毕业设计论文远程温度采集测量系统系电子信息工程系专业电子信息工程技术姓名张一浩班级电信091 学号0901043118指导教师张少华职称讲师设计时间2011.11.20－2012.1.8目录第一章测量方案 (4)1.1 系统功能 (4)1.1.1 功能介绍 (4)1.2方案论证与确定 (4)1.2.1温度测量方案的确定 (4)1.2.2 远程无线数据传送方案的确定 (5)第二章电路原理及主要功能模块 (6)2.1工作原理 (6)2.1.1 系统框图 (6)2.1.2现场温度采集电路 (6)2.2 通信模块 (7)2.2.1 信号发送电路 (7)2.2.2 接收解调电路 (8)2.3微机硬件原理图 (9)2.3.1主机控制原理图 (9)2.3.2从机控制原理图 (10)第三章软件系统设计 (11)3.1软件主要功能 (11)3.2 软件设计框图 (11)3.2.1设计框图 (11)3.3测试方法及所用仪表 (13)第四章数据分析 (14)4.1 测试数据及测试结果分析 (15)4.1.1 温度数据 (15)第五章结束语 (16)参考文献 (17)致谢 (18)远程温度采集测量系统摘要本文给出了远程温度采集测量系统的设计，它由温度数据采集测量与远程无线数字调频传送两部分构成，分为现场温度采集、远程数据传送和温度数据显示三个模块。

设计采用单片微型计算机系统，数字频率调制（FSK）芯片和相关接口电路，实现现场温度信号的调理、模数转换、处理和远程传送。

测温范围可达-50℃~+150℃，误差小于1℃。

远程无线传送距离有障碍物时大于20m，传送的误码率小于1‰。

利用LCD和LED分别可在现场模块和终端模块显示当前温度值，显示分辨率为0.1℃，系统设有语音报温和温度上限报警功能，所有指标均满足题目的基本要求和发挥部分要求。

关键词：温度传感器；接收电路；温度的测量第一章测量方案1.1系统功能本作品由现场温度采集主机与远程温度显示端机两部分组成，通过主机K1与K2开关可实现对端机的测温状态控制，具体指标如下：1．远程温度测量，测量范围为-50℃~+150℃，误差<1℃；2．远程无线有障碍传送距离>20m；3．采用键盘设定上限温度，并能实现语音报温；4．温度显示分辨率为0.1℃。

1.2方案论证与确定1.2.1温度测量方案的确定温度是一个重要的物理量，也是工业生产过程中的主要工艺参数之一。

对温度进行准确的测量和可靠的控制，在工业生产和科学研究中均具有重要意义。

实际应用系统中，从温度传感器输出的模拟信号必须经相应的模块电路，将信号转换为数字量后，再由单片机处理后，送至显示与传输。

其处理流程如图1所示。

图1信号处理流程图1．热敏电阻测温利用热敏电阻的电阻值随温度变化的特性实现测温，其非线性较差，测量精度低，工作温度范围窄，限于-100~+400℃。

但灵敏度高，体积小、易于批量生产、价格低廉。

2．热电阻测温热电阻的电阻/温度成线性关系，测量精度高，但电阻阻值随温度变化较小，需要放大电路，导线电阻值和放大电路的性能对电路测量精度有致命的影响。

生产中常用的铂热电阻测温范围在-200℃～800℃，但铂热电阻价格昂贵。

铜热电阻的测温范围在-50~+150℃之间。

3．热电偶测温热电偶由于其性能稳定，测量精度高，测量温度范围宽，而且均已标准化、规范化，所以热电偶的通用性好，使用时易于互换，广泛用于工业测温系统中。

其缺点是输出为非线性、热电势低、冷端需要进行补偿，线性校正及冷端补偿线路复杂。

4．集成温度传感器测温集成温度传感器最大的优点是直接给出正比于绝对温度的理想的线性输出，另外，体积小、成本低廉，是现代半导体温度传感器的主要发展方向之一。

已广泛用于-50~+150℃温度范围内的温度监测、控制和补偿的许多场合。

综合以上因素后，根据题意要求，本设计方案选用集成温度传感器测温。

常用的集成温度传感器是AD590，在本设计的测温元件就选用AD590传感器，它具有不易受接触电阻、引线电阻、电压噪声的干扰，同样具有很好的线性特性。

它需要一个在4~30V的电源，即可实现温度到电流的线性变换，输出μA级的电流与温度成对应线性关系，其主要性能指标如下：电源电压：4~30V；工作温度：-50~+150℃；标定系数：1μA/K；重复性：±0.1℃；长期漂移：±0.1℃/月1.2.2 远程无线数据传送方案的确定1．超声波无线传送超声波具有聚束、定向及反射、透射等特性。

超声波的特性决定了其接收信号的局限性，定向性限制了其接收信号的范围，反射性使其不能用于信号的隔墙传输，在设计中不能满足发挥部分的要求。

2．红外无线传送红外光与所有电磁波一样，具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。

能将红外辐射量变化转换成电量变化的装置称为红外探测器或红外传感器。

但由于红外传感器的接收信号角度必须小于红外发送头的发送角度，难以实现全方位的传送，而且红外光在介质中传播会产生衰减，在金属中传播时衰减更严重。

3．射频无线传送常用的射频传送方式有调幅（AM）、调相（PM）和调频（FM）三种调制方式。

调幅是用低频调制信号去控制高频载波信号的振幅，使载波的振幅随调制信号成正比变化，抗干扰能力差；调相利用载波信号的相位随调制信号的相位变化进行调制，其幅度保持不变，抗干扰能力强，会产生频偏，对于调制低频信号，很不经济；调频是利用载波信号的频率随调制信号频率变化的原理进行调制，其频率随调制信号的频率成正比变化，振幅始终不变，具有较强的抗干扰能力。

