无源无线温度传感器_范文大全

无源无线温度传感器

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【优秀范文】无源无线温度传感器

范文一:无线温度传感器 投稿:龚儵儶

长 春 大 学

毕业设计(论文)手册

学 院:

专 业:

班 级:

学生姓名:

学 号:

指导教师: 电子信息工程学院 物联网工程 物联网12410 王 贺 021241007 关秀丽(讲师)

长春大学教务处制

二〇一五年十二月

目 录

长春大学毕业设计任务书 ....................................................................................................... 1 长春大学毕业设计开题报告 ................................................................................................. 3 长春大学毕业设计中期检查表 .......................................................................................... 10 长春大学毕业设计指导教师评定表 ............................................................................... 11 长春大学毕业设计审阅人评定表 ..................................................................................... 12 长春大学毕业设计院级答辩考核表 ............................................................................... 13 长春大学毕业设计总评成绩表 .......................................................................................... 14 长春大学毕业设计学生工作记录 ..................................................................................... 15

长春大学毕业设计任务书

长春大学毕业设计开题报告

长春大学毕业设计中期检查表

长春大学毕业设计指导教师评定表

长春大学毕业设计审阅人评定表

长春大学毕业设计院级答辩考核表

长春大学毕业设计总评成绩表

长春大学毕业设计学生工作记录

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范文二:无线温度传感器 投稿:秦臹臺

无线温度传感器

测量温度的低功耗无线传感器节点

技术领域

本发明涉及一种低功耗温度测量装置,尤其涉及一种通过对热电偶输出信号的采集处理,以实现温度测量及测量结果的无线传输的测量温度的低功耗无线传感器节点。 背景技术

目前工业现场温度采集系统所使用的温度信号采集装置多种多样,有相当一部分温度信号测量单元都是有线方式(如 CAN 总线等),将测量信号发送到控制中心。由于工业现场环境复杂,使得有线信号传输方式的温度测量单元的安装繁琐、维护困难、成本过高,特别是还可能存在着一些无法布线的测点,不能安装温度测量单元,造成测量盲区。随着嵌入式技术、分布式信息处理技术和无线通讯技术的发展,无线传感器技术凭着节点体积小、安装力一便、节能等优点,在状态检测领域具有广阔的应用前景,在这一新技术的支持下,便可对现有的温度采集系统进行改进与革新。为了充分发挥温度无线传感系统安装方便的优势,无线传感器节点需要用电池供电,为了避免频繁地为传感器节点更换电池,传感器节点的节能设计是系统要解决的一个关键问题。

发明内容

本发明针对现有技术的不足,而研制的一种适应于工业现场温度采集的,由电池供电,通过热电偶测量测点温度,并将测量数据通过微功耗无线通信单元进行无线传输的低功耗无线传感器节点。本发明所采用的技术手段如下:

一种测量温度的低功耗无线传感器节点,包括热电偶传感器组,用于温度信写的采集;其特征在于还包括微功耗微处理器、信号处理及数模转换器、微功耗无线收发单元、模拟多路复用开关、电源模块和 ID 配置单元;

所述信号处理及数模转换器,用于完成温度测量信号放大、冷端补偿,并将模拟信号转换为数字信号;

所述微功耗无线收发单元,用于将微处理器处理后的温度测量信号向外发送或接收外部控制信号;

一种无线传感器网络节点及其实现方法

技术领域

本发明涉及了一种短距离低功耗的无线通信系统的设计方案,主要解决了高频通信条件下的无线传感问题,属于嵌入式系统和无线通信的交叉领域。

背景技术

无线传感器网络(叭肠间“ s 象滋 sorNe 加阳 rk ,简称 WSN )综合了微电子技术、嵌入式计算技术、现代计算机网络技术及无线通信技术、分布式信息处理技术等多种先进技术,网络中的节点能够相互协作地进行实时监测、感知和采集网络覆盖区域中各种环境或监测对象的信息,并对其进行处理,处理后的信息通过无线方式被发送,并以自组多跳的网络方式传送给观察者。无线传感器网络将逻辑上的信息世界与客观上的物理世界融合在了一起,从而实现物理世界、计算世界以及人类社会三元世界的连通。

无线传感器网络作为当今信息与计算机领域的一个全新的研究方向,综合了多种学科的前沿技术,现在已经受到学术界和工业界的广泛关注。包括美国国防部在内的很多科研机构和大学研究机构都已经纷纷投入了大量的研发力量和精力从事无线传感器网络软硬件系统

的研究。在无线传感器网络硬件平台的实现方面,最具有代表性的就是 Berkeley (伯克利)大学的 Smart Dust (智能尘埃)实验室以及 Crossbow 公司的 Mica 系列节点的研制。

作为无线传感器网络平台的硬件载体,无线传感器节点的设计需要遵循微型化,低功耗,扩展性强,稳定性高,安全性好,成本低等众多因素。然而,作为一种新兴出现的技术,建立一个运转良好、鲁棒性好的无线传感器网络还是面临着许多挑战。而且由于它的一些独特特性,无线传感器网络的设计方法与现有无线网络的设计方法有很大不同。例如,由于传感器网络中的传感器节点分布密集,所以需要大范围的数据管理和处理技术。其次,无线传感器网络节点一般部署在人类难以到达和接触的区域,这就使传感器网络节点的维护面临着很大的挑战。除此之外,电源消耗也是一个很重要的问题,无线传感器节点作为微小器件,只能配备有限的电源,在有些应用场合下,更换电源是近乎不可能的。这使得传感器节点的寿命在很大程度上依赖于电池的寿命,所以降低功耗以延长系统的寿命是无线传感器网络设计需要首要考虑的问题。

由于无线传感器网络的硬件系统主要包括传感器、处理器和无线通信三个部分,跨越多个领域,而且国际上对无线传感网络领域的研究也只有短短的几年时间,现有的绝大部分研究和设计都是各领域的成熟模块的板级集成,并没有使用专用的处理芯片,在系统功耗、芯片面积、节点面积、处理能力、程序空间、数据空间等方面都受到了极大的限制。目前的工作有必要从无线传感网络应用的实际需求出发,开发出专用的核心片上系统芯片,并进一步集成传感器、射频通信、功耗管理及其他专用功能,从而满足无线传感网络的各种应用需求。本发明所涉及到的一种无线传感器网络节点的设计与实现,正是在以此为基础而开展进行的。目的是通过对各种无线传感器网络及节点的详尽研究,设计出具有自主知识产权的无线传感器网络微处理器芯片和节点,进一步组建无线传感器网络。

发明内容

技术问题:本发明的目的是提供一种无线传感器网络节点及其实现方法。该方法构建一种高性能低功耗的无线传感器网络硬件载体,节点的设计和实现不仅在功能上满足了传感器网络的一般的数据传输,状态控制,实时监控,自主定位等一系列功能,同时,在系统集成度方面有了很大提高,进一步降低了节点的能耗,加强了节点的自主定位能力,改进了节点的自我性能监控和自我维护的方式与方法。最终目的是开发出高性能,较强自适应能力,极高集成度的片上系统。

技术方案:作为无线传感器网络平台载体的 Ubicell (本发明节点的命名)节点,集成了多功能传感器部件,高性能微处理器部件,高频无线收发部件等多种嵌入式芯片.拥有多功能传感信息传递,高速数据信息采集,信号处理,无线数据传输,高精度自主定位和实时监控等多种功能。实用性强,应用范围广泛。节点通过多功能综合化的外围传感模块感知需要观察的信息量,并自动传入内部的主控模块,进行信号分析和处理,并将处理后的信息送至无线发送模块。射频模块在一定的频段内,按照预先设定的数据传输率和编码方式,进行信息的传递,从而实现传感信号的无线通信。本发明提出了一种实时感知外部传感信息并能够进行传感数据传输和控制

范文三:应用于电力系统温度监测的无线无源温度传感器 投稿:钱薐薑

应用于电力系统温度监测的无线无源温度传感器

文章来源:麦姆斯咨询王懿 热敏陶瓷的无线无源温度传感器,其传感器本身在工作时不需要额外电源介入,因此非常适合在普通温度测量方法无法测量的电力系统高压设备连接点等裸露高压或密闭空间处进行在线温度监测。

