超低功耗无线数字温度传感器的研制

文章摘要：摘要：研制了一种低功耗、电池供电的无线数字温度传感器。此传感器以PIC16F73单片机、数字温度传感器DS18B20、单片射频收发芯片nRF901为核心，工作频率433MHz，测温范围-℃40℃～85℃，分辨力为0.0625℃，测温精度0.5℃，静态电流小于8 A，动态电流小于0.75mA，在市区环境中，可靠通信距离40m。1 引言 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。 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

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摘要：研制了一种低功耗、电池供电的无线数字温度传感器。此传感器以PIC16F73单片机、数字温度传感器DS18B20、单片射频收发芯片nRF901为核心，工作频率433MHz，测温范围-℃40℃～85℃，分辨力为0.0625℃，测温精度0.5℃，静态电流小于8 A，动态电流小于0.75mA，在市区环境中，可靠通信距离40m。

1 引言
    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。
    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，要求其具有体积小、功耗低、成本低、使用方便等特点。基于这些需求，本文给出了一款无线数字温度传感器的设计及实现。

2 系统硬件设计
    本文设计的无线温度传感器主要由以下几部分组成：温度测量部分、发射部分、接收部分、上位机显示及操作部分。系统结构图如图1所示。
 
2.1 温度测量电路
    在温度测量电路中采用Dallas公司生产的1-Win总线数字温度传感器DS18B20。DS18B20是3引脚TO-92小体积封装形式；温度测量范围为-55℃－+125℃，可编程为9位-12位MD转换精度，测温分辨率可达0.0625℃，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。本系统采用从端脚引入工作电源方式。温度测量电路如图2所示。
 
2.2 无线收发电路
    无线收发电路如图3所示。无线收发电路采用Nordic公司生产的nRF901单片射频收发芯片。nRF901工作于433MHz，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11mA，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。
 
    nRF901的EDAPCB/PCBjishu/" target="_blank" class="infotextkey">PCB一般都是双层板，底层不放置元件，地层、顶层的空余地方一般都敷上铜，这些敷铜通过过孔与底层的地相连。直流电源及电源滤波电容尽量靠近VDD引脚。nRF901的供电电源应通过电容隔开，这样有利于给nRF901提供稳定的电源。在EDAPCB/PCBjishu/" target="_blank" class="infotextkey">PCB中，尽量多打一些通孔，使顶层和底层的地能够充分接触。

3 系统软件设计
    接收机与PC机通过RS232进行通信，并在PC机中显示所测温度值。
    当发射机上电后，单片机I(如图1所示，以下简称DI)配置无线收发芯片I(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，等待无线收发芯片II(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。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。

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