无线温度传感器的设计
毕业设计无线温度传感器
【摘要】随着科学技术的飞速发展，人类目前已经置身于信息时代，信息的获取是实现信息他的前提，获取信息的一种重要工具就是传感器。
综合了传感器技术、嵌入式计算机技术、现代网络及无线通信技术、分布式信号处理技术等的无线传感器网络是多学科高度交叉的新兴前沿研究热点领域。
在作战人员通信、环境和气象监测、灾害预警、智能家具、辐射监测等众多领域都发挥着重要作用。
低成本、低功耗、应用简单的IEEE802．15．4和ZigBee协议的诞生为无线传感器网络提供了互联互通酶规范。
ZigBee协议是由IEEE802．15 4标准的PHY和MAC层再加上ZigBee的网终层和应用层组成的，由于网络节点具有成本低、体积小、能量和通信能力有限等特点，所以此种网络的突出特点是两络系统支持低成本、易实现、低功耗等。
本课题综合运用无线传感器网络技术、现场总线技术和以太网技术，用网络化思想构建了温度传感器系统。
关键词：MSP430F2274 ZIGBEE CC2500【Abstract】With the rapid development of technology，human has been in informationera. Obtaining information is the precondition of realizing informationization while one of the most important tools which were used toacquire information is the sensors．The wireless sensor network which combinessens or technology，wireless communication technology，embedded computertechnology，modern network and distributed information disposal technology together is a multi—study，highly crossed new research fields．It plays an important part in campaign people communication，invironmental and weather control，disaster detection，intelligent building，radiation inspection and so on．The IEEE802．15．4 and ZigBee protocol offer the criterion for wireless sensor netwok．ZigBee protocol is constituted of IEEE802．15．4 PHY and MAC layer．ZigBee network layer and application layer．because the node has some characteristics such as low．cost，small volume，1imited energy and limited communication，the networks characteristic CS are the system supporting low cost operation，easily realization and very low power consumption．Key Words: MSP430F2274 ZIGBEE CC2500目录1 引言 (1)2 MSP430单片机介绍 (2)2．1MSP430单片机的用途 (2)2．2MSP430单片机的功能 (2)2．3MSP430F2274的介绍 (3)2．3．1 MSP430F2274的16位CPU (4)2．3．2 MSP430F2274的存储器组织 (5)2．3．3 MSP430F2274的寻址模式 (6)2．4MSP430F2274的原理图 (6)3 无线射频芯片CC2500 (8)3．1CC2500的性能参数 (8)3．2CC2500的内部结构 (9)4 ZIGBEE协议栈研究 (10)4．1Z IG B EE协议栈概述 (10)4．2IEEE802.15.4通信层 (12)4．2．1 PHY(物理)层 (12)4．2．2 MAC(介质接入控制子层) (13)4．3Z IG B EE网络层 (15)4．3．1 网络层概况 (15)4．3．2网络层帧结构 (17)4．3．3网络层功能介绍 (17)4．4Z IG B EE应用层 (18)5 系统的硬件设计 (19)5．1系统设计原则 (19)5．2系统元件概述 (19)5．2．1 存取点（AP） (19)5．2．2 终端设备（ED） (20)5．3操作模式 (20)5．3．1 冗余模式 (20)5．3．2 最简模式 (20)5．4温度传感器节点硬件方案研究设计 (21)5．5传感器节点主电路设计 (21)5．5．1控制器电路设计 (21)5．5．2输入输出模块设计 (21)5．6传感器节点电源设计 (22)5．6．1终端节点的可控电源设计 (22)5．6．2协调器节点的开关电源设计 (23)5．7传感器节点通信模块设计 (23)5．7．1 无线通信模块设计 (23)6 系统的软件设计 (25)6．1存取点的软件设计 (25)6．2协调器节点的软件设计 (25)6．2．1协调器节点软件总体设计 (25)6．2．2 ZigBee协议应用对象设计 (26)6．3温度传感器终端节点的软件设计 (28)6．3．1温度传感器终端节点软件总体设计 (28)6．3．2温度采集程序设计 (28)6．3．3温度显示程序设计 (29)7 结论 (31)致谢 (32)参考文献 (33)附录 (34)附录1：MSP430与CC2500主接线图 (34)附录2：MSP430与CC2500实物图 (35)附录3：E Z430-RF2500网络显示设置 (36)1 引言在工农业生产以及科学研究中，温度传感器系统为分析决策系统提供准确、实时的现场温度数据，是许多监控系统中不可缺少的一部分，广泛应用在电力、化工、冶金、石油、环境、机械制造、农业生产、粮食存储、酒类生产等领域．随着生产规模的不断扩大，生产车间等在地域上分布越来越广，温度监测的范围随之扩大。
无线温度传感器设计探析
无线温度传感器设计探析摘要：所谓的无线传感器网络，实际就是在特定的检测区域当中进行海量微型传感器节点的设置，并利用无线通信的方式构建一个自组织网络，对这种网络进行应用，能够对相关领域的发展产生巨大的促进作用，对无线温度传感器网络进行设计，不仅能够提升该网络的稳定性，还能使测温精度得到显著的提升，这对于无线温度传感器网络综合效用的发挥具有非常重要的意义，因此，有必要对相关内容进行深入的研究。
关键词：温度；传感器；设计随着计算机技术、电子技术、无线网络技术的发展，工业控制的智能化、网络化成为了目前工业发展的焦点，工业无线技术已经成为工业领域的研究热点。
温度是和人类生活环境密切相关的物理量，是工业过程三大参量流量、压力、温度之一，温度测量是一个经典的话题，长久以来，在这方面已有多种测温元件和传感器得到普及，但是对于一些特殊行业或特定环境应用，传统的测量方式已不能满足其需求。
因此，我们针对电力部门配电柜测温监控系统，从传统的温度传感器入手，通过结合无线收发技术，研制开发了无线温度传感器。
一、相关技术介绍1、无线技术。
工业无线技术是一种能够在恶劣的工业现场环境下使用的特殊无线传感网络。
此技术采用了扩频技术、多跳通信、Mesh-star 双层结构网络等关键技术，并具有很强的抗干扰能力、高可靠、超低能耗、实时安全通信等技术特点，基本能保证在恶劣的工业现场环境中可靠地通信。
与传统的有线工业测控系统相比，工业无线测控系统具有以下优势:( 1) 成本低。
