无线传感技术供暖温度监控系统设计
无线传感技术供暖温度监控系统设计[20200131184757]
2012年 10 月 20 日摘要
本系统设计了一种无线温度自动监控系统,它是以PICl8CD2430单片机为核心, 采用DS18B20温度传感器，以nRF4010无线收发数据传输芯片构成的无线测温网络。系统包括无线传感器网络节点硬件设计，无线传感器网络的管理及网络节点软件设计，每一个传感器节点由数据采集模块传感器组成。系统通过无线通信的方式传递数据，用于远程多点无线数据传输系统的实现。将无线传感器网络技术应用到温室温度测控系统中。基于无线传感器网络的温度监控系统的部署，网络运行状况稳定，系统能够很好的实现远程温度的实时采集和监控，证明了路由协议和节点设计的合理性，彻底摆脱了传统的人工抄录方法。又节约了能源，具有结构新颖、电路简单和控制方便等优点，具有很大推广价值。
摘要 1
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:PICl8CD2430,DS18B20,nRF4010,测温网络
一、引言 1
二、方案设计说明 1
(一）系统总体结构图 1
(二）网络拓扑结构 2
(三） GPRS数据采集传输 3
三、无线传感器网络节点硬件设计 3
(一）系统结构设计 3
(二）模块的选择 4
1、处理器模块的选择 4
2、 传感器模块的选择 5
3、 节点端口通信模块的选择 5
4、 路由路径的选择 5
5、 无线通信模块的选择 6
(三） 模块电路设计 6
1、 处理器模块的电路设计 6
2、无线通信网络硬件的设计 7
3、传感器模块设计 8
4、 节点端口通信模块设计 9
四、无线传感器网络的管理及网络节点软件设计 10
(一）系统工作流程 10
(二）路由协议的软件实现 11
(三）温度传感器DS18B20软件设计 12
五、 仿真 14
总结 15
谢辞 16
参考文献 17
附录一 18
附录二 19
一、引言
本系统中首先系统会进行初始化处理，所有的电路器件进行到工作状态中，温度传感器DS18B20对某个特定的区域进行采样，识别温度的模拟信号，然后传送给单片机，单片机再通过驱动电路驱动数码管显示具体的温度值。若是温度不在设定的范围内，蜂鸣器就会报警，从而引起管理人员注意；若是低于预设温度，低温闪烁灯就会闪烁；若是高于预设温度，高温闪烁就会闪烁。管理人员只要看是哪种类型的灯闪烁，就可以调节相应的加温或是降温装置，从而实现温度的处理，保证在某个范围内。
因此，通过无线通信的方式传递数据是一种较为理想的选择，它与有线方式相比主要有成本低、携带方便、布线安装简便等特点，特别适用于远程多点无线数据传输系统的实现。将无线传感器网络技术应用到温室温湿度测控系统中，实现现代化温室的网络信息化管理，对提升温室等设施具有重要意义。
二、方案设计说明
(一）系统总体结构图
经过系统功能需求分析和功能模块介绍，系统总体框架如图2．1所示。主数据采集器主要负责对数据处理节点的资料进行实时数据处理、发布控制命令、传输实时数据给中心计算机。
图2．1系统总体结构组网图
如图2．1所示，本系统中首先系统会进行初始化处理，温度传感器DS18B20对某个特定的区域进行采样，识别温度的模拟信号，然后传送给单片机，单片机再通过驱动电路驱动数码管显示具体的温度值。若是温度不在设定的范围内，蜂鸣器就会报警，
无线通信的电波处在特高频（300－3000MHz）频段，电波传播主要方式是视距传播。电磁波在传播时不仅有直射波信号，还有经地面、建筑群等产生的反射、折射、绕射的传播，从而产生多径传播引起的快衰落、阴影效应引起的慢衰落，系统必需配有抗衰落措施，才能保证正常运行。
(二）网络拓扑结构
网络拓扑结构采用树状结构，采用树状结构的网络实现了信息的多跳传输，在网络中收集指令和数据的传输必须按照拓扑结构进行路由选择。网络拓扑结构如图2.2所示。
图2.2网络拓扑结构图
(三） GPRS数据采集传输终端
GPRS数据采集传输终端具有监测速度快。HSI1201湿度传感器在电路中等效于一个电容器，从周围的空气中吸收水分，导致电容随所测空气的湿度减少而减少。当湿度过大或，增加时电容的值也将有所改变，误差根据本省的构造也不会太大在+/-2%。
如图2.3 GPRS数据收集传输结构图
图2.
