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摘 要 为克服传统温度传感器的使用局限，基于单片机技术和无线通讯技术设计了一种无线温度传感器。该温度传感器以数字温度计DS18B20和无线收发芯片NRF2401构成硬件平台，采用高增益天线，通过Enhanced ShockBurstTM收发模式实现对温度数据的传输，实验覆盖区域达到200m。
关键词 DS18B20 NRF2401 无线温度传感器
中图分类号： TP3 文献标识码：A
以传统温度传感器进行多点温度测量时往往存在繁杂的布线问题，为了有效克服这一使用局限，我们基于单片机技术和无线通信技术设计了一种使用便捷的无线温度传感器，本文给予详细介绍。
1 硬件设计框架与基本原理
1.1 总体结构框架
无线温度传感器的总体结构主要包括两部分：一是温度采集电路（图1），包括温度采集模块，单片機和无线发射模块，其作用是测量温度并将测量到的温度数据发射给主机；另外一部分是温度信息处理电路（图2），包括无线接收模块、LCD显示、掉电数据存储、按键和RS232接口，其作用是收集所有的温度信息，处理并显示出这些信息，同时还可以将这些数据传输到PC机上。
1.2 数字温度计DS18B20
DS18B20是一种分辨率可编程设置的单总线数字温度计，用户可以通过程序来控制，将温度转化成12bit的数字字节的最大耗时仅需750ms。每一片DS18B20都有唯一的64位序列码，从而允许多片DS18B20共存于同一根单总线上，因此用一块单片机可以控制一片区域的温度采集。
DS18B20外观和接口如图3和图4所示，它有3个引脚，1脚为GND电源地；2脚为DQ数字信号输入输出引脚，DS18B20通过1根数据总线与单片机进行双向通信；3脚为VDD外接供电电源输入端。
1.3 单片机的选择
本系统中在温度采集电路和温度信息处理电路中都需要用到单片机，而且单片机是做为系统控制核心。在温度采集电路中对单片机的功耗要求较高而在信息处理电路中对单片机的处理速度有一定的要求。基于价格和电路设计方便的考虑，采用华邦W78E052，它的指令和引脚序列与MCS51兼容，编程简单方便。它最大支持40MHz时钟，供电电压范围宽（2.4V～5.5V），采用3.3V供电，它的IO口可以很方便的与DS18B20和NRF2401直接连接。
由于NRF2401模块的无线收发距离与PCB的布局和布线有很大的关系，所以其直流供电电源要尽量的靠近VDD引脚，并且用一个10uF钽电容去耦。布线要注意避免长的电源走线，元器件的地、电源及电源的去耦电容要尽量靠近芯片。VSS直接连接铺铜地，并保证每个VSS至少有一个过孔。
2 软件的设计
2.1 温度采集
DS18B20默认以12位输出，测温分辨率为0.0625，输出二进制补码格式数据，低4位为小数位，最高位为符号位。如果是正温度，读出的数据乘以0.0625便是当前的温度值；负温度得转化为正值再相乘。12位输出的耗时是750ms，如果需要提高转换速度，可以选择减少输出位数。如果是单片的DS18B20工作，在启动温度转换和度暂存存储器操作命令时可以跳过64位ROM地址匹配。
2.2 无线收发
NRF2401有4种工作模式，分别是收发模式、配置模式、空闲模式和关机模式，这四种模式可由PWR_UP寄存器、PRIM_RX寄存器和CE引脚决定。其中收发模式又有Enhanced ShockBurstTM、ShockBurstTM和直接收发模式3种，收发模式由配置字来决定。配置从4个方面进行：①数据宽度，声明射频数据包中的数据位数；②地址宽度，声明数据包中地址占用位数；③地址，指接收对象的地址；④CRC检测，生成CRC校验码和解码。
2.3 系统软件框架
温度信息处理模块可以工作在两种模式：单机模式和联机模式，这两种模式可以通过按键来设定。单机模式下，将各个温度采集模块上采集过来的温度实时显示出来，与预先设定的数据进行比较，如果某一处超过警界值，则启动相应的处理措施并发出报警。而在联机模式下，模块则将采集到的数据通过RS232发给上位机，并执行上位机发出的命令。
实验测定：该无线温度传感器用板载天线在空旷地的数据传输距离可达40米，如果采用高增益天线可以将控制距离增大到100米以上，温度测量误差在€？.1℃以内。如果在发射端增加功率放大器模块，在接收端加低噪声放大器模块，控制范围还能够进一步扩大。
参考文献
[1] 王飞.基于ZigBee技术的无线温湿度传感器网络设计[J].网络与通信，2008（2）.
