无线测温系统

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1、无线测温系统的 设计与实现毕业答辩演示文稿设计内容无线测温系统是一种集温度信号采集、存储、 无线传输、控制与通信等功能于一体的新型系 统。适用于发电厂、采油厂、钻井施工等许多 不宜进行有线测温的场合。其中测温点由数字 温度传感器DSI8B20构成，DS18B20直接把温度 信息转换成相应的数字信号。数据采集、处理 模块主要由ATmega16单片机构成，完成温度数 据的读取和传输。通信模块分下位机通信接口 和上位机通信接口两部分。下位机利用mega16 单片机的串行口传输和接收数据，上位机通过 串口接收和发送数据，并把接收到的温度数据 通过数字表现出来。 相关器件与相关技术该系统主要包括： 数据

2、采集-单总线数字温度传感器 DS18B20； 数据处理、控制-AVR单片机MEGA16； 无线传输-zigbee技术。 温度传感器 DS18B20简介DS18B20是美国DAIIAS公司生产的单总线数字 式温度传感器。有如下几个主要特性： u可把温度信号直接转换成串行数字信号供微机 处理 u可以在一条总线上挂接任意多个DS18B20芯片构 成多点温度检测系统无需任何外加硬件。 uDS18B20数字温度传感器可提供912位温度读 数。 u读取或写入DS18B20的信息仅需一根总线，总线 本身可以向所有挂接的DSI8B20芯片提供电源。 而不需额外的电源。温度传感器 DS18B20简介由于DS18

3、B20以上几个特点，非常适合 于多点温度检测系统，硬件结构简单。方 便联网，在仓储管理、工农业生产制造、 气象观测、科学研究以及日常生活中被广 泛应用。温度传感器 DS18B20简介DS18B20内部包含四个主要的部件：(1)64位刻录的二进制ROM码；(2)温度传感器；(3)非易失性温度报警触发器；(4)一个配置寄存器。 温度传感器 DS18B20简介由于DS18B20是在一根I/O线上读写数据，因此 ，对读写的数据位有着严格的时序要求。 DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输 的正确性和完整性。该协议定义了几种信号的 时序：初始化时序、读时序、写时序。所有时 序都是将主机作为主设

4、备，单总线器件作为从 设备。而每一次命令和数据的传输都是从主机 主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回 送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序 完成数据接收。数据和命令的传输都是低位在 先。 温度传感器 DS18B20简介DS18B20的读时序对于DS18B20的读时序分为读0时序和读1 时序两个过程。对于DS18B20的读时序是从主机把单总线 拉低之后，在15秒之内就得释放单总线， 以让DS18B20把数据传输到单总线上。 DS18B20在完成一个读时序过程，至少需 要60us才能完成。 温度传感器DS18B20简介DS18B20的写时序对于DS18B20的写时序仍然分为写0时序和写1

5、时序两个过程。对于DS18B20写0时序和写1时序的要求不同， 当要写0时序时，单总线要被拉低至少60us，保 证DS18B20能够在15us到45us之间能够正确地采 样IO总线上的“0”电平，当要写1时序时，单 总线被拉低之后，在15us之内就得释放单总线 。图1表示的是DS18B20操作时序 图1 DS18B20操作时序 AVR单片机简介AVR单片机是1997年由ATMEL公司研制开 发的一种新型的8位单片机，AVR单片机全 部型号都支持ISP在线编程（烧写）、芯 片可以反复擦写，这样学习AVR就变得非 常的方便，设计者可以在目标电路板上直 接对芯片进行编程、调试，而不需要专用 的编程器

6、和仿真器。AVR单片机简介AVR与51、PIC单片机相比具有一系列的优点，用通俗的 说法主要体现在这几个方面：1、在相同的系统时钟下AVR运行速度最快；2、所有AVR单片机的FLASH、EEPROM蓄存器都可以反复烧 写、支持在ISP在线编程(烧写)，入门费用非常少；3、片内集成多种频率的RC振荡器、上电自动复位、看门 狗、启动延时等功能，使得电路设计变得非常简单；4、每个IO口作输出时都可以输出很强的高、低电平，作 输入时IO口可以是高阻抗或者带上拉电阻；5、片内具有丰富实用的资源，如AD模数器、DA数模器， 丰富的中断源、SPI、USART、TWI通信口、PWM等等； 温度测量设计 测温系