结构

小型天线: 完成来自读卡器的无线询问信号的接收,以及传感器应答信号的发射。

带通滤波器: 完成工作频带带外的干扰抑制,提高信噪比。

振荡器: 基于热敏陶瓷的振荡器,工作于频率fa。此频率受温度调制,变频范围出厂时校准。 导热封装: 实现传感器的环境隔离,并保证足够的导热率。

热源: 即为感知目标表面。

工作原理

监测温度包含以下步骤:

a) 询问信号生成

b) 振荡器激励与温度调制

c) 反射信号检测

d) 温度信息解算

a) 询问信号生成

根据出厂时校准的传感器变频范围确定读卡器频率扫描范围。

读卡器按照频谱特性周期性扫描传感器工作频率范围。在每个频点发送单频询问信号照射传感器,随后切换至接收状态,监听该单频信号的反射信号。

b) 振荡器激励与温度调制

无线询问信号由传感器天线接收后激励振荡器工作。当信号接近振荡器工作频率时,振荡器储能达到最大,且其反射信号亦达峰值。

c) 反射信号检测

读卡器在问询信号关断后,振荡器持续振荡时接收应答信号,解调并监测信号幅度。以此可获知传感器应答信号的幅度-频谱分布。

d) 温度信息解算

根据幅度-频谱分布,可计算出当前温度的工作频率,并通过计算公式得到对应的温度值。

传感器主要性能指标

无线测温读卡器主要性能指标

安装结构

系统特点和优势

• 无源:传感器无需供电,安装维护简单,安全可靠,无电池使用寿命问题 • 安全性高:传感器与读卡器之间采用无线通信

• 密封性好:室内室外、恶劣天气下均可安全使用

• 无需校准:传感器采用差值方式计算温度,长期使用无频偏问题 • 安装方便:可提供扎带式、音叉式等多种安装方式传感器

• 易扩展:每个读卡器终端可对应多个传感器,即插即用,易于扩展升级 • 多接口通信:支持RS232、RS485传输方式和无线传输方式

• 可接入智能综保:可通过RS485总线接入其他公司平台和智能综保系统 • 多样化报警:支持软件报警、本地声光报警和短信报警等

范文四:无线光照度、温湿度传感器 投稿:龚奩奪

无线光照度/温湿度传感器

功能介绍:

无线光照度/温湿度传感器,是一款超低功耗,采用大容量工业级锂电池供电,基 于IEEE802.15.4标准,符合VNet传感网协议的高精度智能一体化无线传感器,本产品带有开关机按键使用方便简单。

本产品主要应用领域是针对配套供电环境不便的场合,如通讯机房、办公室、仓库、医院、档案馆、博物馆、制药厂、食品厂、农业温室等环境进行光照度和温湿度监测,尤其适合农业温室大棚的使用,实现传感器数字信号的无线远传。

本产品具有更改内置无线通信模块的PANID、信道、休眠时间等功能,无需现场布线,方便使用;超低功耗设计,内置工业级大容量锂电池供电,电池供电时,能够满足设备在现场使用3年以上。

温湿度传感器采用高精度瑞士进口传感器,探测范围宽,可对-20℃~120℃及0~100% RH范围之内的温湿度进行精确测量,可对0~200000lux范围内的光照度进行测量,电路使用温度

补偿,产品工作稳定可靠;全标定输出,互换性好,无须标定即可互换使用。 本产品必须和符合VNet协议栈的无线传感网网关组建一个完整VNet无线传感器网络使用。 生产工艺流程图

技术指标

产品特点

工作于780M频段,无须向国家无线委申请;

能够组建基于IEEE802.15.4国际标准的的WSN无线传感网络; 无线安装,简单方便,测量精度高;

网络节点多,测量距离远,抗干扰能力强;

低功耗,工作稳定性强,使用时间长;

同时测量温度、湿度、光照度三个环境变量,方便用户使用; 配有各种传感器信号的采集模块;

带有开关机薄膜按键,节约电能,使用方便简单。

带有无线参数复位薄膜按键,方便网络安装调试。

无需布线,克服传统布线成本高,难度大,不安全等问题; 工程量小,调试方便,省下人工费和安装调试费等;

传感器体积小,灵活性强,可按照实际现场,灵活放置,可移动性强; 传感器数据采集精度高,仅一次AD模数处理,采用16位ADC,精度高; 超低功耗处理,自组织、自愈合的动态拓扑结构的无线传感网无线网络。 湿度测量

 测量范围:0%RH~100%RH(非结露);

 准 确 度:湿度±3%RH (20%RH~80%RH,25℃) ;

 测量分辨率:8位(可提高至12位);

 长期稳定性:≤1%RH/y ;

 响应时间:≤4s(1m/s 风速);

 电路工作温度:-20℃~70℃;

温度测量

 测量范围: ­20℃~120℃;

 准确度:±0.5℃;

 长期稳定性:≤0.1℃/y ;

 响应时间:≤15s(1m/s 风速);

 电路工作温度:-20℃~70℃ ;

光照度测量

感光体:带滤光片的硅蓝光伏探测器;

测量范围:0Lux~200000Lux;

波长范围:380nm~730nm;

余弦修正功能:≤5%;

温度特性:≤0.5%/℃;

电路工作温度:-20℃~70℃

无线通信

 通讯频段:780M 频段;

 空中速率:250Kbps;

 信道数量:4;

 设备地址:全球唯一64bits的MAC地址;

 无线可视距离:400米;

 接收灵敏度:-102dBm(1%PER);

 无线工作频段:779MHZ~787MHZ;

 天线:防水橡胶终端天线;

 防护等级:IP65,防水接头,电缆保护软管;

 工作温度:-20°C~+75°C;

 协议:标准VNet无线传感网协议;

 IP65工业级PC阻燃防水外壳;

范文五:声表面波谐振器型无源无线温度传感器 投稿:叶菌菍

第24卷第4期              仪 器 仪 表 学 报           2003年8月

声表面波谐振器型无源无线温度传感器

Ξ

李 平 文玉梅 黄尚廉

(重庆大学光电工程学院国家教育部光电技术及系统重点实验室 重庆 400044)

摘要 介绍了一种新型的单端口声表面波谐振器构成的无源无线温度传感器。分析了间歇正弦信号无线激励的单端口声表面波谐振器的响应特性。该响应为幅度衰减的振荡信号,振荡的中心频率为声表面波器件固有频率。设计并构造了高效、快速、较远距离自动无线遥测温度的实验系统,实验系统验证了测量原理的正确性。关键词 声表面波 无源无线传感器 遥感测量

ThePassiveWirelessTemperatureSensoroftheSAWResonator

Liei HuangShanglian

(TheKeyL2SystemsofNEMCollegeofOpto2,University,Chongqing400044,China)

Abstract Thispaperinsystemoftheone2portSAWtemperaturesensor.It

.ThereflectingsignalisaanalyzestheexcitedbyintervalsinusoidalsignaldecayingsignalisthenaturalfrequencyoftheSAWchip.Theexperimentsystemwithhighefficiency,highspandremotesensinghasbeendesignedandconstructed.constructedwirelesssensorsystemtestifiesthevalidityandfeasibilityoftheprinciple.Keywords SAW Passivewirelesssensor Remotesensing

Theexperimentinthe

1 引  言

无源无线声表面波传感器具有普通传感器没有的优点,特别适用于一些不能接触的特定环境下的遥测和传感。因此,声表面波无源无线传感器的研究正得到迅猛的发展[1]。

从声表面波遥感的测量原理分,可分为延迟型和谐振型两类。前者输入为高功率、宽频带的射频脉冲,能够方便进行编码,但传感距离非常短;而后者自身损耗极小,适应于较远距离的无源无线遥感。然而,现有的文献中采用脉冲冲击信号作为发射信号[1],由于激励的宽频带信号只有很窄频带的信号可以反射回来,因此,系统损耗很大,无法在较远距离遥感。

针对上述问题,提出了一种新的声表面波谐振型温度传感器测量原理。分析了单端口声表面波谐振器

响应特性,采用间歇的正弦脉冲串信号激励单端口谐振型声表面波器件,其回波信号为一幅度衰减的信号。改变间歇正弦脉冲串信号的占空比,就可有效地控制频率的搜索。因此,所构成的系统只要测出反射信号的频率就可知道随温度变化的器件固有频率。同时由于正弦间歇脉冲串信号激励产生的反射效率远比单个冲击脉冲激励时产生的反射高,因此有更高的灵敏度。该传感器对正弦脉冲串的响应特性不仅简化了设计,而且提高了信噪比,信号处理方便。

2 SAW传感器的结构和工作原理

单端口声表面波无源传感器如图1所示。在该结构中,每一电极的间距是相等的,为L。其中,声反射镜构成一个声学谐振腔,而叉指换能器(IDT)将激励的能量引入并将谐振腔中能量经天线发射出去。

Ξ本文于2001年8月收到,系国家自然科学基金(69974044)及国家教育部留学回国人员基金资助项目。

404

仪 器 仪 表 学 报                第24卷 

可见,在接收周期内冲激信号是一幅度衰减的振荡信号,其振荡中心频率为器件的固有频率。振荡持续的时间与器件的品质因素密切相关。而无线回波振荡信号的幅度由激励的间歇信号的幅度和占空比决定。调节激励的间歇信号的占空比,可改变搜索的频率宽度,实现无源无线温度测量。

当连续的周期正弦信号通过天线加到IDT上,在压电基片的表面激励出声表面波,经反射栅反射到IDT,转化为电磁波,发射给接收机。当激励频率f等于其固有频率f0时,由于传感器的品质因素Q值很高,该传感器将发生谐振。固有频率为:

f0=

2L

(1)

