目前,我国绝大多数的温度监测系统都是传统方式,主要有就地进行数据采集的方式和有线通信的实时温度监测系统,前者测量方法单一,测量数据不连续且时效性差,后者缺少灵活性且适用环境有限。随着信息通信与电子技术的迅猛发展,使得传统的数据采集方式已不能满足需求,严重地制约了现代化监测系统发展的进程。例如在监测区域环境复杂,且监测点的位置分布较分散的情况下,布线复杂而且慢,人力物力成本较大,不适合与控制中心进行有线通信。无线监测系统是无线技术发展至今最重要的应用之一,采用无线网络可增强监测系统的灵活性和可扩充性,省去网络布线的麻烦。
因此,本文尝试研究一种无线温度监测系统,此系统将无线收发模块与单片机相结合,采用抗干扰能力强的射频发射模块及接收模块实现无线通信,提高系统的可靠性。该监测系统具有结构简单、使用方便、成本低、工作稳定可靠等优点。
1、无线传感器节点硬件设计
1.1单片机选择方案
无线传感器节点要实现对温度信息的采集、处理和无线传输。无线传感器节点内的单片机对节点起管理、控制作用,并进行信号处理。在选择单片机时,主要参考以下标准:首先,要求单片机的功耗要很小,由于它消耗的是节点中电池的电量,并且长期处在工作状态,所以必须具有功耗低的特点。其次,要求单片机的价格适中,不能使成本太高。此外单片机的运行速度和程序存储空间大小,对以后节点功能的扩展很重要。本无线传感器节点采用STC12C5A60S2单片机去控制nRF24L01射频芯片和DS18B20温度传感器,其硬件结构与功能模块的对应关系如图1所示。
图1无线传感器节点新一代STC12C5A60S2与传统的MCS-51系列单片机指令完全兼容,具有高速、低功耗及抗干扰性能强等优点。该单片机拥有60K的程序存储器和1280字节RAM,完全能满足单片机系统的软件设计要求;且该单片机是新一代单时钟/机器周期(1T),其处理速度是传统51单片机的8到12倍,便于以后进行功能扩展,例如:可以快速处理其所在节点的路由算法。故STC12C5A60S2单片机是构建本监测节点理想的选择
1.2无线收发模块
1.3温度采集芯片
DS18B20结构简单,采用一根I/O数据线既可供电又可传输数据。在现场采集温度数据时,将数据直接转换成数字量输出。测量温度范围为-55~125℃,在-10~85℃时精度为±0。5℃;可编程的分辨率为9~12位,对应的可分辨温度分别为0。5、0。25、0。125、0。062 5℃,可实现高精度测温;在9位分辨率时最多在93。75 ms内把温度转换为数字,12位分辨率时最多在750 ms内把温度值转换为数字,速度很快;测量结果直接输出数字温度信号,以“一线总线”串行传送给处理器,同时可传送CRC校验码,具有极强的抗干扰纠错能力。