图2.3 GPRS数据收集传输结构图
三、无线传感器网络节点硬件设计
(一）系统结构设计
无线传感器网络由大量体积小，具有无线通信、传感、数据处理能力的传感器节点组成。无线传感器节点是网络的基本单元，它的稳定运行是整个网络可靠性的基本保证。
图3．1描述了无线传感器网络节点的组成结构。
图3．1无线传感器网络节点硬件结构图
(二）模块的选择
1、处理器模块的选择
PICl8CD2430是Microchip公司推出的采用纳瓦技术的64位引脚的高性能闪存单片机，在保留PICl8单片机的传统优点(即出色的计算性能以及丰富的功能集)的同时，性价比极高，其引脚结构图如图3.2所示。
图3.2PICl8CD2430单片机引脚结构图
PICl8F65J10单片机具有非常丰富的片内资源，因此，最小系统无需配置过多的外围接口芯片就可满足本系统要求，从而使设计变得简单。
2、传感器模块的选择
HSI1201湿度传感器具有监测速度快、高精度和长期稳定性及体积小等特点，不需要校准的完全互换性。HSI1201湿度传感器在电路中等效于一个电容器，从周围的空气中吸收水分，导致电容随所测空气的湿度减少而减少。当湿度过大或，增加时电容的值也将有所改变，误差根据本省的构造也不会太大在+/-2%。
如果将次电容放入555振荡电路中成反比电压并将电容的变化量转化频率信号。之后该信号被采集。
3、节点端口通信模块的选择
PICl8CD2430单片机配备有两个独立的EUSART模块，支持RS一485、RS．232和LIN1．2的应用，因此需要与TTL电平进行转换，TTL电平与RS232电平之间转换采用MIX233芯片。可将这两个模块配置为能与个人计算机等外设通信的全双工异步系统。RS232的电平采用负逻辑。
4、路由路径的选择
本设计采用内部振荡方式，外接晶体以电容C1和C2构成并联谐振电路，接在80S51芯片的18和19端一起构成测控主电路的时钟。外接电容C1和C2的值选20pF，外接晶体时，为了提高温度的稳定性，通常晶体可以选12MHZ。不影响振荡器的频率的高低、振荡器的稳定性和起振的快速性会跟稳定更迅速。
5、无线通信模块的选择
无线数据传输模块的关键器件是无线通信芯片，nRF4010是一种优秀的无线收发数据传输芯片。nRF4010采用ASK调制解调技术，抗干扰能力强；采用PLI频率合成技术，频率稳定度高；nRF4010的最高数据传输率可达到20kb／s，其最大发射功率为+15dBrn，接收灵敏度高达一125dBm，在开阔的环境中使用最远距离可达lKm。
(三）模块电路设计
1、处理器模块的电路设计
CD2430对被测交流量进行运算转换成有效值，经过ADC转换成数字信号，在其单片机中完成比例运算，最后得到电阻、电容和电感的值。图3.3为CD2430射频收发器的应用电路。这个主控电路中主要是晶振电路和复位电路。晶振电路：单片机系统里晶振的作用非常大，它结合单片机内部的电路，产生单片机所必须的时钟频率，单片机一切指令的执行都是建立在这个基础上的，晶振提供的十种频率越高，单片机运行的速度也就越快。其外围电路包括晶振时钟电路、射频输入／输出匹配电路和微控制器接口电路3部分。CD2430的本振信号既可由外部有源晶体提供，也可由内部电路提供。由内部电路提供时需外接晶体振荡器和2只负载电容。
2012年 10 月 20 日摘要
本系统设计了一种无线温度自动监控系统,它是以PICl8CD2430单片机为核心, 采用DS18B20温度传感器，以nRF4010无线收发数据传输芯片构成的无线测温网络。系统包括无线传感器网络节点硬件设计，无线传感器网络的管理及网络节点软件设计，每一个传感器节点由数据采集模块传感器组成。系统通过无线通信的方式传递数据，用于远程多点无线数据传输系统的实现。将无线传感器网络技术应用到温室温度测控系统中。基于无线传感器网络的温度监控系统的部署，网络运行状况稳定，系统能够很好的实现远程温度的实时采集和监控，证明了路由协议和节点设计的合理性，彻底摆脱了传统的人工抄录方法。又节约了能源，具有结构新颖、电路简单和控制方便等优点，具有很大推广价值。
