现场环境温度采集与高速无线传输系统设计与实现毕业设计

现场环境温度采集与高速无线传输系统设计与实现摘要温度反映物体的冷热程度是一个重要的物理量，它是国际单位制SI7个基本物理量之一，也是工业生产过程中的主要工艺参数之一。物体的许多性质和现象都与温度有关，很多重要的过程只有在一定的温度范围内才能有效地进行。因此，对温度进行准确的测量和可靠的控制在工业生产和科学研究中具有重要意义。随着社会的发展和生活水平的提高，小型、灵敏的温度测量系统在现代生活中，尤其是在智能温室大棚和智能办公大厦中有着广阔的应用前景。在工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门经常需要对环境温度进行测量及控制。准确测量温度对生物制药、食品加工、造纸等行业更是至关重要的。由此可见，研究新的温度测量方法和装置具有重要的意义。本文主要介绍了基于数字式温度传感器DS18B20和无线收发芯片NRF905的短距离无线点对点温度测量系统方案的设计思想和实现方法。用STC89C52RC单片机作为控制单元，温度传感器DS18B20作为检测器件，无线收发芯片NRF905作为传输器件构成了一个完整的温度无线测量系统。本系统主要有三大部分组成温度采集部分，无线传输部分以及可视化编程实现的远程监控部分。本文详细论证了实现温度数据采集与无线传输方案的设计思路及系统的总体架构，然后详尽地阐述了系统的硬件电路结构和完成各项功能相关的软件设计。关键词NRF905，DS18B20，数据采集，无线测温DESIGNANDIMPLEMENTATIONOFTHEFIELDENVIRONMENTTEMPERATUREGATHERINGANDHIGHSPEEDWIRELESSTRANSMISSIONSYSTEMABSTRACTTEMPERATUREREFLECTSTHEDEGREEOFHOTNESSORCOLDNESSOFOBJECTSISANIMPORTANTPHYSICALQUANTITIES,ITISTHEINTERNATIONALSYSTEMOFUNITSSISEVENBASICPARAMETERS,ANDALSOONEOFINDUSTRIALPRODUCTIONPROCESSOFONEOFTHEMAINPROCESSPARAMETERSMANYPROPERTIESANDPHENOMENAOFOBJECTSARERELATEDTOTEMPERATURE,MANYIMPORTANTPROCESSESCANBEEFFECTIVELYCARRIEDOUTONLYUNDERCERTAINTEMPERATURERANGETHEREFORE,THETEMPERATUREMEASUREDACCURATELYANDRELIABLECONTROLISOFGREATSIGNIFICANCEININDUSTRIALPRODUCTIONANDSCIENTIFICRESEARCHWITHTHEDEVELOPMENTOFSOCIETYANDTHEIMPROVEMENTOFLIVINGSTANDARDS,THESMALLANDSENSITIVETEMPERATUREMEASUREMENTSYSTEMINMODERNLIFE,ESPECIALLYININTELLIGENTGREENHOUSESHEDANDINTELLIGENTOFFICEBUILDINGHASWIDEAPPLICATIONPROSPECTSINTHEINDUSTRIALANDAGRICULTURALPRODUCTION,WEATHER,ENVIRONMENTALPROTECTION,NATIONALDEFENSE,SCIENTIFICRESEARCH,AEROSPACEANDOTHERSECTORSOFTENNEEDTOMEASUREANDCONTROLTEMPERATUREACCURATEMEASUREMENTTEMPERATUREONBIOLOGICALPHARMACY,FOODPROCESSING,PAPERMAKINGISESSENTIALTHEREFORE,STUDYNEWTEMPERATUREMEASURINGMETHODANDDEVICEHASTHEVITALSIGNIFICANCETHISARTICLEMAINLYINTRODUCEDTHEBASEDONDIGITALTEMPERATURESENSORDS18B20ANDWIRELESSTRANSCEIVERCHIPNRF905SHORTRANGEWIRELESSPOINTTOPOINTTEMPERATUREMEASUREMENTSYSTEMSOLUTIONDESIGNIDEASANDREALIZATIONMETHODUSESTC89C52RCSINGLECHIPMICROCOMPUTERASTHECONTROLUNIT,THETEMPERATURESENSORDS18B20ASDETECTIONDEVICES,WIRELESSTRANSCEIVERCHIPNRF905ASTRANSMISSIONDEVICESCONSTITUTEACOMPLETETEMPERATUREMEASUREMENTSYSTEMOFWIRELESSTHISSYSTEMISMADEUPOFTHREEMAINPARTSTEMPERATUREGATHERINGPART,WIRELESSTRANSMISSIONPARTSANDVISUALPROGRAMMINGREALIZEREMOTEPARTSTHEARTICLEDEMONSTRATESINDETAILTHEREALIZATIONOFTHETEMPERATUREDATACOLLECTION,WIRELESSTRANSMISSIONPROGRAMDESIGNIDEASANDOVERALLSYSTEMARCHITECTURE,ANDTHENITELABORATESONTHESTRUCTUREOFHARDWARECIRCUITANDTHERELATEDSOFTWAREDESIGNOFVARIOUSFUNCTIONSKEYWORDSNRF905,DS18B20,DATAACQUISITION,WIRELESSTEMPERATUREMEASUREMENT目录摘要IABSTRACTII1绪论111课题的背景和意义112温度传感器的发展状况113短距离无线通信技术的发展状况314本文主要研究的内容5141温度采集5142无线传输5143远程PC机监测615本论文结构62系统总体设计方案721系统设计要求722系统方案确定7221温度传感器方案8222无线传输方案823器件的选用9231数字式温度传感器的选择9232无线收发芯片的选择10233单片机的选择1224本章小结133系统硬件电路的设计1431单片机主控单元电路14311STC89C52RC主控电路功能描述14312STC89C52RC主控电路1432NRF905无线收发模块接口电路15321NRF905无线收发模块介绍15322接口电路引脚说明15323模块引脚的电气参数说明17324模块工作方式17325模块的配置1933温度采集部分电路20331DS18B20介绍20332接口电路2634PC机与单片机的串行接口电路2735其他必要电路27351蜂鸣器电路28352电压转换电路28353数码管显示电路2836本章小结294系统软件设计3041系统的整体软件框图3042系统使用的通信协议3043温度采集流程3144无线收发流程32441NRF905无线发送流程32442NRF905无线接收子程序3345单片机程序流程34451发送端单片机主程序流程34452接收端单片机主程序流程图355系统可视化程序设计3651主界面3652温度显示界面3753温度曲线界面3754报警温度设置界面3855历史温度查询界面3855本章小结396结论与展望4061结论4062展望40致谢41参考文献42附录硬件设计图43附图1总体电路图43附图2实物图44附录PC机界面程序451绪论11课题的背景和意义温度在工业自动化、家用电器、环境保护和安全生产等方面都是最基本的监测参数之一，因此其检测装置在国内外得到广泛的应用。在工业领域，如电机的轴温，工业冷却循环水温，加热设备的炉温，啤酒的麦芽发酵温度等。在民用领域，超市的食品架内温度，人们生活空间环境的温度，人体的体温检测，冰箱，冰柜温度检测等等。随着科学技术水平的发展，温度测量的范围向深度和广度发展，近百年来，温度传感器的发展大致经历了以下三个阶段分立式温度传感器（含敏感原件），模拟集成温度传感器控制器，智能温度传感器（数字温度传感器）。并且还在快速发展。