隨著社會的進步和生產的需要，利用無線通信進行溫度數據采集的方式已經滲透到社會生活生產的每一個角落，溫度測量的準確度在影響生產效益的同時也在逐步得到社會的重視，無線溫度傳感器。 With the social progress and production, temperature data acquisition usingwireless communication has penetrated into every corner of social life and production, the accuracy of temperature measurement at the same time affects the production efficiency also gradually to get the attention of the society. Guan Jian: the design of wireless temperature sensor 引言 在工業現場，由于生產環境惡劣，工作人員不能長時間停留在現場觀察設備是否運行正常，就需要采集數據并傳輸數據到一個環境相對好的操控室內，工作人員可以在這里將控制指令傳輸給現場執行模塊進行各種操作。這樣就會產生數據傳輸問題，由于廠房大、需要傳輸數據多，使用傳統的有線數據傳輸方式就需要鋪設很多很長的通訊線，浪費資源，占用空間，可操作性差，出現錯誤換線困難。此時便需要利用無線傳輸的方式進行數據采集。 在農業生產上，不論是溫室大棚的溫度監測，還是糧倉的管理，無線通信技術的發展使得溫度采集測量精確，簡便易行。 為此，采用以下方案設計一種無線溫度傳感器，能夠方便人們的工作和生產。 1、傳感器的選擇傳統的模擬式傳感器具有測量轉換速度快，溫度測量范圍寬的優點。但是模擬傳感器的模擬信號需要先經過取樣、放大和模數轉換電路處理，再將轉換得到的表示溫濕度值的數字信號交由微處理器或 dsp 處理。被測信號從敏感元件接收的非電物理量開始，到轉換為微處理器可處理的數字信號之間，設計者須考慮的線路環節較多。采用具有直接數字量輸出的傳感器能夠避免上述問題。數字式傳感器能把被測模擬量直接換成數字量輸出，可以直接與數字設備（計算機，計數器，數字顯示系統等）相聯，數字式傳感器具有高的測量精度和分辨率，穩定性好，信號易于處理、傳送和自動控制，便于動態及多路測量，讀數直觀，安裝方便，維護簡單，工作可靠性高。考慮系統的經濟性和溫濕度傳感器的優缺點及發展狀況，確定溫度傳感器采用數字式。 2、 短距離無線通信模塊的選擇 隨著大規模集成電路技術的發展，世界上主要的芯片廠商都推出了無線收發芯片。短距離無線通信系統的大部分功能都集成到一塊芯片內部，一般使用單片數字信號射頻收發芯片，加上微控制器和少量外圍器件構成專用或通用無線通信模塊。所有高頻元件包括電感、振蕩器等已經全部集成在芯片內部，一致性良好，性能穩定且不受外界干擾。射頻芯片一般采用 fsk 調制方式，工作于 ism 頻段，通信模塊一般包含簡單透明的數據傳輸協議或使用簡單的加密協議，發射功率、工作頻率等所有工作參數全部通過軟件設完 成，用戶不用對無線通信原理和工作機制有較深的了解，只要依據命令字進行操作即可實現基本的數據無線傳輸功能。新一代短距離無線數據通信系統具有體積小、功耗低、穩定性好、抗干擾能力強等優點，而且開發簡單快速，可以方便地嵌入到各種設備中，實現設備間的無線連接，因此，較適合搭建小型網絡，在工業、民用領域得到較為廣泛的應用。考慮系統的經濟性、傳輸距離，確定該部分電路設計使用無線收發芯片。 3、系統控制及數據處理模塊的選擇 溫度數據在采集后通常要進行數據處理，以實現測量數據的記錄、顯示和對測控系統的控制。對于一般的工業測量與控制，多采用專用計算機系統進行測控。 