2 硬件系统设计
2.1 控制器模块设计
单片机控制器主要用于温度数据的采集、传输以及接收,将接收到的数据通过上位机软件在上位机上显示。对于控制器的选择采用STC8 9C52,该单片机算术运算功能强,软件编程灵活、自由度大,可用软件编程实现各种算法和逻辑控制。相对于FPGA来说,它的芯片引脚少,在硬件很容易实现。并且它还具有功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点。
2.2 温度采集模块设计
本次设计采用的是Dallas公司生产的单总线数字温度传感器DS18B20,其温度测量范围为-55~+125℃。每个从机设有一个温度传感器,环境温度通过温度传感器DS18B20采集到从机单片机中进行处理。从机单独供电,这样设计稳定性好,抗干扰能力强。温度传感器电路连接图如图2所示。
2.3 无线收发模块设计
NRF24L01是一款新型单片射频收发器件,工作于2.4~2.5 GHz ISM频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块,并融合了增强型ShockBurst技术,其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。本设计系统把从温度传感器采集得到的数据经过无线模块NRF24L01传输到主机中。无线传输可以工作在一些高危领域,避免了有限传输的局限性,本设计能进行连续的数据传输,无线模块NRF24L01的传输精度高,性能稳定,成本低。其电路连接图如图3所示。
2.4 显示模块设计
本设计方案采用128x64LCD液晶显示器和上位机共同显示,液晶显示器功率低,驱动方法和硬件连接电路较为简单,显示屏幕大、可对汉字和字符进行显示。上位机显示直观,有利于现代化管理。[page]
2.5 串口通信电路设计
系统要把测量到的温度送到上位机上显示出来,就需要通过电脑与单片机之间的串口通信,单片机的工作电压是5 V,电脑串口的工作电压是12 V,需要通过电平转换芯片进行正常通信。串口通信电路的核心器件采用TI公司的一款兼容RS-232标准的电平转换芯片MAX232,MAX232与RS232间的串口通信电路如图4所示。
3 软件设计
为了使控制系统各种硬件设备能够正常运行,有效地实现实时控制和管理,除了要设计合理的硬件电路,还必须要有高质量的软件支持。软件设计包括主机系统设计与从机系统设计,主机系统设计包括无线接收模块设计、液晶显示模块设计、串口通信模块设计。主要作用是收集无线接收到的温度数据,使用液晶显示同时通过串口通信传输至上位机。从机系统设计包括温度采集模块设计、无线传输模块设计。主要作用是使用温度传感器采集温度,转化成数字信号通过无线模块传输至主机。主程序流程图如图5所示。
4 实验结果及分析
为了验证系统的工作性能,将该系统用于农场小棚温度的无线测量,在试验中,分别对农场小棚的4个角落使用无线采集与玻璃温度计进行温度测量,其结果如表1所示。
从实际测量数据可以看出,本系统在实际测量中准确度很高,并且在无线传输过程中很稳定,系统运行可靠,能及时、准确、快速的测量温度。
5 结论
1)本系统采用的软件算法还有待进一步优化,进而提高精确度,实现误差补偿;
2)文中设计的基于无线传输的多路温度采集检测系统,其结构简单、使用方便、性能稳定。因为使用的是无线传输,所以可以在一些人为不能直接接触的地方进行测量,而多点的温度采集方法更有利与组建起温度采集网,在工业上具有一定的应用价值。
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