【正文】 休眠時消耗的電流不超過 10 Il A，適用于對功率消耗有嚴(yán)格限制的系統(tǒng)。 （ 2） LM74是美國國家半導(dǎo)體公司推出的集成了帶隙式溫度傳感器、 △一 Σ型 A/D數(shù)轉(zhuǎn)換器，并具有 SPI/Microwire 兼容總線接口的數(shù)字溫度傳感器。具有體積小、編程簡單、使用容易、測量精度高，并且不易受環(huán)境干擾等優(yōu)點。測溫范圍為 55℃ 一 +125℃ ，具有10位數(shù)字輸出溫度值，分辨率為 ℃ ，精度為 177。 （ 1） AD7418是是美國模擬器件公司 (ADI)推出的單片溫 度測量與控制用集成電路。目前在數(shù)字溫度傳感器中采用的串行總線主要有Philips 公司的 12C 總線， Motorola 公司的 SPI 總線， National Semiconductor 公司的。目前，國際上已開發(fā)出多種數(shù)字溫度傳感器系列產(chǎn)品。 本系統(tǒng)選用 NRF2401作為無線數(shù)據(jù)傳輸芯片。 NRF2401 的外圍元件很少，僅 10 個左右。 常用無線射頻收發(fā)芯片主要有 NRf240 NRF290 NRF2915 等。無線射頻收發(fā)芯片是整個無線通信模塊單元的核心部件，在設(shè)計中選擇合適的芯片可以提高產(chǎn)品開發(fā)周期、節(jié)約成本可以使研發(fā)過程少走彎路，降低成本，更快地將產(chǎn)品推向市場。無線收發(fā)芯片的可靠性高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強，通訊協(xié)議簡單透明，技術(shù)成熟。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。所有高頻元件包括電感、振蕩器等已經(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。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，世界上主要的芯片廠商都推出了無線收發(fā)芯片。同軸傳輸缺點：受環(huán)境氣候影響，不能遠距離傳輸，抗干擾能力差。后來因 為傳輸距離增加，直接使用同軸電纜傳輸，導(dǎo)致信號質(zhì)量無法保證。在一般小范圍的 監(jiān)控中，由于傳輸距離近，使用同軸電纜傳輸，對信號質(zhì)量損傷不大，施工方便，造價低。根據(jù)通信方式的不同，目前國內(nèi)外主要有有線傳輸和無線傳輸。在Arduino 能夠滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)處理速度要求的情況下，無異是首選的信息處理單元；當(dāng)然，也可以采取嵌入式的 單片機 。甚至是對于一些相對沒有什么經(jīng)驗的用戶，也可以通過制作試驗板來 理解 Arduino是怎么工作的，節(jié)約開發(fā)成本，加快了產(chǎn)品開發(fā)的速度。硬件開源， 可擴展 Arduino 板基于 Atmel 的 ATMEGA8 和 ATMEGA168/328 單片機。 Arduino 編程語言可以通過 C++庫進行擴展，如果有人想 去了解技術(shù)上的細節(jié)，可以跳過 Arduino語言而直接使用 AVR C 編程語言（因為 Arduino語言實際上是基于 AVR C的）。對于老師們來說，一般都能很方便的使用 Processing 編程環(huán)境，所以如果學(xué)生學(xué)習(xí)過使用 Processing 編程環(huán)境的話，那他們在使用 Arduino 開發(fā)環(huán)境的時候就會覺得很相似很熟悉。大部分其它的單片機系統(tǒng)都只能運行在 Windows上。最便宜的 Arduino 版本可以自己動手制作，即使是組裝好的成品，其價格也不會超過 200 元。 Arduino同樣也簡化了單片機 工作的流程，但同其它系統(tǒng)相比 Arduino在很多地方更具有優(yōu)越性，特別適合老師，學(xué)生使用。例如： Parallax Basic Stamp， Netmedia’s BX24， Phidgets， MIT’s Handyboard 和其沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 它等等提供類似功能的。 Arduino 的編程語言就像似在對一個類似于物理的計算平臺進行相應(yīng)的連線，它基于處理多媒體的編程環(huán)境。 Arduino 項目可以是 單獨的，也可以在運行時和你電腦中運行的程序（例如： Flash， Processing， MaxMSP）進行通訊。 它由一個基于單片機并且開放源碼的硬件平臺，和一套為 Arduino板編寫程序 的開發(fā)環(huán)境組成。要了解 Arduino就先要了解什么是 單片機 ， Arduino 平臺的基礎(chǔ)就是 AVR 指令集的單片機。由于 DSP主要應(yīng)用于高速數(shù)據(jù)處理，因此外部 I/O接口比較少，不便于系統(tǒng)擴展，因此多數(shù) DSP 系統(tǒng)還要通過 單片機 來進行外部接口擴展，這導(dǎo)致了 DSP 的成本較高，另外， DSP具有一定的專用性，開發(fā)過程比較復(fù)雜，不便于通用。根據(jù)微處理器的不同，專用計算機應(yīng)用系統(tǒng)可分為 DSP應(yīng)用系統(tǒng)和 單片機 應(yīng)用系統(tǒng)。專用計算機系統(tǒng)是把采集系統(tǒng)作為一個獨立完整的功能實體，用 Arduino或 DSP來控制整個系統(tǒng) 。 系統(tǒng)控制及數(shù)據(jù)處理模塊方案 溫濕度數(shù)據(jù)在采集后通常要進行數(shù)據(jù)處理，以實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的記錄、顯示和對測控系統(tǒng)的控制。