不需要复杂的现场布线，直接通过无线网络将传感器获取的信息状态发送到上位机控制室，降低了布线的成本和线缆出现破损、老化需要检修的费用。
( 2) 易使用、灵活性高。
没有线缆的约束，工厂可以更好地配置生产设备，并使现场设备的移动和安装更为灵活，方便现场设备的布设。
用户可根据工业应用需求的变化，快速、灵活、方便、低成本地重构工业测控系统。
( 3) 高可靠、易维护。
在有线系统中，电缆间的连接器易损坏，并且线缆容易被误操作所破坏，检修起来非常不方便，增加了维护的难度和维护成本。
基于Zigbee协议的无线温度传感器设计
关键词：ZigBee,CC2430,DS18B20
Design of temperature wireless detection device based on ZigBee
无线温度传感器设计探析
从而对接收到的无线数据进行解码 。 无线采集模块主要起到采集
数据 与 无 线 发送 的作 用 ， 片机 通 过 前端 处 理 模 块 读 取温 度 数 据 单
后， 由编码芯片的无线 电路发送 出去 。前端处理模块是 由单片机
和 串行 通 信 电 路共 同组 成 的 ， 主要 工 作 是读 入 处 理后 的数 据 。
２ 真 三 维 显 示 实验
－ ３ 王惠 南． 于立 体视 觉 与 真三 维 立体 显 示技 术 ［］ 现 关 Ｊ． 在 基 于 Ｌ Ｄ 的真 三 维显 示 中 ， Ｅ 的刷 新 率 和 转 速 对 显 示 Ｉ］ 王 冬 翠 ， Ｅ ＬＤ
的最 终 效 果 有 着 很 大 的影 响 。 常 ， 通 固定 电机 转 速 为 ６ ０ ／ ｎ ０ ｍｉ， ｒ
的数据转换为并行 输 出， 以节约 ＩＯ 端 口资源 。７ ＨＣ ３ 译 码 ／ ４ １８
器 提供 行驱 动信 号 ，并 用 ２ １ ３ １来 增 强 行 驱 动 的 能 力 。 选 用
本文通 过机械 结构和 电路 控制设 计构建 了真 三维显 示 系
通过实验 验证 了当屏幕 刷新 率一 定时 ， 存在 最佳转 速带使 Ｓ Ｃ１Ｆ ２ Ｔ １ ３ＸＥ单 片 机 作 为 控 制 电路 的 主 要 芯 片 ， 芯 片 具 有 高 统 ， 该 这 速 、 功耗 、 低 超强抗干扰 性 ， 工作 频率可达 ３ ｚ 在相 同工作 显示 的图像效 果达到最佳状态 ， 对真三维显示技 术的发展有 ５ＭＨ ，
一
频率时 ， 度是普通 ８５ 速 ０ １的 ８ １ ， ～ ２倍 内部 ３ｋ字节 的 Ｆ Ａ Ｈ ２ Ｌ Ｓ
定的指导意义 。
［ 考文 献 ］ 参 ［］ 孙 强 ， １ 王健 ， 科研 ， ． 于 ＺＭ Ｘ的 ３ 拟 头 盔 显 示 器 的 董 等 基 ＥＡ Ｄ虚 光 学设 计 方法研 究 ［］ 红外 与激 光 工程 ，０ ８ｓ ） Ｊ． ２０ （１
无线温度传感器的设计
无线温度传感器的设计
夏 琼
浙 江 省庆 元县 产 品质 量 计 量 检 测 所
摘要：随着社会 的进 步和 生产 的需要 ， 利用无 线通信进行温度数据采集的方式 已 经渗透到社会生活生产的每 一个角 落，温度测 量的准确度在影响生 产效益 的同时也在逐步得到社会的重视 。 关健词 ：无线温度传感器 设计
在工 业现场 ，由于生产环境恶 劣，工作 人 员不 能长时 间停 留在现场观察 设备是否运 行 正常，就需要采集 数据并传输 数据到一个 环境相 对好的操控 室 内，工作人 员可 以在这 里将控 制指令传输 给现场执行模 块进行各种 操作 。这样就会产 生数据传输 问题 ， 由于厂 房大 、需要传输 数据 多，使用传 统的有线数 据传输 方式就需要铺 设很多很长 的通讯线 ， 浪 费资源 ，占用 空间，可操作性差 ，出现错 误换 线困难 。此 时便 需要利用无 线传输的方 式进行数据采集 。 在农业生产上，不论是温 室 大棚 的温度监 测，还是粮仓 的管理，无线 通信 技术 的发展 使得温度采集测 量精确 ，简 便 易行 。 为 此，采用 以下方案设计一种 无线温度 传感器 ，能够方便人们的工作和生产 。 机制有 较深 的了解 ，只要依据命令字 进行操 作 即可实现基本 的数 据无线传输 功能。新一 代短距 离无线数据通 信系统具有体积 小、功 耗低 、稳定性好 、抗 干扰能力强等优 点 ，而 且开 发简单快速 ，可以方便地嵌入 到各种设 备 中，实现设备 间的无线连接 ，因此 ，较适 合 搭 建 小 型 网络 ，在 工 业 、 民用 领 域 得 到 较 为广泛 的应用 。考虑 系统的经济性 、传输距 离 ，确定该部分电路设计使用无线收发芯片 。 做为温度测量的传感器 。 ４ ． ２无线收发芯片的选择 无线收 发芯片的种类和数 量 比较 多，在 设 计 中选择 合 适 芯片 可 以提 高产 品开 发 周 期 、节约 成本。在选择 时，应主要参考 以下 几点 ： ① 收发芯 片的数据传输是否需要进 行曼彻斯特 编码采用曼彻 斯特 编码的芯片 ， 在编程上会 需要较高 的技 巧和经验 ，需要 更 多 的内存和 程序容量 ，并且曼彻斯特编码 大 大 降低数据 传输 的效率 ，一般仅能达到标称 速率 的 １ ／ ３ 。 ② 收发 芯片所需的外 围元 件 数量 芯 片外 围元器件 的数量 直接 关系到 系 统 的复杂 程度和成本 ，因此应该选择外 围元 件少 的收发芯片。 ⑧ 功耗 大多数无线收发 芯片 是应 用在便携式产 品上的 ，因此功耗 也 非 常 重要 ， 应 该 根 据 需 要 选 择 综 合 功 耗 较 小 的产 品． ④ 发射功率 在同等条件下 ，为了 保证有 效和可靠 的通信 ，应该选用发射 功率 较 高的产 品。 ｎ Ｒ Ｆ ４ ０ １是挪威某公 司推 出的 单芯片 Ｒ Ｆ收发机，该芯片集成 了高频发射、 高频接收 、Ｐ Ｌ Ｌ合成、Ｆ Ｓ Ｋ 调制 、Ｆ Ｓ Ｋ解调、 双 频 道 切 换 等 功 能 ，具有 性 能优 异 、功 耗 低 、 使用方便等特点 。 本系统将 ｎ Ｒ Ｆ ４ ０ １做为无线 收发 芯片 的首选 。 ４ ． ３ 键 盘 显 示 模 块 的选 择 显 示 单 元 是 人 机 交互的窗 口，是传递仪表工作状态 和检测 数 据的关键性设 备，通常的显示器件 有液 晶 显示器 （ Ｌ Ｃ Ｄ ）和数码管显示器 （ Ｌ Ｅ Ｄ ） 。本系 统采用五位数码管 ，两位用来显 示当前温度 ， 两位用来显示欲 设定的温度 ，一位 用来显示 当前状态 。 在本系统中 ， 键盘由四个键组成 ， 即温度增加键 、温度减小键 、确认 键和取消 键 。因按键很少 ，所 以采用独立式键盘 。 ４ ． ４温度控制模块的选择 温度控制单元 是系统的执行器件 ，是系统的最后一个环节 ， 也是系统中最重要 的一部分。 目前制冷系统 主要包括 空气 循环制冷系统 、蒸汽压缩制冷 系统 、使用 氨水的吸收式制 冷系统和近几年
无线红外温度传感器的设计
无线红外温度传感器的设计摘要：温度作为一个物理名词，是衡量物体冷热程度的重要指标，在工农业生产过程中起到非常重要的作用。
掌握温度的变化情况，做好对温度的测量工作，能够有效提升产品的质量、增强生产效率、减少资源浪费，因此，在日常生活生产中都应当把握好温度这个重要数据。
而温度传感器就是进行温度监测的重要设备，也因为温度这个变量在日常生活中被广泛的应用，导致温度传感器也成为数量最多的传感器种类之一，占比超过了五成。
在诸多的温度传感器种类当中，无线红外温度传感器因其拥有小巧的体积、精细的测量水平、无需线路连接、利用红外技术等得到了广泛的认可。
而本文主要介绍的就是无线红外温度传感器的设计情况，希望可以为大家在无线红外温度传感器设计上提供一些思路。
关键词：无线、红外、温度传感器、设计引言目前，温度传感器在生产生活当中的应用程度非常高，例如人们每天出行前关注的天气情况、在大自然当中寻找濒危动植物、因疫情成为常态工作的测温等等，这些都是温度传感器在日常的具体使用。
