一種溫度無線采集傳輸系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種溫度無線采集傳輸系統(tǒng)，包括無線發(fā)射模塊和無線接收模塊，所述無線發(fā)射模塊與第一單片機(jī)連接，所述第一單片機(jī)連接分別與A/D轉(zhuǎn)換器、復(fù)位電路和時鐘電路連接，所述A/D轉(zhuǎn)換器與溫度傳感器連接；所述無線接收模塊與第二單片機(jī)連接，所述第二單片機(jī)分別與實(shí)時時鐘、顯示器、聲光報警、執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接。本實(shí)用新型的溫度無線采集傳輸系統(tǒng)操作簡單方便、數(shù)據(jù)收發(fā)正常、傳輸數(shù)據(jù)穩(wěn)定、性能良好，適用于短距離對各種環(huán)境下對溫度的監(jiān)控，具有一定的應(yīng)用價值。
【專利說明】
一種溫度無線采集傳輸系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境信息采集系統(tǒng)，特別涉及一種溫度無線采集傳輸系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技水平的進(jìn)步以及電子技術(shù)的發(fā)展，無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)逐漸得到廣泛使用，其傳輸速度越來越快，可靠性越來越高，并且逐漸達(dá)到可以和有線網(wǎng)絡(luò)相媲美的水平。但是在農(nóng)業(yè)設(shè)施內(nèi)部的環(huán)境信息采集系統(tǒng)中大多還是采用傳統(tǒng)的傳感器技術(shù)。傳統(tǒng)的傳感器技術(shù)存在布線繁雜、施工難度大、安裝及維護(hù)成本高等缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題與不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種溫度無線采集傳輸系統(tǒng)，該采集傳輸系統(tǒng)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，有效的克服了布線繁雜、施工難度大、安裝及維護(hù)成本高等缺點(diǎn)。
[0004]實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的技術(shù)方案是一種溫度無線采集傳輸系統(tǒng)，包括無線發(fā)射模塊和無線接收模塊，所述無線發(fā)射模塊與第一單片機(jī)連接，所述第一單片機(jī)連接分別與A/D轉(zhuǎn)換器、復(fù)位電路和時鐘電路連接，所述A/D轉(zhuǎn)換器與溫度傳感器連接;所述無線接收模塊與第二單片機(jī)連接，所述第二單片機(jī)分別與實(shí)時時鐘、顯示器、聲光報警、執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接。
[0005]所述與A/D轉(zhuǎn)換器連接的溫度傳感器有若干個。
[0006]所述的第一單片機(jī)和第二單片機(jī)為同一型號。
[0007]本實(shí)用新型針對現(xiàn)有的設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境信息采集系統(tǒng)存在的問題，結(jié)合計算機(jī)、傳感器、無線通信等技術(shù)，設(shè)計了以單片機(jī)為核心的溫度數(shù)據(jù)無線采集及傳輸系統(tǒng)，能夠進(jìn)行4路溫度數(shù)據(jù)的采集，就要有聲光報警、數(shù)據(jù)顯示、存儲、調(diào)節(jié)等功能。最后根據(jù)軟硬件設(shè)計開發(fā)了系統(tǒng)樣機(jī)，測試結(jié)果表明，系統(tǒng)操作簡單方便、數(shù)據(jù)收發(fā)正常、傳輸數(shù)據(jù)穩(wěn)定、性能良好，適用于短距離對各種環(huán)境下對溫度的監(jiān)控，具有一定的應(yīng)用價值。
【附圖說明】
[0008]圖1是本實(shí)用新型溫度無線采集傳輸系統(tǒng)的控制原理方框圖；
[0009]圖2是本實(shí)用新型的數(shù)據(jù)采集及無線發(fā)射端STC89C52電路圖；
[0010]圖3是本實(shí)用新型的溫度傳感器及信號放大電路；
[0011 ]圖4是本實(shí)用新型的執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動電路；
[0012]圖5是本實(shí)用新型的電源電路；
[0013]圖6是本實(shí)用新型的發(fā)射端軟件設(shè)計流程圖；
[0014]圖7是本實(shí)用新型的接收端軟件設(shè)計流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。