其中,vs为声表面波的在压电材料中的传播速度

3 无源温度传感器系统的工作原理

无源无线温度传感器系统的组成如图2所示

图1 单端口无源无线声表面波传感器结构示意图

由SAW的温度和固有频率的关系[2]:

(1)

(TT0f0(T)=f0(T0)[1+Αf

(2)

(-02(2)Αf

(i)

式中:Αi。经合理设计f

。如法国国家

87.79MHz和MHz等数种石英声表面波谐振器作为无源无线传感器,其品质因素Q均大于3000。天线采用小尺寸的偶极子天线。

谐振型无源无线温度传感器系统分为在时序上交替工作的发射和接收两部分。在发射周期,激励信号较强,且间歇正弦信号的持续时间也较长,因此,射频放大器应将信号功率放大至30dBm以上。考虑到对未知谐振信号的查询,系统采用500Hz至5KHz重复频率、占空比可调的间歇正弦波激励。因此,计算机直接控制收发开关的信号控制电路,使激励信号成为所需要的形式经天线发射出去。

在接收周期,收发开关将从无源无线声表面波反射回来的信号,经放大后,下变频到1MHz以下的解调信号,经计算机的数据采集后,送计算机实时分析处理。回波在其频率与固有频率接近时,调制波的幅度很大;当其频率与固有频率相差较远,调制波的幅度衰减非常快。由于无源无线传感器反射的能量非常小,因此,发射频率与固有频率非常接近。

在系统中,极化匹配天线满足最大辐射方向与最大接收方向对准时的雷达测距方程:

(6)=Ρ[]2Pt4Π4ΠR1R2式中,Pr、Pt分是接收和发射功率;Ρ是目标的反射面积;G0t、G0r分别是发射和接收天线增益;R1、R2分别是发射和接收天线与目标间的接收距离。若R1=

科学研究中心物理计量实验室设计的有源有线SAW振荡器[3],采用LST切型石英,从-25℃~100℃温度

(1)(2)-6

范围内温度系数为:Α󰃗℃,Α.1×f=31×10f=-2󰃗℃2,非线性为:0.1℃。当温度发生变化,固有频率改变。只需测量出固有频率,就能知道温度值。10-14

对于声表面波器件,它的输入为电压信号,输出为短路电流。声表面波谐振器总的冲激响应是:

N

h(t)=e

jΞ0t

2l

∑∑RT〔Wl=0i=0

mR

(t-2lΣ0-iΣ0,mL・Σ0)〕

(3)

其中:mL为换能器中叉指的对数:Σ0=1󰃗2f0;窗函数

W(t,mLΣ0)=u(t)-u(t-mLΣ0)。

当输入采用间歇正弦脉冲信号:

)(4)vi(t)=cosΞit∏(

T

由冲激响应可得间歇脉冲激励信号的响应为:

N

2

y(t)=vi(t)3h(t)=[∑Tn=1

(n-1)

)]3KWM

v0

WM(t)3[E0cosΞit∏(

∆(t-

(t)3)]T

(5)

 第4期                声表面波谐振器型无源无线温度传感器可R2,则反射回来的功率信号随距离呈4次幂的衰减。见,该反射信号是非常弱的。此外,如天线与接收机阻

抗不匹配、馈线有衰减等还将衰减接收信号。

当回波信号的幅度很小,泄漏的激励信号与回波信号经过功率收发开关将产生混频,严重影响回波信号的质量。为减少发射信号通过功率开关的泄漏影响,在RF功放前端增加了电子开关,从而增加在接收周期中对激励信号的隔离。

405

图4 温度测量系统测得的温度与频率的关系

4 实  验

采用标称谐振频率为f0=144.20MHz,频宽范围f0±80kHz的声表面波谐振器,通过无源匹配网络和偶极子天线相连,在100cm以内观察它对无线激励信

δ-号的响应。当用正弦脉冲激励,激励频率f=f700kHz,脉冲周期1kHz,占空比50%。无线返回的响

δ作本振下变频后的波形如图3

。应信号通过放大和用f

5 结  论

理论分析和实验表明,采用间歇式正弦信号激励

单端口声表面波谐振器,其反射波是一幅度衰减的信号,其振荡的中心频率是固有频率。利用间歇正弦信号无线激励声表面波器件,,提高了遥感测,10米距离准确地,从而确定出环境。声表面波不仅能感知温度的变化,经合理设计后,而且能测量应力、应变、加速度、位移、化学量和生物量等众多参量。声表面波无源、无线温度传感器是一种没有传感器供电,没有任何物理联线的传感器。它特别适用于许多复杂恶劣的环境、不能有电池供电的场合,这为无源无线传感器用于许多普通传感器无法应用的特殊环境,开辟了广泛的应用前景。  参考文献

1 AlfredPohl.AReviewofWirelessSAWSensors.

IEEE

图3 无线正弦脉冲激励的实际响应波形

对87.79MHz的声表面波谐振器作为无源无线

传感器进行了温度实验,无线距离在4米,当温度范围为30290℃时,其温度与频率变化的实验数据如图4所示。其拟合曲线可表示为式7,均方根误差为:1.3。其灵敏度近似为:1.1KHz󰃗℃。

2

(7)∃f=-17.8+0.718×T+0.0034×T

从该表达式可知,

该传感器的固有频率与发射频率的偏差和温度关系近似为线性。

TransactionsonUltrasonic,Ferroelectrics,andFrequency

~332.Control,2000,47(2):317

2 肖鸣三,宋道仁1声表面波器件基础1济南:山东科学技术

出版社,19801164~1661

3 D.Hauden.SAWresonatorforsensitivedevices.Proc.

34thAnn.Freq.ControlSymp.,1980,312~319.

(上接第383页)

5 傅献彩,沈文霞,姚天扬.物理化学.北京:高等教育出版社,

2000.522~540.

6 金一庆,陈越.数值方法.北京:机械工业出版社,2000.10~

22.

7 BrosilowC.B.,M.Tong.Thestructureanddynamicsof

inferentialcontroller.Int.J.Control,1987,46(2):485~499.

8 HarryD.,Wilder,E.J.Daleski.DelignificationRate

Studies.Part󰂫ofaSeriesonKraftPulpingKineties,

~297.Tappi,1965,48(5):293

9 Richard,R.,Gustafson.etc..TheoreticalModeloftheKaft

PulpingProcess.Ind.Eng.Chem.ProcessDev,1983,22:87

~96.

范文六:无线湿温度传感器 投稿:侯葍葎

无线温湿度传感器

使用说明

目录

文檔版本:1.01....................................................................................................................................11概述:............................................................................................................................................32管脚使用说明:.............................................................................................................................4

2.1管脚接口............................................................................................................................5

温湿度传感器数据接口....................................................................................................5电池接口............................................................................................................................5数据的输入和输出(TTL接口)...................................................................................5DC管教..............................................................................................................................5指示灯:............................................................................................................................5

3命令设置(UART串口模式):....................................................................................................1

3.1.系统参数的数据格式和设定:......................................................................................1A重发次数和功率控制:......................................................................................................1B通道选择:............................................................................................................................1C是发射的包长:....................................................................................................................1D系统参数:..............................................................................................................................2E空中速率选择:..................................................................................................................2

G本子机地址:......................................................................................................................2H主机地址:..........................................................................................................................2I温度检测时间:....................................................................................................................3J发射间隔:............................................................................................................................3K温度门限:..........................................................................................................................3L温度检测时间2:...............................................................................................................3M发射间隔2:.........................................................................................................................3CHK校验和........................................................................................................................3系统返回:................................................................................................................................3ABCDEFGHIJKLMCHK缺省值:...........................................................................33.3参数设置流程.....................................................................................................................54数据输出格式................................................................................................................................65传感器连接图................................................................................................................................7

1概述:

WT_L01WT_S01WT_S02(带PCB天线)WT_S03无线温湿度传感的解决方案:

1.外部仅需要连接温湿度传感器(SI7020,SI7021,HTU20,SHT20)和电池(3-3.6V)2.传输距离可以选择:50米,和500米直线两种

3.传感器,用串口进行各种配置(测温间隔,发送间隔,温度高温门限)4.目前有4种板型可供选择,满足客户各种外观需求5.静态功耗低至2.7-6UA,60S检测一次,5分钟发一次.6.实时电池电压检测

平均功耗小于10UA

7发射功率:500米20DBM(MAX),50米0DBM符合FCC,CE,SRCC,认证标准8支持在线升级,串口可以升级最新温度传感的固件来满足市场的变化9.256通道,同时允许256组产品工作,互不干扰.

WM24TRL_S01传感器界面温度无线接收器,采用串口通信,这些取决于产品的外形.