而本文要介绍的无线红外温度传感器就是其中的一个重要类型，它作为非接触式的温度传感器，具有测量准确、不与被测物体直接接触、反应速度快、运行稳定等特点，同时随着科技的进步，如今更多的应用于智能生活体验、智能化电网、智能手机汽车等高技术领域。
因此对于无线红外温度传感器的设计来说，应该更加小巧简单、便于制作安装，同时也要兼顾美观、实用等需求。
一、红外的概念以及红外温度传感器的原理红外指的就是红外线，是通过电磁波的形式表现出来，而且对于数据传输的要求也非常的简单，可以实现无线传输。
从被发现到现在，红外走过了漫长的岁月，已经被广泛使用到我们的生产生活当中，像很多电子设备，如鼠标、打印机等都是应用到了红外技术。
红外在传输时是通过点对点的方式进行，距离相对较短，而且在中间也不能有阻隔，但是红外的发现为人类在数据传输方式上开阔的眼界。
而在自然界中，只要物体的表面温度比绝对零度要高，那么这个物体就是不断的将红外辐射能量向四周传播，红外线虽是肉眼无法看见的光线，但也是客观存在的，而红外辐射其实就是热辐射的一种，红外温度传感器就是利用这一原理设计而来的。
基于GSM网络的无线温度传感器系统的设计
Ｋｅ ｒ ：ｅ ｅａｕ ｅｓ ｎ ｏ ； Ｍ ， ｒｌｓ ； ａａ ａ ｑ ｉｉｏ ｔｍｐ ｒｔｒ ａｕ ｅ ｎ ｙ ｗｏ ｄｓ ｔｍｐ ｒｔｒ ｅ ｓｒ ＧＳ ｗｉ ｅｓ ｄ ｔ ｃ ｕｓｔ ｎ； ｅ ｉ ｅ ｅａｕｅ ｍｅ ｓ ｒｍｅ ｔ
ｌ 引言
温 度监测 在 电力 系统 中具 有 很 重 要 的作 用 ， 目前
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高精度无线温度传感器设计方法说明书
The Design and Implementation of High Precision and Low Power Wireless Temperature SensorYanping Wang1, Hanxi Li1, Yuchen Wang2 and Huan Le11China Tobacco Zhejiang Industrial Co., LTD2 Hangzhou Xuejun High SchoolAbstract—This paper presents a design method of high precision wireless temperature sensor, the sensor consists of 16 high-performance low-power processor MSP430F149, Sub-1G RF transceiver chip SI4432, four-wire positive temperature coefficient temperature sensitive resistor PT100, the high resolution of AD conversion chip ADS1246 and other core components, temperature range -40 ℃ ~ 80 ℃, resolution 0.01 ℃. The sensor can be collected if the temperature information stored locally or transmitted in real time to the control terminal, effectively overcome the wired sensor in the measurement limitations. In view of the technical characteristics of Sub-1G, the design method of high precision wireless temperature sensor in performance and power consumption is discussed.Keywords-low power high precisionI.I NTRODUCTIONTobacco fermentation and mellowing process are very important factors for the tobacco quality. The inner temperature of the compressed tobacco package imbalance often heralds the tobacco may be bad. So, detecting tobacco package's inner temperature changing can be indirectly measured the tobacco package’s corresponding state. When the temperature of the tobacco package is higher than the environments a certain value (normal 3°-5°, or higher), the tobacco package may have taken place in mildew or carbonization, and it has affected the quality of tobacco leaf. Normally, tobacco mellowing process will continue 18 months to 36 months. It is very important to monitoring the inner temperature of the tobacco package by using high precision temperature sensor. Cabling temperature checking system is complex and not easy to maintain in tobacco warehouse, and there has a new solution by remote wireless transmission system. Sub-1GHZ communication, as a kind of popular narrowband communication technology, gradually popularized in the field of sensor. Sub - 1 GHZ technology combining with distributed signal acquisition, processing and with high resolution AD sampling technology to design the wireless temperature sensor with high precision , it can be convenient, real-time transmitted to the temperature of the object being measured in a reliable way to control terminal. To establish wireless sensor network (WSN) by private wireless communication protocol stack able to adapt to more complex measurement field.II.S YSTEM D ESIGNA.Hardware Subsystem DesignHardware subsystem mainly includes two major part ，temperature sensor and intelligent terminal router. Temperature sensor terminal including: radio frequency communication, a temperature measurement, the MCU control unit. The system structure just like Figure I:FIGURE I.THE SYSTEM STRUCTURE1)Radio frequency communication: The existing wireless communication technology such as WIFI and bluetooth, usually did not fit the requirements of low power design, and ZigBee communication technology has high cost, hardware baseband spectrum limit shortcoming. ZigBee also has low wireless signal diffraction properties, where the tobacco warehouse always is filled in tobacco packages. So in this design we choose Silicon-Labs’ chip which working in ISM frequency band, the SI4432 as the RF transceiver chip based on the Sub - 1 GHZ technology, and using private wireless communication protocol networking, frequency set to 433 MHZ. The Communication circuit is just like Figure II:FIGURE II.CIRCUIT STRUCTURE DIAGRAMRF chip SI4432 has multi-function, it is built-in frequencyInternational Conference on Communications, Information Management and Network Security (CIMNS 2016)synthesizer, power amplifier, and low noise amplifier and phase locking modulator function modules. It is worth mentioning that transmission power and communication channel can be configured by the program. When chip in the receive mode, the peak current is not more than 13.7 mA. The maximum transmitted power can be up to + 20 DBM, power consumption is lower than 75 mA, and standby power consumption is low to 40 nA.a)Working model: SI4432 working mode includingstandby mode, launch mode, receive mode, these patterns can be chosen or be set by the configuration register.Launch mode：The data is sent through the SPI interface from MCU RF chips into the FIFO stack, implement the data of low speed into high speed launch process, is helpful to control power consumptionDevice configuration can be showed by Silicon Labs’ official register form.Circuit layout: The PCB layout of Radio frequency part need to guarantee reliable signal transmission and reduce the internal and external electromagnetic interference. All the components will be put on the top layout in normal, and all the spare place will be covered with copper, connected the top layout and bottom layout with through holes, which is connected with the underlying ground.In order to improve the EMC performance, the bottom layout’s underlying ground can be designed reflux land, and the through hole will be set to minimum path points.Thinking of power integrity, DC power supply and filter capacitor will put close to the VDD pin of RF chip. RF chip should have relatively independent power supply, which is advantageous to the stability of electricity supply, and also can strengthen the entire layout.2)The part of temperature measurement: Temperature measurement circuit constitute with 3-wire PT100 positive temperature coefficient thermistor and 24 Σ - Δ ADS1246 ADC chip made by TI Company (Figure 3). PT100 temperature range is -200 ℃ ~ 850 ℃, and the RT expression is just like:-200<t<0℃RT=R0[1+At+Bt×t+ C(t-100)t×t×t] (1) 0≤t<850℃ RT=R0（1+At+Bt×t）(2) [A=3.9083E-3, B=-5.775E-7, C=-4.183E-12]FIGURE III.CIRCUIT STRUCTURE DIAGRAMFIGURE IV.INTERNAL REFERENCE SOURCEFIGURE V.INTERNAL REFERENCE SOURCEIt is not hard to see in conversion rate for 5 SPS, under the condition of using an external reference voltage