溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文要點(diǎn)

1、桂林航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 題目：無(wú)線溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè)：機(jī)電一體化技術(shù)姓名：范志剛 學(xué)號(hào)：201103320344指導(dǎo)教師：李歐迅20 14 年 5 月 16 日桂林航天工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)專業(yè)： 年級(jí)：姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師（簽名）李歐迅畢業(yè)設(shè)計(jì)題目無(wú)線溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)下達(dá)日期設(shè)計(jì)提交期限設(shè)計(jì)主要內(nèi)容以單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)并制作一個(gè)數(shù)控直流穩(wěn)壓電源，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)控制功能，可增可減。主要技術(shù)參數(shù)指標(biāo)（1）最大輸出電壓20伏（2）電壓步進(jìn)：0.1伏（3）顯示當(dāng)前電壓值。成果提交形式實(shí)物加論文設(shè)計(jì)進(jìn)度安排 教研室意見(jiàn) 簽名： 201 年 月 日 系主任意見(jiàn)簽名： 201 年 月 日

2、目 錄1引言11.1背景和意義11.2本課題研究的意義21.3本文的主要任務(wù)及結(jié)構(gòu)32系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)32.2LPC2103簡(jiǎn)介32.3溫度測(cè)量方案62.4數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸方案83系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)103.1電源模塊103.2溫度采集模塊113.3無(wú)線收發(fā)模塊114系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)124.1無(wú)線收發(fā)模塊驅(qū)動(dòng)程序124.2發(fā)送端程序134.3接收端程序155系統(tǒng)調(diào)試165.1調(diào)試方法166 結(jié) 論176.1系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)分析186.2全文總結(jié)19致 謝21參考文獻(xiàn)22附 錄231 引言1.4 背景和意義近年來(lái)，在我國(guó)以信息化帶動(dòng)的工業(yè)化正在蓬勃發(fā)展，溫度采集已成為工業(yè)對(duì)象控制中一種重要的參數(shù)，特別是在冶金、化工、機(jī)械

3、等各類(lèi)工業(yè)中，廣泛使用各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐等。由于爐子的種類(lèi)及原理不同，因此所采用的加熱方法及燃料也不同，如煤氣、天然氣、油電等。對(duì)于不同生產(chǎn)情況和工藝要求下的溫度控制，所采用的加熱方式，選用的燃料，控制方案也有所不同。例如冶金、機(jī)械、食品、化工等各類(lèi)工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐等；燃料有煤氣、天然氣、油、電等。隨著生產(chǎn)技術(shù)的提高, 環(huán)境溫度指標(biāo)越來(lái)越多的影響到生產(chǎn)效率、能源消耗和生活水平。不管是工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事及氣象領(lǐng)域, 還是日常生活環(huán)境, 都需要對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。因而,設(shè)計(jì)可靠且實(shí)用的溫度采集系統(tǒng)顯得非常重要。溫度采集系統(tǒng)作為車(chē)輛導(dǎo)航、油田遠(yuǎn)程監(jiān)控、船載導(dǎo)航系統(tǒng)

4、以及農(nóng)田信息采集系統(tǒng)等控制系統(tǒng)的重要組成部分，它的主要作用是用傳感器檢測(cè)模擬環(huán)境中的溫度信號(hào)，溫度傳感器上電流將隨環(huán)境溫度值線性變化。再把電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，使用AD轉(zhuǎn)換器將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成處理器能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的數(shù)字電壓信號(hào)。工業(yè)應(yīng)用中，現(xiàn)階段基本上都是以有線的方式進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)各種控制功能。各種總線技術(shù)，局域網(wǎng)技術(shù)等有線網(wǎng)絡(luò)的使用的確給人們的生產(chǎn)和生活帶來(lái)了便利，改變了我們的生活，對(duì)社會(huì)的發(fā)展起到了極大的推動(dòng)作用。有線網(wǎng)絡(luò)速度快，數(shù)據(jù)流量大，可靠性強(qiáng)，對(duì)于基本固定的設(shè)備來(lái)說(shuō)無(wú)疑是比較理想的選擇，的確在實(shí)際應(yīng)用中也達(dá)到了比較滿意的效果。單片微型計(jì)算機(jī)的功能不斷的增強(qiáng)，為先進(jìn)的控制算法提

5、供的載體，許多高性能的新型機(jī)種應(yīng)運(yùn)而生。單片機(jī)以其功能強(qiáng)、體積小、可靠性高、造價(jià)低和開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，成為自動(dòng)化領(lǐng)域和其他測(cè)控領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的器件，在工業(yè)生產(chǎn)中成為必不可少的器件。在溫度控制系統(tǒng)中，單片機(jī)更是起到了不可替代的核心作用。1.5 本課題研究的意義隨著微電子技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。在工業(yè)生產(chǎn)和控制中，應(yīng)用數(shù)據(jù)系統(tǒng)可以采集工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的溫度、濕度、電壓、電流、壓力、流量等諸多工藝參數(shù)，在將這些模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字量并進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算處理后，所得的結(jié)果可以反饋給用戶或控制系統(tǒng)，為提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本提供信息和手段；在科學(xué)研究上，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以為我們提供大量