原始的温度测控系统一般将所测得的温度数据进行有线的方式传输到检测机房和上位机，从而给用户提供快速可靠的温度监测环境，这样的现场温度采集与有线高速传输系统虽然在系统运行的可靠性方面有一定的优势，但是必然存在其不足，如大型粮仓中不便进行错综复杂的布线、环境恶劣的地方也不便进行大规模布线，因此，有线测温系统的布线在这种情形下显得尤为困难，而通过无线传输可以从根本上解决这一问题。目前，我国大多数温度采集系统都是传统方式，测量方法单一，测量数据不连续且时效性差，布线纷繁复杂，系统容易老化，成本高，灵活性差，不具有可移动性，而无线温度采集传输系统能解决这些问题，而我们国家对无线检测技术的研究起步比较晚，与国外先进的水平还有一段距离。在温度的无线传输方面，国内的研究有了很大的成就，在国内的大型粮仓系统、火灾预防系统、无线温度测量系统的普及率不高，只是在国家级大型企业中得到了广泛的应用。在发达国家，无线数据应用方面已经非常普及。可见，无线温度采集系统比有线温度采集系统有着更大的优越性和更广阔的应用前景。因此，本文设计和实现了现场温度采集与高速无线传输系统，该系统具有结构简单，使用方便，工作稳定可靠等优点可以更好的服务于科研，提高生产效率，降低危险事故发生的几率，在国内具有很强的现实意义。12温度传感器的发展状况测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。而温度传感器是最早开发，应用最广的一类传感器。温度传感器的使用范围广，数量多，居各种传感器之首。温度传感器的发展大致经历了以下3个阶段第一阶段，传统分立式温度传感器含敏感元件，主要是能够进行非电量和电量之间转换；第二阶段，模拟集成温度传感器控制器；第三阶段，智能温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式想数字式、集成化向智能化及网络化的方向发展。温度传感器按传感器与被测介质的接触方式可分为两大类一类是接触式温度传感器，一类是非接触式温度传感器。接触式温度传感器的测温元件与被测对象要有良好的热接触，通过热传导及对流原理达到热平衡，显示值即为被测对象的温度。这种测温方法精度比较高，并可测量物体内部的温度分布。但对于运动的、热容量比较小的及对感温元件有腐蚀作用的对象，这种方法将会产生很大的误差。非接触测温的测温元件与被测对象互不接触。常用的是辐射热交换原理。此种测温方法的主要特点是可测量运动状态的小目标及热容量小或变化迅速的对象，也可测量温度场的温度分布，但受环境的影响比较大。随着现代科技的发展，温度传感器的也得到了迅速的发展，以下是温度传感器从模拟式向智能数字式方向发展的三种典型传感器的特点介绍如下1热电偶传感器热电偶传感器是工业测量中应用最广泛的一种分立式温度传感器，它与被测对象直接接触，不受中间介质的影响，具有较高的精度测量范围广，可从501600进行连续测量，特殊的热电偶如金铁镍铬，最低可测到269，钨一铼最高可达2800。2模拟集成温度传感器集成传感器是采用硅半导体集成工艺制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。模拟集成温度传感器是在世纪年代问世的，它将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出等功能。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一仅测量温度、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。3智能温度传感器智能温度传感器亦称数字温度传感器是在世纪年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术的结晶。目前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。智能温度传感器内部包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器或寄存器和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器CPU、随机存取存储器RAM和只读存储器ROM。随着科技的不断发展，智能温度传感器发展的新趋势提高测温精度和分辨力增加测试功能。另外，智能温度传感器正从单通道向多通道的方向发展，这为研制和开发多路温度测控系统创造了良好条件。