source, ADS1246 can get effective resolution up to 19, which can satisfy the required resolution 0.01 ℃ 16-bit ADC resolution requirement of design index.a)Sleep mode: Through changing the level of the pin of START can convert mode of ADS1246. When sleep mode is available, the entire AD module power is not more than 0.4 uA.b)MCU control circuit: This design USES batteries, has a strict requirements on the machine power consumption. Select TI Company’s MSP430F149 ultra-low power MCU, which works in LPM3 sleep mode normally, timing waked up. B.Software SubsystemThe software process is shown in Figure 5. Users can get target terminal real-time temperature information or back history information by intelligent router indirect. If you want to view the history of a particular section of the temperature information, you can issue the section through the enquiry instructions. If you want to set temperature time basis points, you can simply issue instructions of current accurate time, system will reset the target terminal of the current time. When the user issued successful, the target terminal will reply success and tag, and a preset rules will be set as an integral point. After the completion of the acquisition, system will set the latest temperature information data into the history of the cache queue first.Initializing:System self-checking –>MCU interface configuration-> ADS1246 Register configuration-> SI4432 Register configuration(Receiving mode)->Register dormancy->MCU RTC start timing awaken and enter LP3 mode->system enterlow power consumption mode Working:Time out （0.5S ）->MCU into AM mode, detecting power, ->if power is low , alert; Else SI4432 into receiving mode->SI4432 will judge the received data just like set up sampling interval or real-time temperature query or a period of time temperature data query etc. and perform related instructions.->sending the result->enter sleep mode （low power consumption ）->timing. (Loop) PROCESS LOGIC1)The sensors’ default rules are as follows:a) Terminal automatically wake up and collect temperature data according to the pre-set time intervals;b) Terminal automatically wake up every 0.5S, enter receiving mode, checking the wake-up frame come from router, if none in 10ms, system enter sleep mode ，if received, continue to receive information frame, and if terminal does not received information frame in one second, system enter sleep mode. If received, system works according to the instruction from information frame. When finished instruction job, waiting 10ms for new instruction, if there has no new instruction, system also enter sleep mode for saving power. Information frame instruction format as Figure 6. It including a set time instructions, set up automatic acquisition interval, real-time temperature query instructions and section temperature query. The end of each frame contains the LENGTH of DATA information, CMD, DATA segment CRCcheck results. The formula is just like:(3)FIGURE VI. FRAME FORMATIII. C ONCLUSIONThe designed wireless temperature sensor, in this paper, can be applied to various high precision temperature measuring occasions. System incorporates advanced wireless communication technology and low power technology, and can be extended to a complete network system through private ad-hoc network technology, it can be used not only in temperature collecting system, can also be extended to other measurement and control system. Through high-efficient power management, system greatly extend the continuous use time of the equipment, can be used in warehouse managementand other fields.R EFERENCES[1] Wang Dong, “Design and Application of Wireless Sensor Network;dissertation of Chongqing university”, 2006-06.