可以外置SMA天线,也可以任性的只用一个3.1CM的导线,

1.支持转发功能

2.数据:温度,电池电压,子机号,信号强度,3.传输方式TTL电平

4.具体参数设定请参考WM24TRL_S01的规格书.

2管脚使用说明:

WT_L01WT_S01

WT_S02NameANT

(调试指示灯脚为说明天线管脚

KEY3)WT_S03

使用

选外部天线时候,外部天线的连接出口.1:外接3.1cm的导线做天线.2.使用屏蔽线连接出接外部天线,3.在外

部的PCB上合适的位置画PCB板天线.

2.1管脚接口

温湿度传感器数据接口

No1234

温湿度GNDI2C_SDAI2C_SCKVCC

WT_S03管脚

WT_S02管脚

WT_S01管脚GND(PIN12orPIN1)OP5(PIN8)OP4(PIN7)

VCC

GND(PIN12orGND(PIN5orPIN1)PIN9)OP6(PIN8)OP5(PIN7)VCC

(PIN9)

KEY2(PIN6)

KEY4(PIN10)VCC(PIN9)

WT_S03管脚GND(PIN12orPIN1)VCC

(PIN9)

WT_S02管脚GNDPIN9)VCC

(PIN5or(PIN7)

WT_S01管脚GND(PIN12orPIN1)VCC(PIN9)

WT_L01管脚GND(PIN4orPIN10)VCC

(PIN1)

(PIN7)

WT_L01管脚GND(PIN4orPIN10)OP2(PIN8)OP1(PIN9)VCC

(PIN1)

电池接口

No12

电池接口GNDVCC

数据的输入和输出(TTL接口)

No12

PINSTXRX

WT_S03管脚TXD(PIN10)RXD(PIN11)

WT_S02管脚BATT_LO(PIN3)

RFID_OUT(PIN2)

WT_S01管脚TXD(PIN10)RXD(PIN11)

WT_L01管脚TXD(PIN2)RXD(PIN3)

Description接USB转TTL的RX端(OutputPinTTL)接USB转TTL的TX端(InputPinTTL)

固件升级接口和产品配置接口

DC管教

No1

PINSDC

WT_S03管脚OP4(PIN6)

WT_S02管脚KEY1(PIN4)

WT_S01管脚OP3(PIN6)

WT_L01管脚OP3(PIN7)

Description用于设定参数DC接地的时候,进行参数设置,DC悬空或接VCC为正常工作状态

指示灯:

LED1为调试指示灯

所有其他未用的口,请保持悬空:

3命令设置(UART串口模式):

3.1.系统参数的数据格式和设定:

如下图所示:由A,B,C,D,E,F,G,H,I,J,K,L,MChk组成

所有参数设置都是16进制

A重发次数和功率控制:字长(1BYTE)

BIT4-BIT7重发次数:传输一包数据的时间越长.

BIT0-BIT3:功率选择:从0到7,8级控制。

最小值0,

最大值15.

重发越多,收到的可能性越大,但

0级为最近,7为最远。输入时请转换为(16进制)。

NOTE:如果数据超过范围,可能导致不正常。

A默认值为17,重发1次,发射功率最大

B通道选择:字长(1BYTE)

256CHANNEL

从0到255,也就是说:支持256组同时使用。输入时请转换为(16进制)。NOTE:如果数据超过范围,可能导致不正常。

如果都为同一个通道,那么一个发的,其它都可以收到.

C是发射的包长:字长(1BYTE)

最大为32,最小为1.

默认值为10

(包长为16)

请保持和无线温度器的数值同步

D系统参数:字长(1BYTE)

BIT0BIT2

重启是否通过串口输出配置参数自动应答是否启动保留

调试指示灯是否工作

温度检测的值是否通过串口打出

0:输出0禁止

1:不输1启动

BIT4-BIT5BIT6BIT7

0不工作0:输出

1表示工作1:不输

其表明多少次未收到应答就放弃

当自动应答启动的时候,A参数中的重发次数最好大于2,这包.

E空中速率选择:字长(1BYTE)

BIT4-BIT7NO.123456789

BIT7100000000

空速选择BIT6011110000

BIT5011001100

BIT4010101010

AirDataRate//空中数据速率500K250K100K76.8K38.4K10K4.8K2.4K1.2K

请保持和无线温度器的数值同步

G本子机地址:字长(4BYTE)

本机地址选择:默认值为0x0A0x000x000x00(从0到254)

H主机地址:字长(1BYTE)

目的地址选择:默认值为0x5A,数据的接收方,如果为0xFF表示发送给所有的主机

I温度检测时间:字长(1BYTE)

最大为256,单位(0.256S)

,缺省值0x40

(64)

大概16秒检测一次

J发射间隔:字长(1BYTE)

多少次温度检测,无线发送一次数据。缺省值为0x13(19),

0表示检测一次就发送。

约320秒发一次数据

20*温度检测时间

K温度门限:字长(1BYTE)

到达温度阀值后,将使用温度检测时间2进行温度检测和发射间隔2进行发射。(一般用于加快检测)

L温度检测时间2:字长(1BYTE)

最大为256,单位(0.256S)

,缺省值0x20

(32)

大概8秒检测一次

M发射间隔2:字长(1BYTE)

多少次温度检测,无线发送一次数据。

0,1表示检测一次就发送,后面的数字多

,

2*温度检测时间

约24秒发一

少就是检测多少次发射,缺省值为0x02(2次后发射)次数据

CHK校验和字长(1BYTE)

就是A到M的累加和。

系统返回:字长

如果系统设置成功,将会由串口返回ABCDEFGHIJKLMCHK否则将回返回“ERR”

ABCDEFGHIJKLMCHK缺省值:

编码举例:

发射功率最大,重发一次:第0个通道包长为16个字节

重新上电后,输出配置字,自动应答禁止,(温度转换后,串口不输出),9位分辨精度,LED指示空中速率本机地址

250K,正常模式

17001040

70

5A5A40

13(读19次温度发一次)5A

目的地址(主机地址)温度检测时间16S无线发射时间320S温度门限90度温度检测时间2无线发射时间2检验和

17001040705A0000005A40135A20035B1700104070010000005A4001142001A8读到后立马发射

8S24S

20035B

(读3次温度发一次)

//16S读取温度,读到后,立马发射,超温度后,8S读取温度,

3.2GET命令说明

通过GET命令获得模块中的配置参数。HIJKLMCHK

串口输入GET,串口将会返回ABCDEFG

3.3参数设置流程

开始

上电前DC管脚拉低

检查下面选项:1.DC管脚拉低2.系统参数是否对(要检查校验字是否对)

2.字节之间的发射间隔是否小于3MS

5.串口是否连接,波特率设置是否对(115200)?6.电源是否对(2.7V-3.6V)

根据设置的波特率通过UART输入

是否成功?

继续

否结束

把DC断开后,重新上电,恢复正常工作模式.

4数据输出格式

如下图所示:18个字节组成温度值整形2字节高位在前低位再后

温度值浮点值4字节

湿度值整形2字节高位在前低位再后

湿度值浮点值4字节

256/X*1.8的公式得到电池电压值

42312430

85

电池电压

子机号(4bytes)在这个主机集群里的子机号

0D000000

信号强度用来进行标签最后安装的摆放

E5

001C28度

41E526D82C

28.64396667484444.28533935553.46

数据输出格式:除了数据,其他部分是可以根据客户需求来改接收板子的固件

AAC5001C41E526D8002C42312430850D000000E5

信号强度E5

AA为起始区别码

C5为累加和//实际数据

温度1C为28度

,湿度2C为44,电压85为

3.46V,

001C41E526D8002C42312430850D000000

子机号为0D000000,如果要小数点后的温度和湿度,看浮点计算部分

Float浮点形,它是符合IEEE-754标准的单精度浮点形数据,在十进制中具有7位有效数字。FLOAT型据占用四个字节(32位二进制数),在内存中的存放格式如下:字节地址(由低到高)0123

浮点数内容MMMMMMMMMMMMMMMMEMMMMMMMSEEEEEEE

其中,S为符号位,存放在最高字节的最高位。“1”表示负,“0”表示正。E为阶码,占用8位二进制数,存放在高两个字节中。注意,阶码E值是以2为底的指数再加上偏移量127,这样处理的目的是为了避免出现负的阶码值,而指数是可正可负的。阶码E的正常取值范围是1~254,从而实际指数的取值范围为-126-127。M为尾数的小数部分,用23位二进制数表示,存放在低三个字节中。尾数的整数部分永远为1,因此不予保存,但它是隐含的。小数点位于隐含的整数位“1”的后面。

例如浮点数124.75=42F98000H在内存中的存放格式为:字节地址+0+1+2+3

浮点数内容00000000100000001111100101000010

124.75D=1111100.11B=1.11110011*2E6阶码=6D+127D=133D=10000101B符号位=0

5传感器连接图

参考资料

龙潭.陈志伟.陈斌.—《深圳市阅天信息技术有限公司版权所有》.2016.1.13

张晴.陈青昌.—《RFWORLD》.2016.1.13

范文七:无线温湿度传感器 投稿:沈棠棡

无线温湿度采集系统结构图

硬件配置参数:

