数字化无线温度传感器的研究与设计(图文)

1、数字化无线温度传感器的研究与设计(图文)论文导读：本文的数字化无线温度传感器具有集成化、智能化的特点，它由温度测量（发射部分）、温度处理（接收部分）和温度值显示（上位机）三部分构成。关键词：化无线温度传感器，电子闹钟1 引言集成化智能传感器概念的提出仅仅十余年,但近年发展很快,国外刊物上关于新型集成化智能传感器研制的报道很多,国内一些著名高校和研究所也在开展此类工作。和经典的传感器相比,集成化智能传感器具有体积小、成本低、功耗小、速度快、可靠性高、精度高以及功能强大等优点。集成化智能传感器的优点使它成为目前传感器研究的热点和传感器发展的主要方向,必将主宰下个世纪的传感器市场。本文的数字化无线温

2、度传感器具有集成化、智能化的特点，它由温度测量（发射部分）、温度处理（接收部分）和温度值显示（上位机）三部分构成。温度测量采用一线制数字温度传感器DS18B20，其体积小，集成度高，自带A/D，功耗低。论文发表。处理器选用低功耗单片机PIC16F74。温度传输采用超低功耗发射接收模块PTR4000，以方式与处理器通讯。PTR4000在测量点接收传感器的数据并把数据以无线方式传输出去，接收部分通过接受模块（PTR4000）接收数据，并进行数字滤波，同时将接收到的数据以异步串行通信方式传给上位机。2 系统硬件设计2.1 PIC16F74单片机带8位A/D转换输入高驱动电流，I/O脚可直接驱动数码管

3、（LED）显示双向可独立编程设置I/O引脚8位定时器/计数器TMR0，带8位预分频有12路捕抓输入/比较输出/PWM输出（CCP）16位定时器/计数器TMR1，睡眠中仍可计数8位定时器/计数器TMR2，带有8位的周期寄存器及预分频和后分频并行口操作同步串行口I2C/SPI总线操作同步通讯接口SCI/USART操作2.2 温度传感器DS18B20DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO92小体积封装形式；温度测量范围为55125,可编程为9位12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；其工作电源既可在远端引入，

4、也可采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统。2.3无线模块PTR4000PTR4000具有全球开放的2.4GHz频段，125个频道，能满足多频及跳频需要，其最高速率为1Mbps,，具有高数据吞吐量，内置硬件CRC纠检错，发射功率、工作频率等所有工作参数全部通过软件设置完成，其供电压为1.93.6V，能满足低功耗的设计要求。2.4串行接口为实现系统与上位机之间的串行通信，在硬件结构上采用了单电源转换芯片ICL23

5、2，ICL232是一个双组驱动/接收器，它内含一个电容性电压发生器，可在单5V电源供电时提供EIA/TIA-232-E电平。论文发表。3.系统实现3.1低功耗技术本设计的低功耗设计贯穿整个设计的方方面面。首先是CPU的选择上，PIC系列的CPU具有较宽的操作电压（2.05.5V），四种可选振荡方式：低成本阻容（RC），标准晶体/陶瓷（XT），高速晶体/陶瓷（HS），低频晶体（LP）。，在选择合适的电压和晶振的情况下，其功耗可以降到微安级（如SLEEP模式下，功耗只为 1A，工作电压为3.0V，工作频率为32kHz时，功耗为15A1）；其外围器件减少，功耗自然可以降低；即使使用了较高的晶振频率，

6、由于CPU内部有一个特殊功能寄存器DIVM可以对时钟分频，从而达到节电目的。PIC系列单片机有睡眠方式，在空闲时可以设置为低功耗工作方式，非空闲时，用看门狗、中断等方式唤醒。在其他元器件的选用上，尽量采用低功耗器件，如无线收发模块选用超低功耗无线收发模块PTR4000，其最大工作电流仅为18mA，在掉电模式下仅为1uA.总之，在以PIC单片机为核心的控制硬件电路设计上，采用及筛选低功耗的电子元件与集成电路，进行低功耗线路设计和线路板优化；在软件控制上采用降低功耗的休眠技术及采样周期优化，以期达到最大限度地降低计量仪表功耗，延长电池寿命。3.2无线温度采集流程系统实现无线温度采集步骤：发射模块的

7、单片机上电复位后，配置其端口的输入输出状态，此时应是PTR处于非掉电状态，然后开始组织配置数据，设置CE=0，CS=1，将120位的配置数据传入PTR4000，传送完毕后设置CS=0，完成配置，再设置PWR=1，CE=1，调用测温子程序，测量5个温度值，温度值经组织后传入PTR4000，置CE=0，发射数据，延时100us，等待发射完毕，置PWR=0，将PTR设置为掉电模式，然后将PIC的所有I/O口设置为输入状态，最后进入SLEEP模式，等待WDT唤醒，然后重复次发射过程。论文发表。接收模块的单片机上电复位后，也是配置其端口的输入输出状态，此时应是PTR处于非掉电状态，然后开始组织配置数据，

8、设置CE=0，CS=1，将120位的配置数据传入PTR4000，传送完毕后设置CS=0，完成PTR的配置，然后配置串口，使能串行中断和全局中断，再设置CE=1，PTR4000处于接受状态，等待DR1的电平发生变化后，接受数据及完成数据处理、数字滤波，并把采集来的温度值转换为ASC码传送给上位机。4结论本设计中的数字化无线温度传感器具有性能可靠、功耗极低、构造简洁、使用安全等一系列优点。其测温范围在0100之间，传感器采用具有12位转换精度的单线温度传感器DS18B20，测温精度可达0.0625，射频模块选用PTR4000，无线传输距离大于50米，静态功耗电流小于3，这些指标大大高于设计指标的要求。参考文献1.张宝.基于nRF905和DS18B20的无线温