[2] Li Cui Ran, Li Cheng Shu, “EAR protocol analysis of self-organizingwireless network”, Guangdong communication technology, 2002, 22(3). 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无线温度传感器的设计
无线温度传感器的设计摘要：随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，一种数字式温度计以数字温度传感器作感温元件，它以单总线的连接方式，使电路大大的简化；传统的温度检测大多以热敏电阻为传感器，这类传感器可靠性差，测量温度准确率低且电路复杂。
因此，本温度计摆脱了传统的温度测量方法，利用单片机对传感器进行控制。
这样易于智能化控制。
无线温度测量与有线温度测量相比具有可靠性高安装容易可以重复使用和系统维护方便等优点关键词：单片机温度传感器无线通信引言温度监测是目前成熟的技术，工业中广泛应用的温度监测系统大多数还是采用有线方式传输信号的，然而对于工作环境恶劣、供电布线复杂且今后维护困难的场合，有线方式则带有相当的局限性。
采用无线方式传输数据，可以有效避免这些问题。
由于采集端靠近被测对象，布线和维护困难，因此在系统设计上要解决供电和信号传输有效性的问题。
布线上的局限使得采集端只能采用电池供电模式，而在线监测又需要24小时不间断工作，因此采集端的功耗必须非常低，在器件的选择上必须满足低电压支持和低功耗要求。
工业现场环境复杂，干扰大，则必须对原始信号进行编码和译码，以保证信！基于单片机A T 8 9 C5 1、数字温度传感器DS18B20、无线收发芯片nRF403的数字化无线温度传感器，测温范围-55℃～+125℃，分辨率为0.0625 ℃，工作频率2 400 ～ 2 524 MHz，接收灵敏度- 90 dBm，最大发射功率0dBm，电池供电。
1.1系统结构图如下：图1 系统结构图第一章温度采集1.2温度传感器概述1.1.1 温度传感器的分类根据温度传感器的使用方式，通常分为接触法与非接触法两类。
(A) 接触法由热平衡原理可知，两个物体接触后，经过足够长的时间达到热平衡，则它们的温度必然相等。
如果其中之一为温度计，就可以用它对另一个物体实现温度测量，这种测温方式称为接触法。
其特点是，温度计要与被测物体有良好的热接触，使两者达到热平衡。
一种无线温度传感器网络的设计与实现的开题报告
一种无线温度传感器网络的设计与实现的开题报告一、选题背景和意义随着物联网技术的不断发展，无线传感器网络（WSN）逐渐普及，使得人们可以通过传感器获取远程物理量的数据。
其中，温度传感器是一种常见的传感器，可以应用于室内温度控制、工业过程监控、环境监测等领域。
传统的有线温度传感器需要布线，不便于改变传感器的位置和增加传感器的数量。
而无线温度传感器具有易安装、灵活性高、成本较低等优势。
因此，研究一种无线温度传感器网络的设计与实现，对于推动物联网技术的发展具有一定的意义。
二、研究内容和目标本项目旨在设计一种基于ZigBee协议的无线温度传感器网络，并通过实现多个无线温度传感器的数据采集、传递和处理，建立一个完整的温度监测系统。
具体研究内容包括：1.硬件设计：设计一种低功耗、可扩展性强的无线温度传感器节点，实现温度数据的采集和传输功能。
2.软件设计：利用ZigBee协议建立无线传感器网络，实现数据的无线传输和多节点的协同工作。
3.系统设计：通过软件和硬件的协同工作，建立一个完整的温度监测系统，实现数据的实时监测、存储和分析。
本项目的目标是实现一个能够满足实际应用需求、性能稳定可靠的无线温度传感器网络系统，可应用于工业、农业、环境监测等领域。
三、研究方法和步骤1. 系统需求分析：通过对无线温度传感器网络系统的应用场景和需求的分析，确定系统的功能和性能要求。
2. 系统架构设计：基于需求分析，设计系统的硬件结构、软件架构，选择合适的芯片、传感器和通信模块。
3. 硬件设计：设计无线温度传感器节点的硬件电路，包括传感器电路、数据采集电路、通信电路等。
4. 软件设计：基于ZigBee协议，设计无线传感器网络的通信协议和数据传输过程。
同时开发上位机软件，实现数据的实时监测、存储和分析。
5. 系统测试和调试：完成无线温度传感器的制作和软件开发后，进行系统的调试和测试。
测试内容包括温度数据采集、传输和处理的功能和稳定性测试，系统的可扩展性测试等。
数字化无线温度传感器设计方案
充电保护
具备充电保护功能，防止过充、短路等安全问题。
电源稳定性
选用稳定的电源器件，确保整个系统的稳定运行。
04
CATALOGUE
数字化无线温度传感器关键技术实现
无线通信协议制定
总结词
高效、稳定、安全
详细描述
无线通信协议的制定需要综合考虑传输效率、稳定性和安全性。在设计过程中 ，需要结合具体应用场景，分析不同协议的特点和适用范围，选择或制定合适 的协议。
设计意义
数字化无线温度传感器的设计不仅可以满足现代工业和生活 中的高精度、实时、远程的温度监控需求，还可以提高温度 监控的效率和准确性，降低监控成本，提高生产力和生活质 量。
设计目标与任务
• 设计目标：设计一种数字化无线温度传感器，具有高精度、实 时、远程监控温度的能力，同时具有低功耗、长寿命、安全可 靠等特点。
技术发展趋势及未来展望
总结词
未来数字化无线温度传感器将朝着更小体积、更低功 耗、更高精度和更智能化的方向发展。
详细描述
随着微电子技术和通信技术的不断发展，数字化无线 温度传感器的体积和功耗将不断降低，同时精度将不 断提高。未来数字化无线温度传感器将能够实现更精 确的温度监测和更智能化的控制，为企业和消费者带 来更大的价值。同时，随着物联网、云计算、大数据 等技术的不断发展，数字化无线温度传感器将能够实 现更高效的监测和控制，提高生产效率和生活品质。
时间。
06
CATALOGUE
数字化无线温度传感器应用前景与发展趋 势
当前应用领域及案例展示
• 总结词：当前数字化无线温度传感器已经在多个领域得到广泛应用，并 为企业和消费者带来了显著的价值。
无线红外温度传感器的设计
引言
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。 …Ｓ ＴＯ 源自 ４ 测试 结 果 在排除 ４ ３ ３ ＭＨ ｚ 频段 其 他 设 备 干扰 的情 况下 ， 对 无 线 红外 温度
