)控系統(tǒng)中最基本、最為核心的衡量指標(biāo)，也是測(cè)溫系統(tǒng)中最為重要的測(cè)控參數(shù)，因此對(duì) 溫度進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測(cè)一直是一個(gè)重要的研究課題。因此，測(cè)量溫度的儀器在測(cè)溫系統(tǒng)中占有至關(guān)重要的地位。隨著國(guó)內(nèi)外科技的發(fā)展，溫度測(cè)量技術(shù)不斷提高。目前各種溫度測(cè)量方法種類(lèi)繁多，應(yīng)用范圍廣泛，主要包括以下幾種： (1) 傳統(tǒng)的利用物體熱脹冷縮原理的方法。水銀溫度計(jì)至今仍然廣泛應(yīng)用于各種溫度測(cè)量場(chǎng)合?？墒撬娜秉c(diǎn)是只能近距離觀(guān)測(cè)，易碎，而且有毒。代替它的有填充酒精、煤油等玻璃溫度計(jì)和利用金屬不同的膨脹系數(shù)制成的金屬片溫度計(jì)，它們的缺點(diǎn)都是測(cè)量精度很低。 (2) 利用熱電效應(yīng)的方法。此方法制成的溫度檢測(cè)元件主要是熱電偶 。熱電偶發(fā)展較早，比較成熟，至今仍為應(yīng)用最廣泛的檢測(cè)元件。熱電偶具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作方便、測(cè)量范圍寬、精度高、熱慣性小等特點(diǎn)。它的缺點(diǎn)是線(xiàn)性不好，冷端需要溫度補(bǔ)償。 (3) 利用熱阻效應(yīng)的方法。利用該方法的測(cè)溫元件大致有電阻測(cè)溫元件、導(dǎo)體測(cè)溫元件和陶瓷熱敏元件。其中電阻測(cè)溫元件是利用感溫元件的電阻隨溫度變化的性質(zhì)，將電阻的變化值用顯示儀表反映出來(lái)，達(dá)到測(cè)溫的目的。這類(lèi)元件如銅電阻、鎳電阻、鉑電阻等，它們的特點(diǎn)是穩(wěn)定性好、耐高溫，如鉑電阻有的可達(dá)六、七百度。但它們的缺點(diǎn)是當(dāng)傳輸線(xiàn)路長(zhǎng)短不等時(shí)，需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償。 (4) 利用熱輻射原理。熱輻射高溫計(jì)通常分為單色輻射高溫計(jì)和全輻射高溫計(jì)。它的原理是物體受熱輻射后，視物體本身的性質(zhì)，能將其吸收、透過(guò)或反射。而受熱物體放出的輻射能的多少，與它的溫度有一定的關(guān)系。 (5) 利用聲學(xué)原理的測(cè)量方法。近年發(fā)展起來(lái)的聲學(xué)溫度檢測(cè)技術(shù)，可以對(duì)爐內(nèi)的煙氣溫度測(cè)量值和火焰分布在線(xiàn)檢測(cè)，判斷爐的燃燒狀況，進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)和控制。其基本原理是通過(guò)測(cè)量聲波傳感器間的聲波傳播時(shí)間以最小二乘原理重建溫度的測(cè)量方法。 (6) 晶體管測(cè)溫器件。半導(dǎo)體的電阻溫度系數(shù)比金屬大 1～ 2個(gè)數(shù)量級(jí)，二極管和三極管 的 PN結(jié)電壓、電容對(duì)溫度靈敏度很高。由此制成的這類(lèi)器件的優(yōu)點(diǎn)是在 7 50℃ ~+150℃范圍內(nèi)有良好的特性，體積小、響應(yīng)時(shí)間快、價(jià)格低。但它的缺點(diǎn)是一致性差、不易做到互換，而且 PN結(jié)容易受外界輻射的影響，穩(wěn)定性難以保證。 (7) 光纖溫度檢測(cè)技術(shù)。在常規(guī)辦法無(wú)法測(cè)量的場(chǎng)合，光纖測(cè)溫得到快速發(fā)展，已開(kāi)發(fā)了開(kāi)關(guān)式溫度檢測(cè)器、輻射式溫度檢測(cè)器等多種實(shí)用型的品種。檢測(cè)精度在177。 1℃以?xún)?nèi)，測(cè)溫范圍可以從絕對(duì) 0℃ ~20xx℃。 (8) 激光溫度檢測(cè)技術(shù)。激光測(cè)溫特別適于遠(yuǎn)程測(cè)量和特殊環(huán)境下的溫度測(cè)量。用氦氖激光源的激光作反射 計(jì)，可測(cè)很高的溫度，精度達(dá) ℃；用激光干涉和散射原理制作的溫度檢測(cè)器可測(cè)量更高的溫度，上限可達(dá) +3000℃，專(zhuān)門(mén)用于核聚變研究，但在工業(yè)上應(yīng)用還需進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和實(shí)驗(yàn)。 (9) 微波溫度檢測(cè)器是利用在不同溫度下，溫度與控制電壓成線(xiàn)性關(guān)系的原理制成的。這種檢測(cè)器的靈敏度為 250kHz／℃，精度為 l％左右， 熱電偶 發(fā)展較早，比較成熟，至今仍為應(yīng)用最廣泛的檢測(cè)元件。