数字化无线温度传感器

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1、武汉纺织大学 2011 毕业设计武汉纺织大学武汉纺织大学毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书课题名称：课题名称：数字化无线温度传感器的设计与开发数字化无线温度传感器的设计与开发 完成期限：完成期限： 20112011 年年 2 2 月月 2222 日至日至 20112011 年年 5 5 月月 2626 日日 院系名称院系名称 外经贸学院外经贸学院 指指 导导 教教师师 刘刘 侃侃 专业班级专业班级 电气电气 0722 指导教师职称指导教师职称 副教授副教授 学生姓名学生姓名 廖廖 锐锐 院系毕业设计（论文）工作领导小组组长签字院系毕业设计（论文）工作领导小组组长签字 武汉纺织大学 2

2、011 毕业设计一、课题训练内容一、课题训练内容1.使学生进一步巩固和加深对基础理论、基本技能和专业知识的认识与掌握，使之系统化、综合化。培养学生综合运用基础知识和基本技能进行分析问题和解决实际问题的能力，将理论与实践结合。2.培养学生的设计计算、工程绘图、实验方法、数据处理、文件编辑、文字表达、文献查阅的能力，熟练掌握 VISIO 、AUTOcad 、CAD、 protell 、Matlab等专业软件应用和调试等基本实践能力，提高外文资料的阅读和翻译的基本技能，使学生初步掌握科学研究的基本方法。3.使学生树立符合国情和生产实际的正确设计思想和观点，培养严谨、负责、实事求是、刻苦钻研、勇于探索

3、、具有创新意识、善于与他人合作和交流的团队作风。4.使学生获得从事科研工作的初步训练，培养学生独立工作、独立思考和综合运用已学知识解决实际问题的能力，尤其注重培养学生独立获取新知识和解决新问题的能力。二、设计（论文）任务和要求二、设计（论文）任务和要求1、设计任务、设计任务1) 基于无线温度传感器的总体方案设计与论证，并选定研究对象。2） 搜集资料，掌握无线温度传感器的基本原理。3） 编写程序，画好实验图，做好设计实验并得出数据。4） 分析数据并得出实验结果。武汉纺织大学 2011 毕业设计5） 结束与展望。2、设计要求、设计要求1） 实验应当稳定并精确的进行。2） 得出数据并与预想吻合。3）

4、 完成系统框图和详细原理图，并对各部分进行详细说明。4） 设计要考虑经济性、实用性和可靠性。5） 按武汉纺织大学毕业设计（论文）格式模板要求书写毕业设计报告三、毕业设计（论文）主要参考资料三、毕业设计（论文）主要参考资料1无线温度传感器的设计.选自传感器技术2王道宪 Microchip PIC 系列单片机原理，应用与开发 国防工业出版社3何立民 单片机应用技术选编 10 北京航空航天大学出版社4许海燕，卢伟，杨晨晖，吴芸 低功耗嵌入式系统的设计 福建厦门大学计算机科学系5何立民 嵌入式应用中的零功耗设计 北京航空航天大学6沙占友 智能温度传感器的发展趋势 石家庄河北科技大学电子信息工程系7马云

5、峰，陈子夫，李培全 数字温度传感器 DS18B20 的原理与应用 (山东潍坊)学院自动化系）8李景友，侯莹 多通道温度循环监测仪9胡生清，幸国全AD590 温度传感器的非线性补偿及应用J传感器技术武汉纺织大学 2011 毕业设计四、毕业设计（论文）进度表四、毕业设计（论文）进度表武汉纺织大学毕业设计（论文）进度表武汉纺织大学毕业设计（论文）进度表序号起止日期计划完成内容实际完成情况检查人签名检查日期12010.2.22-2010.3.2查阅资料，了解无线温度传感器的基本知识。22010.3.3-2010.3.10确定研究方向。 32010.3.11-2010.3.14完成开题报告。42010.

