隨著信息科學(xué)與微電子技術(shù)的發(fā)展，溫度的監(jiān)控可以利用現(xiàn)代技術(shù)使其實現(xiàn)自動化和智能化。多路無線溫度監(jiān)控系統(tǒng)就是朝著這一目標(biāo)進行設(shè)計的。本次設(shè)計要求利用單片機及無線傳輸模塊實現(xiàn)無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)溫控范圍調(diào)節(jié)及其超溫范圍報警。

1技術(shù)要點

由于本系統(tǒng)是一個實時監(jiān)控的系統(tǒng)，對溫度的采集控制是實時的，所以溫度采集的時間間隔，數(shù)據(jù)發(fā)送接收的時間差，單片機與PC機之間數(shù)據(jù)的傳送速度以及上位機程序?qū)?shù)據(jù)的分析處理是本系統(tǒng)的關(guān)鍵。通過對溫度傳感器，無線模塊的優(yōu)化選擇，實現(xiàn)單片機與PC機通過高速USB接口進行通信及對上位機代碼的優(yōu)化實現(xiàn)本系統(tǒng)的實時監(jiān)控功能，同時還要考慮的是溫度傳感器的各個參數(shù)，無線模塊的參數(shù)，以及硬件電路的優(yōu)化搭建問題。

2硬件及軟件設(shè)計

為了使系統(tǒng)能夠最優(yōu)化的工作，系統(tǒng)的硬件器件選擇將是十分重要的問題。

（1）溫度傳感器的選用

系統(tǒng)是做溫度監(jiān)控的，首要的工作就是如何選取溫度傳感器，正確的選擇溫度傳感器對系統(tǒng)的性能和價格有著重大的影響。就溫度傳感器的溫度測量范圍、精度、響應(yīng)時間、穩(wěn)定性、線性度和靈敏度。等幾個因素的比較分析，本系統(tǒng)選用的是美國DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的DS18B20溫度傳感器。選用該傳感器的原因有：①DS18B20與微處理器僅需要一條線即可實現(xiàn)雙向通訊，簡化連接難度;②無需其他的AD轉(zhuǎn)化器件，降低成本，也減少了硬件制板的費用;③可供使用電壓范圍大：3.0V到5.5V都可以使用，器件的功耗較低;④測溫分辨率高，最高可達0.125度，便于溫度精確控制;⑤支持多點測試，多個DS18B20可以并聯(lián)在一根線上，實現(xiàn)多點測溫。

（2）無線模塊的選用

本系統(tǒng)是多點監(jiān)控，同時他的數(shù)據(jù)傳輸是通過無線傳輸?shù)?，所以無線傳輸模塊的需要支持多點的數(shù)據(jù)的傳送?？紤]穩(wěn)定性，傳輸數(shù)據(jù)的速度，錯誤率等方面，本系統(tǒng)選用的是NRF905無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，選擇該模塊的原因有：①433MHZ開放ISM頻段免許可證使用，無需額外申請頻段;②傳輸速率高，最高數(shù)據(jù)傳輸速率可達50KB，滿足實時監(jiān)控的需要;③自帶有CRC糾錯功能，抗干擾能力強。所需電壓僅3.3V，功耗低;④125個頻道，支持多點通信，滿足系統(tǒng)多點監(jiān)控的需要。

（3）主控芯片選用

ATmega16是ATMEL公司推出的一款基于AVRRISC構(gòu)架的低功耗CMOS的8位單片機。ATmega16在16MHz時有16MIPS的運算速度，具有兩周期硬件乘法器，從而使得設(shè)計人員可以在功耗和執(zhí)行速度之間取得平衡，且非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲器資源較大能滿足程序代碼設(shè)計需要。外設(shè)資源豐富：2個具有獨立預(yù)分頻器和比較器功能的8位定時/計數(shù)器;一個獨立預(yù)分頻器和比較/捕捉功能的16位定時/計數(shù)器;支持4路PWM輸出、8路10位ADC。支持TWI接口、USART、SPI接口多機通信滿足擴展功能的需要。