熱電偶具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作方便、測(cè)量范圍寬、精度高、熱慣性小等特點(diǎn)。它的缺點(diǎn)是線(xiàn)性不好，冷端需要溫度補(bǔ)償。 (10) 近年來(lái)，隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù) 和自動(dòng)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，人們開(kāi)發(fā)出將溫度傳感器和數(shù)字電路集成在一起的新型數(shù)字式集成溫度傳感器。數(shù)字式溫度傳感器內(nèi)部一般都包含溫度傳感器、 A／ D轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器 (或寄存器 )和接口電路，有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器 (CPU)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 (RAM)和只讀存儲(chǔ)器 (ROM)。與模擬傳感器相比，數(shù)字式傳感器在精度、分辨率、可靠性、抗干擾能力以及器件微小化方面都有明顯的優(yōu)點(diǎn)，而且，輸出的溫度數(shù)據(jù)和相關(guān)的溫度控制量可以適配各種微控制器。但是受半導(dǎo)體器件本身限制，數(shù)字式傳感器還存在一些不足。比如測(cè)溫范圍不寬 ，一般為 +50℃ ~+150℃。由于簡(jiǎn)化了硬件外圍電路使得軟件設(shè)計(jì)變得更為復(fù)雜。 LM35 是一種得到廣泛使用的 溫度傳感器 。由于它采用內(nèi)部 補(bǔ)償 ，所以輸出可以從 0℃ 開(kāi)始 。 在常溫下， LM35[3]不需要額外的校準(zhǔn)處理即可達(dá)到 177。 1/4℃ 的準(zhǔn)確率。其電源供 應(yīng)模式有單電源與正負(fù)雙電源兩種，單電源模式在 25℃ 下靜止電流約 50μ A，工作電壓較寬，可在 4— 20V 的供電電壓范圍內(nèi)正常工作非常省電 ；另外， 工作電壓 在 4～ 30V 時(shí) ， 芯片 從電源吸收的電流幾乎是不變的（約 50μ A），所以芯片自身幾乎沒(méi)有 散熱 的問(wèn)題。這 么小的電流也使得該芯片在某些應(yīng)用中特別適合，比如在 電池 供電的場(chǎng)合中，輸出可以由第三個(gè)引腳取出，根本無(wú)需校準(zhǔn)?；诒驹O(shè)計(jì)需要精度高、可靠性強(qiáng)、器件體積小的器件，同時(shí)又考慮到價(jià)格上的因素，最終選擇 LM35 溫度傳感器來(lái)采集溫度數(shù)據(jù)。 8 數(shù)據(jù)無(wú)線(xiàn)傳輸方案 隨著網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的迅速發(fā)展，無(wú)處不在的網(wǎng)絡(luò)終端、以人為本、個(gè)性化、智能化的移動(dòng)計(jì)算以及方便快捷的無(wú)線(xiàn)接入、無(wú)線(xiàn)互聯(lián)等新概念和新的產(chǎn)品 ，已經(jīng)逐漸融入人們的日常生活和工作領(lǐng)域。 隨著而來(lái)的便攜式終端以及無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)得到了極大的發(fā)展并在我們的日常生活中得到了廣泛的應(yīng)用，目前應(yīng)用廣泛的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)主要有 GSM＼ CDMA＼GPRS、 、藍(lán)牙、 IrDA、 、 ZigBee、 UWB、微功率短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)等。 以上列出了五種常用的無(wú)線(xiàn)通信方式，這些通信方式各有優(yōu)點(diǎn)，各有不同的適用范圍，下面針對(duì)它們的使用范圍和各自特點(diǎn)進(jìn)行比較。 IrDA是一種視距傳輸技術(shù)，通信設(shè)備中間不能有任何阻擋物，通信設(shè)備的位置也需要相對(duì)固定 ，不適宜用于移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸；其次， IrDA只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)通信，不能完成點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)通信；最后， IrDA設(shè)備的核心器件 —— 紅外 LED容易損壞，因而設(shè)備壽命有限。 