远程红外温度采集系统设计

时间：2022-10-05 21:39:18 论文范文我要投稿

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远程红外温度采集系统设计

　　远程红外温度采集系统设计【1】

　　摘要远程红外温度采集系统是采用红外通讯技术实现对温度数据的采集，红外通讯技术是基于AT89C51单片机的红外温度采集系统设计，其操作简单、使用方便、使用成本低等特性在温度采集方面得以广泛的应用。

　　其能够实时的对周围环境温度进行采集和监视，通常条件下可检测10m左右的范围内的温度。

　　关键词 DS18B20;红外线;脉宽调制

　　0 引言

　　远程红外温度采集系统是通过红外通讯技术实现对温度的信息的数据传输，红外线经过发射器发射到指定位置，探测到有效数据后返回经过接收器接收，完成对温度信息的采集。

　　远程红外温度采集系统是采用红外通讯技术实现对温度数据的采集，红外通讯技术是基于AT89C51单片机的红外温度采集系统设计，其操作简单、使用方便、使用成本低等特性在温度采集方面得以广泛的应用。

　　其能够实时的对周围环境温度进行采集和监视，通常条件下可以检测10m左右的范围内的温度。

　　本文结合红外通讯技术介绍一种基于单片机远程红外测温系统，并对该系统的设计方案及设计原理进行了详细讨论。

　　1 红外通信原理

　　红外通信原理流程是发射模块是由单片机构成，能够调制二进制编码数据，使其转换为脉冲数据串信号，在经过发射管的推动发射出去红外信号。

　　在接收端通过红外线脉冲波的接收模块对红外信号进行接收，在通过检验、放大、编制、译码转化为可读的有效数据。

　　红外线接收模块通过一体化红外接收头接收解调，并通过单片机解码，再显示在数码显示管上供我们读取数据。

　　红外通信原理流程：

　　单片机(输出调制)-红外发射电路(发送)-一体化红外接收头(接收解调)-单片机(解码)-显示管(显示数值)。

　　2 系统设计方案

　　远程红外温度采集系统设计的硬件设备采用数字温度传感器(DS18B20)对周围环境的温度进行采集，在通过单片机(AT89S51)对温度信息进行输出调制，经过调制后通过红外线发射电路(二极管发射器)发射到空中，接收端采用一体化红外接收头对发射端发射过来的红外线进行采集，经过接收解调(检验、放大等)，传送给单片机(AT89S51)进行解码，通过四位数码显示管显示出当前环境的温度。

　　硬件设计与实现：

　　1)数字温度传感器(DS18B20)

　　数字温度传感器(DS18B20)能够感知环境周围的温度，并将感知的温度进行采集和将温度信息转变为数据，数字温度传感器(DS18B20)通过对1线I/O口进行数据写入，再采用串行通信与微控制器进行通信(温度传感器工作电压3V～5V，测量温度精度0.5°，测量温度范围-55°～+125°)温度采集电路如图示。

　　2)控制单元

　　远程红外温度采集系统的控制单元采用单片机AT89S51，单片机AT89S51拥有8KB的FlashROM内存，可进行反复的数据存储与擦拭，用于对数字温度传感器(DS18B20)感应到的温度信息进行存储和编辑。

　　单片机AT89S51拥有连接数字温度传感器(DS18B20)与数码显示二级管的连接接口，可将温度信息进行调制传输和解制显示。

　　3)显示模块

　　远程红外温度采集系统的温度是通过4位八段的数码管显示，能够将采集的温度数值精准到0.1°。

　　3 软件设计原理

　　经红外遥控接收器对红外脉冲信号的每个脉宽进行测量，通过CPU解码，同时执行指令还原PWM码。

　　将红外脉冲的脉宽以二进制数值(0，1)表示，对红外脉冲信号的脉冲宽度、间隔时间、脉冲周期进行划分脉冲宽度在0.56ms，间隔时间在1.68ms，脉冲周期在2.24ms的脉冲信号用“1”表示，其他宽度、间隔时间、脉冲周期的脉冲信号用“0”表示。

　　当INT0为高电平时启动定时器进行计数;到INT0变为低电平时，结束计数，读取这一周期T0的数值。

　　再将T0设置为初值0，进行循环操作。

　　通过单片机对二进制“0”“1”进行解码，并在数码管中显示出所探测的环境温度数值。

　　4 结论

　　远程红外温度采集系统的设计主要是通过数字温度传感器(DS18B20)对周围环境的温度进行采集，在通过单片机(AT89S51)对温度信息进行输出调制，经过调制后通过红外线发射电路(二极管发射器)发射到空中，接收端采用一体化红外接收头对发射端发射过来的红外线进行采集，经过接收解调(检验、放大等)，传送给单片机(AT89S51)进行解码，通过四位数码显示管显示出当前环境的温度。