[2] 杨林举.基于DASH7技术的温度无线传感器网络设计[J].自动化与信息工程，2011（4）.
[3] 徐治根.基于NRF2401的无线温度传感器的设计[J].科技资讯，2012（9）.
关键词 DS18B20 NRF2401 无线温度传感器
中图分类号： TP3 文献标识码：A
以传统温度传感器进行多点温度测量时往往存在繁杂的布线问题，为了有效克服这一使用局限，我们基于单片机技术和无线通信技术设计了一种使用便捷的无线温度传感器，本文给予详细介绍。
1 硬件设计框架与基本原理
1.1 总体结构框架
无线温度传感器的总体结构主要包括两部分：一是温度采集电路（图1），包括温度采集模块，单片機和无线发射模块，其作用是测量温度并将测量到的温度数据发射给主机；另外一部分是温度信息处理电路（图2），包括无线接收模块、LCD显示、掉电数据存储、按键和RS232接口，其作用是收集所有的温度信息，处理并显示出这些信息，同时还可以将这些数据传输到PC机上。
1.2 数字温度计DS18B20
DS18B20是一种分辨率可编程设置的单总线数字温度计，用户可以通过程序来控制，将温度转化成12bit的数字字节的最大耗时仅需750ms。每一片DS18B20都有唯一的64位序列码，从而允许多片DS18B20共存于同一根单总线上，因此用一块单片机可以控制一片区域的温度采集。
DS18B20外观和接口如图3和图4所示，它有3个引脚，1脚为GND电源地；2脚为DQ数字信号输入输出引脚，DS18B20通过1根数据总线与单片机进行双向通信；3脚为VDD外接供电电源输入端。
1.3 单片机的选择
本系统中在温度采集电路和温度信息处理电路中都需要用到单片机，而且单片机是做为系统控制核心。在温度采集电路中对单片机的功耗要求较高而在信息处理电路中对单片机的处理速度有一定的要求。基于价格和电路设计方便的考虑，采用华邦W78E052，它的指令和引脚序列与MCS51兼容，编程简单方便。它最大支持40MHz时钟，供电电压范围宽（2.4V～5.5V），采用3.3V供电，它的IO口可以很方便的与DS18B20和NRF2401直接连接。
由于NRF2401模块的无线收发距离与PCB的布局和布线有很大的关系，所以其直流供电电源要尽量的靠近VDD引脚，并且用一个10uF钽电容去耦。布线要注意避免长的电源走线，元器件的地、电源及电源的去耦电容要尽量靠近芯片。VSS直接连接铺铜地，并保证每个VSS至少有一个过孔。
2 软件的设计
2.1 温度采集
DS18B20默认以12位输出，测温分辨率为0.0625，输出二进制补码格式数据，低4位为小数位，最高位为符号位。如果是正温度，读出的数据乘以0.0625便是当前的温度值；负温度得转化为正值再相乘。12位输出的耗时是750ms，如果需要提高转换速度，可以选择减少输出位数。如果是单片的DS18B20工作，在启动温度转换和度暂存存储器操作命令时可以跳过64位ROM地址匹配。
2.2 无线收发
NRF2401有4种工作模式，分别是收发模式、配置模式、空闲模式和关机模式，这四种模式可由PWR_UP寄存器、PRIM_RX寄存器和CE引脚决定。其中收发模式又有Enhanced ShockBurstTM、ShockBurstTM和直接收发模式3种，收发模式由配置字来决定。配置从4个方面进行：①数据宽度，声明射频数据包中的数据位数；②地址宽度，声明数据包中地址占用位数；③地址，指接收对象的地址；④CRC检测，生成CRC校验码和解码。
2.3 系统软件框架
温度信息处理模块可以工作在两种模式：单机模式和联机模式，这两种模式可以通过按键来设定。单机模式下，将各个温度采集模块上采集过来的温度实时显示出来，与预先设定的数据进行比较，如果某一处超过警界值，则启动相应的处理措施并发出报警。而在联机模式下，模块则将采集到的数据通过RS232发给上位机，并执行上位机发出的命令。
实验测定：该无线温度传感器用板载天线在空旷地的数据传输距离可达40米，如果采用高增益天线可以将控制距离增大到100米以上，温度测量误差在€？.1℃以内。如果在发射端增加功率放大器模块，在接收端加低噪声放大器模块，控制范围还能够进一步扩大。
参考文献
[1] 王飞.基于ZigBee技术的无线温湿度传感器网络设计[J].网络与通信，2008（2）.
[2] 杨林举.基于DASH7技术的温度无线传感器网络设计[J].自动化与信息工程，2011（4）.
[3] 徐治根.基于NRF2401的无线温度传感器的设计[J].科技资讯，2012（9）.