專用計算機系統是把采集系統作為一個獨立完整的功能實體，用單片機或 dsp 來控制整個系統。最主要的特征是系統軟、硬件規模完全根據應用系統的要求配置，獨立性、可擴展性好，因此系統具有較高的性價比。采用單片機具有系統簡單、開發容易，功能易擴展、測控能力強、可靠性高的特點。尤其適用于系統中沒有復雜的計算處理、對采集速度要求不高的數據采集處理系統。 對于不要求高速的一般的數據采集與處理系統，采用 dsp 是不經濟的方案。在單片機能夠滿足系統對數據處理速度要求的情況下，單片機無異是首選的信息處理單元。 4、器件的選用 4.1 數字式溫度傳感器的選擇 隨著溫度傳感器智能化、集成化技術的進步，數字式溫度傳感器也得到了快速發展，世界上許多公司推出了新型的數字溫度傳感器系列。這些產品的出現極大的豐富了設計工程師的選擇對象。在如此眾多的產品中選擇出合適的器件，應該把握以下幾點：外圍電路應該盡量簡單；測溫的精度、分辨率要合適，以便減少不必要的電路和軟件開發成本。ds18b20是美國某半導體公司的新一代數字式溫度傳感器，它具有獨特的單總線接口方式，即允許在一條信號線上掛接數十甚至上百個數字式傳感器，從而使測溫裝置與各傳感器的接口變得十分簡單，克服了模擬式傳感器與微機接口時需要的 a/d 轉換器及其它復雜外圍電路的缺點，其測溫范圍-55～+125℃，最高分辨率可達 0.0625℃，由于每一個ds18b20 出廠時都刻有唯一的一個序列號并存入其 rom 中，因此 cpu 可用簡單的通信協議就可以識別，從而節省了大量的引線和邏輯電路。所以，選用 ds18b20 做為溫度測量的傳感器。 4.2無線收發芯片的選擇無線收發芯片的種類和數量比較多，在設計中選擇合適芯片可以提高產品開發周期、節約成本。在選擇時，應主要參考以下幾點： ① 收發芯片的數據傳輸是否需要進行曼徹斯特編碼采用曼徹斯特編碼的芯片，在編程上會需要較高的技巧和經驗，需要更多的內存和程序容量，并且曼徹斯特編碼大大降低數據傳輸的效率，一般僅能達到標稱速率的 1/3。 ② 收發芯片所需的外圍元件數量 芯片外圍元器件的數量直接關系到系統的復雜程度和成本，因此應該選擇外圍元件少的收發芯片。 ③ 功耗 大多數無線收發芯片是應用在便攜式產品上的，因此功耗也非常重要，應該根據需要選擇綜合功耗較小的產品. ④ 發射功率 在同等條件下，為了保證有效和可靠的通信，應該選用發射功率較高的產品。 nrf401 是挪威某公司推出的單芯片 rf 收發機，該芯片集成了高頻發射、高頻接收、pll 合成、fsk 調制、fsk 解調、雙頻道切換等功能，具有性能優異、功耗低、使用方便等特點。本系統將nrf401 做為無線收發芯片的首選。 4.3鍵盤顯示模塊的選擇 顯示單元是人機交互的窗口，是傳遞儀表工作狀態和檢測數據的關鍵性設備，通常的顯示器件有液晶顯示器（lcd）和數碼管顯示器（led）。本系統采用五位數碼管，兩位用來顯示當前溫度，兩位用來顯示欲設定的溫度，一位用來顯示當前狀態。 在本系統中，鍵盤由四個鍵組成，即溫度增加鍵、溫度減小鍵、確認鍵和取消鍵。因按鍵很少，所以采用獨立式鍵盤。 4.4溫度控制模塊的選擇 溫度控制單元是系統的執行器件，是系統的最后一個環節，也是系統中最重要的一部分。 目前制冷系統主要包括空氣循環制冷系統、蒸汽壓縮制冷系統、使用氨水的吸收式制冷系統和近幾年發展起來的半導體制冷系統。 目前制熱技術主要有太陽能吸收熱量、煤炭燃燒制造熱量、熱泵和近幾年發展起來的半導體制熱系統。 其中半導體制冷制熱是利用特種半導體材料通過直流電時產生低溫高溫的一種制冷制熱方式，由于它彌補了其它制冷制熱方式的不足，在當今世界的人下制冷制熱技術中占有獨特的地位。所以本系統選擇半導體制冷制熱器件。
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