近年来，随着工业生产效率的不断提高，自动化水平与范围的不断扩大，对温度检测技术的要求也愈来愈高，各国专家都在有针对性地竞相开发各种特殊而实用的测温技术，并取得了重大进展。新一代温度检测元件如图11所示。新型温度传感器激光温度传感器热噪声温度传感器核磁共振温度传感器电容温度传感器集成温度传感器晶体管温度传感器热敏晶体三极管型热敏二极管型热敏晶闸管型模拟式数字式电压型电流型图11新型温度传感器13短距离无线通信技术的发展状况随着电子技术的不断进步，短距离无线通信技术在近几年蓬勃发展起来，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、振荡器等己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FSF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防议，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传输。短距离无线通信方案目前有蓝牙技术BLUETOOTH、IEEE802NBWIFI、ZIGBEE、红外通信技术IRDAINFRAREDDATAASSOCIATION和一种无线单片技术。下面就这几种技术进行简单的介绍和对比。1蓝牙技术BLUETOOTH蓝牙技术作为一种近距离无线连接的全球性开放规范，已经得到了全球众多大企业的支持。蓝牙技术同时支持语音和数据传输，使用跳频扩频技术，本身包括纠错机制，可靠性高，蓝牙规范的核心部分协议允许多个设备进行相互定位、连接和交换数据，并能实现互操作和交互式应用。但是蓝牙设备价格昂贵，通信协议复杂，通讯距离近，蓝牙RF定义了三种功率等级100MW，25MW和1MW当蓝牙设备功率为1MW时，其发射范围一般为10M。在蓝牙技术的使用过程中，人们发现蓝牙技术尽管有许多优点，但仍存在许多缺陷。对工业，家庭自动化控制和遥测遥控领域而言，蓝牙技术显得太复杂，功耗大，距离近，组网规模太小等，而工业自动化对无线通信的需求越来越强烈。2红外通信技术IRDA红外通信技术LRDAINFRAREDDATAASSOCIATION采用人眼看不到的红外线传输信息，是使用最广泛的短距离无线通信技术。它利用红外线的通断表示计算机中的01逻辑，通常有效作用半径2米，传统速度可达4MBIT/S，1995年LRDA将通信速率扩展到的高达16MBIT/S，红外技术采用点到点的连接方式，发射、接收具有方向性，具有体积小、功耗低、连接方便、简单易用、数据传输干扰少、速度快、保密性强、成本低廉的特点。因此广泛应用于各种遥控器，笔记本电脑，PDA，移动电话等移动设备。但红外技术只是一种视距传输技术，有效距离近，发射角度较小，一般不超过20度，两台相互通信的设备之间必须对准，而且传输数据时两台设备之间不能有阻挡物，只能限于两台设备通信，无法灵活构成网络，且无法用于边移动边使用的设备，另外，LRDA设备中的核心部件LED易磨损。3IEEE802LLBWIFIIEEE802LLB技术标准是无线局域网的国际标准，使用24GHZ的ISM频段，采用直接序列扩频DSSS技术进行调制解调增强了抗干扰能力，提高了传输速度。802LLB无线网络的最大优点是兼容性，只要在原有网络上装上APACCESSPOINT，就可以提供无线网络服务，终端设备只要装上无线网卡，就可以访问所有网络资源，象使用有线局域网一样方便，却免除了布线的麻烦。802LLB具有有线等价保密机制WEPWIREDEQUIVALENTPRIVACY确保数据安全。以其具有穿透能力，全方位传送，建网速度快，可用来组建大型无线网络，运营成本低，投资回报快等特点，正逐渐受到电信制造商和运营商的青睐，目前此种设备还比较昂贵，妨碍了其推广和应用。更多新的WIFI标准正在制定之中。速度更快的802119使用与802LLB相同的正交频分多路复用OFDM调制技术，同样工作在24GHZ频段，速率达54MB/S，比目前通用的802LLB快了5倍，并且完全向后兼容80211B，802119将有可能被大多数无线网络产品制造商选择作为产品标准，而下一代的WIFI标准802LLN可望达到100MB/S。