CN201368776Y - 一种超低功耗无线数字式温度传感器 - Google Patents

一种超低功耗无线数字式温度传感器 Download PDF

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CN201368776Y CNU2009200321952U CN200920032195U CN201368776Y CN 201368776 Y CN201368776 Y CN 201368776Y CN U2009200321952 U CNU2009200321952 U CN U2009200321952U CN 200920032195 U CN200920032195 U CN 200920032195U CN 201368776 Y CN201368776 Y CN 201368776Y
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兀旦晖
杨萍
赵晨飞
李秦君
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Abstract

本实用新型涉及一种超低功耗无线数字式温度传感器,包括温度传感器和单片机,所述单片机有两个,分别为第一单片机和第二单片机,所述第一单片机分别连接有温度传感器和第一无线收发芯片;所述第二单片机分别连接有第二无线收发芯片和上位机。本实用新型集成度高,工作稳定可靠、耗能低、通信距离远。设计中充分利用各芯片的低功耗特性,有效地延长了电池使用寿命。无线数据传输方式使用方便灵活。

Description

一种超低功耗无线数字式温度传感器
技术领域
本实用新型属于温度传感器制造领域,涉及一种数字式温度传 感器,尤其是一种超低功耗无线数字式温度传感器。 背景技术
传感器在现场控制与测试系统中应用广泛。随着人们对传感器 性能的要求越来越高,传统传感器已经无法满足现有需求,于是在传 感器的研制中引入了以微处理器为代表的高新技术,将其称为数字式 传感器,这种数字式传感器是把被测参量转换成数字量输出的传感 器。它是测量技术、微电子技术和计算技术的综合产物,是传感器技 术的发展方向之一。数字式传感器一般是指那些适于直接地把输入量 转换成数字量输出的传感器,包括光栅式传感器、磁栅式传感器、码 盘、谐振式传感器、转速传感器、感应同步器等。广义说,所有模拟 式传感器的输出都可经过数字化(见模数转换器)而得到数字量输出, 这种传感器可称为数字系统或广义数字式传感器。数字式传感器的优 点是测量精度高、分辨率高、输出信号抗干扰能力强和可直接输入计 算机处理等。
在数字传感器的发展当中,数字式温度传感器是重要一种,数 字式温度传感器得到了广泛的应用,但目前市场上的数字式温度传感 器基本都是需要实体数据线和电源线来连接的。而现今在工业、科学 研究以及医疗设备中,出现了大量需要进行通信的设备,这些设备通信距离较近、数据量较小、不适合布线。因此,要求数字式温度传感 器具有体积小、功耗低、成本低、使用方便等特点,这种实际生产中 对数字式温度传感器的要求已成为其发展的趋势。 实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点,提供一种超低功 耗无线数字温度传感器。这种无线数字温度传感器不但体积小、功耗 低、成本低,而且通信距离远、通信可靠性高、使用方便。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来解决的:
这种超低功耗无线数字式温度传感器,包括温度传感器和单片 机,其特征在于:所述单片机有两个,分别为第一单片机和第二单片 机,所述第一单片机分别连接有温度传感器和第一无线收发芯片;所 述第二单片机分别连接有第二无线收发芯片和上位机。
上述温度传感器为DS18B20芯片;所述第一单片机和第二单片 机均为PIC16F73;所述第一无线收发芯片和第二无线收发芯片均采
用nRF901;所述上位机为微型计算机。
以上所述第二单片机通过RS232接口与上位机通信。
本实用新型具有以下有益效果:
1)耗能低:作为一款专门为低功耗系统而设计的无线数字温度
传感器,具有低电平供电、低功耗的特点,其供电电压为3V,在发 送状态下,系统电流为0.75^;在休眠状态下,系统电流小于10//X。 该温度传感器的休眠时间为2.3s,工作时间为0.6s,这样,5400mAh 的锂电流可以使用3年半。2) 通信可靠:经过对该无线温度传感器的测试,在数据速率为
100kbps、通信距离为30m(市区内)时,通信误码率为1CT2〜1(T4。在 物理层,模块采用曼彻斯特编码技术发送数据,从而保证通信中的同 步问题;而在数据链路层,使用CRC(循环冗余编码)进行数据帧校验, 用以保证数据到达用户应用层以后的可靠性。
3) 通信距离远:本实用新型的发送功率为10dBm,而在数据速 率为100kbps、通信二进制误码率为10—2的条件下,模块的接收灵敏 度为-100dBm,在市区环境中,可靠通信距离为40m。
4) 而且本实用新型都采用集成芯片实现温度的采集,数据处理 以及数据的无线传输,其高度集成的特点使得其自身体积非常小,使 用极为方便,同时本实用新型采用常见芯片,有效降低了成本。 附图说明
图1为本实用新型的功能模块框图;
图2为本实用新型的温度测量电路图;
图3为本实用新型的无线收发电路图;
图4为本实用新型的温度测量工作流程图。 具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述:
参见图1,本实用新型整体包括两大部分:发射机部分和接收机 部分,其中发射机部分包括温度传感器、第一单片机和第一无线收发 芯片,接收机部分包括第二无线收发芯片、第二单片机和上位机。所 述第一单片机分别双向连接有温度传感器和第一无线收发芯片;所述第二单片机分别双向连接有第二无线收发芯片和上位机。以上温度传
感器为DS18B20芯片;第一单片机和第二单片机均为PIC16F73;第 一无线收发芯片和第二无线收发芯片均采用nRF901 (单片射频收发 芯片);上位机为微型计算机。以上各个芯片均使用电池供电。 以下具体说明本实用新型各部分的连接情况-
(1) 温度测量电路:
图2所示为本实用新型的温度测量电路,温度测量电路主要是 温度传感器和第一单片机,温度传感器采用Dallas公司生产的l-Win 总线数字温度传感器DS18B20。第一单片机选用PIC16F73单片机, 其中DS18B20的VDD端子与PIC16F73的RCO端子连接,DS18B20 的DQ端子与PIC16F73的RC1端子连接。
DS18B20是3弓|脚TO-92小体积封装形式;温度测量范围为 -55°C〜+125°C,可编程为9位-12位MD转换精度,测温分辨率可 达0.0625'C,被测温度以带符号扩展的16位数字量方式串行输出; 其工作电源既可从端脚引入,也可采用寄生电源方式产生。图中是本 实用新型的电源连接方式,其采用从端脚引入工作电源方式。
(2) 无线收发电路:
如图3,本实用新型的无线收发电路分为两部分,为第一无线收 发芯片和第二无线收发芯片,它们都是采用Nordic公司生产的 nRF901 (单片射频收发芯片),这种芯片具有发送和接收信号的功能, 芯片内置数据协议和CRC检错,输出功率和通信频道可通过程序配 置。芯片能耗非常低,以-10dBm的功率发射时,工作电流只有llmA,接收时工作电流只有12.5mA,多种低功率工作模式,节能设计更方 便。其连接关系如图3,不论是在发射机部分还是在接收机部分, nRF901 (单片射频收发芯片)都是与PIC16F73 (单片机)连接,其 各端子的连接关系如图中所示。 (3)信号显示-
在接收机部分,作为第二单片机的PIC16F73通过RS232接口 与微型计算机(PC)连接,将接收到的温度信号传递给PC,并在PC 机中显示所测温度值。
以下详细说明本实用新型的整个工作过程,如图4: 当发射机部分上电后,第一单片机(如图l所示,以下简称DI) 配置第一无线收发芯片(即nRF901单片射频收发芯片,以下简称 NI)为接收模式,然后DI进入休眠状态,NI处于待机状态,等待第 二无线收发芯片(以下简称NII)发射过来的信号。当NI接收到NII 发射过来的信号后,NI启动DI的外部中断,从而唤醒睡眠中的DI。 随后,DI配置NI为发射模式,将测到的温度值发射出去。待全部温 度值全部发射完毕后,DI设置NI为掉电模式,然后DI进入睡眠状 态。由看门狗(WDT)计时,2.3s后WDT溢出唤醒沉睡中的DI, DI配置NI为发射模式,发射数据。待全部温度值全部发射完毕后, DI设置NI为掉电模式,然后DI进入睡眠状态。发射机就这样周而 复始地工作。
当接收机部分上电后,第二单片机(以下简称DII)先配置NII 为发射模式,发射信号给NI,告知NI现在可以开始工作了。然后DII配置Nil为接收模式,等待接收NI发送过来的温度值。当Nil 接收到有效温度值后,DII对温度值进行数字滤波后,将正确的温度 值经过RS232接口传送给上位机,并在上位机的显示界面中进行显 示。
本实用新型的无线数字温度传感器以PIC16F73单片机、数字温 度传感器DS18B20和单片射频收发芯片nRF901为核心,工作频率 为433MHz,测温范围为-。C4CTC〜85。C,分辨力为C).0625。C,测温 精度为0.5r,静态电流小于8A,动态电流小于0.75mA,在市区环 境中,可靠通信距离为40m。这种无线数字温度传感器可应用到各 种需要无接触的测温场合,实现对现场温度的"先知先觉"。本实用 新型完全可以扩充为一个网络系统,形成温度采集网,以满足现场控 制及测控系统的各种需求。系统集成度高,工作稳定可靠。设计中充 分利用各芯片的低功耗特性,有效地延长了电池使用寿命。无线数据 传输方式使用方便灵活。