数字信号频率调制（FSK）是调频传送技术中的一支奇葩，它采用数字键控调制，抗干扰能力强、频率稳定性好、灵敏度高、选择性好。

综合以上几种无线传送技术，本设计选用FSK，其框图构成如下：第二章 电路原理及主要功能模块2.1 工作原理 2.1.1 系统框图本系统由现场测温、无线远程传送和温度显示三个模块组成，系统框图如图3所示：系统中微处理器1（AT89C51）实现温度信号的采集、现场温度显示、开关信号读取和发送串口信号；FSK 无线通信分别由两片AT89C2051（微处理器2和微处理器3）控制发送与接收FSK 模块；终端温度显示由微处理器4（P89C51RD2H ）完成。

终端温度显示模块无线远程传送模块图3 系统总框图2.1.2图4 温度采集电路Uo利用温度传感器AD590可将温度信号转换为μA 级电流信号IT ，利用图4所示电路，将电流信号进行放大后转换为可处理的电压信号，然后送A/D 转换器。

在图4所示电路中，AD580是一高精度电压基准源。

当供电电压为4.5V 到30V 之间时，其固定输出电压为2.5V 。

AD623是一个集成仪表放大器，它能在单电源（+3V~+12V ）供电下提供满电源幅度的输出。

线性度高、温度稳定性好、工作可靠，增益调节方便，使用灵活。

在本电路中增益电阻取值为2.05K Ω，其增益为 ≈+=1100GR G 50。

2.2 通信模块在该作品中采用数字信号FSK 技术实现数据信号的发射与传送。

2.2.1 信号发送电路利用数字信号FSK 调制技术设计的发射电路如图6所示，电路以Microelectronic Integrated Systems 公司的TH7108芯片为核心。

TH7108芯片内包含有发射功率放大器（PA ）、晶体振荡器（XOSC ）、压控振荡器（VCO ）、相频检波器（PFD ）、分频器（div 8,div 32）、充电泵（CP ）、电源电路（PS ）、FSK 开关（SW ）等电路。

锁相环（PLL ）合成器由压控振荡器、分频器、相频检波器、充电泵和回路滤波器（LF ）组成，在LF 端外接的回路滤波器决定PLL 的动态性能。

VCO 的振荡器信号被馈送到分频器和功率放大器，分频器的分频比率是32。

晶体振荡器作为PLL 合成器的基准振荡器。

发射器的载波频率fc 是由晶体振荡器的基准频率fref 决定的，集成的PLL 合成器利用fref=fc/N(N=32，分频器的系数)，保证在800~960MHz 的频率范围内的每一个射频频点都能够实现。

射频输出图6 数字信号FSK调制发射电路TH7108模式控制逻辑如表1所示，模式控制允许芯片工作在四个不同的模式。

模式控制端ENCK和ENTX在芯片内部被下拉，以保证模式控制端ENCK 和ENTX在浮置时，电路被关断。

时钟输出端的输出时钟信号能用来驱动微控制器，频率是基准振荡频率的1/8。

所设计的FSK接收电路如图7所示，电路以Microelectronic Integrated Systems 公司的TH71112芯片为核心。

TH71112芯片包含低噪声放大器（LNA）、两级混频器（MIX1，MIX2）、锁相环合成器（PLL Synthesizer）、基准晶体振荡器（RO）、中频放大器（IFA）、相频检波器（PFD）等电路。

LNA是一个为高灵敏度的接收射频信号的共发-共基放大器。

混频器1（MAX1）将射频信号下变频到中频1（IF1），混频器2（MAX2）将中频信号1下变频到中频信号2（IF2），中频放大器（IFA）放大中频信号2和限幅中频信号并产生RSSI信号。

相位重合解调器和混频器3解调中频信号。

运算放大器（OA）进行数据限幅、滤波和ASK检测。

锁相环合成器（DIV16和DIV12），基准晶体荡器、相频检波器、充电泵（CP）等电路组成，产生第1级和第2级本振信号L01和L02。

使用TH71112接收器芯片可以组成不同的电路结构，以满足不同的需求。

对于FSK接收，在相位重合解调器中使用IF谐振回路，谐振回路可由陶瓷谐振器或者LC谐振回路组成。

TH71112采用两级下变频，MAX1和MAX2由芯片内部的本振信号L01和L02驱动，与射频前端滤波器共同实现一个高的镜像抑制。

在LNA的前端使用SAW滤波器和在LNA的输出端使用LC滤波器，射频前端滤波效果较好。

图7 数字信号FSK接收解调电路2.3微机硬件原理图2.3.1主机控制原理图图8给出了该电路原理图，图中IC1芯片为A/D转换芯片，利用其将从前端测温模块输出的模拟信号转换为易于单片机处理的数字信号。

该芯片采用MAXIM公司的MAX127A/D转换器，它是一逐次比较式、12位8路模数转换器，通过SDA、SCL口与单片机（P2.0、P2.1端）进行通信，在精度、速度、分辨率方面都能满足题目的要求。

主机控制部分设有六个按键，其中S1、S2、S5、S6用于设定上限温度，S3、S4按键为题中要求设置的两开关信号输入键，分别用于设置远程温度显示的开始与关断。

IC2芯片的P1口和P3.2、P3.3、P3.6端用来控制液晶显示器的显示，LCD可显示现场实测温度、温度设定值、开关状态功能。