无线数据采集器体积小巧,安装方便,采用空气对流原理准确测量采集器附近的空气温湿度。采集器使用支持USSN技术的超低功耗无线模块和经过校准的高精度温湿度传感器,数据直接通过无线传输,没有传输线上的损耗,保证数据的高可靠性。无需其他电源供电,使用2节AA电池就可工作2年以上。

无线数据收集器通过串口与监控主机连接,可对采集点进行认证、连接、管理及控制等操作。

功能特点:

自组网,无需中继,组网灵活

超低功耗,可以使用电池供电,电池电量显示

自动负载均衡,各点能耗相当

使用方便,即插即用

测量精度高

采集间隔可配置

采集点独立重命名

分布式监测显示

采集器认证和加密

超限报警设置

维护信息显示

系统应用:

无线温湿度采集系统是一种可用于高可靠性环境的实时监测网络系统,适用于各种对环境参数有测量需求的场合,如建筑物、仓库、温室大棚、博物馆、粮仓、公共集会场所等,能对大范围内多点的温度/湿度进行监测并长期记录监测数据。采集器之间自动组网传输,并且无需专用中继或路由设备,使用普通电池供电无需数据线及电源线,很容易增加或减少测点,极大的方便了系统安装,节省了布线及维护等综合成本。

使用步骤:

1.用串口线将无线接收器与计算机主机连接,安装和运行配套软件即可进行数据采集的控制

2.将待安装无线温湿度采集节点置于无线接收器附近,利用配套软件进行认证

3.将通过认证的无线温湿度采集器固定在待测环境中,按下测试键,当指示灯显示连接正确时

4.该采集点安装完毕

5.在计算机端确定网络连接

6.连接完成后控制软件可观测网络拓扑和显示采集的温湿度数据

技术指标:

采集间隔:可设置 1秒 至10分钟可设

温度测量:范围-40℃~125℃ 精度0.2℃

湿度测量:范围0%~99% 精度 +3%

RF通讯参数:工作频段ISM 2.4GHz

发射功率 1mW

作用距离:两点间通讯距离 室外空旷200米,可多跳转发

能耗指标:采集间隔15分钟 2年 / 3V 1000mAh (1节AA电池电量约为1.5V 1500mAh) 无线温湿度传感器特点:

(1)实时性:可以在线自动监测设备内关键点的温度变化,实时显示;

(2)免布线:采用无线数据传输,内部电池供电,无线温度传感器节点安装简便,不用任何布线;

(3)免维护:系统中的所有设备均采用一体化设计,安装后不需要任何维护工作;

(4)安全性:采用无线温度传感器,完全与电气设备隔离,安全、可靠;

(5)方便性:基于windows平台,利用USB或串口接口技术与电脑即插即用;

(6)低功耗:无线温度传感器节点选用先进的无线收发芯片,耗能极低,电池持续工作时间长达1年以上。

(7)高效益:可以节约购买昂贵的测温仪器费用,可以节约人力,减少设备维护、提高工作效率,实现电力运行自动化。

无线温度监控软件功能:

1、动态记录功能:连续如实的采集和记录监测空间内温度参数情况,以数字和图形、表格方式进行实时显示和记录监测信息;

2、数据统计分析功能:实时显示或者历史显示房间的各参数曲线变化,可以同时显示多个不同房间的环境参数曲线,更方便比较分析。可显示参数列表、实时曲线图、实时数据、累计数据、历史、等多种显示功能更加贴近用户需求;

3、数据存储功能:所有的数据采集和记录到电脑上,按要求记录各采集点温度变化曲线或表格及工作情况;可以保存、备份、归档等;

4、打印、报表功能:按要求打印各个温变化曲线或表格及工作情况报告;

5、数据远程自动传送:可以采集到的温度数据在设定的时间段内发送到指定手机上。

范文八:无线温度传感器的设计 投稿:田拷拸

无线温度传感器的设计

摘要

随着社会的进步和生产的需要,利用无线通信进行温度数据采集的方式已经渗透到社会生活生产的每一个角落,温度测量的准确度在影响生产效益的同时也在逐步得到社会的重视。

关健词:无线温度传感器 设计

With the social progress and production, temperature data acquisition usingwireless communication has penetrated into every corner of social life and production, the accuracy of temperature measurement at the same time affects the production efficiency also gradually to get the attention of the society.

Guan Jian: the design of wireless temperature sensor

引言

在工业现场,由于生产环境恶劣,工作人员不能长时间停留在现场观察设备是否运行正常,就需要采集数据并传输数据到一个环境相对好的操控室内,工作人员可以在这里将控制指令传输给现场执行模块进行各种操作。这样就会产生数据传输问题,由于厂房大、需要传输数据多,使用传统的有线数据传输方式就需要铺设很多很长的通讯线,浪费资源,占用空间,可操作性差,出现错误换线困难。此时便需要利用无线传输的方式进行数据采集。 在农业生产上,不论是温室大棚的温度监测,还是粮仓的管理,无线通信技术的发展使得温度采集测量精确,简便易行。

为此,采用以下方案设计一种无线温度传感器,能够方便人们的工作和生产。

1、传感器的选择

传统的模拟式传感器具有测量转换速度快,温度测量范围宽的优点。但是模拟传感器的模拟信号需要先经过取样、放大和模数转换电路处理,再将转换得到的表示温湿度值的数字信号交由微处理器或 dsp 处理。被测信号从敏感元件接收的非电物理量开始,到转换为微处理器可处理的数字信号之间,设计者须考虑的线路环节较多。采用具有直接数字量输出的传感器能够避免上述问题。数字式传感器能把被测模拟量直接换成数字量输出,可以直接与数字设备(计算机,计数器,数字显示系统等)相联,数字式传感器具有高的测量精度和分辨率,稳定性好,信号易于处理、传送和自动控制,便于动态及多路测量,读数直观,安装方便,维护简单,工作可靠性高。考虑系统的经济性和温湿度传感器的优缺点及发展状况,确定温度传感器采用数字式。

2、 短距离无线通信模块的选择

随着大规模集成电路技术的发展,世界上主要的芯片厂商都推出了无线收发芯片。短距离无线通信系统的大部分功能都集成到一块芯片内部,一般使用单片数字信号射频收发芯片,加上微控制器和少量外围器件构成专用或通用无线通信模块。所有高频元件包括电感、振荡器等已经全部集成在芯片内部,一致性良好,性能稳定且不受外界干扰。射频芯片一般采用 fsk 调制方式,工作于 ism 频段,通信模块一般包含简单透明的数据传输协议或使用简单的加密协议,发射功率、工作频率等所有工作参数全部通过软件设置完

成,用户不用对无线通信原理和工作机制有较深的了解,只要依据命令字进行操作即可实现基本的数据无线传输功能。新一代短距离无线数据通信系统具有体积小、功耗低、稳定性好、抗干扰能力强等优点,而且开发简单快速,可以方便地嵌入到各种设备中,实现设备间的无线连接,因此,较适合搭建小型网络,在工业、民用领域得到较为广泛的应用。考虑系统的经济性、传输距离,确定该部分电路设计使用无线收发芯片。

3、系统控制及数据处理模块的选择

温度数据在采集后通常要进行数据处理,以实现测量数据的记录、显示和对测控系统的控制。对于一般的工业测量与控制,多采用专用计算机系统进行测控。 专用计算机系统是把采集系统作为一个独立完整的功能实体,用单片机或 dsp 来控制整个系统。最主要的特征是系统软、硬件规模完全根据应用系统的要求配置,独立性、可扩展性好,因此系统具有较高的性价比。采用单片机具有系统简单、开发容易,功能易扩展、测控能力强、可靠性高的特点。尤其适用于系统中没有复杂的计算处理、对采集速度要求不高的数据采集处理系统。 对于不要求高速的一般的数据采集与处理系统,采用 dsp 是不经济的方案。在单片机能够满足系统对数据处理速度要求的情况下,单片机无异是首选的信息处理单元。

4、器件的选用

4.1 数字式温度传感器的选择 随着温度传感器智能化、集成化技术的进步,数字式温度传感器也得到了快速发展,世界上许多公

司推出了新型的数字温度传感器系列。这些产品的出现极大的丰富了设计工程师的选择对象。在如此众多的产品中选择出合适的器件,应该把握以下几点:外围电路应该尽量简单;测温的精度、分辨率要合适,以便减少不必要的电路和软件开发成本。ds18b20是美国某半导体公司的新一代数字式温度传感器,它具有独特的单总线接口方式,即允许在一条信号线上挂接数十甚至上百个数字式传感器,从而使测温装置与各传感器的接口变得十分简单,克服了模拟式传感器与微机接口时需要的 a/d 转换器及其它复杂外围电路的缺点,其测温范围-55~+125℃,最高分辨率可达 0.0625℃,由于每一个 ds18b20 出厂时都刻有唯一的一个序列号并存入其 rom 中,因此 cpu 可用简单的通信协议就可以识别,从而节省了大量的引线和逻辑电路。所以,选用 ds18b20 做为温度测量的传感器。