传感器进行射频性能的测试 ， 每次发送 １ ０ ０ ０个数据包 ， 保证丢包率 为Ｏ ％的情况下 ， 有效直线传输距离为 １ ２ ０ 米， 穿透性 为两层楼 。 无线红外温度传 感器精度 的测试 ， 在相 同环境中 ， 使 用市 场上 购买的手持红外温度仪与本文中设计的传感器 进行 温度监测 数据 电源 供 电部 分 主要 是 把 ３ ． ７ Ｖ电池 电压 转换 为 ３ ． ３ Ｖ，作 为各 个 的对 比 ， 温度 值 的误 差保 持 在 ± Ｏ ． ５ 。 Ｃ以 内 。 部 分 的供 电电 源 ，以及 ５ Ｖ电源 给 电 池充 电两 个部 分 ，使 用 Ｍａ ｘ ｉ ｍ ５结束 语 公 司 的 ＭＡ Ｘ ８ ８ ８ １ 作为 ３ ． ７ Ｖ转 ３ ． ３ Ｖ的降 压 芯片 ， Ｍ Ａ Ｘ１ ５ ５ ５作 为 本文 中设计 了一种使用 Ｍｏ ｄ ｂ ｕ ｓ 通信协议并通 过 ４ ３ ３ ＭＨ ｚ 频段 ５ Ｖ Ｄ Ｃ电源 给 电池 充 电 的芯 片 。 无线通信 的红外温度传感器 ，介绍 了频段及射频芯片选择的原则 ， 数据采集 部分采 用 Ｍｅ ｌ ｅ ｓ ｉ ｘ公司 的 Ｍ Ｌ Ｘ ９ ０ ６ １ ４红外 温度传感 给 出了传 感 器 的硬 件及 软 件设 计 方案 。较详 尽 的介 绍 了 ＭＬ Ｘ ９ ０ ６ １ ４ 器 。此款传感器环境温度范围为一 ４ Ｏ 。 ～ ＋ １ ２ ５ 。 ， 物理温度范 围一 ７ ０ 。 ～ ＋ 红外温度传感 器 的数据 采集 时序 及原理 ，以及本设计 中应 用 的 ３ ８ ０ 。 ，电源电压 ３ ． ３ ｖ 。ＭＬ Ｘ ９ ０ ６ １ ４是由内部状态机控制物体温度和 Ｍ ｏ ｄ ｂ ｕ ｓ 协议。最后对传感器设备进行 了射频测试及精度测试 ， 测试 环境温度的测 量和计算 ， 进行温度后处理 ， 并将 结果通过 Ｐ ＷＭ 或 结果表 明， 该传感器具有非接触性 ， 高精度 ， 通信距离远 ， 穿墙能力 是Ｓ ＭＢ ｕ ｓ 模 式输 出 ， 本 设 计选 用 Ｓ Ｍ Ｂ ｕ ｓ 模式 。 强等 优 势 。 ４ ３ ３ Ｍ Ｈｚ 无线射频模块采用的 Ｓ Ｔ Ｍ３ ２ Ｆ １ ０ ３ Ｒ Ｂ Ｔ ６作为主控芯片， 参 考文 献 Ｃ Ｃ １ １ ０ １ 作 为无线射频芯片 。主控模块通过 Ｓ Ｐ Ｉ 总线 通信接 口拖带 ｆ ｌ ｌ Ｍｅ ｌ ｅ ｘ ｉ ｓ 公 司． Ｍ Ｌ Ｘ ９ ０ ６ １ ４红外 温度 计 数据 表 ． 无线射频通信模块 ，可以实现对无线通信模块 的寄存器 的读写 ， 从 【 ２ 】 沙春 芳． 红外温度计 Ｍ Ｌ Ｘ ９ ０ ６ １ ４ 及其 应用『 Ｊ ］ ． 现代 电子技 术 ， ２ ０ ０ ７ 而完成对模块通信参数的配 置 ，进一步控制模块对无线数据 的收 年 ２ ２期 ． 发。 ［ ３ 】 吴永 宏 ， 高峰 ． 基 于 ＭＬ Ｘ ９ ０ ６ ０ １ ４的红 外 测 温仪 『 Ｊ １ ． 仪 表 技 术 与传 感 ３软件设计 器． ２ ０ ０ ８ 年０ ２ 期． 软件设计部分包含 温度数据 的采集 、处理 ，无线数据收发和 ［ ４ ］ Ｇ Ｂ ／ Ｔ １ ９ ５ ８ ２ ． ２ — ２ ０ ０ ８ ，基 于 Ｍ ｏ ｄ ｂ ｕ ｓ 协 议 的 工 业 自动 化 网络 规 范 Ｍｏ ｄ ｂ ｕ ｓ 通信协议几个部分 。 第２ 部分 ： Ｍｏ ｄ ｂ ｕ ｓ 协议 在 串行 链 路 上 的 实现 指 南Ｉ ｓ ］ ． ２ ０ ０ ８年 ． ３ ． １数据采集与处理 红外温度传感器采集温度数据传输时序如下图所示 ， Ｓ Ｔ Ａ Ｒ Ｔ位 定义为当 Ｓ Ｃ Ｌ为高时 ， Ｓ Ｄ Ａ线为从高到低的转换。 Ｓ Ｔ Ｏ Ｐ位定义为当 Ｓ Ｃ Ｌ为高时， Ｓ Ｄ Ａ为从低到高的转换 。 每个字节包括 ８位， 在总线上 传送的每个字节必须跟 随一个确认位 ， 和确认关联时钟脉 冲是 由主
基于Wifi技术的温度传感器的设计与实现
况。
２ ． 系统结构 本 系统 主要 由无 线ｗ ｉ — Ｆ ｉ 传感 器模块 、接 收计 算机 组成 。其核 心部分 是ｗ 卜Ｆ ｉ 无线 传输 模块 。无线传感器 网络中 的终端 节点模块直接 和温 度传 感器节 点相连 接 ，通 过Ｗ ｉ — Ｆ ｉ 把传感 器 的数 据传输到上位机 ， 以进行进 一步的数据 处理 。为了更方便地 处理现 场数据 ，本系统还 设计 了基于Ｌ ａ ｂ Ｖ Ｉ Ｅ Ｗ 的上位机 程序。 ３ ． 硬件设计 ３ ． １ Ａ Ｘ ２ ２ ０ ０ １ 微 处 理 器 本 设计 采用 Ａ Ｘ ２ ２ ０ ０ ｌ 微处 理器 ，Ａ Ｘ ２ ２ ０ ０ １ 是一款 带有Ｔ Ｃ Ｐ ／ Ｉ Ｐ ￣ Ｆ Ｉ ８ ０ ２ ． １ １ Ｗ Ｌ ＆ Ｎ Ｍ Ａ ｃ ／ 基带 的 单 芯片网 络芯片 ，具有 高效双 Ｃ Ｐ Ｕ 架 构及 用于 程序 存 储 的１ Ｍ Ｂ 共 享 内存 ， 内嵌用 于主 处理 器 （ Ｍ Ｃ Ｐ Ｕ ） 的６ ４ Ｋ 数据 存储 器及 用 于Ｗ ｉ — Ｆ ｉ 处理 器 （ Ｗ Ｃ Ｐ Ｕ ） 的３ ２ Ｋ Ｂ 数 据存 储器 ， 内建Ｔ Ｃ Ｐ ／ ｉ ｐ ； ￣ ｌ ｆ 速 器 ，符合８ ０ ２ ． １ ｌ ａ ／ ｂ ／ ｇ 的规 范的Ｍ Ａ Ｃ ／ 基 带，高 速 以太网Ｍ Ａ Ｃ 及 丰富 的通信 外围设 备 ，可 用于 各类 需要接 入有 线／ 无 线局域 网或互 联 网的设 备。
智能无线温度传感器的设计
题目智能无线温度传感器的设计摘要本文介绍的重点是无线温度传感的设计。
硬件部分是以单片机为核心，还包括数据采集模块，模-数转换模块，无线数传模块和串行接口部分，还有一些简单的外围电路。
模-数转换模块，实现对采集到的数据进行模拟量到数字量的转换。
无线数传模块是通过单片机的通信口发射和接受信号。
软件部分，主要是应用汇编语言。
编程时要用尽量少的语句，实现系统的功能。
关键词：传感器，单片机，无线目录中文摘要 ............................................................ .. (i)英文摘要 ............................................................ . (ii)目录 (iii)引言…………………… . …………………………………………………………… .1第一章硬件电路设计 (2)1.1系统结构设计.................................................................................. .2 1.2单片机................................................................................. . . (2)1.3模-数转换模块 (3)1.4温度传感器..................................................................... .. (5)1.5信号调理电路……………………………………………………………………… ..61.6无线数传模块............................................................. ..6第二章软件系统设计 (8)2.1系统软件结构 ......................................................... (8)2.2程序流程图................................................................... .10 第三章系统调试 .......................................................... (12)3.1硬件调试 .................................................................... .12 3.2软件调试..................................................................... .12 3.3软硬结合调试............................................................. .12总结 ............................................................... (14)谢辞 ...................................................................... (15)附录A 程序清单............................................................. .16附录B 原理图............................................................... .19附录C实物图 ................................................................. .20参考文献 ........................................................ .... ..... . (21)引言现代信息技术的三大基础是信息采集（即传感器技术）、信息传输（通信技术）和信息处理（计算机技术）。
