江苏农业科学２０１２年第４｜Ｄ卷第７期 ．—．—３７３．－—— 董 铮．一种新型无线测温系统设计［Ｊ］．江苏农业科学，２０１２，４０（７）：３７３—３７４ 一种新型无线测温系统设计 董铮 （湖北文理学院数学与计算机科学学院，湖北襄阳４４１０５３） 摘要：目前单片机技术已普及到生活和生产中，成为一种比较成熟的应用工具。本研究设计了一种基于Ａｒｄｕｉｎｏ 控制板的易移植、结构化分布式的信息采集终端，并根据资源条件需求，给出测温系统设计方案。该系统具有测温方 便、精度高、低功耗等优点。 关键词：测温；单片机；Ａｒｄｕｉｎｏ控制板 中图分类号：ＴＨ８１１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００２—１３０２（２０１２）０７—０３７３—０２ 随着科学技术发展及人们对居住环境要求的提高，对环 １Ｏ ｂｉｔ ＡＤＣ输入通道，其核心是１片ＡＶＲｍｅｇａ１６８单片机 。 境温度的监测与控制越来越迫切。本研究设计了一种基于 各组件配合后可以提高测量系统采集速度，进而提高温度测 Ａｒｄｕｉｎｏ控制板的无线温度测量系统，能远距离、及时、准确采 量的灵敏度。通过射频收发器件ｎＲＦ２４Ｌ０１完成无线通信， 集被测点温度，具有集成化、智能化特点，在工业、农业测控系 其内部集成了４７位时钟，ｌ２位ＡＤ转换器川。ｎＲＦ２４Ｌ０１将 统中有广泛应用前景。 数据包通过Ａｒｄｕｉｎｏ接口板转换后，可通过ＵＳＢ端口与上位 １无线测温系统设计原理 机通信。系统硬件结构见图１。 温 数 数 用 无线测温系统采用Ｓｉｌｉｏｎ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ公司生产的、具有 ＣＩＰ一５１内核的微控制器Ｃ８０５１Ｆ０２０。其ＣＩＰ一５１与ＭＣＳ一 采 度 集 －－－－－模 ————－———Ｊ 模 ＼ 采 据 集 ‘。＿－１Ｎ／ 无 箨 —输 －—＿—Ｊ１＼／ 据 处 —理 ——・——－＾１／ 皇 ５１指令集完全兼容，具有标准的８０５２外设部件。ＣＩＰ～５１采 块 块 块 用流水线结构，与标准８０５１结构相比，其指令执行速度有很 大提高，且具有ＪＴＡＧ接口，系统编程、程序调试和下载都非 图１ 无线测温系统硬件结构 常方便。此外，Ｃ８０５１Ｆ是一种混合信号微控制器，片上不仅 １．１ 以热电偶为中心的温度采集模块 有ＳＰＩ、Ｉ２Ｃ等接口，还集成了ＡＤＣ和ＤＡＣ，使用更加 该模块包括电压式温度传感器ＴＭＰ３５和Ｋ型热电偶。 简便 一 。 由于热电偶的温度分度表是在冷端温度保持在０ ｏＣ下得到 中间系统采用１块基于开放源代码Ａｒｄｕｉｎｏ的接口板， 的，因此冷端温度不为０℃时，就须对其修正。同时为保证测 包括１２通道数字ＧＰＩＯ、４通道ＰＷＭ输出和６～８通道的 试准确性，使用前还须对环境温度进行校准 。 收稿日期：２０１１—１２—１４ １．２以Ｃ８０５１ＦＤ２０为系统控制模块 基金项目：湖北省教育科学“十一五”规划重点课题（编号： 该模块包含Ｃ８０５１Ｆ０２０控制模块、存储ＦＬＡＳＨ模块。当 ２０１０Ａ０６７）。 系统处于发送状态时，Ｃ８０５１１７０２０对热电偶产生的输入信号 作者简介：董铮（１９８０一），男，湖北襄阳人，硕士，主要从事控制科 进行采集，并利用模数转换器将其转换为数字信号，然后进行 学与工程研究。