无线数据采集系统

无线数据采集系统摘要本无线数据采集系统采用ATMEL公司生产的AT89S51单片机，配以DS18B20数字温度传感器和RF315无线收发模块。

DS18B20芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。

DS18B20是一种可组网的高精度数字式温度传感器。

由于其具有单总线的独特优点，可以使用户轻松地组建起传感器网络，并可使多点温度测量电路变得简单可靠。

RF315无线发射模块的工作频率为315M，采用声表谐振器SAW 稳频，频率稳定度极高，当环境温度在－25～＋85度之间变化时，频飘仅为3ppm/度。

特别适合多发一收无线遥控及数据传输系统。

该无线数据采集系统设有一个主站多个从站。

从站分别采集温度，微处理器处理后在数码管上显示出来，并且通过串行端口及无线发送模块发射信号；主站在通过无线接收模块接收信号，然后先后交替显示各从站的编号及温度。

该无线模块一般在开阔区最大发射距离约800米，在有障碍的情况下，距离会缩短，由于无线电信号传输过程中的折射和反射会形成一些死区及不稳定区域，不同的收发环境会有不同的收发距离。

该系统收发距离通过测试发送距离大于10米，并且具有精度高、灵敏度高、实用性强等优点，适合我们日常工作和工农业生产中的温度采集和测量，也可以当做温度处理模块嵌入其他系统中，作为其他主系统的辅助拓展。

该系统实现最简单的温度检测系统，结构简单，抗干扰能力强，适合恶劣条件下现场温度的测量，有广泛的应用前景。

关键词：AT89S51 DS18B20 无线发射模块1、引言在工农业生产和生活中，对温度的测量和控制占据极其重要的地位，如消防器械的非破坏性检测；电力、电讯设备的过热故障预知检测；空调系统的温度检测；各种运输工具组建的过热检测；保全与检测系统的应用；医疗与见诊的温度测试；化工、机械等设备的温度检测……总之，该无线数据采集系统应用十分广泛。

2、系统方案的比较选择温度检测系统尤其共同的特点：测量点多、环境复杂、不限分散、现场离监控室距离远等。

若采用一般温度传感器采集温度信号，泽需要设计信号调理电路、A/D转换及相应的接口电路，才能把传感器数去的模拟信号转换成数字信号送到计算机处理。

这样，由于各种因素会造成监测系统较大的偏差；又因为检测环境复杂、测量点多、信号传输距离远及各种干扰的影响，会使检测系统的稳定性和可靠性下降。

所以多点温度检测系统的设计的关键在于两部分：温度传感器的选择和主控单元的设计。

温度传感器应用范围广泛、使用数量庞大，也高居各类传感器之首。

2.1传感器部分2.1.1温度传感器选用细则现代传感器在原理与结构上千差万别，如何根据具体的测量目的、测量对象一级测量环境合理地选用传感器，是在进行某个两的测量时首先要解决的问题。

当传感器确定之后，与之相匹配的测量方法和测量设备也就可以确定了。

测量结果的成败，很大程度上取决于传感器的选用合适与否。

（1）根据测量对象与测量环境确定传感器的类型要进行一个具体的测量工作，首先要考虑采用和中远离的传感器，这需要分析多方面的因素后才能确定。

因为，即使是测量同一物理量，也需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题：量程的大小；被测量位置对传感器体积的要求；测量方式为接触式还是非接触式；信号的引出方法，有限或是非接触式测量；传感器的来源；肝颤还是进口；价格是否能承受；是否自行研制……（2）灵敏度的选择通常在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。

因为只有灵敏度高时，与被测量变换对应的输出信号的值才比较大，有利于信号处理。

但要注意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无感的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影响测量精度。

因此，要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽量减少从和外界引入的串扰信号。

（3）频率形影特性传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在循序的频率范围内保持不是真的测量条件，实际传感器的响应总有一定延迟，希望延迟时间越短越好。

传感器响应高，可测的信号频率范围就宽，而由于收到结构特性的影响，机械系统的惯性较大，因而有频率低的传感器可测信号的频率较低。

（4）线性范围传感器的线性范围是指输出与输入成正比的范围。

理论上讲，在此范围内，灵敏度保持定值。

传感器线性范围越宽，则其量程就越大，并且能保证一定的测量精度。

在选择传感器时，当传感器的种类确定以后首先要看其量程十分偶满足要求。

但实际上，任何传感器都不能保持绝对的线性，其线性度也是相对的。

当所要求测量精度比较低时，在一定的范围内，可以将非线性误差较小的传感器近似看做线性的，这会给测量带来极大的方便。

（5）稳定性传感器使用一段时间后，其性能保持不变化的能力成为稳定性。

影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外，主要是传感器的使用环境。

因此，要是传感器具有良好的稳定性，传感器必须要有较强的环境适应能力。

在选择传感器之前，应对其使用环境进行调查，并根据具体的使用环境选择合适的传感器，获才去适当的措施，减小环境的影响。

（6）精度精度是传感器的一个重要的性能指标，它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。

传感器的精度越高，其价格越昂贵。

因此，传感器的精度值哟啊满足整个测量系统的精度要求就可以，不必选得过高。

这样就可以满足统一测量目的的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器。

如果测量目的是定性分析的，选用重复精度高的传感器即可，不宜选用绝对量值精度高的；如果是为了定量分析，必须获得精确的测量值，就需选用能满足要求的传感器。

对某些特殊适用场合，无法选到合适的传感器，则需自行设计制造传感器。

自制传感器的性能应满足使用要求。

2.1.2温度测量设计方案一：采用热敏电阻，不同热敏电阻测量范围范围不同，但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，对于测量1℃的信号是不通用的。