摘要 1
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:PICl8CD2430,DS18B20,nRF4010,测温网络
一、引言 1
二、方案设计说明 1
(一）系统总体结构图 1
(二）网络拓扑结构 2
(三） GPRS数据采集传输 3
三、无线传感器网络节点硬件设计 3
(一）系统结构设计 3
(二）模块的选择 4
1、处理器模块的选择 4
2、 传感器模块的选择 5
3、 节点端口通信模块的选择 5
4、 路由路径的选择 5
5、 无线通信模块的选择 6
(三） 模块电路设计 6
1、 处理器模块的电路设计 6
2、无线通信网络硬件的设计 7
3、传感器模块设计 8
4、 节点端口通信模块设计 9
四、无线传感器网络的管理及网络节点软件设计 10
(一）系统工作流程 10
(二）路由协议的软件实现 11
(三）温度传感器DS18B20软件设计 12
五、 仿真 14
总结 15
谢辞 16
参考文献 17
附录一 18
附录二 19
一、引言
本系统中首先系统会进行初始化处理，所有的电路器件进行到工作状态中，温度传感器DS18B20对某个特定的区域进行采样，识别温度的模拟信号，然后传送给单片机，单片机再通过驱动电路驱动数码管显示具体的温度值。若是温度不在设定的范围内，蜂鸣器就会报警，从而引起管理人员注意；若是低于预设温度，低温闪烁灯就会闪烁；若是高于预设温度，高温闪烁就会闪烁。管理人员只要看是哪种类型的灯闪烁，就可以调节相应的加温或是降温装置，从而实现温度的处理，保证在某个范围内。
因此，通过无线通信的方式传递数据是一种较为理想的选择，它与有线方式相比主要有成本低、携带方便、布线安装简便等特点，特别适用于远程多点无线数据传输系统的实现。将无线传感器网络技术应用到温室温湿度测控系统中，实现现代化温室的网络信息化管理，对提升温室等设施具有重要意义。
二、方案设计说明
(一）系统总体结构图
经过系统功能需求分析和功能模块介绍，系统总体框架如图2．1所示。主数据采集器主要负责对数据处理节点的资料进行实时数据处理、发布控制命令、传输实时数据给中心计算机。
图2．1系统总体结构组网图
如图2．1所示，本系统中首先系统会进行初始化处理，温度传感器DS18B20对某个特定的区域进行采样，识别温度的模拟信号，然后传送给单片机，单片机再通过驱动电路驱动数码管显示具体的温度值。若是温度不在设定的范围内，蜂鸣器就会报警，
无线通信的电波处在特高频（300－3000MHz）频段，电波传播主要方式是视距传播。电磁波在传播时不仅有直射波信号，还有经地面、建筑群等产生的反射、折射、绕射的传播，从而产生多径传播引起的快衰落、阴影效应引起的慢衰落，系统必需配有抗衰落措施，才能保证正常运行。
(二）网络拓扑结构
网络拓扑结构采用树状结构，采用树状结构的网络实现了信息的多跳传输，在网络中收集指令和数据的传输必须按照拓扑结构进行路由选择。网络拓扑结构如图2.2所示。
图2.2网络拓扑结构图
(三） GPRS数据采集传输终端
GPRS数据采集传输终端具有监测速度快。HSI1201湿度传感器在电路中等效于一个电容器，从周围的空气中吸收水分，导致电容随所测空气的湿度减少而减少。当湿度过大或，增加时电容的值也将有所改变，误差根据本省的构造也不会太大在+/-2%。
如图2.3 GPRS数据收集传输结构图
图2.