4ZIGBEE技术ZIGBEE技术是随着工业自动化对于无线通信和数据传输的需求而产生的，它是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，十分类似现有的移动通信的CDMA网或GSM网，每一个ZIGBEE网络数传模块类似移动网络的一个基站，在整个网络范围内，它们之间可以进行相互通信每个网络节点间的距离可以从标准的75米，到扩展后的几百米，甚至几公里另外整个ZIGBEE网络还可以与现有的其它的各种网络连接。ZIGBEE技术的目标就是针对工业，家庭自动化，遥测遥控，汽车自动化、农业自动化和医疗护理等，例如灯光自动化控制，传感器的无线数据采集和监控，油田，电力，矿山和物流管理等应用领域。另外它还可以对局部区域内移动目标例如城市中的车辆进行定位。ZIGBEE网络省电、可靠、成本低、容量大、安全，可广泛应用于各种自动控制领域。ZIGBEE技术和RFID技术在2004年就被列为当今世界发展最快，市场前景最广阔的十大最新技术中的两个。尽管国内不少人已经开始关注ZIGBEE这项新技术，然而，由于ZIGBEE本身是一种新的系统集成技术，应用软件的开发必须和网络传输，射频技术和底层软硬件控制技术结合在一起。5无线单片技术无线单片技术是将成熟的单片机技术与无线技术相结合的产物。嵌入了高性能单片机内核的高速、体积小、功耗少、外围元件少的低成本单片射频收发芯片，即将单片机和射频收发器集成在一体。该芯片外设少、成本低、干扰少、功耗低，保证了产品的技术稳定性。与蓝牙和ZIGBEE技术相比，无线单片技术没有复杂的通信防议，完全对用户透明，同种产品之间可以自由通信，成本低。它可应用在无线数据通讯、报警和安全系统、自动测试系统、家庭自动化控制、遥控装置、监测、车辆安全系统、工业控制和无线通讯电信终端。通过以上几种无线技术的介绍，从系统的经济性、传输速率，确定该系统部分电路设计使用无线收发芯片。无线单片芯片的可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强，通讯防议简单透明，技术成熟。使用该种方案无线通信接口与数据采集系统接口电路设计简单。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。14本文主要研究的内容课题主要工作和研究内容是研制一种基于NRF905无线传输模块的高精度测温系统。系统中采用无线通讯、温度信号调理和单片计算机电路构成无线传输的高精度数字温度检测系统，采用可视化编程实现温度的远程PC机监控。该无线传输测温系统主要有三部分组成温度采集部分，无线传输部分以及可视化编程实现的远程PC机监测部分。141温度采集温度采集部分主要完成对数字温度信号的采集及处理，最后得到温度数据。温度采集部分主要有温度传感器组成，通过温度传感器采集现场温度，将温度这一非电量转化成电信号，再通过模数转换电路，将该温度的模拟量转化成是和单片机处理的数字量，从而进行温度的处理。142无线传输无线传输部分是通过射频收发芯片完成温度数据的发送及接收。完成该传输工作的过程如下发送时单片机将处理好的温度数据送给射频收发芯片，射频收发芯片将数字温度数据进行调制，然后发送。而在接收端芯片接收到信号后进行解调得到温度数据，将得到的温度数据传送给单片机从而完成一次温度的数据的发送和接收。143远程PC机监测本系统的监控软件由VISUALSTUDIO2005开发完成，主要实现以下模块功能1异常报警模块当实时温度数据超越设定的上下限温度数值时，报警提醒。2串行通信模块该模块完成上位机的通信配置，实现上位机与下位机之间通信帧的传送。3数据显示模块该模块提供数字温度显示方式，对平均温度值或某一点的温度值进行走势曲线分析。4数据存储和查询模块该模块对实时温度数据按用户要求存储到数据库的一张历史数据表中。允许用户根据期情况等对实时数据、历史数据进行查询。15本论文结构本论文共有六章，分别对无线测温系统硬件设计部分和监控软件部分进行详细的介绍。第一章绪论,介绍温度测量和无线通信技术发展状况。第二章是对无线通信的开发方案介绍及对无线测温系统主要器件的介绍，首先介绍了单总线技术，重点介绍数字温度传感器DS18B20，对它的内部结构、工作原理、工作过程等做重点描述，随后详细介绍了本系统的所使用的无线收发芯片NRF905。第三章是对无线测温系统的硬件电路功能描述，包括温度信号采集模块、单片机、无线传输发送模块、无线传输接收模块、温度报警模块、电压转换模块等。