而且在温度测量系统中，采用单片温度传感器，比如AD590、LM35等。

但这些芯片输出都是模拟信号，必须经过A/D转换后才能送到计算机，这样就使得测温装置的结构较复杂。

另外，这种测温装置的一根线上只能挂一个传感器，不能进行多点测量。

即使能实现，也要用到复杂的算法，一定程度上也增加了软件实现的难度。

方案二：在多点测温系统中，传统的测温方法是将模拟信号远距离采样进行A/D转换，而为了获得较高的测温精度，就必须采用措施解决由长线传输，多点测量切换及放大电路零点飘移等造成的误差补偿问题。

采用数字温度芯片DS18B20测量温度，输出信号全数字化。

便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。

且该芯片的物理化学性质很稳定，它能用做工业测温元件，此元件线形较好。

在0——100℃之间，最大线性偏差小于1℃。

DS18B20的最大特点之一采用了但总线的数据传输，由数字温度计DS18B20和微控制器AT89S51构成的温度测量装置，它直接输出温度的数字信号，可直接与计算机连接。

这样，测温系统的结构就比较简单，体积也不大，且由于AT89S51可以带多个DS18B20，因此可以非常同意地实现多点测量，轻松地组建传感器网络。

最后选择方案二，采用温度芯片DS18B20测量温度，可以体现系统芯片化这个趋势。

部分功能滇路的集成，使得总体电路更简洁，搭建电路和焊接电路时更快。

而且，集成块的使用，有效地避免了外界的干扰，提高测量电路的精确度。

所以集成芯片的使用将成为电路发展的一种趋势。

本方案应用这一温度芯片，也顺应这一趋势。

2.1.3从站主站通信方式单片机之间的通信数据传送有两种模式，异步通信和同步通信。

异步通信方式没传送一个字节都要加一些标志，所以效率很低，一般用于低速传输。

该系统选用最常用的串行同步通信的模式。

由于同步通信有三种方式，基于从站和主站之间数据的单向传输关系，所以可以选择单工方式和半双工方式。

方案一：单工方式比较固定。

通信中，一方固定为发送方，另一方固定为接收方，因此他们只需要单向传输。

但是对于多个从站的系统工作影响就大了，因为几个无线模块同时发送数据，接收方即一个主站就不能正常工作了。

而可以采取了从站之间间断发送，给主站一定的分析时间和避免干扰时间。

方案二：半双工方式，任意一方都可以接收和发送数据，但是只能单独进行，要么接收，要么发送。

他们只有一定的通信协议，对于该系统来说，从站先发送请求，等待主机答应了之后，再传送地址和数据，主站接收处理后显示从站编号和该从站温度。

但是这个方式每个处理器都要一对无线收发模块。

综上所诉，该方案选择方案一，实际在生活应用中成本问题不可以忽视，这个在设计考虑的因素占的比例很大，并且电路相对简单，比较好控制，容易实现。

2.2主控制部分方案一：此方案按照PC机实现。

它可在线编程，可在线仿真的功能，让调试变得简单。

且人机交互友好。

但是PC机的输出信号不能直接与DS18B20通信。

需要通过RS232电平转换兼容；硬件的合成在线调试，较为繁琐，很不方便，性能不稳定，给工程带来很多麻烦。

方案二：此方案采用AT89S51 8位单片机实现。

单片机软件编程自由度大，可通过编程实现各种各样的算数算法和逻辑控制。

而且体积小，硬件实现简单，安装方便。

既可以单独对多DS18B20控制工作，还可以与PC机通信。

运用两个单片机进行多点温度采集，组成多点温度测量的巡回检测系统。

另外AT89S518在工业上有广泛的应用，编程技术及外围功能电路的配合使用都很成熟。

2.3系统方案系统采用针对传统温度测温系统测温点少，系统兼容性及扩展性较差的特点，运用分布式通讯的思想。

设计一种可以用于大规模多点温度测量的巡回检测系统。

该系统采用的是RS-232串行通讯的标准，通过单片机进行现场温度采集，温度数据既可以在从站显示，又可以通过无线发送到主站显示，具有速度快，扩展性好，成本低的特点。

采用的电路设计方框图如图2-1所示：发射模块接收模块3、 硬件设计3.1系统总体设计温度及电路设计总体方框图如图1所示，控制器采用单片机AT89S51，温度传感器采用DS18B20，用晶体管以串口传送数据实现温度显示。

无线发射模块和无线接收模块框图如图3-1和图3-2所示：传感器 处理器 无线发射模块 显示器 处理器 无线接收模块无线发送 LED 显示 电源供电 AT89S51 单片机 时钟振荡单片机复DS18B20 温度检测3.2系统模块系统由单片机最小系统、显示电路、复位电路、温度传感器等组成。

3.2.1主控制器AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash 只读程序存储器，器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash 存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。