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1 引言
在测控系统中，数据通信可以采用有线的方式，但在一些地理条件复杂，线路架设困难的场合，无线方式就显出了优势。目前，短距离无线通讯方式主要有两种：红外技术和工作于ISM频段的射频技术，其中ISM频段的射频技术又分为普通RF(Radio Frequency)，蓝牙技术，HomeRF等。红外技术的缺点是红外方向性强，通信距离较短，不能有遮挡物等。而与普通RF技术比，蓝牙和HomeRF不仅技术复杂度高，软硬件设计及其协议编程复杂，而且传输距离相对较近。目前国内外已经开发出各种基于RF技术的无线数据传输模块，其显著特点是：所需外围元件少，设计方便； 本文从低功耗、小体积、使用简单等方面考虑，基于射频 nRF905和数字温度传感器DS18B20设计了一个多路无线测温系统，整个系统由数字温度传感器DS18B20进行多路温度数据采集，并通过数码管将数据显示出来，同时可以通过RS-232串口将数据发送给PC。
2 设计的基本要求
利用SPCE061A单片机，DS18B20模组和nRF905模组设计了一个基于无线数据方式的多路温度数据采集与传输系统，基本要求如下： 1.能实现多路温度的实时采集； 2.温度通过数码管显示；
3.通过无线方式实现多路温度数据的采集与传输。
3 硬件电路设计
3.1 硬件设计思路
无线测温系统主要可分为主机系统和从机系统两大部分。从机系统包括微控制器及射频发送单元、显示单元、传感器采集单元；主机系统主要是微控制器及射频接收单元。主机与从机的CPU都是使用SPCE061A单片机，从CPU负责采集两路温度数据，同时进行数据处理以及数据显示；其中主CPU与从CPU的通讯采用nRF905进行无线方式发送和接收，从CPU和PC机之间的通信采用RS232
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标准接口。系统结构图如图1所示：
从收发器 传感器 单片机 nRF905 从机系统
数码显示
主收发器 主机系统 PC机 单片机 nRF905 图1系统结构
3.2 硬件总体设计框图
系统整体硬件设计包括从机系统硬件设计和主机系统硬件设计，其框图分别如图2，图3所示：
从机系统包括DS18B20传感器输入电路， nRF905发送电路，和LED数码管显示电路，利用SPCE061A单片机作为核心控制器，通过两个DS18B20器件实现两路温度的实时采集，在实际应用中，可以使用多个DS18B20传感器实现对多路温度数据的采集，接收到数据后，单片机将温度信息通过数码管显示出来， nRF905将采集的多路温度数据发送出去。
主机系统硬件部分主要通过nRf905接收温度数据，并将温度数据传送给单片机，单片机通过RS-232接口和PC进行通信。
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图2 从机系统框图
图3 主机系统框图
3.3 系统各部分电路的设计
3.3.1测温电路的设计
系统电路中对多路温度数据采集关键是温度传感器，在众多应用于温室环
境监测的温敏元件中,温敏电阻虽然成本低,输出为模拟信号,且输出信号较弱故需后续接放大及A/ D 转换电路, 但后续电路复杂,且需进行温度标定；其若采用普通运放则精度难以保证,本系统中采用数字式温度传感器DS18B20， DS18B20能实时采集温度数据, 接收到温度转换命令后,开始启动转换将温度物理量变换为数字信号并以总线方式传送到计算机进行数据处理,单片机可通过单线接口读到该数据,读取时低位在前,高位在后。DS18B20可以采用两种供电方式：一种是采用电源供电方式，GND接地，数据线与单片机的I／O 口相连；另一种是寄生电源供电方式，此时VDD和GND接地，数据线接单片机I／O口。无论是寄生电源方式
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还是外部供电方式，I／O口线都要接5 kΩ左右的上拉电阻。这是由于温度转换和写入EEPROM时要求电流较大、持续时间较长，因此要求数据线在此期间要强制上拉。本设计中采用外接电源方式，如图4所示：
图4 DS18B20电路
DS18B20 测温原理如图5所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小,用来向计数器1提供固定频率的脉冲信号。高温度系数晶振的振荡频率受温度影响较大,随温度的变化而明显改变,其产生的信号作为计数器2 的脉冲输入,用于控制闸门的关闭时间。初态时,计数器1和温度寄存器被预置在与- 55℃相对应的一个基值上。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数,在计数器2 控制的闸门时间到达之前,如果计数器1的预置值减到0 ,则温度寄存器的值将作加1运算,与此同时,用于补偿和修正测温过程中非线性的斜率累加器将输出一个与温度变化相对应的计数值,作为计数器1 的新预置值,计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数,如此循环,直到计数器2控制的闸门时间到达亦即计数到0 时,停止温度寄存器值的累加,此时温度寄存器中的数值即为所测温度。
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图5 DS18B20的测温原理
VDDa`dpabcdefgdpR1~R8 240*8R1R9Q1R10Q2R2R11Q3R3R12R4R13Q4Q5R5R14R6R7R15Q7R16Q8R8R9~R16 470*8Q1~Q8 NPN8050*8Q6ABCDEFGDPAMBERCCabacfbdgeecfddpgdpVCC12345678abcfbgdeecdfdpgdpVCCa12345678afegdVCCabcbdecfgdpdp12345678afgedabbcdecfdpgdp12345678VCC1211ULN2003ADIG5DIG4DIG312345678IN 1IN 2IN 3IN 4IN 5IN 6IN 7GNDOUT 1OUT 2OUT 3OUT 4OUT 5OUT 6OUT 7COM161514131211109DIG1 109GND
图6 数码显示电路
3.3.2 数码显示电路的设计
本系统的显示部分采用4位数码管进行动态扫描显示，一位位地轮流点亮各位数码管，段选线由8个8050三极管驱动，各位LED显示器的位选线由ULN2003A驱动，动态显示时各数码管轮流选通，ad～dp经过8路同相驱动8085后接至数码管各段，用另一个输出口ULN2003A作为LED的位选控制口；其中ULN2003A是单片高电压、高电流达林顿晶体管阵列，每片包含7对NPN型达林顿管，具有高电压输出特性，并带有共阴极的续流二极管使器件可用于开关型感性负载。每对达林顿管的额定集电极电流是500mA， ULN2003A中每对达林顿管的基极都串联有一个2.7kΩ的电阻，可直接与TTL或5V CMOS器件连接；数码显示电路原理如图6所示；在使用时，将a～dp接IOA8 ～IOA15，DIG1接IOB8，DIG4～DIG6接IOB11～13。
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基于无线数据方式的多路数据采集与传输