第四章介绍无线温度测量系统的总体方案设计，给出了温度数据的处理流程。第五章介绍了本系统可视化界面的设计，各模块的具体功能。第六章结论与展望2系统总体设计方案温度的检测有许多方法，可供选择的器件和运用的技术也有多种。因此，系统的总体设计方案应在满足系统整体性能指标的前提下，充分考虑系统使用的环境，所选的结构要尽量简单实用、易于实现，器件的选用要着眼于合适的参数、稳定的性能、较低的功耗、低廉的成本以及较好的互换性能。本无线温度采集传输系统实现了从待测点采集温度值，温度传感器将采集到的温度信号转化为电信号，并将此电信号传输给微处理器，微处理器经过处理后，将处理后的数据传输给无线发送芯片，无线发送芯片再将其无线传输给远程用户端。在接收端，无线接收芯片接收发送来的数据并传输给微处理器进行处理，微处理器将处理后的数据传输给PC机，显示给用户。21系统设计要求根据系统的特点，总结系统的技术要求如下1小体积。测温系统的体积要尽可能的小，这样才能减少占用的空间，而且更便于安装和更换。2高可靠性。为了保证系统能够正常上作，并且尽可能减少误测温误差，要求发射端与接收端之间的无线通信可靠。而系统环境的影响可能会有不确定的电磁干扰等，因此，系统要有一定的抗干扰性能。按照要求系统必须在需要温度数据时获得相关信息，所以系统对实时性也有很高的要求。3低成本。每个无线测温系统包含的测温仪，可能会多达上百个，作为一款商用产品设计，应充分考虑成本，在满足系统要求的前提下，尽量降低成本低，才能在市场上更有竞争力。22系统方案确定本无线温度采集传输系统实现了从待测点采集温度值，温度传感器将采集到的温度信号转化为电信号，并将此电信号传输给微处理器，微处理器经过处理后，将处理后的数据传输给无线发送芯片，无线发送芯片再将其无线传输给远程用户端。在接收端，无线接收芯片接收发送来的数据并传输给微处理器进行处理，微处理器将处理后的数据上传给PC机，显示给用户。系统的总体示意框图如下所示发送端显示模块温度采集模块PC机接收端显示模块发送端主控单元接收端主控单元NRF905无线收发模块NRF905无线收发模块图21系统结构框图221温度传感器方案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，相应测试装置中元器件数量难以下降，随之影响产品的可靠性及小型化。而且模拟信号在长距离传输过程中，容易受到电磁干扰而导致误差产生。在多点温湿度检测的场合，各被测点到测试装置之间引线距离往往不同，各敏感元件参数的不一致性，都将会导致误差的产生，并且难以完全清除。另外，模数转换系统的精度也不可能很高，存在一定非线性，互换性较差。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，用微控制器、DSP或计算机进行信号的处理、滤波、压缩。它的信号原则上不受放大器和信号处理系统的温度漂移的影响，具有极高的抗干扰能力。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。虽然存在反应速度较慢，温度测量的范围不宽的缺点，数字式传感器技术的发展仍受到人们越来越多的重视。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。222无线传输方案蓝牙技术作为一种近距离无线连接的全球性开放规范，已经得到了全球众多大企业的支持。蓝牙技术同时支持语音和数据传输，使用跳频扩频技术，本身包括纠错机制，可靠性高，蓝牙规范的核心部分协议允许多个设备进行相互定位、连接和交换数据，并能实现互操作和交互式应用。但是蓝牙设备价格昂贵，通讯距离近，蓝牙RF定义了三种功率等级（100MW、25MW和1MW），当蓝牙设备功率为1MW时，其发射范围一般为10M。红外线传输是使用红外线波段的电磁波来进行较近距离的传输。IRDA具有技术成熟、体积小、功率低、传输速率高、连接方便、简单易用、数据传输干扰少、保密性强、成本低廉等优点。也存在着只能视距传输、移动时不能传输、LED易磨损等缺点。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。无线收发芯片的可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强，通讯协议简单透明，技术成熟。