（4）其他外圍器件

USB與PC機通信中USB控制芯片PDUSBD12，顯示模塊1602，報警蜂鳴器等。

2.1系統(tǒng)的硬件連接方法

硬件方面主要由兩部分組成，溫度采集發(fā)送部分和數(shù)據(jù)接受分析控制部分。

2.1.1溫度采集發(fā)送部分

主要的連接器件有NRF905無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，DS18B20溫度傳感器采集模塊，1602顯示模塊，報警模塊，及溫度異常處理模塊。其連接方法如圖1所示。主控芯片M16通過SPI總線協(xié)議向無線模塊發(fā)送配置信息，使其工作初始化。溫度傳感器與M16的連接使用的是單總線協(xié)議，來采集溫度。顯示芯片1602來顯示采集到得溫度，同時使用蜂鳴器作為報警裝置，當(dāng)溫度有異常時單片機會控制加熱設(shè)備或降溫設(shè)備來對異常進行處理。

2.1.2數(shù)據(jù)接收分析控制部分

主要的連接器件有無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，USB傳送模塊，和PC機構(gòu)成。其電路連接如圖2所示。同樣主控芯片M16通過SPI總線協(xié)議向無線模塊發(fā)送配置信息，使其工作初始化。接收到溫度后通過PDUSBD12芯片利用USB協(xié)議將數(shù)據(jù)發(fā)送到PC機上，可以直接在VC界面上顯示。PC機可以自動分析數(shù)據(jù)是否存在異常，當(dāng)存在異常時，PC發(fā)送控制信號來遠程控制加熱或降溫設(shè)備對異常進行處理，同時發(fā)出報警信號，這樣可以將危險降到最低，實現(xiàn)自動化與智能化。

圖1數(shù)據(jù)采集與發(fā)送圖2數(shù)據(jù)接收與分析

2.2軟件程序的設(shè)計

由于系統(tǒng)由兩個模塊構(gòu)成，所以軟件程序的設(shè)計也分為溫度采集發(fā)送模塊程序設(shè)計和數(shù)據(jù)接受分析控制模塊程序設(shè)計。

2.2.1溫度采集發(fā)送模塊

主要需要設(shè)計的程序有NRF905的內(nèi)部寄存器配置，溫度傳感器溫度采集程序，液晶顯示模塊程序，報警系統(tǒng)程序。程序流程圖如圖3：

圖3主程序流程圖

2.2.2數(shù)據(jù)接受分析控制模塊

主要需要設(shè)計的程序有NRF905的內(nèi)部寄存器配置，USB模塊的驅(qū)動編寫，上位機程序的建立，由于篇幅有限，源代碼及流程圖不再給出。

3系統(tǒng)的工作流程

本系統(tǒng)主要由兩個模塊組成，溫度采集發(fā)送模塊和數(shù)據(jù)接收監(jiān)控模塊。

3.1數(shù)據(jù)采集發(fā)送模塊

該模塊的主要功能是采集溫度和發(fā)送數(shù)據(jù)。主控單片機發(fā)出命令開始有DS18B20進行溫度采集，溫度傳感器將采集到的溫度傳回主控芯片，在1602上進行顯示，然后主控芯片通過SPI總線將數(shù)據(jù)傳送給無線發(fā)送模塊NRF905，由無線發(fā)送模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。同時主控芯片會檢測溫度是否異常，當(dāng)溫度出現(xiàn)異常時會發(fā)出報警信號，同時啟動異常處理模塊。

具體工作流程如圖4：

圖4采集發(fā)送模塊工作流程

3.2數(shù)據(jù)接收監(jiān)控模塊

該模塊的主要功能是接收和處理數(shù)據(jù)，由單片機控制無線模塊接收數(shù)據(jù)，同時控制USB模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到PC機上去，PC機接收到溫度后會對溫度進行分析處理，當(dāng)溫度由異常時，會發(fā)出報警信號，同時通過將控制指令發(fā)送至單片機，通過無線模塊來遠程控制異常處理模塊執(zhí)行工作，從而實現(xiàn)異常自動處理和雙報警，從而最大限度的確保被監(jiān)控地的預(yù)警和安全。具體工作流程如圖5：

圖5接受監(jiān)控模塊工作流程

4結(jié)語

對本系統(tǒng)進行遠距離具體溫度測試有，經(jīng)數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)實地溫度采集與上位機顯示數(shù)據(jù)完全吻合，且能實現(xiàn)實時溫度監(jiān)控。同時可以通過PC機對單片機進行遠程控制，性能穩(wěn)定。