6、的動(dòng)態(tài)信息，成為探索科學(xué)奧秘的重要手段。目前，數(shù)據(jù)采集幾乎無(wú)孔不入，它已滲透到了地質(zhì)、醫(yī)藥器械、雷達(dá)、通訊、遙感遙測(cè)等各個(gè)領(lǐng)域，為我們更好的獲取信息提供了良好的基礎(chǔ)。無(wú)線數(shù)據(jù)采集特別適用于復(fù)雜地形條件、高腐蝕性、建筑群、爆炸等場(chǎng)合，或者被采集對(duì)象是運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)等情況。隨著數(shù)字電路和射頻電路制作工藝、低功耗電路、高能電池、微電子技術(shù)及集成電路技術(shù)的進(jìn)步，無(wú)線通信技術(shù)取得了飛速的發(fā)展，無(wú)線通信的實(shí)現(xiàn)越來(lái)越容易，傳輸速度越來(lái)越快，可靠性越來(lái)越高，并且逐漸達(dá)到可以和有線網(wǎng)絡(luò)相媲美的水平。無(wú)線傳輸越來(lái)越多的被應(yīng)用在工業(yè)及民用的數(shù)據(jù)采集上，解決了一些布線復(fù)雜、甚至無(wú)法布線的情況。無(wú)線方式具有如下幾個(gè)顯著的特

7、點(diǎn)：傳輸介質(zhì)采用的是電磁波，節(jié)省了架設(shè)電纜的所需的占地和各種花費(fèi)及其給其他建筑的建設(shè)帶來(lái)的不便，應(yīng)用起來(lái)更加方便；在應(yīng)用單片機(jī)編解碼接口技術(shù)的無(wú)線通信系統(tǒng)中，采用多字節(jié)地址編碼，收發(fā)器的數(shù)量不受限制；具有電路簡(jiǎn)單、功耗小、體積小、成本低等優(yōu)點(diǎn)，非常便于使用；設(shè)計(jì)設(shè)施都很簡(jiǎn)便適合更換場(chǎng)合反復(fù)利用。溫度作為一個(gè)重要的物理量，是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中最普遍、最重要的工藝參數(shù)之一。隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)溫度測(cè)量的要求越來(lái)越高，而且測(cè)量的范圍也越來(lái)越廣，對(duì)溫度的檢測(cè)技術(shù)的要求也越來(lái)越高。因此，溫度測(cè)量的研究也是一個(gè)重要的研究課題?？傊?，本課題將數(shù)據(jù)采集與無(wú)線傳輸相結(jié)合，發(fā)揮無(wú)線傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)，并且解決硬件、軟件及通

8、信協(xié)議優(yōu)化等問(wèn)題。1.6 本文的主要任務(wù)及結(jié)構(gòu)本論文所完成的任務(wù)是對(duì)基于LPC2103和無(wú)線收發(fā)模塊的溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行研究，從實(shí)際需要出發(fā)，并從性能、價(jià)格等因素考慮，對(duì)主要元器件進(jìn)行了選型，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出了一個(gè)新型無(wú)線溫度采集系統(tǒng)，并且進(jìn)行軟硬件的調(diào)試和制作，最終完成具有體積小、數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可靠、使用靈活等優(yōu)點(diǎn)的作品，可以很好地應(yīng)用在無(wú)線數(shù)據(jù)采集及其它短距離無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱?chǎng)合，本論文在總體結(jié)構(gòu)上共分為5章。第1章引言，本章介紹了無(wú)線通信和溫度采集的基礎(chǔ)知識(shí)及其發(fā)展。第2章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)，本章簡(jiǎn)要介紹了無(wú)線溫度采集系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)及功能。第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，本章主要介紹了無(wú)線溫度采集系

9、統(tǒng)的硬件部分總體設(shè)計(jì)以及硬件部分各個(gè)模塊的功能及設(shè)計(jì)。第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，本章主要介紹了無(wú)線溫度采集系統(tǒng)的主要程序部分的代碼及思路。第5章系統(tǒng)調(diào)試，本章主要介紹了本系統(tǒng)的調(diào)試過(guò)程。第6章結(jié)論，本章主要介紹了系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)的功能、效果，系統(tǒng)特點(diǎn)，還需要完善的地方，該系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域等。2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.4 LPC2103簡(jiǎn)介L(zhǎng)PC2103是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真的32位ARM7 TDMI-S CPU的微控制器，并帶有32KB的高速Flash存儲(chǔ)器。128位寬度的存儲(chǔ)器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運(yùn)行。對(duì)中斷服務(wù)程序和DSP算法中性能要求嚴(yán)格的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，這增加的性能比在Thumb

10、模式1下的性能超出多達(dá)30%。對(duì)代碼規(guī)模有嚴(yán)格控制的應(yīng)用，使用16位的Thumb模式將代碼規(guī)模降低超過(guò)30%，而性能的損失卻很小。較小的LQFP48封裝和很低的功耗使LPC2103特別適用于訪問(wèn)控制和POS機(jī)等小型應(yīng)用中；由于內(nèi)置了寬范圍的串行通信接口（2個(gè)UART、SPI、I2C總線）和8KB的片內(nèi)SRAM，他們也非常適合于通信網(wǎng)關(guān)和協(xié)議轉(zhuǎn)換器。高級(jí)性能還使這些器件適合用作數(shù)學(xué)協(xié)處理器。多個(gè)32位和16位定時(shí)器、一個(gè)改良的10位ADC、所有定時(shí)器上輸出匹配的PWM特性、以及具有多達(dá)13個(gè)邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷管腳的32位高速GPIO線，使這些微控制器特別適用于工業(yè)控制和醫(yī)療系統(tǒng)中。2.5