[0016]圖1給出了本實(shí)用新型溫度無線采集傳輸系統(tǒng)的控制原理方框圖，包括無線發(fā)射模塊和無線接收模塊，所述無線發(fā)射模塊與第一單片機(jī)連接，所述第一單片機(jī)連接分別與A/D轉(zhuǎn)換器、復(fù)位電路和時鐘電路連接，所述A/D轉(zhuǎn)換器與溫度傳感器連接;所述無線接收模塊與第二單片機(jī)連接，所述第二單片機(jī)分別與實(shí)時時鐘、顯示器、聲光報警、執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接，所述與A/D轉(zhuǎn)換器連接的溫度傳感器有若干個。
[0017]I系統(tǒng)設(shè)計
[0018]無線數(shù)據(jù)傳輸有發(fā)送和接收兩個組成部分。發(fā)送端以單片機(jī)為控制核心，采集多個溫度信號，并且將待發(fā)送的二進(jìn)制信號編碼調(diào)制為一系列的脈沖串信號，通過無線數(shù)據(jù)傳輸發(fā)射信號出去。接收端一體化無線數(shù)據(jù)傳輸接收模塊，該模塊接收無線數(shù)據(jù)信號，并且對信號進(jìn)行放大、檢波、整形，然后得到TTL電平的編碼信號，經(jīng)過單片機(jī)解碼后顯示出來，并且進(jìn)行智能判斷，控制相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
[0019]2系統(tǒng)硬件電路
[0020]2.1數(shù)據(jù)采集及無線發(fā)射端
[0021 ]數(shù)據(jù)采集及發(fā)射模塊包括傳感器、單片機(jī)、AD轉(zhuǎn)換模塊、時鐘電路、復(fù)位電路、液晶電路等，電路如圖2所示。
[0022](I)溫度傳感器及信號放大電路
[0023]溫度傳感器的種類很多，本文采用內(nèi)含放大的集成溫度傳感器LM35D。該芯片的溫敏元件出廠時已經(jīng)經(jīng)過校準(zhǔn)，芯片內(nèi)部則采用差分對管技術(shù)，實(shí)現(xiàn)溫敏元件的線性化，實(shí)現(xiàn)了溫敏傳感器的線性化，使用較為廣泛。其測溫范圍為O?100°C，測溫靈敏度為10mV/°C，工作電壓4?30V，最大線性誤差±0.5°C。系統(tǒng)設(shè)置4路溫度測試點(diǎn)，輸出電壓則通過運(yùn)算放大器LM324進(jìn)行5倍放大，電路如圖3所示。
[0024](2)A/D 轉(zhuǎn)換器
[0025]A/D轉(zhuǎn)換芯片選擇PCF8591，該芯片包括4路模擬量輸入、I路模擬輸出和I個串行數(shù)據(jù)接口線。在PCF8591器件上輸入輸出的地址、控制和數(shù)據(jù)信號都是通過雙線雙向I2C總線以串行的方式進(jìn)行傳輸，其內(nèi)置跟蹤保持電路，3根地址線用于硬件地址編程，工作電壓2.5V?6V。
[0026](3)單片機(jī)
[0027]單片機(jī)采用STC89C52，該芯片是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CM0S8位微控制器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，同時做了很多的改進(jìn)，新增兩級中斷優(yōu)先級、一個外中斷，內(nèi)置EEPR0M、硬件看門狗、512B內(nèi)存等功能。其工作電壓3.7V?5.5V，工作頻率O?35MHz，具有功耗低、運(yùn)算速度快、性價比高等優(yōu)點(diǎn)。
[0028](4)無線發(fā)射模塊
[0029]常用無線射頻收發(fā)芯片主要有111^401、111^905、了乂315等。相比其它幾種芯片，nRF905無線射頻收發(fā)一體芯片采用了比FSK調(diào)制抗干擾能力更強(qiáng)的GFSK調(diào)制，數(shù)據(jù)傳輸更加穩(wěn)定可靠，同時具有功耗低，數(shù)據(jù)傳輸速率快，所需外圍元器件少等優(yōu)點(diǎn)，芯片內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器等功能模塊，非常適合于低功耗、低成本的系統(tǒng)設(shè)計。工作頻段422.4?473.5MHz，傳輸速率50kbps，工作電壓1.9V?3.6V，待機(jī)模式下電流僅為 12.5μΑ。
[0030]2.2數(shù)據(jù)處理及無線接收端
[0031]無線接收端主要是接收無線發(fā)射端發(fā)射的溫度數(shù)據(jù)，在液晶模塊上顯示，同時進(jìn)行超限判斷，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)，無線接收模塊仍然采用nRF905無線射頻收發(fā)芯片。
[0032](I)執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動電路
[0033]執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作電流較大，容易對前級電路形成干擾，所以需要加隔離電路。系統(tǒng)運(yùn)行過程中檢測到某項(xiàng)參數(shù)超限時，單片機(jī)輸出控制信號使SSR(固態(tài)繼電器)導(dǎo)通，并且在SSR與負(fù)載之間連接中間繼電器，保護(hù)固態(tài)繼電器的安全，電路如圖4所示。固態(tài)繼電器采用的是歐姆龍G3MB-202P，該繼電器輸入DC4?6V，輸出負(fù)載2A，AC100?240V，使用時直接焊接在電路板上。
[0034](2)電源電路