IEEE 802． 1lx無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)技術(shù)基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展而來(lái)，是專(zhuān)門(mén)針對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊而設(shè)計(jì)的無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)，其有效傳輸距離為 50米，傳輸速率為 11M—54M不等，經(jīng)常應(yīng)用于企業(yè)學(xué)校等場(chǎng)所。 IEEE ，協(xié)議實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件要求較高，因此基于 IEEE 備的成本較高，安裝調(diào)試 復(fù)雜、維護(hù)困難。 藍(lán)牙 (Blue Tooth)技術(shù)專(zhuān)門(mén)為近距離無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸而設(shè)計(jì)，其有效傳輸距離為10米，傳輸速率為 10M。從藍(lán)牙 (Blue Tooth)技術(shù)正式公布到現(xiàn)在，藍(lán)牙 (Blue Tooth)技術(shù)一直沒(méi)有得到預(yù)期的大范圍的應(yīng)用，是因?yàn)槠湫酒约伴_(kāi)發(fā)設(shè)備價(jià)格相對(duì)高。 基于 GSM＼ CDMA＼ GPRS無(wú)線(xiàn)通訊網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種新型的無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，該技術(shù)依托于 GSM＼ CDMA＼ GPRS無(wú)線(xiàn)通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，因此其沒(méi)有傳輸距離的限制，只要 GSM＼ CDMA＼ GPRS無(wú)線(xiàn)通訊網(wǎng) 絡(luò)覆蓋的地區(qū)均可以進(jìn)行無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。基于 GSM＼ CDMA＼ GPRS無(wú)線(xiàn)通訊網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的傳輸速率為 10KB~60KB，由于其利用 GSM＼ CDMA＼GPRS無(wú)線(xiàn)通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，因此其運(yùn)營(yíng)成本較高。 基于嵌入式 的 射頻無(wú)線(xiàn)收發(fā)的無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，其核心技術(shù)是 無(wú)線(xiàn)收發(fā)技術(shù) 。嵌入式射頻無(wú)線(xiàn)收發(fā)一體型 9 芯片是國(guó)外各大公司近年來(lái)推出的一種新型無(wú)線(xiàn)傳輸芯片，該芯片將信號(hào)調(diào)制、發(fā)射、接收、數(shù)字電路接口等 功能集成在一枚芯片中，具有價(jià)格低廉、外圍電路簡(jiǎn)單、體積小巧、通訊可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、傳輸速率快、低耗節(jié)能等諸多優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，嵌入式無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)一體型芯片普遍采用了標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字通訊接口，如 SPI， UART 等，可以很方便的與 DSP 或單片機(jī)等微處理器芯片結(jié)合使用?；谇度胧綗o(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)一體型芯片的上述優(yōu)點(diǎn)，采用嵌入式無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)一體型芯片技術(shù)解決低速率無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題是比較理想的解決方案。