11、溫度測(cè)量方案溫度是表征物體冷熱程度的物理量，它在工業(yè)自動(dòng)化、家用電器、環(huán)境保護(hù)、安全生產(chǎn)和汽車(chē)工業(yè)等行業(yè)中都是基本的檢測(cè)參數(shù)之一。溫度是溫度監(jiān)控系統(tǒng)中最基本、最為核心的衡量指標(biāo)，也是測(cè)溫系統(tǒng)中最為重要的測(cè)控參數(shù)，因此對(duì)溫度進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測(cè)一直是一個(gè)重要的研究課題。因此，測(cè)量溫度的儀器在測(cè)溫系統(tǒng)中占有至關(guān)重要的地位。隨著國(guó)內(nèi)外科技的發(fā)展，溫度測(cè)量技術(shù)不斷提高。目前各種溫度測(cè)量方法種類(lèi)繁多，應(yīng)用范圍廣泛，主要包括以下幾種：(1) 傳統(tǒng)的利用物體熱脹冷縮原理的方法。水銀溫度計(jì)至今仍然廣泛應(yīng)用于各種溫度測(cè)量場(chǎng)合?？墒撬娜秉c(diǎn)是只能近距離觀測(cè)，易碎，而且有毒。代替它的有填充酒精、煤油等玻璃溫度計(jì)和利用金屬

12、不同的膨脹系數(shù)制成的金屬片溫度計(jì)，它們的缺點(diǎn)都是測(cè)量精度很低。(2) 利用熱電效應(yīng)的方法。此方法制成的溫度檢測(cè)元件主要是熱電偶。熱電偶發(fā)展較早，比較成熟，至今仍為應(yīng)用最廣泛的檢測(cè)元件。熱電偶具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作方便、測(cè)量范圍寬、精度高、熱慣性小等特點(diǎn)。它的缺點(diǎn)是線性不好，冷端需要溫度補(bǔ)償。(3) 利用熱阻效應(yīng)的方法。利用該方法的測(cè)溫元件大致有電阻測(cè)溫元件、導(dǎo)體測(cè)溫元件和陶瓷熱敏元件。其中電阻測(cè)溫元件是利用感溫元件的電阻隨溫度變化的性質(zhì)，將電阻的變化值用顯示儀表反映出來(lái)，達(dá)到測(cè)溫的目的。這類(lèi)元件如銅電阻、鎳電阻、鉑電阻等，它們的特點(diǎn)是穩(wěn)定性好、耐高溫，如鉑電阻有的可達(dá)六、七百度。但它們的缺點(diǎn)是當(dāng)傳

13、輸線路長(zhǎng)短不等時(shí)，需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償。(4) 利用熱輻射原理。熱輻射高溫計(jì)通常分為單色輻射高溫計(jì)和全輻射高溫計(jì)。它的原理是物體受熱輻射后，視物體本身的性質(zhì)，能將其吸收、透過(guò)或反射。而受熱物體放出的輻射能的多少，與它的溫度有一定的關(guān)系。(5) 利用聲學(xué)原理的測(cè)量方法。近年發(fā)展起來(lái)的聲學(xué)溫度檢測(cè)技術(shù)，可以對(duì)爐內(nèi)的煙氣溫度測(cè)量值和火焰分布在線檢測(cè)，判斷爐的燃燒狀況，進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)和控制。其基本原理是通過(guò)測(cè)量聲波傳感器間的聲波傳播時(shí)間以最小二乘原理重建溫度的測(cè)量方法。(6) 晶體管測(cè)溫器件。半導(dǎo)體的電阻溫度系數(shù)比金屬大12個(gè)數(shù)量級(jí)，二極管和三極管的PN結(jié)電壓、電容對(duì)溫度靈敏度很高。由此制成的這類(lèi)器件的優(yōu)點(diǎn)

14、是在-50+150范圍內(nèi)有良好的特性，體積小、響應(yīng)時(shí)間快、價(jià)格低。但它的缺點(diǎn)是一致性差、不易做到互換，而且PN結(jié)容易受外界輻射的影響，穩(wěn)定性難以保證。(7) 光纖溫度檢測(cè)技術(shù)。在常規(guī)辦法無(wú)法測(cè)量的場(chǎng)合，光纖測(cè)溫得到快速發(fā)展，已開(kāi)發(fā)了開(kāi)關(guān)式溫度檢測(cè)器、輻射式溫度檢測(cè)器等多種實(shí)用型的品種。檢測(cè)精度在±1以內(nèi)，測(cè)溫范圍可以從絕對(duì)02000。(8) 激光溫度檢測(cè)技術(shù)。激光測(cè)溫特別適于遠(yuǎn)程測(cè)量和特殊環(huán)境下的溫度測(cè)量。用氦氖激光源的激光作反射計(jì)，可測(cè)很高的溫度，精度達(dá)0.01；用激光干涉和散射原理制作的溫度檢測(cè)器可測(cè)量更高的溫度，上限可達(dá)+3000，專門(mén)用于核聚變研究，但在工業(yè)上應(yīng)用還需進(jìn)一步開(kāi)