　　我们通过对红外线传输与接收原理的学习，更好的掌握远程红外温度采集系统的设计。

　　制作的无线红外温度采集系统硬件，可以实现温度的无线采集，并且相当精确。

　　本系统中38kHz载波的产生和红外编码都是通过软件产生，节省了硬件。

　　当然，电路还有些改进的地方，比如可设置温度上下限，并能进行报警，起到提醒用户的作用。

　　参考文献

　　[1]陈杰.传感器检测技术[M].北京：高等教育出版社，2004.

　　[2]MoulyM，PauterMB.GSM数字移动通信系统[M].北京：电子工业出版社，1996.

　　[3]李朝青.单片机原理及接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005.

　　[4]孙涵芳，徐爱卿.MCS51系列单片机原理与应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，1991.

　　[5]马忠梅，籍顺心.单片机的C语言应用程序设计(第3版)[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003.

　　远程多点温度采集系统的设计【2】

　　摘要：本文介绍了用于液化汽储罐计算机远程多点温度采集系统的设计过程、方法以及该系统的硬件构成。

　　下位机的软件设计是在硬件设计的基础上，根据系统结构划分功能模块，进行主程序和各模块程序的设计。

　　上位机用VC++6.0编写了相应的通信及控制程序。

　　由PC机和8031组成的远程控制和数据采集系统，控制简便、灵活，人机界面友好，进行大量的数据传输及数据处理极为方便。

　　关键词：远程;温度采集系统;PC机;8031单片机;串行通信

　　温度是液化汽储罐的一个重要参数，所以要进行多点测量，为实现对温度的控制提供数据。

　　系统检测温度范围为0～50℃，分辨率≤0.2℃。

　　在数据采集系统中，常利用PC机串行口通过串行通信，实现远程数据采集。

　　这一问题可以通过微机与下位机的串行通信来解决。

　　远程多点温度数据采集系统以8031单片机为下位机进行现场四点温度数据采集，并实现采集数据向PC机的串行传输。

　　PC机通过串行通信向下位机发布数据传送命令，完成数据处理、存储、显示及历史查询。

　　一、系统的硬件构成

　　Win环境下远程多点温度数据采集系统框图如图1所示。

　　系统的硬件构成主要由两大部分组成：一是8031单片机作为下位机所控制的现场数据采集电路，负责采样温度数据;另一是PC机与8031单片机的远程通信电路。

　　(一)8031单片机数据采集系统

　　本设计的温度检测范围属于低温，采用集成温度传感器AD590，其工作温度范围为-55～150℃。

　　它能把温度信号转换为与温度成比例的电流信号，再通过OP07对电流作加法运算，在运放输出端可得到合适的电压信号，作为A/D转换器的输入。

　　A/D转换器的种类很多，本设计选用8位通用型ADC0809。

　　ADC0809输出8位二进制数，片内有三态输出锁存器，因此与8位机的连接比较简便。

　　将A/D转换器作为8031的一个扩展I/O口，用高位地址线P2.7(结合或)选通芯片。

　　模拟输入通道地址的译码输入信号A、B、C，由低位地址线P0.0～P0.2经锁存器后提供。

　　这样输入通道IN0～IN7的口地址为7FF8H～7FFFFH，而本设计只要求进行4点温度数据采集，只用输入通道IN0～IN3。

　　由于只对4路模拟信号进行数据采集，故选择常用的8031作为下位机。

　　片外程序存储器选用2732A EPROM，容量为4K×8位，留有相当余量。

　　8031的端固定接地。

　　P0口通过锁存器74LS373向 EPROM提供低8位地址，同时复用作为数据线。

　　和是访问外部程序存储器的两个控制信号。

　　2732A的数据线接8031的P0口。

　　12根地址线中，低8位接锁存器输出端，高4位接8031的P2口。