图2.3 GPRS数据收集传输结构图
三、无线传感器网络节点硬件设计
(一）系统结构设计
无线传感器网络由大量体积小，具有无线通信、传感、数据处理能力的传感器节点组成。无线传感器节点是网络的基本单元，它的稳定运行是整个网络可靠性的基本保证。
图3．1描述了无线传感器网络节点的组成结构。
图3．1无线传感器网络节点硬件结构图
(二）模块的选择
1、处理器模块的选择
PICl8CD2430是Microchip公司推出的采用纳瓦技术的64位引脚的高性能闪存单片机，在保留PICl8单片机的传统优点(即出色的计算性能以及丰富的功能集)的同时，性价比极高，其引脚结构图如图3.2所示。
图3.2PICl8CD2430单片机引脚结构图
PICl8F65J10单片机具有非常丰富的片内资源，因此，最小系统无需配置过多的外围接口芯片就可满足本系统要求，从而使设计变得简单。
2、传感器模块的选择
HSI1201湿度传感器具有监测速度快、高精度和长期稳定性及体积小等特点，不需要校准的完全互换性。HSI1201湿度传感器在电路中等效于一个电容器，从周围的空气中吸收水分，导致电容随所测空气的湿度减少而减少。当湿度过大或，增加时电容的值也将有所改变，误差根据本省的构造也不会太大在+/-2%。
如果将次电容放入555振荡电路中成反比电压并将电容的变化量转化频率信号。之后该信号被采集。
3、节点端口通信模块的选择
PICl8CD2430单片机配备有两个独立的EUSART模块，支持RS一485、RS．232和LIN1．2的应用，因此需要与TTL电平进行转换，TTL电平与RS232电平之间转换采用MIX233芯片。可将这两个模块配置为能与个人计算机等外设通信的全双工异步系统。RS232的电平采用负逻辑。
4、路由路径的选择
本设计采用内部振荡方式，外接晶体以电容C1和C2构成并联谐振电路，接在80S51芯片的18和19端一起构成测控主电路的时钟。外接电容C1和C2的值选20pF，外接晶体时，为了提高温度的稳定性，通常晶体可以选12MHZ。不影响振荡器的频率的高低、振荡器的稳定性和起振的快速性会跟稳定更迅速。
5、无线通信模块的选择
无线数据传输模块的关键器件是无线通信芯片，nRF4010是一种优秀的无线收发数据传输芯片。nRF4010采用ASK调制解调技术，抗干扰能力强；采用PLI频率合成技术，频率稳定度高；nRF4010的最高数据传输率可达到20kb／s，其最大发射功率为+15dBrn，接收灵敏度高达一125dBm，在开阔的环境中使用最远距离可达lKm。
(三）模块电路设计
1、处理器模块的电路设计
CD2430对被测交流量进行运算转换成有效值，经过ADC转换成数字信号，在其单片机中完成比例运算，最后得到电阻、电容和电感的值。图3.3为CD2430射频收发器的应用电路。这个主控电路中主要是晶振电路和复位电路。晶振电路：单片机系统里晶振的作用非常大，它结合单片机内部的电路，产生单片机所必须的时钟频率，单片机一切指令的执行都是建立在这个基础上的，晶振提供的十种频率越高，单片机运行的速度也就越快。其外围电路包括晶振时钟电路、射频输入／输出匹配电路和微控制器接口电路3部分。CD2430的本振信号既可由外部有源晶体提供，也可由内部电路提供。由内部电路提供时需外接晶体振荡器和2只负载电容。
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