外文翻译译文-一种无线温度监测系统的设计与分析

一种无线温度监测系统的设计与分析摘要：本文讨论无线温度监测系统设计的工业应用。温度传感器在传输到接收器之前检测环境温度。在接收器中，温度将显示在液晶显示器和便携式计算机来方便监控。本文强调设计和验证方法来保证数据传感和传输的准确性。为了保证系统的鲁棒性，该设备已经在各种环境和障碍物测试。结果表明，该装置能以高精度准确传感和监测温度。关键词：温度传感器；无线；远程系统；传感器监测。1介绍无线设备将在未来的监控应用变得非常重要，如在汽车1，机器，家庭自动化2和建筑3，例如，工业机械和设备要求放置在运行状态。为了保持和监测机器处于某一特定温度，信息需要从温度传感器设备采集。通过使用一个有效的温度监控系统，温度值可以实时记录或显示在监视器上。这些记录的温度可以用来进一步分析在一个特定的时间段机器的性能。在设计无线传感器设备时有很多的挑战，例如监测数据的精确性和数据在传输过程中丢失。建立一个无线温度监测系统将是昂贵的，尤其是连续的实时监控是必要的。通常情况下，无线传感器通信系统可以采用ZigBee技术，传感器标签4或蓝牙设备进行设计来发送和接收数据。本文的剩余部分将讨论如下几点。首先，设计无线监测系统的现有技术将在第二节讨论。然后，设计无线温度监测系统的方法将在第三节讨论。实验获得的结果将在第四节讨论。最后，第五节将总结这篇论文。2文献由于相比有线系统的方便性，目前市场正朝着无线技术发展5。本节将回顾设计无线温度监控系统现有的方法。文献6讨论了使用ZigBee技术的传感器网络进行温度采集和监测的应用。这项工作采用热电偶作为传感器的输入，它连接到一个冷端补偿放大器。通过放大器后，在ZigBee模块信号送入模数转换器（ADC）端口。温度数据将使用ZigBee协议以每秒采样4次的速率传输到个人计算机（PC）。一种健康监测的无线传感器网络在文献7进行了探讨。这一系统使用网络及其子系统将数据在传输到PDA或个人电脑前传送到数据库服务器。文献8讨论了采用无线传感器和短消息服务（SMS）的农业远程监控。当农场的温度太高或太低时这个系统会发送短信给农民。文献9的目的是设计一个无线体域网（WBAN）的健康监测系统。在这个项目中，ActiS传感器在通过无线局域网络（WAN）发送信号到个人服务器之前，用于监测心率信号。在文献10中讨论的无线温度监测系统中采用了基于有源RFID的系统从世界各地收集数据。在这个项目中，传感器检测温度，当温度太高或太低触发报警时，将数据无线传输到主服务器。大多数这些具有高数据采集率的器件，他们是昂贵的。在这项工作中，建立了一个低成本的温度传感器的发射器和接收器。为了防止数据在传输过程中丢失，点检测法来保证高测量精度。3方法图1显示了低成本的无线温度传感器系统的总体框图。在这项工作中使用的主要设备包括一个单片机，一个模数转换器（ADC）温度传感器，一个收发器，一个接收器，一个编码器和一个解码器。首先，温度传感器将检测到的室内温度以及输入数据到ADC中。ADC将单片机的模拟信号转成数字形式进行数据处理。然后处理过的数据在传输之前将送到编码器。接收器接收到编码数据并把它传递给解码器来恢复原始数据。单片机在笔记本电脑或LCD显示数据之前处理数据。图1无线温度监测系统的原理框图主要的无线设备是发射器（tx433）和接收器（rx433）。对于单片机，选用了P89V51RD2，沿袭了8051单片机系列。该单片机有四个8位输入和输出端口，可支持多种输入和输出配置。表1显示了单片机的主要特点的总结11。表1P89V51RD2的关键特点的总结在这项工作中，两个单片机作为发射器和接收器。在发射模块的单片机的主要功能是将ADC的8位数据转换成4位宽度。这允许数据通过编码器编码。为便于调试，编码器的输出连接液晶显示器来显示当前正在被传输温度值。第二单片机处理接收到的数据和显示温度值到便携式电脑或液晶显示器。这项工作采用来自国家半导体的LM35作为温度传感器。该传感器的优点是它产生的输出电压正比于温度（摄氏度）。此外，它有一个大的温度检测范围从55+150C12。射频发射器连接到一个电源，一个振荡器，一个用于射频传输的调制器和放大器。射频发射器采用频率调制晶体来调制信号信息到载波频率上，这将通过空气传送到接收器。发射器很小，具有低功耗的要求，但可以覆盖一个大的距离，最大50米。图2显示了发射模块的总体结构原理图。图2无线温度传感器的总体结构示意图系统（a）发射模块（b）接收模块。这个工程的软件开发分为2个部分。这些汇编语言用于温度传感器的数据处理，VisualBasic编程软件用于在计算机上显示温度值。汇编语言是已经在此项目使用的一种重要项目。为了确保接收到的数据是准确的，一种简单的数据校验方法如下。首先，在传输温度值前，单片机将8位数据分为4对，如表2所示的。编码器将使用原来的2位以及增加一个额外的2位校验位。接收器用相反的步骤恢复数据。表3显示使用提到的方法在31发射温度的例子。表28位二进制数及其各自的检查位表3位检查法传输二进制数据4结果与讨论下面一节讨论了做实验来验证无线温度传感器的功能。首先，讨论了温度传感器的校准结果。然后，强调了ADC的功能的验证。然后，提出了射频传输的准确性结果。最后，讨论了整个系统的性能。图3显示了温度传感器在不同温度下的输出电压的结果。根据房间的温度，28，输出电压284mv。收集到的数据显示每1温度变化等于10毫伏输出电压的变化。图3输出电压温度传感器对应的温度读数为了验证ADC功能，在ADC的输入端温度变化产生不同的输出电压。表4显示各种输入温度下把模拟输入转换成数字输出电压的结果。ADC将产生一个代表等效温度值的8位数字。表4数字输出电压的结果数据传输电路模块包括一个编码器，发射器，接收器和解码器。四个发光二极管是连接在编码器和解码器之间允许发送数据的视觉检测。表5显示了数据传输结果的准确率。从表中，数据传输模块实现了98.3%的准确率。表5编码器输入和解码器输出之间的比较表6，7和8显示了在不同温度条件，距离和障碍物下，使用无线温度传感器的各种测量结果。在这个实验中，数据连续传输一分钟。接收器收到的数据接监测任何错误。实验是在三的条件下完成的，开空调，两个不同的房间和两个不同的房子。表6从露天获得的结果（无障碍）表7从两个不同的房间，得到的结果（一墙的障碍）表8从两个不同的房屋获得的结果（多壁障碍）表6所示，只有在5m的露天距离传输数据时1分钟内发生了两个错误。错误的发生是由于设备供电不足。这个问题已经通过使用额外的电池解决了。添加一个额外的电池后，设备显示没有误差，如表7和表8。该表显示，一旦无线装置从电池获得足够的电流，该装置可以在各种距离和障碍物运行良好。如表所示，在有障碍物的环境达到100%的准确率。图4（a）和（b）分别显示了发射和接收模块的全面实施。每个图中的元件列表如表9和10所示。图4完整的示意图（a）发射器(b)接收器5结论无线设