雖然存在反應(yīng)速度較慢，溫度測量的范圍不寬的缺點，數(shù)字式傳感器技術(shù)的發(fā)展仍受到人們越來越多的重視。它的信號具有極高的抗干擾能力。 采用具有直接數(shù)字量輸出的傳感器能夠避免上述問題。在多點溫濕度檢測的場合，各被測點到測試裝置之間引線距離往往不同，各敏感元件參數(shù) 的不一致性，都將會導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生，并且難以完全清除。傳統(tǒng)的模擬式傳感器具有測量轉(zhuǎn)換速度快，溫度測量范圍寬的優(yōu)點。系統(tǒng)方案在溫濕度數(shù)據(jù)采集部分主要有三種構(gòu)想：一是溫濕度傳感器選用傳統(tǒng)的模擬式器件，二是選用集成式器件，三是選用數(shù)字式傳感器；在無線 通信部分主要有三種構(gòu)想：一是采用藍牙技術(shù)，二是采用紅外線技術(shù)，三是選用無線數(shù)傳模塊（ NRF）：在系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)處理部分也有兩種構(gòu)想：一是采用 Arduino平臺作為控制系統(tǒng)，二是采用 DSP進行處理。 總的設(shè)計思路是：從車間入手，根據(jù)車間布局，選擇合適的傳感器、溫度測量模塊、通訊端口、電纜、上位機等，根據(jù)車間的規(guī)格，確定檢測點設(shè)置幾層、每層多少個檢測點等，以決定選取電纜的長度、每根電纜上傳感器的個數(shù)，通訊端口、溫度檢測模塊需要的數(shù)量，上位機的規(guī)格等，實現(xiàn)一個車間溫濕度的自動檢測。主控機與分機采用主從式分布結(jié)構(gòu)，通過無線通信方式進行通信。％ RH； （ 8）系統(tǒng)工作環(huán)境： 40℃ ～ +85℃ 20～ ， 20～ 99％ RH， AC220V177。℃ ； （ 5）測濕范圍： 2099%RH； （ 6）測濕誤差： ≤177。該系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)為： （ 1）溫濕度監(jiān)測點若干（以實際需求為準(zhǔn)）； （ 2）測溫范圍： 30℃ ～ +100℃ ； （ 3）測溫誤差： ≤177。這就要每個設(shè)備在監(jiān)控的同時必須能夠?qū)崟r更新。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 2 系統(tǒng)方案的總體設(shè)計 在工廠車間中，選取一個參考點，作為此次監(jiān)測的原型，溫濕度是主要的參數(shù)，將一個傳感器放置在車間的任意一個位置，溫濕度傳感器實際是一個終端設(shè)備，用于測量現(xiàn)場的溫度和濕度，并將監(jiān)測的溫度濕度值發(fā)送到另一塊模塊上，在終端上顯示出監(jiān)測的溫濕度值，以便進行監(jiān)視管理和采取進一步措施。 （ 3）軟件設(shè)計必須要有完善的思路，要充分考慮到各傳感器和無線收發(fā)器的時序，做到程序簡單，調(diào)試方便，盡量降低無線數(shù)傳的誤碼率。 （ 2）在硬件設(shè)計時，結(jié)構(gòu)要盡量簡單實用、易于實現(xiàn)，應(yīng)盡量使用各種總線技術(shù)，以節(jié)約系統(tǒng)有限的 I/O資源，并使系統(tǒng)電路盡量簡單。另外該系統(tǒng)屬于無線通信系統(tǒng)，因此也需要對數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃赃M行驗證。 論文的主要內(nèi)容 在傳統(tǒng)監(jiān)測的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)基于 Arduino 的無線溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)。極低的電流消耗，在 5dBm的輸出功率時僅為 ，在接收模式時僅為 18mA。芯片包括一個完全集成的頻率合成器，功率放大器，晶體振蕩器和調(diào)制器。 目前，藍牙設(shè)備在無線耳機、無線鍵盤等領(lǐng)域應(yīng)用較多，但其國內(nèi)市場的推廣仍然十分不夠，其最大障礙是成本依然很高，藍牙模塊購買價格昂貴。開發(fā)該技術(shù)的目的是以近距離、無線為基礎(chǔ)為固定與移動終端建立臨時對等連接。 藍牙 (Bluetooth)技術(shù) 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 藍牙是由愛立信、東芝、諾基亞、英特爾和國際商用機器公司等公布的一種無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放性全球規(guī)范，開發(fā)于上世紀(jì) 90 年代中后期。 為了解決上述問題， IEEE802． II工作組開始定義新的物理層標(biāo)準(zhǔn) 。 格低廉，但速率較低 (最高 11Mbit/s)：而 優(yōu)勢在于傳輸速率快 (最高 54Mbit/s)且受干擾少，但價格相對較高。 標(biāo)準(zhǔn)與 同年制定，它工作在 5GHz頻段上，使用 OFDM(Orthogonal Frequeney Division Multiplexing)調(diào)制技術(shù)，支持 1 1 2 3 48和 54Mbit/s的傳輸速率。該標(biāo)準(zhǔn)工作在 的頻段上，采用了補碼鍵控 (CCK)調(diào)制技術(shù)和直接序列調(diào)頻 (DSSS)技術(shù)，最大傳輸速率可達11Mbit/S，并且可以根據(jù)情況的變化，在 11Mbit/s、 、 2Mbit/s、 1Mbit/s 的不同速率之間自動切換，且在 2Mbit/s、 lMbit/s 的速率時與 ，它從根本上改變了WLAN的設(shè)計和應(yīng)用現(xiàn)狀，擴大了 WLAN的應(yīng)用領(lǐng)域。 