15、發(fā)和實(shí)驗(yàn)。(9) 微波溫度檢測(cè)器是利用在不同溫度下，溫度與控制電壓成線性關(guān)系的原理制成的。這種檢測(cè)器的靈敏度為250kHz，精度為l左右，熱電偶發(fā)展較早，比較成熟，至今仍為應(yīng)用最廣泛的檢測(cè)元件。熱電偶具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作方便、測(cè)量范圍寬、精度高、熱慣性小等特點(diǎn)。它的缺點(diǎn)是線性不好，冷端需要溫度補(bǔ)償。(10) 近年來(lái)，隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，人們開(kāi)發(fā)出將溫度傳感器和數(shù)字電路集成在一起的新型數(shù)字式集成溫度傳感器。數(shù)字式溫度傳感器內(nèi)部一般都包含溫度傳感器、AD轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器(或寄存器)和接口電路，有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器(CPU)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)

16、和只讀存儲(chǔ)器(ROM)。與模擬傳感器相比，數(shù)字式傳感器在精度、分辨率、可靠性、抗干擾能力以及器件微小化方面都有明顯的優(yōu)點(diǎn)，而且，輸出的溫度數(shù)據(jù)和相關(guān)的溫度控制量可以適配各種微控制器。但是受半導(dǎo)體器件本身限制，數(shù)字式傳感器還存在一些不足。比如測(cè)溫范圍不寬，一般為+50+150。由于簡(jiǎn)化了硬件外圍電路使得軟件設(shè)計(jì)變得更為復(fù)雜。是一種得到廣泛使用的溫度傳感器。由于它采用內(nèi)部補(bǔ)償，所以輸出可以從0開(kāi)始。在常溫下，不需要額外的校準(zhǔn)處理即可達(dá)到 ±0.5的準(zhǔn)確率。其電源供應(yīng)模式有單電源與正負(fù)雙電源兩種，單電源模式在20下靜止電流約50A，工作電壓較寬，可在420V的供電電壓范圍內(nèi)正常工作非常省電

17、；另外，工作電壓在436V時(shí)，芯片從電源吸收的電流幾乎是不變的（約25A），所以芯片自身幾乎沒(méi)有散熱的問(wèn)題。這么小的電流也使得該芯片在某些應(yīng)用中特別適合，比如在電池供電的場(chǎng)合中，輸出可以由第三個(gè)引腳取出，根本無(wú)需校準(zhǔn)?；诒驹O(shè)計(jì)需要精度高、可靠性強(qiáng)、器件體積小的器件，同時(shí)又考慮到價(jià)格上的因素，最終選擇LM35溫度傳感器來(lái)采集溫度數(shù)據(jù)。2.6 數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸方案隨著網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的迅速發(fā)展，無(wú)處不在的網(wǎng)絡(luò)終端、以人為本、個(gè)性化、智能化的移動(dòng)計(jì)算以及方便快捷的無(wú)線接入、無(wú)線互聯(lián)等新概念和新的產(chǎn)品，已經(jīng)逐漸融入人們的日常生活和工作領(lǐng)域。隨著而來(lái)的便攜式終端以及無(wú)線通信技術(shù)得到了極大的發(fā)展并在我們的日常

18、生活中得到了廣泛的應(yīng)用，目前應(yīng)用廣泛的無(wú)線通信技術(shù)主要有GSMCDMAGPRS、IEEE802.11WLAN、藍(lán)牙、IrDA、Home.RF、ZigBee、UWB、微功率短距離無(wú)線通信技術(shù)等。以上列出了五種常用的無(wú)線通信方式，這些通信方式各有優(yōu)點(diǎn)，各有不同的適用范圍，下面針對(duì)它們的使用范圍和各自特點(diǎn)進(jìn)行比較。IrDA是一種視距傳輸技術(shù)，通信設(shè)備中間不能有任何阻擋物，通信設(shè)備的位置也需要相對(duì)固定，不適宜用于移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸；其次，IrDA只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的無(wú)線通信，不能完成點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的無(wú)線通信；最后，IrDA設(shè)備的核心器件紅外LED容易損壞，因而設(shè)備壽命有限。IEEE 8021lx無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)基于計(jì)算

19、機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展而來(lái)，是專門(mén)針對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊而設(shè)計(jì)的無(wú)線通訊技術(shù)，其有效傳輸距離為50米，傳輸速率為11M54M不等，經(jīng)常應(yīng)用于企業(yè)學(xué)校等場(chǎng)所。IEEE 802.11x的通訊協(xié)議復(fù)雜，協(xié)議實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件要求較高，因此基于IEEE 802.11x無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)所開(kāi)發(fā)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備的成本較高，安裝調(diào)試復(fù)雜、維護(hù)困難。藍(lán)牙(Blue Tooth)技術(shù)專門(mén)為近距離無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸而設(shè)計(jì)，其有效傳輸距離為10米，傳輸速率為10M。從藍(lán)牙(Blue Tooth)技術(shù)正式公布到現(xiàn)在，藍(lán)牙(Blue Tooth)技術(shù)一直沒(méi)有得到預(yù)期的大范圍的應(yīng)用，是因?yàn)槠湫酒约伴_(kāi)發(fā)設(shè)備價(jià)格相對(duì)高。基于GSMCDMAGPRS無(wú)線

