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1、摘 要本文介绍一种多点无线温度采集系统的设计与制作。该系统能在一定时间内通过DS18B20测量多达6561个点的温度，并能将温度数据显示在LED数码管上。其中从机能将温度数据通过DF无线模块和PT2262/2272芯片用无线方式发送给主机，实现温度的无线采集。温度传感器选用DS18B20，实际应用中测量范围可达-1050,精度可达0.1。通过LED四位数码管显示温度，无线传输模块选用DF模块以及配套芯片PT2262/2272，可在10m范围内进行传输。用KEIL软件编写程序并最终通过AT89S52单片机作为控制核心使整个系统顺利运行。关键词：多点温度采集；无线传输；DF模块；DS18B20；A
2、bstractThis paper introduces the design and production of a kind of multi-point wireless temperature gathering system. This system can measure temperature of 6561 points in a certain period via DS18B20, and can display temperature data in the LED digital display tube. Temperature data can be sent fr
3、om client to host through wireless means such as DF module and PT2262/2272.DS18B20 is used as temperature sensor. It can measure temperature range from -10 to 50 and precision can reach 0.1. Temperature displayed by LED four digital pipe, using DF module and PT2262/2272 to realize 10m wireless trans
4、mission ,writing programs by KEIL software, and running system smoothly by AT89S52.Keyword: temperature gathering; wireless; DF module; DS18B20;目录1 绪 论11.1温度测量背景及意义11.2无线通信技术概述11.3短距离无线通信特征21.4课题主要工作31.5本章小结32系统相关技术介绍42.1DS18B20简介42.1.1DS18B20主要特性42.2DS18B20内部结构42.2.1DS18B20工作原理52.2.2高速缓存存储器82.3DF无线
5、传输模块介绍102.4AT89S52单片机简单介绍122.4.1内部结构122.4.2AT89S52单片机引脚功能描述132.5本章小结153系统硬件和软件设计163.1系统硬件设计163.1.1主机设计173.1.2从机设计173.2系统软件设计183.3本章小结204系统测试与分析214.1无线传输距离与延迟测试与分析214.2温度采集测试与分析214.3多点采集测试与分析215成果及展望225.1取得的成果225.2工作展望22参考文献23致 谢24附录25附录一：实物图25附录二：源程序261 绪 论1.1 温度测量背景及意义日常生活及工农业生产中经常要用到温度的检测及控制，在冶金、食
6、品加工、化工等工业生产过程中，广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等，都要求对温度进行严格控制。在日常生活中，电烤箱、微波炉、电热水器、烘干箱等电器也需要进行温度检测与控制。温度是一种最基本的环境参数，人们生活与环境温度息息相关，在工业生产过程中需要实时测量温度，在工业生产中也离不开温度的测量，因此研究温度的测量方法具有重要的意义。1.2 无线通信技术概述无线通信系统(Wireless Communication System) 也称为无线电通信系统，是由发送设备、接收设备、无线信道三部分组成，是利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式，在移动中实现的无线通信又被称
7、移动通信，该技术的发展始于上世纪20年代，经历了五个发展阶段1。第一阶段从上世纪20年代到40年代，为早期发展阶段。在这期间，首先在短波几个频段上开发出专用移动通信系统，起代表是美国底特律市警察使用的车载无线电系统。该系统工作频率为2MHz，到40年代提高到3040MHz。可以认为这个阶段是现代移动通信的起步阶段，特点是专用系统开发，工作频率较低。第二阶段从40年代中期至60年代初期。在此期间内，公用移动通信业务开始问世。这一阶段的特点是从专用移动向公用移动网过度，接续方式为人工，网容量较小。第三阶段从60年代中期至70年代中期，使用150MHz和450MHz频段，实现了无线频道自动选择并能够
8、自动接续到公用电话网。这一阶段是移动通信系统改进和完善的阶段，其特点是采用大区制，中小容量，使用450MHz频段，实现了自动选频和自动接续。第四阶段从70年代中期至80年代中期，这是移动通信蓬勃发展时期。1978年底，美国贝尔实验室研制成功先进移动电话系统（AMPS）,建成了蜂窝状移动通信网，大大提高了系统容量。第五阶段从80年代中期开始，这是数字移动通信系统发展和成熟时期，开发了新一代数字蜂窝移动通信系统。数字无线传输的频谱利用率高，可大大提高系统容量。另外，数字网能提供语音、数据多种业务服务，并与ISDN等兼容。实际上，早在70年代末期，当模拟蜂窝系统还处于开发阶段时，一些发达国家就着手数