6、3.15-2010.3.28改进不足，完善设计方案。52010.3.29-2010.4.18制定任务书62010.4.19-2010.4.25搜集、整理编程相关辅助资料和工具。72010.4.26-2010.5.2画好程序流程图图。102010.5.3-2010.5.10编写控制程序，进行实验并得出结果112010.5.11-2010.5.27完成撰写毕业论文所需工作，准备答辩。武汉纺织大学 2011 毕业设计武汉纺织大学毕业设计（论文）开题报告武汉纺织大学毕业设计（论文）开题报告课题名称数字化无线温度传感器的设计与开发院系名称外经贸学院专 业电气工程班 级电气 0722学生姓名廖 锐一、课题

7、研究的意义一、课题研究的意义目前集成化智能传感器技术发展非常迅速，然而由于我国国有资金和技术等方面的不足，在此方面的研究上同国外的差距还很大。 集成化智能传感器研制是较新的发展方向，具有广阔的市场空间，它主要利用集成电路的工艺和微机械加工技术取得研究进展；但比国外集成电路的主流工艺要落后到两代以上。如果我国把集成智能传感器的研制和生产作为半导体工艺的主要发展方向之一，就可以在现有的集成电路工艺和微机械加工的优势的基础上另辟蹊径，使集成智能传感器的研制与生产具有一定功能模块化能力，为传感器产业的集成化智能化发展积累新的技术经验，并拓展应用领域的广泛性，使其成为未来传感器发展的主流。 武汉纺织大学

8、 2011 毕业设计二、所属领域的发展状况二、所属领域的发展状况近年来随着半导体技术的迅猛发展，国外一些著名的公司和高等院校正在大力开展有关集成智能传感器的研制，国内一些著名的高校和研究所也积极跟进，集成化智能传感器技术取得了令人瞩目的发展。大规模集成电路技术和微机械加工技术的迅猛发展，为传感器向集成化、智能化方向发展奠定了基础，集成智能传感器在应用领域成为传感器发展的新趋势。集成智能传感器采用微机械加工技术和大规模集成电路工艺技术，利用硅作为基本材料来制作敏感元件、信号调制电路，以及微处理器单元，并把它们集成在一块芯片上。这样，使智能传感器达到了微型化和结构一体化，从而提高了精度和稳定性。目

9、前，市场上的集成智能传感器已经成为研究热点，其发展方向主要有以下几个方面：(1)向微型化发展；(2)应用新的物理现象、化学反应、生物效应作为传感器原理；(3)使用新型材料； (4)向微功耗及无源化发展； (5)采用新的加工技术(如化学微腐技术、微机械加工技术)；(6)向高可靠性、宽温度范围发展。武汉纺织大学 2011 毕业设计三、本课题的研究内容三、本课题的研究内容数字化无线温度传感器的设计应包含两个部分：一部分是温度测量(发射)电路，一部分是温度处理(接收)电路。温度测量部分由传感器、MCU、和无线发射模块构成。温度处理部分由无线接收模块、MCU、与上位机通讯的接口电路构成。其系统原理框图如

10、下所示：USART12C图 2 温度处理部分原理框图采用 AD590 作为传感器。AD590 是 AD 公司利用 PN 结正向电流与温度的关系制成的电流输出型两端温度传感器。这种器件在被测温度一定时，相当于一个恒流源。该器件具有良好的线性和互换性，测量精度高，并具有消除电源波动的特性。温 度 传 感 器I/O12C发射模块接收模块上位机武汉纺织大学 2011 毕业设计即使电源在 5-15V 之间变化，其电流只是在 l以下作微小变化。但是 AD590 是A集成模拟传感器，需要进行 AD 转换才能与控制器连接。四、研究方法及方案四、研究方法及方案1、传感器方案温度传感器的种类很多，选择的空间就很广

11、阔，可以使用热电偶，热电阻等测温元件，也可以选用集成温度传感器。方案一：采用 AD590 作为传感器。AD590 是 AD 公司利用 PN 结正向电流与温度的关系制成的电流输出型两端温度传感器。这种器件在被测温度一定时，相当于一个恒流源。该器件具有良好的线性和互换性，测量精度高，并具有消除电源波动的特性。即使电源在 5-15V 之间变化，其电流只是在 l以下作微小变化。但是 AD590 是A集成模拟传感器，需要进行 AD 转换才能与控制器连接。方案二：选用单线数字温度传感器 DSl8B20，它与其他传感器相比有以下几个优点：(1)单总线，节省 IO 口线；(2)数字化，内部自带 AD，编程方便