20、通訊網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種新型的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，該技術(shù)依托于GSMCDMAGPRS無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，因此其沒(méi)有傳輸距離的限制，只要GSMCDMAGPRS無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地區(qū)均可以進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?；贕SMCDMAGPRS無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的傳輸速率為10KB60KB，由于其利用GSMCDMAGPRS無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，因此其運(yùn)營(yíng)成本較高?；谇度胧降纳漕l無(wú)線收發(fā)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，其核心技術(shù)是2.4G無(wú)線收發(fā)技術(shù)。嵌入式射頻無(wú)線收發(fā)一體型芯片是國(guó)外各大公司近年來(lái)推出的一種新型無(wú)線傳輸芯片，該芯片將信號(hào)調(diào)

21、制、發(fā)射、接收、數(shù)字電路接口等功能集成在一枚芯片中，具有價(jià)格低廉、外圍電路簡(jiǎn)單、體積小巧、通訊可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、傳輸速率快、低耗節(jié)能等諸多優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，嵌入式無(wú)線射頻收發(fā)一體型芯片普遍采用了標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字通訊接口，如SPI，UART等，可以很方便的與DSP或單片機(jī)等微處理器芯片結(jié)合使用?；谇度胧綗o(wú)線射頻收發(fā)一體型芯片的上述優(yōu)點(diǎn)，采用嵌入式無(wú)線射頻收發(fā)一體型芯片技術(shù)解決低速率無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題是比較理想的解決方案。通過(guò)無(wú)線射頻收發(fā)一體型芯片與單片機(jī)或DSP的結(jié)合使用，再在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中配合先進(jìn)的通訊協(xié)議數(shù)據(jù)處理算法實(shí)現(xiàn)糾錯(cuò)、校驗(yàn)以及加密等功能，可滿足無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆?.7 電源模塊圖3-1

22、電源模塊由于LPC2103需要3.3V和1.8V雙電源供電，所以在本系統(tǒng)的電源模塊主要由兩部分組成，一部分首先將輸入電壓變?yōu)?.3V，另一部分再將3.3V電壓進(jìn)一步變?yōu)?.8V；為增強(qiáng)該系統(tǒng)的可移動(dòng)性，POWER接口選擇了三節(jié)干電池組成的4.5V直流電源輸入，D1為4007二極管，防止正負(fù)極反接燒壞電路，然后接入SPX1117M3-3.3，將電壓轉(zhuǎn)換為3.3V，C1、C2、C3、C4、C5、C6為濾波電容，由于電源模塊部分為直流電源，所以選擇10-0.1的電容作為濾波電容；同理，將3.3V電壓接入SPX1117M3-1.8，將電壓轉(zhuǎn)換為1.8V，D2為電源指示燈，點(diǎn)亮?xí)r電路接通。2.8 溫度采

23、集模塊圖3-2 溫度采集模塊該模塊的作用是采集環(huán)境溫度100C，并將其傳送給LPC2103核心板；管腳1作為輸入端接3.3V電源，管腳2作為輸出端與LPC2103核心板的p0.24口相連接，管腳3接地，為防止電流過(guò)大燒壞LPC2103，在管腳1和管腳2各接入一個(gè)1K的電阻，C10與C12為濾波電容，該模塊也為直流電路，所以選擇104作為濾波電容。2.9 無(wú)線收發(fā)模塊圖3-3 無(wú)線收發(fā)模塊該部分為nrf24L01無(wú)線收發(fā)模塊，在發(fā)射端中的作用是將LM35傳感器采集到的溫度發(fā)送給接收端的nrf24L01，然后LPC2103在接收端再通過(guò)串口發(fā)送給上位機(jī)，在接收板中的作用是接受發(fā)送板發(fā)送的數(shù)據(jù)；其中

24、管腳1接地，管腳2接電源，C12為濾波電容，管腳3作為CE端與p0.16口直接相連，管腳4作為CSN端與p0.17直接相連，管腳5，6，7分別為SPI功能的SCK，MOSI，MISO接口，應(yīng)該與LPC2103上的SPI接口一一對(duì)應(yīng)，根據(jù)圖2-2的管腳功能圖，分別與p0.4，p0.5，p0.6接口直接相連，管腳8為IRQ端，由于本設(shè)計(jì)中不需要用到該功能，隨便接個(gè)接口或者不接都可以。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.4 無(wú)線收發(fā)模塊驅(qū)動(dòng)程序由于ARM的引腳均是多功能復(fù)用，因此，需要先按照?qǐng)D3-3的硬件連接，設(shè)置P0.4，P0.5，P0.6的功能，設(shè)置方法如下：void ioset()PINSEL0 = (PIN