　　输出允许端与8031的相连。

　　因只有一片EPROM，其片选端可以不接高位地址线而固定接地。

　　8031单片机与PC机之间的通信为了减少送线、降低成本，采用串行通信方式。

　　若将PC机与8031的RS-232C串行口直接相连,双方收发最大距离为15m。

　　而在实际应用中，最大距离远大于此值。

　　为此，采用了一个RS-232C到RS-422方式的转换装置，使PC机与8031间接相连，以RS-422A方式进行通信，这样可大大增加传送距离。

　　RS-422A标准是一种以平衡方式传输的标准，可双端发送、双端接收。

　　发送端和接收端分别采用平衡发送及差动接收。

　　通过前者把逻辑电平变成电位差，完成终端信息接收。

　　并且RS-422A采用双线传输，大大提高了抗干扰能力。

　　最大传输速率可达10Mbit/s(传输距离15m时)，传输速率降至90 Mbit/s时，最大传输距离可达1200 m，这能充分满足系统“远程”的要求。

　　MC1489是RS-232C串行通信接x器，它把计算机串行TXD发出的232C电平转换为TTL电平，供MC3487驱动传输。

　　MC1488是RS-232C串行通信发送器，它把MC3486接收的电平，送到计算机串行接收RXD。

　　这样接入该转换器后，PC机与8031变成了差分传输，只需D+、D-两根双绞线就能提高传输距离，并消除了共地电势的影响。

　　(二)硬件合成

　　把以上各单元组合起来，得到完整的硬件系统，如图2所示。

　　二、8031单片机程序的编制

　　8031单片机作为PC机的下位机，一方面要定时完成现场温度数据的采集、更新;另一方面，要能接收上位机定时发出的“准备发送数据”命令，产生中断，实现与PC机的串行通信。

　　所以，8031单片机的程序主要由串行通信程序和数据采集程序组成。

　　(一)串行通信程序的编制

　　8031的主程序主要完成系统的初始化，包括定时器、串行口、中断系统的初始化，然后等待中断。

　　中断有上位机发出的“准备发送数据：命令而产生的串行口中断，还有自己定时启动A/D转换器的定时中断，优先级以串行口中断为高优先级。

　　主程序流程图如图3所示。

　　1.串行口初始化。

　　串行通信方式选方式1。

　　方式1为波特率可变的8位异步通信方式，由TXD发送，RXD接收。

　　一帧数据为10位：1位起始(低电平)、8位数据位(低位在前)和1位停止位(高电平)。

　　波特率取决于定时器T1的溢出率(1/溢出周期)和波特率选择位SMOD。

　　用定时器T1作波特率发生器时，通常选用定时器工作方式2(8位重装定时初值)，但要禁止T1中断(ET1=0)，以免T1溢出时产生不必要的中断。

　　设TH1和TL1的初值为N，那么

　　2-1从而得到定时器T1工作在方式2时的初值为：

　　2-2在波特率的设置中，SMOD位数值的选择影响着波特率的准确度。

　　本设计中，波特率=2400b/s，fosc=6MHZ，这时SMOD位可以选0或1。

　　由于对SMOD位数值的不同选择，所产生的波特率误差是不同的。

　　无线温度采集系统设计【3】

　　摘要：本设计的主要目的是通过无线的方式代替过去由人工来完成的温度数据采集任务，一方面减少了人工测量的繁琐，以及在复杂环境下人工测量的不便;另一方面可以通过软件快速分析多点的温度及其一点时间内的变化。

　　关键词：MSP430F149单片机：NRF905无线模块;DS18820

　　一、设计要求

　　无线温度采集系统用于对多点的温度实时监测，便于工作人员对温度的控制。

　　整体的设计要求主要体现在结构和功能两个方面。

　　(一)结构要求：

　　1、该系统山一个接收显示终端和若干温度采集节点组成：

　　2、通过无线方式进行数据传输。

　　(二)功能要求：

　　1、按下接收显示终端的按键1，控制温度采集节点l采集温度，并返回温度数据，通过串口上传电脑显示：

　　2、按下接收显示终端的按键2，控制温度采集节点2采集温度，并返回温度数据，通过串口上传电脑显示;