Claims (6)

1.一种超低功耗无线数字式温度传感器,包括温度传感器和单片机,其特征在于:所述单片机有两个,分别为第一单片机和第二单片机,所述第一单片机分别连接有温度传感器和第一无线收发芯片;所述第二单片机分别连接有第二无线收发芯片和上位机。
2. 根据权利要求1所述的超低功耗无线数字式温度传感器,其特征在于:所述 温度传感器为DS18B20芯片。
3. 根据权利要求1所述的超低功耗无线数字式温度传感器,其特征在于:所述第一单片机和第二单片机均为PIC16F73。
4. 根据权利要求1所述的超低功耗无线数字式温度传感器,其特征在于:所述第一无线收发芯片和第二无线收发芯片均采用nRF901。
5. 根据权利要求1所述的超低功耗无线数字式温度传感器,其特征在于:所述上位机为微型计算机。
6. 根据权利要求1、 3或5所述的超低功耗无线数字式温度传感器,其特征在 于:所述第二单片机通过RS232接口与上位机通信。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102542760A (zh) * 2011-12-21 2012-07-04 成都众询科技有限公司 无线网络温度采集系统
CN104374477A (zh) * 2014-10-31 2015-02-25 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 一种无线红外数字温度计
CN107290070A (zh) * 2017-08-04 2017-10-24 河北为信电子科技股份有限公司 一种智能节能式高效无线测温方法及其装置

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