4.2无线收发芯片的选择

无线收发芯片的种类和数量比较多,在设计中选择合适芯片可以提高产品开发周期、节约成本。在选择时,应主要参考以下几点: ① 收发芯片的数据传输是否需要进行曼彻斯特编码采用曼彻斯特编码的芯片,在编程上会需要较高的技巧和经验,需要更多的内存和程序容量,并且曼彻斯特编码大大降低数据传输的效率,一般仅能达到标称速率的 1/3。 ② 收发芯片所需的外围元件数量 芯片外围元器件的数量直接关系到系统的复杂程度和成本,因此应该选择外围元件少的收发芯片。 ③ 功耗 大多数无线收发芯片是应用在便携式产品上的,因此功耗也非常重要,应该根据需要选择综合

功耗较小的产品. ④ 发射功率 在同等条件下,为了保证有效和可靠的通信,应该选用发射功率较高的产品。 nrf401 是挪威某公司推出的单芯片 rf 收发机,该芯片集成了高频发射、高频接收、pll 合成、fsk 调制、fsk 解调、双频道切换等功能,具有性能优异、功耗低、使用方便等特点。本系统将nrf401 做为无线收发芯片的首选。

4.3键盘显示模块的选择 显示单元是人机交互的窗口,是传递仪表工作状态和检测数据的关键性设备,通常的显示器件有液晶显示器(lcd)和数码管显示器(led)。本系统采用五位数码管,两位用来显示当前温度,两位用来显示欲设定的温度,一位用来显示当前状态。 在本系统中,键盘由四个键组成,即温度增加键、温度减小键、确认键和取消键。因按键很少,所以采用独立式键盘。

4.4温度控制模块的选择 温度控制单元是系统的执行器件,是系统的最后一个环节,也是系统中最重要的一部分。 目前制冷系统主要包括空气循环制冷系统、蒸汽压缩制冷系统、使用氨水的吸收式制冷系统和近几年发展起来的半导体制冷系统。 目前制热技术主要有太阳能吸收热量、煤炭燃烧制造热量、热泵和近几年发展起来的半导体制热系统。 其中半导体制冷制热是利用特种半导体材料通过直流电时产生低温高温的一种制冷制热方式,由于它弥补了其它制冷制热方式的不足,在当今世界的人下制冷制热技术中占有独特的地位。所以本系统选择半导体制冷制热器件。

范文九:无线温度传感器的设计 投稿:冯寧寨

摘要:随着社会的进步和生产的需要,利用无线通信进行温度数据采集的方式已经渗透到社会生活生产的每一个角落,温度测量的准确度在影响生产效益的同时也在逐步得到社会的重视。   关健词:无线温度传感器 设计   在工业现场,由于生产环境恶劣,工作人员不能长时间停留在现场观察设备是否运行正常,就需要采集数据并传输数据到一个环境相对好的操控室内,工作人员可以在这里将控制指令传输给现场执行模块进行各种操作。这样就会产生数据传输问题,由于厂房大、需要传输数据多,使用传统的有线数据传输方式就需要铺设很多很长的通讯线,浪费资源,占用空间,可操作性差,出现错误换线困难。此时便需要利用无线传输的方式进行数据采集。 在农业生产上,不论是温室大棚的温度监测,还是粮仓的管理,无线通信技术的发展使得温度采集测量精确,简便易行。   为此,采用以下方案设计一种无线温度传感器,能够方便人们的工作和生产。   1、传感器的选择   传统的模拟式传感器具有测量转换速度快,温度测量范围宽的优点。但是模拟传感器的模拟信号需要先经过取样、放大和模数转换电路处理,再将转换得到的表示温湿度值的数字信号交由微处理器或 DSP 处理。被测信号从敏感元件接收的非电物理量开始,到转换为微处理器可处理的数字信号之间,设计者须考虑的线路环节较多。采用具有直接数字量输出的传感器能够避免上述问题。数字式传感器能把被测模拟量直接换成数字量输出,可以直接与数字设备(计算机,计数器,数字显示系统等)相联,数字式传感器具有高的测量精度和分辨率,稳定性好,信号易于处理、传送和自动控制,便于动态及多路测量,读数直观,安装方便,维护简单,工作可靠性高。考虑系统的经济性和温湿度传感器的优缺点及发展状况,确定温度传感器采用数字式。   2、 短距离无线通信模块的选择   随着大规模集成电路技术的发展,世界上主要的芯片厂商都推出了无线收发芯片。短距离无线通信系统的大部分功能都集成到一块芯片内部,一般使用单片数字信号射频收发芯片,加上微控制器和少量外围器件构成专用或通用无线通信模块。所有高频元件包括电感、振荡器等已经全部集成在芯片内部,一致性良好,性能稳定且不受外界干扰。射频芯片一般采用 FSK 调制方式,工作于 ISM 频段,通信模块一般包含简单透明的数据传输协议或使用简单的加密协议,发射功率、工作频率等所有工作参数全部通过软件设置完成,用户不用对无线通信原理和工作机制有较深的了解,只要依据命令字进行操作即可实现基本的数据无线传输功能。新一代短距离无线数据通信系统具有体积小、功耗低、稳定性好、抗干扰能力强等优点,而且开发简单快速,可以方便地嵌入到各种设备中,实现设备间的无线连接,因此,较适合搭建小型网络,在工业、民用领域得到较为广泛的应用。考虑系统的经济性、传输距离,确定该部分电路设计使用无线收发芯片。   3、系统控制及数据处理模块的选择   温度数据在采集后通常要进行数据处理,以实现测量数据的记录、显示和对测控系统的控制。对于一般的工业测量与控制,多采用专用计算机系统进行测控。 专用计算机系统是把采集系统作为一个独立完整的功能实体,用单片机或 DSP 来控制整个系统。最主要的特征是系统软、硬件规模完全根据应用系统的要求配置,独立性、可扩展性好,因此系统具有较高的性价比。采用单片机具有系统简单、开发容易,功能易扩展、测控能力强、可靠性高的特点。尤其适用于系统中没有复杂的计算处理、对采集速度要求不高的数据采集处理系统。 对于不要求高速的一般的数据采集与处理系统,采用 DSP 是不经济的方案。在单片机能够满足系统对数据处理速度要求的情况下,单片机无异是首选的信息处理单元。   4、器件的选用   4.1 数字式温度传感器的选择 随着温度传感器智能化、集成化技术的进步,数字式温度传感器也得到了快速发展,世界上许多公司推出了新型的数字温度传感器系列。这些产品的出现极大的丰富了设计工程师的选择对象。在如此众多的产品中选择出合适的器件,应该把握以下几点:外围电路应该尽量简单;测温的精度、分辨率要合适,以便减少不必要的电路和软件开发成本。DS18B20是美国某半导体公司的新一代数字式温度传感器,它具有独特的单总线接口方式,即允许在一条信号线上挂接数十甚至上百个数字式传感器,从而使测温装置与各传感器的接口变得十分简单,克服了模拟式传感器与微机接口时需要的 A/D 转换器及其它复杂外围电路的缺点,其测温范围-55~+125℃,最高分辨率可达 0.0625℃,由于每一个 DS18B20 出厂时都刻有唯一的一个序列号并存入其 ROM 中,因此 CPU 可用简单的通信协议就可以识别,从而节省了大量的引线和逻辑电路。所以,选用 DS18B20 做为温度测量的传感器。   4.2无线收发芯片的选择   无线收发芯片的种类和数量比较多,在设计中选择合适芯片可以提高产品开发周期、节约成本。在选择时,应主要参考以下几点: ① 收发芯片的数据传输是否需要进行曼彻斯特编码采用曼彻斯特编码的芯片,在编程上会需要较高的技巧和经验,需要更多的内存和程序容量,并且曼彻斯特编码大大降低数据传输的效率,一般仅能达到标称速率的 1/3。 ② 收发芯片所需的外围元件数量 芯片外围元器件的数量直接关系到系统的复杂程度和成本,因此应该选择外围元件少的收发芯片。 ③ 功耗 大多数无线收发芯片是应用在便携式产品上的,因此功耗也非常重要,应该根据需要选择综合功耗较小的产品. ④ 发射功率 在同等条件下,为了保证有效和可靠的通信,应该选用发射功率较高的产品。 nRF401 是挪威某公司推出的单芯片 RF 收发机,该芯片集成了高频发射、高频接收、PLL 合成、FSK 调制、FSK 解调、双频道切换等功能,具有性能优异、功耗低、使用方便等特点。本系统将nRF401 做为无线收发芯片的首选。   4.3键盘显示模块的选择 显示单元是人机交互的窗口,是传递仪表工作状态和检测数据的关键性设备,通常的显示器件有液晶显示器(LCD)和数码管显示器(LED)。本系统采用五位数码管,两位用来显示当前温度,两位用来显示欲设定的温度,一位用来显示当前状态。 在本系统中,键盘由四个键组成,即温度增加键、温度减小键、确认键和取消键。因按键很少,所以采用独立式键盘。   4.4温度控制模块的选择 温度控制单元是系统的执行器件,是系统的最后一个环节,也是系统中最重要的一部分。 目前制冷系统主要包括空气循环制冷系统、蒸汽压缩制冷系统、使用氨水的吸收式制冷系统和近几年发展起来的半导体制冷系统。 目前制热技术主要有太阳能吸收热量、煤炭燃烧制造热量、热泵和近几年发展起来的半导体制热系统。 其中半导体制冷制热是利用特种半导体材料通过直流电时产生低温高温的一种制冷制热方式,由于它弥补了其它制冷制热方式的不足,在当今世界的人下制冷制热技术中占有独特的地位。所以本系统选择半导体制冷制热器件。