7、统主要通过对DS18B20进行操作来 采集数据。对DS18B20的操作主要是复位 、读数据和写数据三种，而两种操作又都 是按位进行的，所以首先应该按照 DS18B20的时序要求，编写读、写时间片 的程序，其流程图如图2所示。 开始总线置1并延时总线置0并延时 480S总线置1开始设置循环次数为8总线置0并延时 16S读1位数据延时100S总线置1并延时 60S8位读完?返回开始设置循环次数为8总线置0并延时 16S读1位数据延时480S总线置1并延时 16S8位读完?返回开始(a)复位操作流程 (b)读操作流程 (c)写操作流程图2 DS18B20操作程序流程图 测温程序流程图如下开始写启动转

8、换命令(44H)元件复位写SKIPROM命令(CCH)延时500ms等待转换结束写SKIPROM命令(CCH)元件复位读转换结果写读转换结果命令(BEH)结束测温程序流程图无线传输 Zigbee是一种新兴的短距离、低速率、低 功耗无线网络技术，它是一种介于无线标 记技术和蓝牙之间的技术提案。它此前被 称作“HomeRF Lite”或“FireFly”无线 技术，主要用于近距离无线连接。它有自 己的无线电标准，在数千个微小的传感器 之间相互协调实现通信。Zigbee技术概述无线传输 这些传感器只需要很低的功耗，以接力的 方式通过无线电波将数据从一个传感器传 到另一个传感器，因此它们的通信效率非

9、常高。最后，这些数据就可以进入计算机 用于分析或者被另外一种无线技术如 WiMax收集。Zigbee的基础是 IEEE802.15.4，这是IEEE无线个人区域网 (Personal Area Network，PAN)工作组的 一项标准，被称做IEEE802.15.4(Zigbee) 技术标准。 无线传输IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议，因此 Zigbee联盟对其网络层协议和API进行了标准化 。完全协议用于一次可直接连接到一个设备的 基本节点的4K字节或者作为Hub或路由器的协调 器的32K字节。每个协调器可连接多达255个节 点，而几个协调器则可形成一个网络，对路由 传输的数目则没有

10、限制。Zigbee联盟还开发了 安全层，以保证这种便携设备不会意外泄漏其 标识，而且这种利用网络的远距离传输不会被 其它节点获得。 无线传输 Zigbee技术的主要特点包括以下几个部分： 数据传输速率低：只有10k字节/秒到250k字节/ 秒，专注于低传输应用； 功耗低：在低耗电待机模式下，两节普通5号干 电池可使用6个月到2年，免去了充电或者频繁 更换电池的麻烦。这也是Zigbee的支持者所一 直引以为豪的独特优势； 成本低：因为Zigbee数据传输速率低，协议简 单，所以大大降低了成本。且Zigbee 协议免收 专利费。无线传输 网络容量大：每个Zigbee网络最多可支持255个设备， 也

11、就是说，每个Zigbee设备可以与另外254台设备相连 接； 时延短：通常时延都在15毫秒至30毫秒之间； 安全： Zigbee提供了数据完整性检查和鉴权功能，加 密算法采用AES-128，同时可以灵活确定其安全属性； 有效范围小：有效覆盖范围1075米之间，具体依据实 际发射功率的大小和各种不同的应用模式而定，基本上 能够覆盖普通的家庭或办公室环境； 工作频段灵活：使用的频段分别为2.4GHz、868MHz(欧 洲)及915MHz(美国)，均为免执照频段。ZigBee网络拓扑方式有3种： 1.星型(Star) 2.树型(Tree) 3.复杂网络(Mesh)无线传输 本系统无线传输网络采用星型网络，星型 网络的主要特性: 简单 低成本 电池使用寿命长 可靠性不高 灵活度不高结论 本课题实现的无线测温系统，有着很好的 发展前景。然而，由于本人的知识不够全 面，经验不够丰富，再加上时间紧迫和实 验条件的限制，本系统并不完善。比如没 有设计LED显示，无线传输网络搭建不够 完善等等。这些都将在后续工作中得到进 一步解决。