Ｅ—ｍａｉｌ：７０５０５６２４５＠ｑｑ．ｃｏｒｎ。 查表，将其转换为温度数据。数据处理后写入存储芯片，然后 （上接第３７２页） 结果发现，采用本系统之后的日均播种面积数据比以前提高 参考文献： 了２７．６％，同时燃油等成本开销较以前降低了２３．８％。 ［１］刘曙光，尚书旗，杨然兵，等．小区播种机的发展分析［Ｊ］．农机 化研究，２０１１，３３（３）：２３７—２４１． ４结论 ［２］冯晓静，杨欣，桑永英，等．玉米精密播种机械发展现状［Ｊ］． 江苏农业科学，２０１０（４）：４２２—４２４． 本文提出的新型农田播种机机群调度系统主要由中心调 ［３］孟志军，刘卉，付卫强，等．农田作业机械测速方法试验［Ｊ］． 度手持端和安装在各台播种机上的机载终端构成，各子系统 农业工程学报，２０１０，２６（６）：１４１—１４５． 之间通过ＧＳＭ的ＳＭＳ短信息进行无线通信。系统能够自动 ［４］农业部召开全国春季田管暨春耕备耕工作视频会议［ＥＢ／ＯＬ］． 实时记录各台播种机的地理位置和工作状态，并在新任务到 （２０１２—０２一ｏ３）［２０１２一ｏ３—２０］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｑｎｎｙ．ｇｏｖ．ｃｎ／ 来时，自动寻找最优播种机并将新任务分配给它，从而充分保 ｘｉｎｘｉ．ａｓｐ？ｉｄ＝４１８． ［５］高焕文，李洪文，姚宗路．我国轻型免耕播种机研究［Ｊ］．农业机 证了资源利用和调度的合理性。实用情况表明，该调度系统 械学报，２００８，３９（４）：７８—８２． 能很好地解决人工调度方式的缺点，具有优异的表现和很高 ［６］吴飞青，李林功，马修水．ＴＣ３５ｉ在温室环境信息监控中的应用 的实用性，应用和推广价值较高。 ［Ｊ］．自动化仪表，２００８，２９（８）：４１—４３，４６． ．－——３７４．．—— 江苏农业科学２０１２年第４０卷第７期 性川。限于篇幅，给出部分代码如下： ＃ｉｎｃｌｕｄｅ＜ＦｒｅｑＣｏｕｎｔｅｒ．ｈ＞ ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｌｏｎｇ ｆｒｑ； ｌｆｏａｔ ａ＝一１６５．０； ｌｆｏａｔ ｂ＝１５１７３５．０； 通过射频收发器件ｎＲＦ２４Ｌ０１发送给数据处理模块。 当系统处于等待状态时，接口板通过ＵＳＢ接口与上位机 通信。如果系统接到上位机命令，要求读取数据，则 Ｃ８０５ １ Ｆ０２０从ＦＬＡＳＨ芯片将数据读出，通过无线通信模块进 行数据传输 Ｊ。 １．３以ｎＲＦ２４Ｌ０１为无线通信模块 ｌｆｏａｔ ＧｅｔＴｅｍｐ（ｆｌｏａｔ ｆ） 无线发射模块包括ｎＲＦ２４Ｌ０１、Ａｒｄｕｉｎｏ接口板和天线。其 ｛ ｒｅｔｕｒｎ ａ＋（ｂ／ｆ）； 中ｎＲＦ２４Ｌ０１是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，其输出功率和 通信频道可通过程序进行配置。ｎＲＦ２４Ｌ０１功耗低，有多种低 ｝ ｖｏｉｄ ｓｅｔｕｐ（） ｛ 功率工作模式 Ｊ。 Ａｒｄｕｉｎｏ接口板的核心器件ＡＶＲｍｅｇａｔ６８可完成对 ｎＲＦ２４ＩＤ１的初始化以及相互间通信，也和主控芯片 Ｃ８０５１Ｆ０２０保持通信。当系统处于发送状态时，ＡＶＲｍｅｇａ１６８ 接收ｎＲＦ２４Ｌ０１发来数据包后，即可通过上位机显示。 ２无线测温系统软件设计 无线测温系统软件设计主要包括Ｃ８０５１Ｆ０２０发射模块 程序和以Ａｒｄｕｉｎｏ控制板为中心的接收模块程序。发射模块 主要作用是采集温度、数据处理、发送和保存数据等。接收模 块主要作用是和上位机通信。 发射模块主要对热电偶的输入模拟信号进行信号采样， 然后对比查表，将数据转换为温度数据。当发送标志允许时， 通过无线ｎＲＦ２４Ｌ０１器件发送给ＡＶＲｍｅｇａ１６８，其工作流程见 图２。 图２发射模块工作流程 该系统在上电复位后，将传感器检测信号转化为 Ｃ８０５１Ｆ０２０能够采集的模拟量，再将Ｃ８０５１Ｆ０２０各功能模块 初始化，包括ＡＤ转换器、计数器，ＩＤ、Ｔｌ、，Ｉ２和中断程序等。 系统每５０ ｍｓ通过ＡＤ转换器对输入信号进行１次采样，并将 采样信号转换成温度数据，对数据加上帧头、帧尾和校验位， 最后将若干帧数据打成数据包 。当发送标志允许时， Ｃ８０５１Ｆ０２０每５０ ｍｓ通过无线ｎＲＦ２４Ｌ０１器件将数据包发送 给Ａｒｄｕｉｎｏ接口板接收数据。由于须采集大量模拟信号并传 输到系统实时处理，因此必须考虑信号采集的准确性和实时 Ｓｅｒｉａ１．ｂｅ￣ｎ（９６００）； Ｉ ｖｏｉｄ ｌｏｏｐ（） ｛ ＦｒｅｑＣｏｕｎｔｅｒ：：ｆ＿ｃｏｍｐ １０６； ＦｒｅｑＣｏｕｎｔｅｒ：：ｓｔａｒｔ（１ＯＯＯ）； ｗｈｉｌｅ（ＦｒｅｑＣｏｕｎｔｅｒ：：ｆ＿ｒｅａｄｙ ＝０） ｆｒｑ ＦｒｅｑＣｏｕｎｔｅｒ：：ｆｆｒｅｑ； ＿Ｓｅｒｉ１ａ．ｐｆｉｎｆｌｎ（ＧｅｔＴｅｍｐ（ｆｒｑ））； ｝ ３结语 基于模拟量的温度采集系统测量周期长、效率低，且元器 件受温度影响较大，管理很不方便，发生故障时须耗费大量人 力逐一查找，尤其是难以适用于温室大棚中现场距控制中心 距离较远的情况。 而采用基于无线传输的测温系统，可实现 温度的现场和远程智能化在线监测和预警。 该系统在测温精度上达到了一定水平。由于使用独立存 储芯片，可以保存实时数据，这也提高了该系统的可靠性和可 维护性。 参考文献： ［１］潘琢金，孙德龙，夏秀峰．Ｃ８０５１Ｆ单片机应用解析［Ｍ］．北京：北 京航空航天大学出版社，２００２：１２． ［２］孙立香．Ｃｙｇｎａｌ—Ｃ８０５１Ｆ０２０与８０Ｃ５１单片机的区别［Ｊ］．企业技 术开发，２０１０，２９（１０）：１２． ［３］崔才豪，张玉华，杨树财．利用Ａｒｄｕｉｎｏ控制板的光引导运动小车 设计［Ｊ］．自动化仪表，２０１１，３２（９）：５—７． ［３］肖文鹏．走近开源硬件［Ｊ］．无线电，２０１１（１２）：６—８． ［４］陈渡，黄险峰．基于ｎＲＦ２４ＬＯ１和Ｃ８０５１Ｆ开发的短距离无线数 据传输网络［Ｊ］．工业控制计算机，２０１１，２４（１０）：７２—７３． ［５］吕国义，刘展．关于提高廉金属热电偶温度测量准确性方法探 讨［Ｊ］．计测技术，２０１０（Ｓ１）：８６． ［６］王玲，王中训，王恒．基于ＭＳＰ４３０单片机的多路无线温度检 测系统［Ｊ］．现代电子技术，２０１１，３４（１）：１２５—１２７． ［７］盛赛斌，李必成，肖城．基于Ｃ８０５１１７０２０ ＳＯＣ芯片的系统温度 测控的实现［Ｊ］．仪表技术与传感器，２００５（２）：３９—４０． ［８］于水．基于Ｃ８０５１Ｆ０２０的数据采集处理系统的设计与实现 ［Ｊ］．科技信息，２０１１（２８）：３５０—３５１．