使用该种方案无线通讯接口与数据采集系统接口电路设计简单。23器件的选用231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；温度传感器采用的总线负载能力如何，能否满足多点测温的需要；占用MCU的I/O引脚数情况如何，因为MCU的系统资源非常宝贵，输入通道有限，多点温度测量时，如果测量的点数超过了输入通道时，就要添加多路复用器，这将增加成本和开发时间，应尽量节约；与MCU的通信协议应尽量简单，温度测量的软件开发难度、成本要尽量小。目前在数字温度传感器中采用的串行总线主要有PHILIPS公司的I2C总线，MOTOROLA公司的SPI总线，NATIONALSEMICONDUCTOR公司的MICROWIREPLUS总线，DALLASSEMICONDUCTOR公司的1WIRE总线和SIEMENS公司的PROFIBUS总线等。常用的数字温度传感器主要有1AD7418是是美国模拟器件公司（ADI）推出的单片温度测量与控制用集成电路。其内部包含有带隙温度传感器和10位A/D转换器。测温范围为55125，具有10位数字输出温度值，分辨率为025，精度为2，转换时间为1530MS。具有体积小、编程简单、使用容易、测量精度高，并且不易受环境千扰等优点。AD7418可以级联至多8片在同一个I2C总线上。2LM74是美国国家半导体公司推出的集成了带隙式温度传感器、型A/D数转换器，并具有SPI/MICROWIRE兼容总线接口的数字温度传感器。具有抗干扰能力强、分辨力高、线性度好、成本低等优点。在传感器通电工作后自动按一定速率对温度进行检测，并在片内寄存器中存储转换的温度值，主机可以在任意时刻读出传感器温度值。LM74具有休眠模式，在休眠时消耗的电流不超过10A,适用于对功率消耗有严格限制的系统。LM74的模数转换器为12位外加符号位，因此在其有效工作范围内可达00625的分辨率，转换时间为425MS。3MAX6575L/H是美国MAXIM公司的一种单总线式数字温度传感器，具有较好的线性、较低的功耗，而且编程简单，调试容易，使用方便。测温范围为40125，其误差范围在25时优于3,在85时优于45，在125时优于5。但是MAX6575L/H在其测温范围内非线性误差较大，因此，当它用于高精度温度测量时，必须对其进行非线性补偿。它最多允许在一根MCU的I/O总线上同时挂接8个MAX6575L/H进行多点温度测量。为了避免多个传感器同时测温时有重叠的现象，MAX6575提供了“L”和“H”两种型号的传感器,它们的使用方法相同,而且每一种型号的传感器又可以通过时间选择引脚。但是，MAX6575L的远距离传输特性并不理想，传输范围只能在5M以内，超过此范围将采集不到被测温度数据，这也是这种器件的一个弊端。4DS18B20是美国DALLAS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，而且，可以通过总线供电，由它组成的温度测控系统非常方便，而且成本低、体积小、可靠性高。DS18B20的测温范围55125，最高分辨率可达00625，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。DALLAS公司的单总线技术具有较高的性能价格比，适用于低速测控场合，测控对象越多越显出其优越性；硬件施工、维修方便，抗干扰性能好；具有CRC校验功能，可靠性高；软件设计规范，系统简明直观，易于掌握。由于DS18B20独特的单总线接口方式在多点测温时有明显的优势，占用MCU的I/O引脚资源少，和MCU的通信协议比较简单，成本较低，传输距离远，所以，选用DS18B20做为温度测量的传感器。232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，而采用串口传输的芯片，应用及编程非常简单，传送的效率很高，标称速率就是实际速率，编程方便。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。5收发芯片的封装和管脚数较少的管脚以及较小的封装，有利于减少PCB面积降低成本，适合便携式产品的设计，也有利于开发和生产。常用的无线收发芯片主要有1CC1000是根据CHIPCON公司的SMARTRF技术，在035MCMOS工艺下制造的一种理想的超高频单片收发通信芯片。