范文十:无源声表面波谐振器的无线温度传感系统 投稿:宋陻陼

22

传感器技术(JournaIofTransducerTechnoIogy)2002年第21卷第4期

无源声表面波谐振器的无线温度传感系统!

刘双临,李

平,文玉梅

(重庆大学光电工程学院,重庆400044)

要:介绍了一种基于声表面波谐振器的无源无线温度传感系统。作为传感器的谐振器受到正弦脉冲

串的无线激励。因激励信号的中心频率不同于谐振器的谐振频率,所以回波信号是一调幅信号,其包络的主频就是谐振器的谐振频率和激励信号中心频率的差频。给出了传感系统的电路设计以及信号处理方法。实验数据和器件的温度系数吻合。

关键词:传感器;声表面波谐振器;无源无线检测中图分类号:TP212

文献标识码:A

文章编号:1000-9787(2002)04-0022-03

Wirelesstemperaturesensingsystemusing

apassiveSAWresonator

LIUShuang-Iin,LIPing,WENYu-mei

(CollofOptoelectronicEngin,ChonggingUniversity,Chongging400044,China)

(SAW)resonatorisdescribed.Function-Abstract:AnpassiveandwireIesssensorsystemusingasurfaceacousticwave

thepassiveSAWresonatorisexcitedbythewireIessinterrogatingsinusoidaIburstswithaingasatemperaturesensor,

fixedfreguencywhichisdifferentfromthenaturaIosciIIatingfreguencyoftheresonator.SotheresponseisanAMsignaI.ConseguentIytheprimaryfreguencyoftheenveIopeintheAMsignaIisthedifferencefreguencyofthetwofreguencies.ThedesignofcircuitsandsignaIprocessingconcerningthissensingsystemarepresented.TheexperimentaIdatashowthatthesensingresuItscorrespondwiththeresonator’stemperaturecoefficientsweII.Keywords:sensor;SAWresonator;passiveandwireIesssensing

0引言

近谐振器的谐振频率,所以回波为一调幅信号,其包络主频为激励信号中心频率和谐振器的谐振频率之差,它反映了被测信息。此方式避开对谐振频率的直接测量,有较大的意义。!包络主频受环境参数影响较小,且它低于谐振频率3到4个数量级,能提高测量准确度;分析回波下变"采用数字方式处理、

频信号,能大幅度提高信号处理灵活性,且不会增加系统成本。1

SAW谐振器及其温度传感原理

SAW谐振器主要可分为一端对和二端对两种。它是利用光刻、真空镀膜(一般为铝膜)等工艺在压电基片上制出叉指换能器(Inter-digitaItransducer,、反射栅而形成。一端对SAW谐振器的基本结IDT)构如图1。

声表面波(surfaceacousticwave,传感器是SAW)继陶瓷、半导体等传感器的一支后起之秀。与传统传感器相比,它具有性能高、体积小、能承受极端工

[1~3]

作条件(如高温、强电磁辐射)等优点。此外,

无须外部供电,这使得SAW传感器可实现无源化,

它比传统的传感器更能胜任无接触测量,例如:高速转子、快速移动物体以及密封物体内部等各种条件下的物理化学参数检测。

声表面波传感器主要可分为时间延迟线型和谐振器型。谐振器型在灵敏度、可靠性等指标上优于时间延迟线型,所以从20世纪90年代以来,它得到

[4]了越来越多的关注。本系统基于失谐方式,采用

脉冲串信号激励谐振器。该信号的中心频率只是接

收稿日期:2001-12-05

国家自然科学基金资助项目(69974044)!基金项目:

第4期刘双临等:无源声表面波谐振器的无线温度传感系统

23

图1一端对SAW谐振器Fig1

One-portSAWresonator

它由压电基片、两个反射栅和一个IDT组成。其中反射栅构成一个较高0值的Fabry-perot声谐振腔

[5]

,IDT则将电磁能耦合进腔体,

又从腔体耦合出电磁能。其工作原理是,IDT接收到电磁波信号后,在基片表面激发出同频的声表面波(波速为VSAW),此声波在左右反射栅之间多次来回反射,当电磁波的频率与声学谐振腔的结构相匹配时,即反射阵列周期 ( =a+6)为半波长 SAW/2时,阵列各线条

的反射波同相相加,引起相干反射并形成驻波发生谐振。谐振频率f为

f=VSAW/2 .

当谐振器受热变形时,其VSAW和 都将变化,

这将导致谐振频率的变化

[6]

。工程中,用多项式表示SAW谐振器的谐振频率随温度的变化关系

[5]

,然后用实验确定多项式的系数。该频率温度特性多项式为

f=f[0l+ (0 - 0)+6(0 - 0)2+c(0 - 0)3

+…]

,(l)

式中 是任意温度; 0是参考温度;

f0是 0时的谐振频率;a0、60、c0分别是 0时的一阶、二阶和三阶频率温度系数。这几个系数与基片的晶体材料及切割方向有关,反应了器件的温度灵敏度。

与一端对谐振器不同,二端对谐振器有两个IDT,

一个把电磁能耦合进腔体,激发声表面波,另一个接收回波,耦合出电磁能。在无线测量中无法从功能上区分它的两个IDT,所以本系统采用一端对谐振器作为敏感元件。2

无源无线温度传感系统

本无源无线温度传感系统的结构框图如图2。传感系统类似于一个小型雷达系统。RF振荡源产生的射频信号经放大、匹配后,被RF开关调制成一脉冲串信号并通过天线发射出去。电磁波信号被烤箱中的谐振器收到后,由IDT转换成声表面波。该声波在反射栅之间来回反射的同时受到温度调制并再次

被IDT转变成电磁波。此信号被访问单元接收,经低噪声放大和下变频处理后,转换成数字信号。计算机分析该信号,

测出相应的温度。

图2

无线温度传感系统框图

Fig2

Schematicdiagramofpassiveandvirelesstemperaturesensingsystem

谐振器只在部分时间受到激励,失去激励后,由于没有能量的补充和它本身的储能机制,回波呈现阻尼衰减振荡形式。若发射信号的中心频率等于谐振器的谐振频率。

调整RF振荡源频率fout,

使其高于谐振频率f(0l0k~z)

,即产生一失谐信号,并且使其在整个测量过程中保持恒定。若烤箱还没加热,即谐振器处于室温 0下,此时回波如图3。

图3

失谐时的回波示意

Fig3

Schematicoftheechoinoff-resonance

谐振器因受到失谐信号的激励,回波中出现了一个低频周期信号的调幅包络,测量发现它的主频等于激励频率fout与谐振频率f0之差l0k~z,即出现了差拍现象。由此可知,当改变烤箱温度时,因传感器谐振频率的变化将导致回波包络主频的改变,有关系式

!f=fout-f ,

式中f 是谐振器在温度为 时的谐振频率;!f是回波包络主频。

由于没有能量的补充,回波信号仍呈现指数衰减振荡形式,可表示为

yR=Ae-I/ ・cos( cI+ )・cos(! I+ ),式中

A为振幅; 为时间常数; c、 分别为载波

24

传感器技术第21卷

角频率和初相;!!、"分别是周期包络信号的角频率和初相,且有33.1

・!f.!!=2"

硬件电路的设计及信号处理RF开关电路

如图4,开关电路主要由PIN(P区—本征区—N区结构)二极管D1~D4和控制部分S1、S2组成。S1、

当S1等于2V时,S2产生两个反相的方波。D1、D2导输入1与输出连通,激励信号经天线通,D3、D4截止,按此步骤,先对采样原始信号做快速傅立叶变换(fastFouriertransformation,然FFT)以恢复载波,