通過(guò)無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)一體型芯片與單片機(jī)或 DSP 的結(jié)合使用，再在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中配合先進(jìn)的通訊協(xié)議數(shù)據(jù)處理算法實(shí)現(xiàn)糾錯(cuò)、校驗(yàn)以及加密等 功能，可滿(mǎn)足無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆? 圖 23 nrf24L01 無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊 nrf24L01[4]是一款新型單片射頻收發(fā)器件 ， 工作于 GHz～ GHz ISM 頻段。內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊 ， 并融合了增強(qiáng)型 ShockBurst 技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過(guò)程序進(jìn)行配置。 nRF24L01功耗低 ， 在以 6 dBm的功率發(fā)射時(shí) ， 工作電流也只有 9 mA； 接收時(shí)，工作電流只有 mA，多種低功率工作模式 (掉電模式和空閑模式 )使節(jié)能設(shè)計(jì)更方便。 基于價(jià)格、體積、抗干 擾能力、功耗等方面的考慮，本設(shè)計(jì)使用的是云佳科技公司的nrf24L01 無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊。 10 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 電源模塊 +C510u+C610uR90RDP1V8D2LEDR101KDP1V8C4GND1VOUT2VIN34U2DP3V3C3+C110u+C210uR80RR70RDP3V3GND1VOUT2VIN34U1+5VD14007Vin1_111_22NC3NC42_152_26BT1BUTTONPOWERDP3V3 圖 31 電源模塊 由于 LPC2103 需要 和 雙電源供電， 所以在本系統(tǒng)的電源模塊主要由兩部分組成，一部分首先將輸入電壓變?yōu)?，另一部分再將 電壓進(jìn)一步變?yōu)?； 為增強(qiáng)該系統(tǒng)的可移動(dòng)性， POWER 接口 選擇 了 三節(jié) 干 電池組成的 直流電源輸入， D1 為 4007 二極管，防止正負(fù)極反接燒壞電路，然后接入，將電壓轉(zhuǎn)換為 ， C C C C C C6 為濾波電容 ，由于電源模塊部分為直流電源，所以選擇 10μ 的電容作為濾波電容 ；同理，將 電壓接入 ，將電壓轉(zhuǎn)換為 ， D2 為電源指示燈 ，點(diǎn)亮?xí)r電路接通 。 11 溫度采集模塊 123J2LM35R13 1KC10104DP3V3P0_24R14 1KC12104 圖 32 溫度采集模塊 該模塊 的作用是采集環(huán)境溫度，并將其傳送給 LPC2103 核心板； 管腳 1 作為輸入 端 接 電源，管腳 2 作為輸出 端 與 LPC2103 核心板 的 口 相連接，管腳 3 接地 ，為防止電流過(guò)大燒壞 LPC2103，在管腳 1 和 管腳 2 各接入一個(gè) 1K 的電阻 ， C10 與 C12 為 濾波電 容 ，該模塊也為直流電路，所以選擇 104 作為濾波電容 。 無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊 12345678JP4nrf24l01C13104P0_4P0_6P0_5P0_14P0_17 P0_16DP3V3 圖 33 無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊 該部分為 nrf24L01 無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊， 在發(fā)射端 中的作用是將 LM35 傳感器 采集到 的溫度發(fā)送給接收 端的 nrf24L01，然后 LPC2103 在接收端 再通過(guò)串口發(fā)送給上位機(jī)，在接收板中的作用是接受發(fā)送板發(fā)送的數(shù)據(jù) ；其中管腳 1 接地，管腳 2 接 12 電源， C12 為濾波電容，管腳 3 作為 CE 端與 口直接相連，管腳 4 作為 CSN端與 直接相連，管腳 5， 6， 7 分別為 SPI 功能 的 SCK， MOSI， MISO 接口 ，應(yīng)該與 LPC2103 上的 SPI 接口一一對(duì)應(yīng)，根據(jù)圖 22