25、SEL0 & 0xFFFF00FF) | 0x00001500;/ 設(shè)置SPI引腳連接 PINSEL1 &= (3<<16);PINSEL1 |= 3<<16;IO0DIR|=CSN;/ 將CSN方向設(shè)置為輸出IO0DIR|=CE;/ 將CE方向設(shè)置為輸出LPC2103工作在SPI的主機(jī)模式，nrf24L01工作在SPI的從機(jī)模式，傳輸時(shí)高位在前，并且禁止SPI中斷，實(shí)現(xiàn)這些功能的代碼如下：void MSPIInit(void)SPI_SPCCR = 0x52;/ 設(shè)置SPI時(shí)鐘分頻 SPI_SPCR = 0 << 3 |/ CPHA = 0

26、第一個(gè)時(shí)鐘采樣 0 << 4 |/ CPOL = 1，SCK低有效 1 << 5 |/ MSTR = 1，設(shè)置為主模式 0 << 6 |/ LSBF = 0，SPI傳輸MSB在先 0 << 7 ;/ SPIE = 0，SPI中斷禁止 4.5 發(fā)送端程序圖4-1 發(fā)送端流程圖該部分程序的主要功能是將LM35采集到的溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給接收端；首先定義一個(gè)八位數(shù)組TxBuf，用來(lái)存儲(chǔ)采集到的溫度數(shù)據(jù)，并將數(shù)組第一位定義為發(fā)送標(biāo)志位，用以識(shí)別哪一個(gè)發(fā)送端，經(jīng)過(guò)IO口初始化、SPI初始化、定時(shí)器初始化之后，將LM35采集到的溫度進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換完畢的數(shù)據(jù)的

27、低十六位分成兩個(gè)八位分別存到TxBuf1和TxBuf2中，tf為定時(shí)器時(shí)鐘標(biāo)志位，當(dāng)定時(shí)中斷觸發(fā)時(shí)，數(shù)據(jù)就會(huì)發(fā)送給接收端，實(shí)現(xiàn)這些功能的部分代碼如下：int main(void)uint8 TxBuf20 = 0x01;/發(fā)送起始位ioset();/IO口初始化MSPIInit();/SPI初始化Timer0Init();/定時(shí)器0初始化，每秒鐘發(fā)送一次數(shù)據(jù)while(1) temp = ADCGet(2);/將LM35采集的溫度信息進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換 TxBuf1 = temp >> 8; /將32位的溫度信息分成四個(gè)八位，只取低十六位方便發(fā)送 TxBuf2 = temp; if (t

28、f=1) nRF24L01_TxPacket(TxBuf);/發(fā)送溫度數(shù)據(jù)tf=0;Delay(100); return 0;4.6 接收端程序圖4-2 接收端流程圖該部分的主要作用是將接收到的溫度數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)，方便觀察結(jié)果；首先定義一個(gè)八位數(shù)組RxBuf用來(lái)存放接收到的數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行IO口初始化、SPI初始化、UART串口通訊初始化；當(dāng)nrf24L01接收到數(shù)據(jù)的時(shí)候，會(huì)將數(shù)據(jù)發(fā)送給LPC2103存儲(chǔ)在RxBuf中，首先我們通過(guò)數(shù)組的第一位來(lái)判斷這個(gè)溫度數(shù)據(jù)是哪一個(gè)發(fā)送端采集到的數(shù)據(jù)；然后將后面兩個(gè)8位的溫度數(shù)據(jù)組合為一個(gè)16位的溫度數(shù)據(jù)，由于此時(shí)這個(gè)溫度數(shù)據(jù)還是一個(gè)電壓值，我們將其根據(jù)

29、LM35的溫度公式轉(zhuǎn)換為溫度值，然后將其通過(guò)UART傳送給上位機(jī)觀察結(jié)果；實(shí)現(xiàn)這部分功能的部分代碼如下：int main(void)uint8 RxBuf20;ioset();/IO口初始化UARTInit();/串口通訊初始化MSPIInit();/SPI初始化 Delay(1000);nRF24L01_RxPacket(RxBuf);/接收nrf24L01收到的數(shù)據(jù)ad=( (uint32)RxBuf1<<8 )|(uint32)RxBuf2);/將接收到的四個(gè)八位數(shù)據(jù)重新組合成十六位數(shù)據(jù) ad1 = (float)ad / 10;/T（） = V（mv）/ 10 （3-1）

30、if(RxBuf0 = 0x01)/判斷起始位，如果是01，則為第一塊發(fā)送板的數(shù)據(jù)DelayNS(10);sprint(str,“channel1：%.2fn”,ad1);SendStr(str);/將數(shù)據(jù)通過(guò)串口發(fā)送給PC機(jī)return 0;5 系統(tǒng)調(diào)試5.4 調(diào)試方法硬件部分的調(diào)試，從焊接部分開(kāi)始，首先焊接電源部分，將開(kāi)關(guān)、電源接口、SPX1117M3-3.3等焊接好后打開(kāi)電源，如果電源指示燈亮了，就用萬(wàn)用表測(cè)試各點(diǎn)電壓，如果3.3V的輸出沒(méi)有問(wèn)題，就可以接下來(lái)焊接1.8V電壓電源的部分，焊接完成好后，再測(cè)試1.8V電壓的輸出，如果沒(méi)有問(wèn)題，那么電源部分就完成了，這里要注意的一點(diǎn)就是要把電