12、；(3)集成度高，外围硬件电路简单；(4)精度高，测温分辨率可达 0.0625；本设计中选用 DS18B20 作为温度传感器。2、 微处理器方案方案一：主机采用以 89C51 系列单片机为核心的微控制器完成对无线发射接收模块的控制，实现对数据的采集。由于受单片机指令运行速度的影响，影响到它的数据采集能力，而且它不具有低功耗状态，不能满足低功耗的要求。方案二：以高速数字信号处理器(DSP)TMS320F240 为中央处理单元，配以极少的外围电路构成了检测器的核心控制部件。本方案的主要优点：武汉纺织大学 2011 毕业设计速度快，执行速度达到 20MIPS，几乎所有的指令可以在 50ns 的单周期

13、内完成，如此高的性能非常适合实时数据采集。硬件结构简单，具有丰富的可编程多路复用 IO 引脚，能实现对温度传感器、键盘显示接口、输出打印接口的编程功能。软件编程灵活，可采用 C 语言与汇编语言混合编程。但其价格昂贵，功能强大，用在此处属于大材小用。方案三：以 PIC 系列单片机作为中央处理单元，本方案具有前两个方案无法取代的优点： 1) 选型灵活，PIC 系列从低到高有几十个型号，可以满足各种需要。2) 精简指令使其执行效率大为提高。3) 睡眠和低功耗模式。虽然 PIC 在这方面已不能与新型的 TIMSP430 相比，但在大多数应用场合还是能满足需要的。基于低功耗的设计要求，本设计中采用，PI

14、C 系列单片机作为中央处理单元。3、 射频模块方案方案一：采用 PTR2000 作为无线收发模块，其集成度相对较高，外围硬件电路简单，收发一体，但因为是无线通信，在通信过程中易受干扰，误码率高。方案二：采用 PTR4000 作为无线收发模块，它含有 CRC 硬件校验，当 PTR4000接收到数据与摄制的本机地址一致且 CRC 效验正确时，才把接收到的数据以中断方式传给 CPU，误码率低，与 PTR2000 相比较，其可靠性高。本设计中采用 PTR4000作为无线收发模块。4、 串行通讯方案武汉纺织大学 2011 毕业设计方案一:采用 RS-422A 标准规定了差分平衡的电气接口，它采用平衡驱动

15、和差分接收的方法。这相当于两个单端驱动器，输入同一信号时，其中一个驱动器的输出永远是另一个驱动器的反向信号。方案二:采用 RS-485 接口，它是 RS-422A 的变型，它与 RS-422A 的区别在于：RS-422A 为全双工，采用两对平衡差分信号线；而 RS-485 为半双工，采用一对平衡差分信号线。RS-485 对于多站互连是十分方便的。RS-485 标准允许最多并联 32台驱动器和 32 台接收器。总线两端接匹配电阻(100 左右)，驱动器负载为54。驱动器输出电平在-1.5V 以下时为逻辑“l“，在+1.5V 以上时为逻辑“O 。接收器输入电平在-0.2V 以下时为逻辑“l“，在+

16、0.2V 以上时为逻辑“0 。RS-485传输速率最高为 10Mbit/s，最大电缆长度为 1200 米。方案三：采用 RS-232C 接口。它是异步串行通讯中应用最广泛的标准总线，它包括了按位串行传输的电气和机械方面的规定。适用于数据终端设备和数据通讯设备之间的接口。本设计中采用 RS-232C 接口进行异步通讯即可满足要求。武汉纺织大学 2011 毕业设计五、主要参考资料五、主要参考资料1无线温度传感器的设计.选自传感器技术2王道宪 Microchip PIC 系列单片机原理，应用与开发 国防工业出版社3何立民 单片机应用技术选编 10 北京航空航天大学出版社4许海燕，卢伟，杨晨晖，吴芸 低功耗嵌入式系统的设计 福建厦门大学计算机科学系5何立民 嵌入式应用中的零功耗设计 北京