后做载波与原始信号的乘法,低通滤波后得到信号的包络,对此包络再做FFT以求取!f。4

实验结果

实验选用高时延温度系数、高机电耦合系数的铌酸锂晶体作谐振器基片。谐振器的0值为3000左右,温度实验的测量范围是30a0为-8.5X10-6/C。

(见图5)

。~96.2C

发送;反之,当S2等于2V时,D3、D4导通,D1、D2截止,回波信号经天线返回给输入2。经测量,此开关的隔离度约为30~40CB。

图4RF开关电路Fig4

CircuitofRFswitch

3.2RF低噪声放大及下变频电路

为利用调频收音机解调,实验选用f#落在87~

108MHZ之内的谐振器作敏感元。

调频收音机主要由高放、下变频、中放、调频解调和功放等部分组成。因为实际要做的是调幅检波,所以只能在调频解调之前取出信号。因收音机的中频载频为10.7MHZ,不满足采样定律的要求(AD卡的采样频率为20MHZ),为此,在其本振调谐LC回路中加上一个小电容器,使中频载频变为约3.4MHZ,再将此信号送至后面的电路作AD转换。3.3信号处理

实验采用同步解调方式[7]。设已调信号y(t)表

示为

(yt)=x(t)cos!ct,式中

(xt)为调制信号;!c为载波角频率。用同一余弦载波与y(t)相乘,得

(It)=y(t)cos!ct=(xt)cos2

!ct=

11

2(xt)+2x(t)cos2!ct.信号I(t)由两项之和组成:一个是调制信号的

一半,另一个则是载频为2!c的调制信号。

图5

温度实验数据及曲线拟合

Fig5

Dataoftemperatureexperimemtandcurvefitting

图中描述了拍频!f与温度的关系,并给出一阶

拟合曲线,

!f=0.79#-18.3.

该曲线的非线性误差为19.7%。谐振器的谐振频率与温度的关系为

f#=fout-!f=fout-0.79

#+18.3=-0.79#+K,(2)式中频率单位是kHZ;温度单位是C;fout和K均为常数。

根据式(1),由式(2)可以求得,谐振器在室温下的a0约为-9>10-6/C,与实际值吻合较好。5结论

声表面波传感器是近年来发展起来的一种新型传感器,而目前基于SAW谐振器的无源无线的研究主要集中在德、美等国家,且应用都是基于谐振方式。介绍了SAW谐振器在无源无线传感中的一种新的应用,实验证明是可行的。与传统应用相比,它最大的优势在于它能够胜任在多种环境中的测量,具有很高的测量准确度和灵活性。另外,稍作改动后,本系统也可用于位移、扭矩、气体等各种参数的测量,所以具有很好的发展前景。目前,在发射平均功率为0.2W的时候,本系统最大测量距离达

20cm。因此,

选用更高0值的谐振器、改进数字处理方法以提高信噪比和设计一个高效率小型化天线

(下转第27页)

第4期陈学江等:飞机迎角、侧滑角传感器图像检测系统的研制

27

整个系统用DSP芯片TMS320C31实现,具有处理能力强,处理速度高,系统体积小、质量轻等优点。主板附加RS-232接口。2.2.6

转角电压测量和转换

用精密电桥测量转角电压,经高准确度电平放

[2]

。大和调整,用12位串行A/D进行数字化转换

(如表2)#迎角

表2

Tab2

风标转角-5 54-3 320 3 327 0511 4817 42

迎角实测结果

Experimentalresultsofheadingangle

相对电压

相对电压

相对电压(电阻)计算值%

01025405575100

实测值误差%(电阻)允许误差%

1.52.51.71.81.92.5-1.5

21211.512123-2

3图像处理系统的实验、试用结果

使用该图像处理系统对GGJ-1、GGJ-1B型迎角

侧滑角传和侧滑角传感器进行检验,GGJ-1型迎角、感器实测数据如下:

攻角和侧滑角风标的相互不垂直度,在其(1)

零位时为0.5(。 要求不超过1 )

在原位、离位加电和不加电工作状态下,电位(2)

计绕组和电刷之间的接触在全部范围内是连续的。

(3)加热器在额定电压27(1 0.1)电流强V下,度应为8.15A(要求为:。7~10A)

(4)功角电位计电压为:5V。

侧滑角电位计电压为:(5)5V。

(6)并联后的等效电阻:攻角:(1700 1705!为侧滑角:(240 12)17)225!为!、!。(7)传感器输出特性:

(如表1)"对侧滑角

表1

Tab1

风标转角-5 18-2 390 2 395 18

测滑角实测结果

Experimentalresultsofyawingangle

相对电压

相对电压

通过对GGJ-1型迎角、侧滑角传感器实测数据进行分析可知:侧滑角电阻为225!,低于要求值(240112)迎角电压输出特性在-3 32!;

相对电

压实测误差为2.5%;0 时相对电压实测误差为其它性能符合要求。测试后经标准计量1.7%偏大,

仪器进行校验,与实测结果一致。4

结束语

实验证明,由上述方法进行飞机迎角、侧滑角性能检测,具有准确度高、操作简单、自动化程度高、便于推广应用到部队、航修厂、院校等单位使用等优点。参考文献:

[1]杨经国,冉瑞江,杜定旭,等.光电子学[M]四川大学出.成都:

版社,1990.246-258.

[2]李

华,孙晓民,李红青,等.MCS-51系列单片机实用接口技术

相对电压(电阻)计算值%

0255075100

实测值误差%(电阻)允许误差%

2.32.51.02.6-1

31311.513-3

[M]北京航空航天大学出版社,.北京:1999.303-319.

作者简介:

陈学江(1965-),男,河南潢川人,副教授,空军工程大学工程学院在读博士,导航、制导与控制专业。

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!(上接第24页)

系统等增大遥测距离的方法,将为该系统的广泛应用提供保证。参考文献:

[1]ReindILeonhard,SchoIIGerd,OstertagThomas,etal.Theoryand

[J]appIicationofpassiveSAWradiotranspondersassensors.IEEETransactionsonUItrasonics,FerroeIectrics,andFreguencyControI,(5):1998,451281-1291.

[2]PohIAIfred.AreviewofwireIessSAWsensors[J].IEEETransactions

(2):onUItrasonics,FerroeIectrics,andFreguencyControI,2000,47317-332.

[3]PohIAIfred,OstermayerGeraId,SeifertFranz.WireIesssensingusing

[J]osciIIatorcircuitsIockedtoremotehigh-OSAWresonators.IEEE

FerroeIectrics,andFreguencyControI,TransactionsonUItrasonics,(5):1998,451261-1268.

[4]袁小平.国外声表面波传感器开发近况[J].压电与声光,1995,

(4):176-10.[5]张福学,孙

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[6]FrankMoIIer,[J]JensKuhn.SAWresonatortemperaturesensor.Sen-sorsandActuatorsA,1992,30:73-75.

[7]奥本海姆AV.刘树棠译.信号与系统(第二版)[M]西安.西安:

交通大学出版社,1998.422-425.

慷.压电学(下)[M]国防工业出版社,.长沙:1984.

作者简介:

刘双临(1974-),男,重庆人,硕士,目前主要出事声表面波传感器和智能仪器方面的研究。

无源声表面波谐振器的无线温度传感系统

作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:

刘双临, 李平, 文玉梅

重庆大学,光电工程学院,重庆,400044传感器技术

JOURNAL OF TRANSDUCER TECHNOLOGY2002,21(4)1次

参考文献(7条)

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6.Frank Moller;Jens Kuhn SAW resonator temperature sensor[外文期刊] 19927.奥本海姆AV;刘树棠 信号与系统 1998

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4. 曹玲芝.石军.Cao Lingzhi.Shi Jun 无线网络化温度传感系统设计[期刊论文]-电气自动化2006,28(3)5. 吴嘉慧.韩韬.施文康 数字正交检波技术在无线声表面波传感器系统中应用[期刊论文]-电子测量技术2002(2)6. 孙雪梅.李平.文玉梅.陈雨.郑敏.SUN Xue-mei.LI Ping.WEN Yu-mei.CHEN Yu.ZHENG Min 基片表面力负载对SAW谐振器的特性影响研究[期刊论文]-传感技术学报2008,21(5)

7. 胡兰芳 声表面波温度传感器研究[期刊论文]-西南民族学院学报(自然科学版)2001,27(1)

8. 李江成.LI Jiang-cheng 基于GSM网络的无线温度传感器系统的设计[期刊论文]-电气开关2010,48(5)9. 刘双临.杨进.周志坤.李平.文玉梅 无源无线SAW传感信号检测原理与实现[期刊论文]-测控技术2004,23(3)10. 刘春宁.费元春 905MHz低相噪声表面波振荡器的设计[期刊论文]-微波学报2002,18(4)

引证文献(1条)

1.章安良 Y型和S型组合双声路SAW质量传感器研究[学位论文]博士 2004

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