9、字蜂窝移动通信系统的研究。到80年代中期，欧洲首先推出了泛欧数字移动通信网（GSM）的体系。目前，正处在第五阶段的第三代数字移动通信系统时代。这一时代的特点是通信频带进一步加宽，数据业务所占的比重大幅度增加，全面走向移动多媒体通信。当今无线移动通信的发展主要体现在五大技术的发展中：一是举世瞩目的3G技术，二是3.5Gghz宽带固定无线接入的推广应用，三是WLAN标准的选用，四是宽带无线技术新宠WIMAX，五是超宽带无线接入技术UWB2。这些技术的发展和应用促使无线移动通信的总体走势是接入多元、网络一体和综合布局。1.3 短距离无线通信特征低成本、低功耗和对等通信，是短距离无线通信技术的三大重要
10、特征和优势3。首先，低成本是短距离无线通信的客观要求，因为各种通信终端的产销量都很大，要提供终端间的直通能力，没有足够低的成本是很难推广的。其次，低功耗是相对其他无线通信技术而言的一个特点，这与其通信距离短这个先天特点密切相关，由于传播距离近，遇到障碍物的几率也小，发射功率普遍都很低，通常在1毫瓦量级。短距离无线通信技术的范围很广，在一般意义上，只要通信收发双方通过无线电波传输信息，并且传输距离限制在较短的范围内，通常是几十米内，就可以称为短距离无线通信。目前几种主流的短距离无线通信技术包括：高速WPAN技术；UWB高速无线通信技术，包括MB-OFDM、DS-UWB；WirelessUSB是一
11、个全新无线传输标准，可提供简单、可靠的低成本无线解决方案，帮助用户实现无线功能。因此低速WPAN技术和IEEE802.154Zigbee，Zigbee是一种低速短距离无线通信技术。它的出发点是希望发展一种拓展性强、易建的低成本无线网络，强调低耗电、 双向传输和感应功能等特色。ZigbeePHY和MAC层由IEEE802.15.4标准定义。IEEE802.15.4a是作为IEEE802.15.4的一个补充，其物理层的标准可能采用低速UWB技术。蓝牙底层PHY层和MAC层协议的标准版本为IEEE802.15.1，大多数标准的制订工作还由蓝牙开发小组SIG负责4。RFID是一种非接触的自动识别技术，
12、其基本原理是利用射频信号和空间耦合（电感或电磁耦合）传输性来实现对被识别物体的自动识别。RFID技术的发展得益于多项技术的综合发展，包括芯片技术、天线技术、无线技术、电磁传播技术、数据交换与编码技术等。一套典型的RFID系统有电子标签、读写器和信息处理系统组成。电子标签与读写器配合完成对被识别对象的信息采集功能；信息处理系统则根据需求承担相应的信息控制和处理工作。高速WPAN，目前主要应用于连接下一代便携式消费和通信设备。它支持各种高速率的多媒体应用、高质量声像配送、多兆字节音乐和图像文档传送等。低速WPAN，主要用于家庭、工厂与仓库的自动控制，安全监视、保健监视、环境监视，军事行动、消防队员
13、操作指挥，货单自动更新、库存实时跟踪以及游戏和互动玩具等方面的低俗应用。1.4 课题主要工作本文将重点研究短距离无线温度采集系统的实现，主要包括以下几个方面。 (1) 在调研无线数据采集系统的实际应用基础上，本文将制作基于单片机的无线温度数据采集系统。将制作硬件和编写主机发送程序，从机接收程序，显示程序。为实现此系统功能，对硬件设备进行如下选型，采用AT89S52单片机作为DF无线收发模块的编解码控制芯片。 (2) 利用protel进行系统电路绘制。(3) 将在硬件电路焊接完成后，开始设计系统软件，在Keil C开发环境下，用C语言编写单片机的内核程序。基本实现预期的功能后，将对该系统进行可靠
14、性和有效性评估，主要是对其有效传输距离的测量，以及误码率的测试。(4) 最后，将针对系统调试时反应出来的缺陷和不足，提出优化方法，使其在操作上更简单，功能上更加复杂，使整个系统具有一定的使用价值，而不仅仅停留在实验模拟的基础上。预计本系统稍加改进就可以实现遥控器的功能，用于家用电器的自动化控制，高级玩具的智能控制等。1.5 本章小结本章主要介绍了设计制作温度采集系统的意义以及无线技术的相关知识介绍。2 系统相关技术介绍本章首先介绍了DS18B20的性能和工作原理；接着详细介绍本系统所用到的DF无线数据收发模块；详细描述了整个系统的控制芯片AT89S52。2.1 DS18B20简介2.1.1 D
15、S18B20主要特性1、适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电；2、独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯；3、DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温；4、DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内；5、温范围55125，在-10+85时精度为0.5；6、可编程的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625，可实现高精度测温；7、在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快。8、测量结果直接输出数字温度信号，以一线总线串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力；9、负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。2.2 DS18B20内部结构