31、源部分全部焊完再測(cè)試，我一開(kāi)始調(diào)試的時(shí)候就是因?yàn)樯倭艘粋€(gè)濾波電容5造成了輸出電壓的不正確；電源部分正確以后，接下來(lái)就可以焊接其他部分了，將所有的元器件焊接完畢以后，使用H-JTAG在線調(diào)試或者Launch LPC210x_ISP看看能否檢測(cè)到LPC2103，如果不能檢測(cè)到LPC2103，可以使用Launch LPC210x_ISP擦除一下存儲(chǔ)試試，如果還是存在問(wèn)題，則需要重新檢查電路中是否有短路或者LPC2103是否損壞；在檢測(cè)到LPC2103之后，可以編寫(xiě)一個(gè)調(diào)試用的小程序，將所有的I/O口置為高電平，然后用萬(wàn)用表檢測(cè)結(jié)果是否正確，如果正確，LPC2103模塊基本上就沒(méi)有問(wèn)題了；最后再測(cè)試一

32、下LM35，我們首先測(cè)試LM35的輸入電壓，應(yīng)該是3.3V，正確之后用萬(wàn)用表測(cè)試LM35的輸出電壓，然后用烙鐵給LM35加熱，如果輸出電壓有所增加，可初步判斷為正常工作，具體數(shù)據(jù)是否正確可以等到軟件調(diào)試完畢之后再觀察結(jié)果。在軟件部分的調(diào)試時(shí)，由于發(fā)送端與接收端的功能有限，如果不能正常工作，很可能無(wú)法判斷原因是出在硬件上還是軟件上，此時(shí)我建議在開(kāi)發(fā)板上進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試出結(jié)果之后，再將程序按照電路的連接方法改變I/O口，這樣一步一步進(jìn)行；在開(kāi)發(fā)板上調(diào)試時(shí)，我首先按照nrf24L01的管腳功能編寫(xiě)了一個(gè)模擬SPI的無(wú)線收發(fā)程序，接收到結(jié)果后，我就將其管腳與LPC2103的SPI接口一一對(duì)應(yīng)連接，也接收

33、到結(jié)果之后再加入定時(shí)器中斷和AD程序，最后就形成了這整個(gè)程序；如果在調(diào)試過(guò)程中無(wú)線收發(fā)無(wú)法收到數(shù)據(jù)，應(yīng)首先換一個(gè)無(wú)線收發(fā)模塊再試，如果能收到結(jié)果了，那可能是那個(gè)模塊壞了，如果還是無(wú)法收到結(jié)果，此時(shí)應(yīng)該在程序中尋找原因，可以采用分步調(diào)試的方法，跟蹤發(fā)送端與接收端的變量值來(lái)確定問(wèn)題出在哪一端，然后對(duì)癥下藥，逐一解決，調(diào)試程序是個(gè)艱苦的過(guò)程，一定要耐心，在觀察采集到的溫度數(shù)據(jù)時(shí)，可以使用串口助手等軟件觀察結(jié)果。6 結(jié)論6.4 系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)分析本系統(tǒng)采用功能強(qiáng)大的LPC2103作為控制核心，擁有存儲(chǔ)容量大，處理速度快，處理能力強(qiáng)，I/O口功能豐富等優(yōu)點(diǎn)，在其余器件的選擇上，在保證具有較高效率的同時(shí)，嚴(yán)格

34、的控制了器件的成本；同時(shí)，每塊板子的尺寸大約為7mm × 5.5mm，如果LPC2103不使用核心板，直接將芯片焊上去的話尺寸和重量還可以進(jìn)一步減小，無(wú)論是在外出攜帶還是室內(nèi)安裝上都具有極大的優(yōu)越性；本系統(tǒng)測(cè)溫速度快，準(zhǔn)確性高，操作方便，無(wú)線距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)測(cè)中，無(wú)限通訊的距離達(dá)到了本模塊50米的極限距離6，已足夠滿足日常生活的需要；本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)多點(diǎn)通訊的時(shí)候設(shè)置了自己的通訊協(xié)議，然后用查詢的方式讀取數(shù)據(jù)，理論上可以支持更多通道的多點(diǎn)通訊，大大突破了模塊六個(gè)通道的通道極限；在溫度顯示方面，由于本設(shè)計(jì)要顯示每個(gè)通道采集溫度的結(jié)果，為了觀察的方便，所以在PC機(jī)上查看結(jié)果，如果將多個(gè)通道

35、的采集數(shù)據(jù)處理成一個(gè)數(shù)據(jù)或者單點(diǎn)通訊時(shí)，在接收板上使用數(shù)碼管或者液晶屏顯示溫度會(huì)更加的方便與直觀。在制作本系統(tǒng)之前，網(wǎng)上已經(jīng)有大量的資料和文獻(xiàn)可以說(shuō)明，本系統(tǒng)可以用價(jià)格更加低廉的51單片機(jī)完成，不過(guò)當(dāng)今社會(huì)信息化發(fā)展迅速，人們的需求也日益提高，從手機(jī)、MP3、計(jì)算機(jī)等電子產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)可以看出，具有單一功能的電子設(shè)備在市場(chǎng)中已不再具有優(yōu)勢(shì)，而功能更加強(qiáng)大的ARM能完成許多以往51單片機(jī)無(wú)法完成的功能，例如ARM自帶的AD功能，這樣就不需要價(jià)格昂貴的DS18B20而可以用相對(duì)便宜的LM35來(lái)采集溫度，本系統(tǒng)除了能夠完成溫度采集的工作外，還具有較大的發(fā)展空間，在制作完成之后，還剩余大量的I/O口沒(méi)