它的工作频带在315、868及915MHZ，但CC1000很容易通过编程使其工作在3001000MHZ范围内。它具有低电压（2336V），极低的功耗，可编程输出功率（2010DBM），高灵敏度（一般109DBM），小尺寸（TSSOP28封装），集成了位同步器等特点。其FSK数传速率可达728KBPS，具有250HZ步长可编程频率能力，适用于跳频协议；主要工作参数能通过串行总线接口编程改变，使用非常灵活。2NRF24E1是挪威NORDICVLSIASA公司最近开发的一种嵌入了高性能单片机内核的高速单片无线收发芯片15。采用先进的018SCMOS工艺、6MM6MM的36引脚QFN封装；以NRF2401芯片结构为基础，将射频、8051MCU、9输入12位ADC、125频道、UART、SPI、PWM、RTC、WDT全部集成到单芯片中；内部有电压调节器（工作电压1936V）和VDD电压监视，通常开关时间小于200S，数据速率1MBPS，输出功率0DBM；不需要外接SAW滤波器，极少的外围电路，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，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影响；工作在全球开放的24GHZ频段、勿需申请通信许可证。3NRF903单片射频收发器芯片工作在915MHZ国际通用的ISM频段；GMSK/GFSK调制和解调,抗干扰能力强；采用DDSPLL频率合成技术，频率稳定性好；灵敏度高达100DBM,最大发射功率达10DBM；数据速率可达768KBIT/S；170个频道,适合需要多信道工作的特殊场合；可方便地嵌入各种测量和控制系统中进行无线数据双向传输，在仪器仪表数据采集系统、无线数据通信系统、计算机遥测遥控系统等中应用。4TH72011是MELEXIS公司的单片射频发射芯片，频率范围380MHZ450MHZ，采用VCOPLL频率合成技术，频率稳定性好；FSK调制方式,抗干扰能力强；FSK频偏和中心频率可独立调节；宽电压范围1955V，静态电流小，工作电流可在35MA107MA调节；发射功率可在12DBM10DBM调节，数据速率可达40KBIT/S。可嵌入各种测量和控制系统中进行无线数据传输，在保安系统、微功耗遥测遥控系统等中应用。5NRF905是挪威NORDIC公司的研发的一种单片无线收发器芯片。工作电压为1936V，32引脚QFN封装55MM，工作于433/868/915MHZ三个ISM工业、科学和医学频道，频道之间的转换时间小于650US。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，不需外加声表滤波器，SHOCKBURSTTM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10DBM的输出功率发射时电流只有11MA，工作于接收模式时的电流为125MA，内建空闲模式与关机模式，易于实现节能。NRF905适用于无线数据通信、无线报警及安全系统、无线开锁、无线监测、家庭自动化和玩具等诸多领域。NRF905片内集成了电源管理、晶体振荡器、低噪声放大器、频率合成器功率放大器等模块，曼彻斯特编码/解码由片内硬件完成，无需用户对数据进行曼彻斯特编码，因此使用非常方便。并且NRF905成本低、可靠性高、外围设计简单的优点，本系统将NRF905做为无线收发芯片的首选。233单片机的选择单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强、对环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易，自问世以来以其极高的性价比一直受到人们的重视和关注。因以8051为内核单片机技术比较成熟，价格比较低，且本次设计对单片机的性能要求不是很高，STC89C52RC单片机是STC公司的单片机,STC公司的单片机主要是基于8051内核,是新一代增强型单片机,指令代码完全兼容传统8051,加密性好，抗干扰强,抗静电,高速,高可靠，低功耗,超低价。所以本系统选择以8051为内核的STC89C52RC单片机。STC89C52RC单片机具有如下特点1STC89C52RC与MCS51系