數字化無線溫度傳感器與無線數據采集系統的設計

楊 建，陳志高，呂 瀚

（中國地震局地震研究所，湖北 武漢 430061）

目前，我國在美術館、博物館、智能化寫字樓、藥品冷庫等場所中的環境溫度檢測需求越來越大，而這些場所通常需要測量的空間都較大，市場中的有線測量系統顯然不能滿足檢測需求。為了實現遠距離的溫度數據控制和采集，設計一種數字化無線溫度傳感器有著積極的意義，為大型場所的計量檢測提供了更加科學、有效的選擇。

1 組成和工作原理

計算機、無線接收、無線采集和前端的處理模塊四部分共同組成了系統的主要部分。計算機運行的控制平臺選用VB所編寫的，對采集次數和采集點進行有效設置，最后將已經設置完成的參數經由串口通信傳至前端的處理單片機（AT89C52），通過對接收模塊中的地址碼進行控制，接受采集點數據并且采集相對應的次數。單片機把采集所得的數據傳至計算機，進而將采集所得的數據進行存儲與顯示。解碼芯片（PT2272）和外圍的電路共同組成了無線接收模塊，將無線發送數據進行解碼。無線采集模塊最主要的任務是完成采集數據和無線發送，模擬信號通過單機片（AT89C51）控制轉換器轉換為數字信號，然后通過解碼芯片（PT2262）組合而成的無線電路發送，每一次發送的數據為四位。前端的處理模塊由串行通信電路與單片機（ATB89C52）共同組成，工作的主要內容是完成數據處理與讀入、通過接收模塊地址碼從而實現和計算機進行的通信。

2 軟件和硬件設計

2.1 溫度測量電路的設計

溫度測量電路采用由Dallsa所生產的總線數字溫度傳感器DS18B20。該傳感器采用了3引腳小體積封裝，可進行測量的溫度范圍是－55～125 ℃，編程控制器的轉換準確度可達9～12位，分辨力為0.0623 ℃，測得的溫度帶符號拓展16位數字量方式串行輸出。該系統由端腳引入電源。該傳感器的內部主要構成部分包括了溫度傳感器、溫度報警觸發器（非揮發）、配置寄存器以及64位的ROM。該傳感器的完成對于溫度的測量之后以16位符號的二進制補碼提供。

2.2 采集部分的設計

采集系統所采用的四位半雙積分A/D轉換芯片ICL7135，擁有的最小分辨率是100 μV，最大采集值是19 999，準確度為±1。輸出為BCD碼掃描，供電為±5 V，所需的工作電流是3 mA，并且僅需要單一的外接基準電壓，能夠自校零，當Vin為0 V時可以保證讀數是 0，可以提供欠量程信號和超量程信號。在時鐘的頻率達到200 kHz時，相應的轉換速度是每秒3次。信號在單片機端通過D觸發器在8分頻之后獲得頻率是250 kHz的信號，與CLK端進行連接。軟件所采用的查詢方式讀取數據。

2.3 無線發送部分的設計

無線發送系統必須為每一個采樣點編設相應的地址碼，便于將每個采集點獲得的數據分類處理。對于PT2262的A0～A7是地址碼，設為置0、置1或者是懸空三種狀態。地址的編碼不重復度是 6561組，在理論上，本系統可以安裝的采集點總數為6561。但是要注意這里僅使用了兩種狀態，置0和置1，所以本系統可以安裝的采集點總數最多不超過256。D0～D3是數據碼，在傳送四位二進制的數據時編碼的信號由Dout進行輸出，在放大后由315 MHz的高頻調制無線發送。為解決數據的同步和出錯的問題，并且要保證數據完整，特別引入一個起始同步碼1111，所有的發送數據皆為BCD碼，可將數據進行區分。

2.4 無線接收電路的設計

無線接收電路的工作方式有超再生式和超外差式兩種。本設計中使用的接收模塊使用超再生式接收，內含解碼電路與放大整形，使用起來非常方便。接受的模塊電路之中，PT2272的外接振蕩電阻是200 kΩ，與發射端的PT2262外接的112 MΩ匹配，將中心頻率控制至315 MHz。由單片機（AT89C52）P2端口設置PT2272的地址碼，這樣從改變P2端口輸出就能夠完成對于不同采集點數據的接收。PT2272數據解碼端和單片機P1端口連接。在本系統之中電路可以判斷數據的解碼是否完畢，PT2272的17腳是有效解碼的輸出端，解碼完畢之后中斷，開始由單片機進行數據讀取。通過對一組數據開端進行判斷，按照順序接受本組的數據，在最后通過累加來判斷該組數據的接收正確與否，這樣能夠保證數據傳輸的正確率。

2.5 計算機和單片機的通信設計

計算機和單片機之間的通信可以由 RS2232電平轉換芯片實現。計算機的操作平臺在運行中可以接收的數據只能是多個采集點或者一個采集點，還可以通過設置循環的采集次數來完成。在參數設置完成之后，由串口通信把采集點的采集次數與數字代碼傳到接收模塊完成識別與處理，相應的控制接收模塊（PT2272）循環接收次數與地址碼。完成了一定采集數據的接收之后，要將數據與對應的采集點數字的代碼傳至計算機，然后進行下一輪的采集工作。在這樣的循環中不斷進行，直至所有的任務完成為止。如果選擇了將數據保存至文檔選項，在顯示區內數據達到了該列表最大的容量或是點擊了結束采集的按鈕之后，這些數據會自動保存為記事本，存到設置的目錄中。

3 結束語

通過實驗可以得知，本系統可以設置的采集點最多為256個，只需要配置一個完好的接收模塊就能夠通過計算機的控制界面進行操作，實現采集點控制與數據的收集保存。本系統的所有采集模塊皆可進行無線安裝，完全避免了布線布局的復雜操作，能夠在保證準確率、結構最簡化和便于調試的前提下擁有較強的拓展性和靈活的配置，并且本系統使用方便、成本較低，能夠滿足大型場所對于溫度測量的需求，適宜廣泛推廣，以專業準確的計量采集，完美實現遠距離的溫度數據的控制。

1 〔美〕creed huddleston.智能傳感器設計［M］.北京：人民郵電出版社，2009.06：121～123

2 趙天池.傳感器與探測器的物理原理和應用［M］.北京：科學出版社，2008.02：345～348