36、有使用，這為本系統(tǒng)在功能上的擴(kuò)展提供了可能，可以說(shuō)本系統(tǒng)前景廣闊，未來(lái)能夠?yàn)槿藗兲峁└S富的功能服務(wù)。另外，由于空氣中存在干擾等因素的存在，無(wú)線通訊的時(shí)候有時(shí)會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的情況，具體表現(xiàn)為只能收到其中某一個(gè)通道采集到的溫度，另外一個(gè)通道無(wú)法接收到溫度數(shù)據(jù)，所以如何能夠持續(xù)穩(wěn)定的接收溫度數(shù)據(jù)還是本系統(tǒng)一個(gè)有待改進(jìn)的地方；nrf24L01模塊本身支持6通道多點(diǎn)收發(fā)，通過(guò)設(shè)置各個(gè)模塊的收發(fā)地址以及根據(jù)nrf24L01的資料設(shè)置它的參數(shù)，應(yīng)該能取得更好的通訊效果。6.5 全文總結(jié)本論文將功能強(qiáng)大的LPC2103與高度集成的nrf24L01器件結(jié)合起來(lái)，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)硬件，減小了體積，提高了系統(tǒng)工作的

37、可靠性。實(shí)踐證明該系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，通信可靠，運(yùn)行穩(wěn)定，性能可靠，具有較高的實(shí)用價(jià)值，能夠更加方便快捷的采集到溫度數(shù)據(jù)，不但在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、家居、工地、超市等場(chǎng)合都具有很強(qiáng)的實(shí)用性，而且當(dāng)有特殊要求的時(shí)候也可以根據(jù)具體情況更改使用的器件，以便達(dá)到需要的指標(biāo)，例如在較大的超市與農(nóng)田中，50米的通信距離還是不夠的，這時(shí)可以根據(jù)需要使用功率更大的無(wú)線收發(fā)模塊以擴(kuò)大通信距離；在工業(yè)中，也可以根據(jù)工業(yè)溫度的指標(biāo)更換更加合適的溫度采集器來(lái)設(shè)計(jì)工業(yè)用的溫度采集系統(tǒng)；本系統(tǒng)輕巧便攜，對(duì)于需要在戶外進(jìn)行溫度采集的人來(lái)說(shuō)也是很好的選擇。本論文使用Altium designer 10繪制原理圖和電路板，并使用ADS 1.

38、2和H-JTAG在線仿真調(diào)試，制作電路板的時(shí)候由于元器件封裝有一些小錯(cuò)誤，重做過(guò)幾個(gè)板子，在硬件調(diào)試完畢之后，程序是在參考51單片機(jī)的無(wú)線溫度采集程序之后編寫(xiě)調(diào)試的，由于之前從未使用過(guò)ARM和類(lèi)似的模塊，完全從頭開(kāi)始學(xué)，所以調(diào)試程序花了很多的時(shí)間，在模塊的無(wú)線通訊及串口通訊調(diào)試成功之后，又加入了定時(shí)器程序，使采集到的溫度能夠?qū)崟r(shí)的發(fā)送給接受端，最后又編寫(xiě)了AD程序，使LM35采集到的溫度能夠給正確的反映在PC機(jī)上，雖然過(guò)程十分艱苦，但是也學(xué)會(huì)了很多東西，收獲也是巨大的。參考文獻(xiàn)1 周立功,王祖麟,陳明計(jì),等.ARM嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程.北京:北京航空航天出版社,2008,46-87.2 周立功.

39、ARM嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教程(一).北京:北京航空航天出版社,2008，23-40.3 蔣俊峰.無(wú)線收發(fā)芯片比較與選擇.今日電子,2003,17-19.4 王百立.溫度數(shù)據(jù)采集與無(wú)線傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì): 學(xué)士學(xué)位論文.青島:青島大學(xué),2011,1-4.5 王勝源,張洪武,趙凱,等.無(wú)線收發(fā)模塊在多機(jī)通信中的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).吉林大學(xué)學(xué)報(bào):理學(xué)版,2006,第三期26-29.6 王偉.數(shù)據(jù)采集與無(wú)線收發(fā)模塊的設(shè)計(jì).現(xiàn)代電子技術(shù),2003,第17期36-38.致 謝本文是在陳子為老師的熱情關(guān)心和指導(dǎo)下完成的，他淵博的知識(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)使我受益匪淺，對(duì)順利完成本課題起到了極大的作用。在此向他表示我最衷心的感謝！在論文完成過(guò)程中，本人還得到了其他老師和王強(qiáng)、龍偉等同學(xué)的熱心幫助，本人向他們表示深深的謝意！最后向在百忙之中評(píng)審本文的各位專家、老師表示衷心的感謝！附 錄1、 接收端與發(fā)送端PCB發(fā)送端PCB接收端PCB2、最終電路板發(fā)送端最終電路板接收端最終電路板2、主要