[0035]系統(tǒng)單片機(jī)模塊使用的5V電源，無線收發(fā)模塊使用是是3.3V電源。所以，電源模塊主要采用LM7805及LM1117-3.3作為主要芯片。三端穩(wěn)壓集成電路LM7805是電子設(shè)計中常用的三端穩(wěn)壓集成電路，屬于正電壓輸出，共有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端;1^1117-3.3是一個低壓差3.3￥電壓調(diào)節(jié)器，輸出電流可達(dá)80011^。本系統(tǒng)220￥交流電經(jīng)過變壓、整流、濾波及LM7805穩(wěn)壓后變成5V的直流電，然后將該電壓通過LM1117-3.3再次降低后供給無線收發(fā)模塊使用。電路如圖5所示。
[0036]3軟件設(shè)計
[0037]3.1發(fā)射部分軟件設(shè)計
[0038]發(fā)送端主程序首先是對初始狀態(tài)的設(shè)置、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)AD轉(zhuǎn)換，然后將數(shù)據(jù)打包處理后進(jìn)行發(fā)送。單片機(jī)上沒有I2C總線接口，需要用普通的I/O模擬。溫度傳感器將模擬量傳送給AD轉(zhuǎn)換芯片PCF8591，其數(shù)據(jù)線SDA以及時鐘線SCL接到單片機(jī)的Pl.0、P1.1。在程序設(shè)計中，首先發(fā)送地址數(shù)據(jù)選擇芯片，然后發(fā)送控制數(shù)據(jù)選擇通道，等待AD轉(zhuǎn)換結(jié)束后接收目標(biāo)通道數(shù)據(jù)。nRF905模塊，要使其發(fā)送數(shù)據(jù)包，先初始化905模塊，使能spi總線，寫入發(fā)送有效數(shù)據(jù)命令，寫數(shù)據(jù)，禁止spi總線；然后使能spi總線，寫入發(fā)送地址命令，寫地址，禁止spi總線;開啟發(fā)射使能，延時，等待發(fā)送數(shù)據(jù)，關(guān)閉發(fā)射使能，具體流程圖如圖6所示。
[0039]3.2接收端軟件設(shè)計
[0040]接收端程序包括初始化設(shè)置，接收數(shù)據(jù)，送顯示等過程。對于nRF905模塊，要使其接收數(shù)據(jù)包，先初始化905模塊，配置905寄存器，設(shè)定接收模式，等待接收完成，即DR = I，使能spi總線，發(fā)送讀有效數(shù)據(jù)包命令，讀數(shù)據(jù)，禁止spi總線；接著將數(shù)據(jù)處理后送PO口，用12864液晶模塊顯示溫度數(shù)據(jù);然后進(jìn)行數(shù)據(jù)判斷，數(shù)據(jù)超限則聲光報警及輸出控制信號進(jìn)行調(diào)節(jié)。具體流程圖如圖7所示。
[0041]4系統(tǒng)測試
[0042]軟硬件設(shè)計完成后進(jìn)行樣機(jī)制作并進(jìn)行測試，主要是通過無線數(shù)據(jù)收發(fā)測試系統(tǒng)硬件性能;測試中在不同區(qū)域安裝4個溫度傳感器，通過PCF8591進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，然后將數(shù)據(jù)顯示在12864液晶模塊上，并且通過測試無線模塊的DR端的電平變化，判斷數(shù)據(jù)是否發(fā)射成功。實(shí)際測試中液晶模塊能夠正確顯示各個區(qū)域的溫度值，并且nRF905的DR端由低電平變?yōu)楦唠娖剑f明發(fā)射端測試成功。接著測試數(shù)據(jù)接收端，接收端接收到數(shù)據(jù)后送液晶顯模塊顯示。12864顯示值與發(fā)射端完全一致，說明接收端性能良好。
[0043]經(jīng)過測試，該系統(tǒng)的工作電壓及工作電流正常，發(fā)射電流較大，數(shù)據(jù)發(fā)射端及接收端能夠正常工作，在空曠地帶傳輸距離150m，室內(nèi)有障礙物的情況下10m左右，數(shù)據(jù)超限情況能夠報警及輸出控制型號，基本達(dá)到了設(shè)計目標(biāo)和設(shè)計要求。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種溫度無線采集傳輸系統(tǒng)，其特征在于:包括無線發(fā)射模塊和無線接收模塊，所述無線發(fā)射模塊與第一單片機(jī)連接，所述第一單片機(jī)連接分別與A/D轉(zhuǎn)換器、復(fù)位電路和時鐘電路連接，所述A/D轉(zhuǎn)換器與溫度傳感器連接;所述無線接收模塊與第二單片機(jī)連接，所述第二單片機(jī)分別與實(shí)時時鐘、顯示器、聲光報警、執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度無線采集傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述與A/D轉(zhuǎn)換器連接的溫度傳感器有若干個。
【文檔編號】G08C17/02GK205644940SQ201620426234
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月5日
【發(fā)明人】熊剛, 胡啟迪, 陳高鋒
【申請人】熊剛, 陳高鋒