　　3、按下接收显示终端的按键3，自动控制温度采集节点l和2采集温度，定时返回两个节点的温度数据，上传到电脑显示。

　　4、可以设定温度上限，如果所采集温度超过设定范围，则接通报警电路。

　　二、总体设计

　　(一)系统组成及工作原理

　　系统组成如图l所示。

　　系统分为接收显示终端和采集节点两部分。

　　1、接收显示终端：

　　主要由键盘、MSP430F149单片机、数码管、串Ll、蜂呜器和NRF905无线模块等六部分组成。

　　键盘共有三个按键，对应着整体设计的三个功能，完成操作指令的输入;然后将按键信息传给单片机，单片机根据按键信息来控制数据通过无线收发模块的发送和接收，以及数

　　码管的显示，并将接收到的信息通过串口发送给上位机显示。

　　2、采集节点：

　　主要由温度传感器、MSP430F149单片机和NRF905无线模块等三部分组成。

　　三、硬件设计

　　(一)硬件组成

　　接收显示终端以单片机为核心连接键盘、数码管、串口、蜂鸣器、无线收发模块等五个部分;答题器以单片机为核心连接温度传感器和无线收发模块两部分。

　　(二)单片机核心模块

　　我们在整体设计中选用的是TI公司的MSP430系列单片机MSP430F149，它是由2个16伍定时器、8路快速12位A/D转换器、2个通用串行同步/异步通信信号接口(US-ART)和48个I/O引脚等构成的超低功耗微控制器。

　　该单片机具有以下几个特点：

　　(1)功耗低，可使用户的应用系统长时间工作在电池供电系统中;

　　(2)具有l6位的体系结构及16位的CPU数据处理能力和常数发生器，可使单片机实现代码效率最大化：

　　(3)主要编程语言是C语言，引进了Flash型程序存储器和JTAG技术，使丌I发工具变得简便，而且价格也相对低廉，并且还可以实现在线编程。

　　(三)接收显示终端电路

　　接收显示终端的电路主要由7部分组成，分别为单片机电路、数码管电路、键盘电路、串口电路、报警电路、电源电路、NRF905模块电路等。

　　数码管电路：由四个共阳极数码管和若干电阻、晶体管组成，与单片机的P4口和P5口连接，控制信号力低电平有效，P4口控制数码管的位选信号，决定由哪一位数码管显示，P5口控制数码管的段选信号，决定数码管显示的内容。

　　键盘电路：由三个触控式开关和上拉电阻组成，与单片机的P1 口连接，按键闭合前相应的引脚为高电平，闭合时变为低电平，松开按键后恢复为高电平。

　　主机键盘电路如图4所示。

　　串口电路：丰要由max232芯片组成，负责完成单片机和上位机之间的通信，通过串口把采集到的各节点温度上传给电脑显示。

　　电源电路：负责各个模块电路的电源供电，采用USB供电。

　　报警电路：主要由一个峰鸣器组成。

　　NRF905模块电路：采用低功耗射频传输单元NRF905芯”，与单片机的P2 11和P3口连接，3.3伏的电源供电。

　　(1)433MHz开放ISM频段免许可证使用;

　　(2)最高工作速率50kbps，高效GFSK调钒抗干扰能力强，特别适合工业控制场合;

　　(3)125频道，满足多点通信和跳频通信需要：

　　(4)内置硬件CRC检错和点对多点通信地址控制;

　　(5)收发模式切换时间<650us;

　　(6)模块可软件设地址，只有收到本机地址时才会输出数据(提供中断指示)，可直接连接各种单片机使用，软件编程非常方便;

　　(7)标准DIP间跑接口，便于嵌入式应用;

　　(8)RF Module-Quick-DEV快速开发系统。

　　答题器的电路主要由4部分组成，分别为单片机电路、温度采集电路、电源电路、NRF905模块电路等。

　　温度采集电路：主要基于单线数字温度传感器DS18B20芯片。

　　DS18B20芯片支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55℃―+125℃，在-10℃―85℃范围内，精度为±0.5℃.现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性，适合于恶劣环境的现场温度测量，支持3V―5.5V的电压范围，DS18820可以程序设定9-12位的分辨率，精度为±0.5℃。

　　电源电路：负责各个模块电路的电源供电，采用USB供电。

　　NRF905模块电路：采用NRF905半双工无线收发模块，与单片机的P2口和P3口连接，3.3V的电源供电。

　　四、软件设计

　　(一)软件结构

　　整体程序设计主要分为NRF905的初始化、发送函数、接收函数、键值读取、数码管显示、串口的初始化等6个模块。

　　(二)主程序设计

　　程序的全局变量为keyval，在系统工作过程中，单片机不断扫描P1口的电平变化，并将相应的键值信息、赋给变量keyval，之后按照相应的指令执行。

　　采集节点部分：

　　始终处于接收状态，当收到监控中心发来的指令后，通过温度传感器采集当前的温度数据，然后将数据打包发送给接收显示终端，最后返回接收状态。

　　参考文献：

　　[1] 蒲正刚.无线温度采集系统[J].西南石油学院学报.2006年2月

　　[2] 岳鹏霞.无线温湿度数据采集系统的设计[J].现代电子技术.2010年2月