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无线温度传感器的设计
摘要：随着社会的进步和生产的需要，利用无线通信进行温度数据采集的方式已经渗透到社会生活生产的每一个角落，温度测量的准确度在影响生产效益的同时也在逐步得到社会的重视。
关健词：无线温度传感器设计
在工业现场，由于生产环境恶劣，工作人员不能长时间停留在现场观察设备是否运行正常，就需要采集数据并传输数据到一个环境相对好的操控室内，工作人员可以在这里将控制指令传输给现场执行模块进行各种操作。
这样就会产生数据传输问题，由于厂房大、需要传输数据多，使用传统的有线数据传输方式就需要铺设很多很长的通讯线，浪费资源，占用空间，可操作性差，出现错误换线困难。
此时便需要利用无线传输的方式进行数据采集。
在农业生产上，不论是温室大棚的温度监测，还是粮仓的管理，无线通信技术的发展使得温度采集测量精确，简便易行。
为此，采用以下方案设计一种无线温度传感器，能够方便人们的工作和生产。
1、传感器的选择
传统的模拟式传感器具有测量转换速度快，温度测量范围宽的优点。
但是模拟传感器的模拟信号需要先经过取样、放大和模数转换电路处理，再将转换得到的表示温湿度值的数字信号交由微处理器或 dsp 处理。
被测信号从敏感元件接收的非电物理量开始，到转换为微处理器可处理的数字信号之间，设计者须考虑的线路环节
较多。
采用具有直接数字量输出的传感器能够避免上述问题。
数字式传感器能把被测模拟量直接换成数字量输出，可以直接与数字设备（计算机，计数器，数字显示系统等）相联，数字式传感器具有高的测量精度和分辨率，稳定性好，信号易于处理、传送和自动控制，便于动态及多路测量，读数直观，安装方便，维护简单，工作可靠性高。
考虑系统的经济性和温湿度传感器的优缺点及发展状况，确定温度传感器采用数字式。
2、短距离无线通信模块的选择
随着大规模集成电路技术的发展，世界上主要的芯片厂商都推出了无线收发芯片。
短距离无线通信系统的大部分功能都集成到一块芯片内部，一般使用单片数字信号射频收发芯片，加上微控制器和少量外围器件构成专用或通用无线通信模块。
所有高频元件包括电感、振荡器等已经全部集成在芯片内部，一致性良好，性能稳定且不受外界干扰。
射频芯片一般采用 fsk 调制方式，工作于 ism 频段，通信模块一般包含简单透明的数据传输协议或使用简单的加密协议，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，用户不用对无线通信原理和工作机制有较深的了解，只要依据命令字进行操作即可实现基本的数据无线传输功能。
新一代短距离无线数据通信系统具有体积小、功耗低、稳定性好、抗干扰能力强等优点，而且开发简单快速，可以方便地嵌入到各种设备中，实现设备间的无线连接，因此，较适合搭建小型网络，在工业、民用领域得到较为广泛的应用。
考虑系统的经济性、传输距离，确定该部
分电路设计使用无线收发芯片。
3、系统控制及数据处理模块的选择
温度数据在采集后通常要进行数据处理，以实现测量数据的记录、显示和对测控系统的控制。
对于一般的工业测量与控制，多采用专用计算机系统进行测控。
专用计算机系统是把采集系统作为一个独立完整的功能实体，用单片机或 dsp 来控制整个系统。
最主要的特征是系统软、硬件规模完全根据应用系统的要求配置，独立性、可扩展性好，因此系统具有较高的性价比。
采用单片机具有系统简单、开发容易，功能易扩展、测控能力强、可靠性高的特点。
尤其适用于系统中没有复杂的计算处理、对采集速度要求不高的数据采集处理系统。
对于不要求高速的一般的数据采集与处理系统，采用 dsp 是不经济的方案。
在单片机能够满足系统对数据处理速度要求的情况下，单片机无异是首选的信息处理单元。
4、器件的选用
4.1 数字式温度传感器的选择随着温度传感器智能化、集成化技术的进步，数字式温度传感器也得到了快速发展，世界上许多公司推出了新型的数字温度传感器系列。
这些产品的出现极大的丰富了设计工程师的选择对象。
在如此众多的产品中选择出合适的器件，应该把握以下几点：外围电路应该尽量简单；测温的精度、分辨率要合适，以便减少不必要的电路和软件开发成本。
ds18b20是美国某半导体公司的新一代数字式温度传感器，它具有独特的单总线接口方式，即允许在一条信号线上挂接数十甚至上百个数字式传
感器，从而使测温装置与各传感器的接口变得十分简单，克服了模拟式传感器与微机接口时需要的 a/d 转换器及其它复杂外围电路的缺点，其测温范围-55～+125℃，最高分辨率可达 0.0625℃，由于每一个 ds18b20 出厂时都刻有唯一的一个序列号并存入其 rom 中，因此 cpu 可用简单的通信协议就可以识别，从而节省了大量的引线和逻辑电路。
所以，选用 ds18b20 做为温度测量的传感器。
4.2无线收发芯片的选择
无线收发芯片的种类和数量比较多，在设计中选择合适芯片可以提高产品开发周期、节约成本。
在选择时，应主要参考以下几点：①收发芯片的数据传输是否需要进行曼彻斯特编码采用曼彻斯特编码的芯片，在编程上会需要较高的技巧和经验，需要更多的内存和程序容量，并且曼彻斯特编码大大降低数据传输的效率，一般仅能达到标称速率的 1/3。
②收发芯片所需的外围元件数量芯片外围元器件的数量直接关系到系统的复杂程度和成本，因此应该选择外围元件少的收发芯片。
③功耗大多数无线收发芯片是应用在便携式产品上的，因此功耗也非常重要，应该根据需要选择综合功耗较小的产品. ④发射功率在同等条件下，为了保证有效和可靠的通信，应该选用发射功率较高的产品。
nrf401 是挪威某公司推出的单芯片 rf 收发机，该芯片集成了高频发射、高频接收、pll 合成、fsk 调制、fsk 解调、双频道切换等功能，具有性能优异、功耗低、使用方便等特点。
本系统将nrf401 做为无线收发芯片的首选。
4.3键盘显示模块的选择显示单元是人机交互的窗口，是传递仪表工作状态和检测数据的关键性设备，通常的显示器件有液晶显示器（lcd）和数码管显示器（led）。
本系统采用五位数码管，两位用来显示当前温度，两位用来显示欲设定的温度，一位用来显示当前状态。
在本系统中，键盘由四个键组成，即温度增加键、温度减小键、确认键和取消键。
因按键很少，所以采用独立式键盘。
4.4温度控制模块的选择温度控制单元是系统的执行器件，是系统的最后一个环节，也是系统中最重要的一部分。
目前制冷系统主要包括空气循环制冷系统、蒸汽压缩制冷系统、使用氨水的吸收式制冷系统和近几年发展起来的半导体制冷系统。
目前制热技术主要有太阳能吸收热量、煤炭燃烧制造热量、热泵和近几年发展起来的半导体制热系统。
其中半导体制冷制热是利用特种半导体材料通过直流电时产生低温高温的一种制冷制热方式，由于它弥补了其它制冷制热方式的不足，在当今世界的人下制冷制热技术中占有独特的地位。
所以本系统选择半导体制冷制热器件。