摘要:从低功耗、小体积、使用简单等方面考虑，基于射频SoC nRF905和数字温度传感器DS18B20设计了一个无线浏温系统，该系统能够实现多个节点温度数据同时采集，通过计算机监控软件和LCD显示器，能够显示各个节点的实时温度.在实时性数据采集场合有着广泛的应用。
无线测温系统是一种集温度信号采集、大容量存储、无线射频发送、LE D(或LC D)动态显示、控制与通信等功能于一体的新型系统。可以远距离测量温度，易于集成化、智能化，在工农业测控系统中有着广泛的应用前景。在生产过程中，可以实现对人类难以或无法到达的工作现场的监测，应用这一系统可对生产现场的工艺参数进行采集、监视和记录，为提高产品质量、降低成本提供了信息和手段。整个系统由两个测温节点和一个基站组成。测温节点工作在各个测温地点，进行温度数据采集和无线发送。基站与多个节点进行无线通信，并通过LCD液晶显示将数据显示出来，同时可以通过RS-232串口将数据发送给PC.
1.系统组成及原理
无线温度测量系统从严格的意义上来说，是用微控制器控制的数字温度传感器自动测量或定时测量，并且能够对数据实行存储、处理、分析计算以及从测量的温度数据中提取可用的信息，通过无线传输系统把最终的温度数据从各个节点传输到中心主机，供显示、记录、打印或作为控制参数的系统。无线温度测量系统一般由节点和中心主机组成，而每一个节点包括温度采集、微控制器和无线发送模块(图1)，中心主机由无线接收模块、微控制器、串口通信和显示LCD这4个部分组成。
温度传感器DSI 8 B20主要完成温度的测量，DS18B20根据环境温度情况，依据其内部的工作原理，将周围的温度模拟量转换数字量通过1-wire总线输出。微控制器主要控制各个外围模块，并与其通信。它首先从DS18B20的数据暂存器读取初始温度数据，并对数据进行处理，然后控制无线发送模块，把温度数据发送出去。无线数据传输分为调幅和调频，nRF905应用调频原理进行数据传送。串口通信是为微控制器和 PC机提供数据通信的协议，主要为了软件调试方便，在温度数据的读取和处理工程中，通过串口来观察数据;无线数据传输中，也要通过串口来查看数据传输的正确性，在中央主机上的最终温度数据就是通过串口传输的。LC D液晶显示是为了实时地在无线数据接收端显示温度数据的界面，便于观察 当前时刻的温度。
1.1数字温度传感器DS18B20
DS18B20是美国DALLAS公司生产的单总线数字温度传感器，从 DSI 8 B20读出或写人信息仅需要一根口线。在单总线工作方式下，允许一条信号线上挂接多个DS18B20，特别适合于构成远距离多点温度测控系统，从而大大简化了系统布线，提高了可靠性，降低了成本，实现这些的关键在于每片DS18 B20都有唯一的ROM代码(64位产品序列号)。在多点温度测控系统中，ROM代码是识别和操作DS18B20的基础;无论读取还是选择对某一个传感器进行操作，主机必须发送64位ROM代码。DS18B20的测量范围从一55十125 9C，增量值为0. 5 }C，可在is内把温度变换成数字。该系统用的是12位精度，存储在DS18 B20的两个8bit的RAM中，二进制的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0，这5位为0,只要将测到的数值乘以0. 062 5即可得实际温度值;如果温度小于0，这5位为1，测得的温度需要取反加1再乘以0.062 So DS18B20的控制流程如图2所示。
1.2无线传输模块
该系统采用的是挪威Nordic VLSI公司推出的单片射频收发器nRF905 o nRF905由频率合成器、接收解调器、功率放大器、晶体振荡器和调制器组成，不需外加滤波器，ockBurstTM工作模式，自动处理字头和CRC(循环冗余码校验)，使用SPI接口与微控制器通信，配置非常方便。此外，其功耗非常低，以一lOdBm的输出功率发射时电流只有11 mA，接收模式时的电流为12. SmA,内建空闲模式与关机模式，易于实现节能。
1.2.发送流程
典型的nRF905发送流程分以下几步(图3).
a.当微控制器有数据要发送时，通过SPI接口，按时序把接收机的地址和要发送的数据送传给nRF905,SPI接口的速率在通信协议和器件配置时确定;
b.微控制器置高TRX_ CE和TX_EN，激发nRF905的ShockBurstTM发送模式;
C. nRF905的ShockBurstTM发送(射频寄存器自动开启。数据打包*发送数据包。数据发送完成后引脚DR被置高);
d. AUTO_ RETRAN被置高，nRF905不断重发，直到TRX_ CE被置低;
e.当TRX_ CE被置低，nRF905发送过程完成，自动进人空闲模式;
f. ShockBurstTM工作模式保证一旦发送数据的过程开始，无论TRX_ EN和TX_ EN引脚是高或低，发送过程都会被处理完(只有在前一个数据包被发送完毕，nRF905才能接收下一个发送数据包)。
1.2.2接收流程
nRF905的接收流程为(图4):
a.当TRX_ CE为高、TX_ EN为低时，nRF905进人ShockBurstTM接收模式;
b. 650ws后，nRF905不断监测，等待接收数据;
C.当nRF905检测到同一频段的载波时，载波检测引脚(CD)被置高;
d.当接收到一个相匹配的地址，地址匹配引脚被(AM)置高;
e.当一个正确的数据包接收完毕，nRF905自动移去字头、地址和CRC校验位，然后把数据准备好引脚(DR)置高;
f.微控制器把TRX_ CE置低，nRF905进入空闲模式;
9.微控制器通过SPI口，以一定的速率把数据移到微控制器内;
h.当所有的数据接收完毕，nRF905把数据准备好引脚和地址匹配引脚置低;
I.此时，nRF905可以进人ShockBurstTM接收模式、ShockBurstTM发送模式或关机模式。
当正在接收一个数据包时，TRX_ CE或TXEN引脚的状态发生改变，nRF905立即把其工作模式改变，数据包则丢失。当微处理器接到地址匹配引脚的信号之后，就知道nRF905正在接收数据包，可以决定是让nRF905继续接收该数据包还是进人另一个工作模式。
2测温间隔时间参数计算方法
在该系统中，温度测量和温度数据发送是通过定时器定时测量和发送的，所以根据系统硬件的性能，要确定最小的定时时间。与之相关的硬件参数有:DS 18 B20的测温时间和nRF905的发送或接收时间。
DS18B20在9位分辨率时最多在93 . 75 ms内把温度转换位数字，12位分辨率时最多在600ms内把温度转换成数字，该系统用的是12位分辨率，所以温度转换时间T二600 ms o nRF905是通过SPI接口和微控制器交换数据的，因此其发送或接收时间也与SPI的通信速率有关，在该模块中SPI的通信频率为1 MHz，而数据发送速率位100kb/s，所以发送一次9个自己的温度数据差不多要lOmso综上所述，温度采集时间间隔大于650ms，因为系统的时钟频率为8MHz，那么Atmegal6的定时间初始为65 000 .
3结束语
本分布式数字无线测温系统可对地点进行多点测试，也可对多地、多点同时进行测试，经过系统调试和结果与理论值的对比分析，得出本系统能够正确测量周围环境的温度，具有灵敏度高、转化速率快及抗干扰能力强等特点。
参考文献
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