是個系列標(biāo)準(zhǔn)。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 無線通信技術(shù)的發(fā)展及研究現(xiàn)狀 無線通信技術(shù)已經(jīng)在我們的日常生活中得到了廣泛的應(yīng)用，目前應(yīng)用廣泛的短距離無線通信技術(shù)主要有 IEEE80 WLAN、藍牙、 ZigBee、 NRF240微功率短距離無線通信技術(shù)等。數(shù)字傳感技術(shù)，通信技術(shù)，計算機成為當(dāng)今信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)，計算機監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)成為人們關(guān)注的熱點。由于數(shù)字溫濕度傳感器直接傳出數(shù)字量，從而解決了溫度信號長距離傳輸問題以及傳輸過程中干擾和衰減而導(dǎo)致的精度降低等問題。 國外在溫濕度監(jiān)測技術(shù)上已經(jīng)達到了很成熟的地步，高科技數(shù)字式傳感器廣泛應(yīng)用于溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)。近年來，隨著 單片機 功能的日益強大和計算機的廣泛應(yīng)用，溫濕度監(jiān)測的準(zhǔn)確性，穩(wěn)定性，要求越來越高。至 1990 年，工廠車間的溫濕度監(jiān)測有了很大的改善和提高，系統(tǒng)在布線上采用矩陣式布線技術(shù)，簡化了數(shù)據(jù)采集部分的線路，從而減少了傳輸線根數(shù)； 現(xiàn)如今 采用 單片機 進行數(shù)據(jù)處理，并采用各種手段提高數(shù)據(jù)傳輸及監(jiān)測速度，通過軟硬件技 術(shù)的結(jié)合，監(jiān)測精度和可靠性較前有很大提高。這種人工的方法去監(jiān)測工廠車間的溫濕度具有一定的作用，但是由于溫濕度的精度，人工讀數(shù)的人為因素等原因，溫濕度監(jiān)測不僅速度慢，而且精度低，沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 抽樣不徹底，局部溫濕度差別過大不容易被及時發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致監(jiān)測不 準(zhǔn)確影響了生產(chǎn)的效率時有發(fā)生。 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 溫濕度監(jiān)測屬于監(jiān)控系統(tǒng)的范疇，近年來，由于計算機技術(shù)以及超大規(guī)模集成電路和通信技術(shù)的發(fā)展，使監(jiān)控系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域，因此，溫濕度監(jiān)測技術(shù)的研究在軟硬件等方面都有了一定的進展。如果使用一般有線的控制布線，則施工勞動強度大，投資 大。本系統(tǒng)主要監(jiān)測工廠車間的溫濕度參數(shù)，實時顯示各個車間的環(huán)境情況，通過控制器分析處理，實現(xiàn)現(xiàn)場控制，達到恒溫，恒濕的狀態(tài)。在產(chǎn)品競爭日趨激烈化的當(dāng)下，產(chǎn)品生產(chǎn)的環(huán)境決定了產(chǎn)品的質(zhì)量以及后續(xù)產(chǎn)品的市場，對生產(chǎn)環(huán)境的監(jiān)測凸顯了更加重要的地位。Environmental condition monitoring 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 III 目 錄 1 緒 論 .................................................................................................................................... 1 課題研究背景 ............................................................................................................ 1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 .................................................................................... 1 軟件技術(shù) 的發(fā)展 ........................................................................................................ 2 無線通信技術(shù)的發(fā)展及研究現(xiàn)狀 ............................................................................ 3 IEEE802． 11.................................................................................................... 3 藍牙 (Bluetooth)技術(shù) ........................................................................................ 3 NRF2401 .............