超低功耗无线数字温度传感器的研制

文章摘要： 当接收机上电后，单片机II(以下简称DII)首先配置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NII为接收模式，等待接收NI发送过来的温度值。当NII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232接口传送给Pc机，并在上位机显示界面中进行显示。 图4 单片机软件流程图4 系统性能4.1 系统功能 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，该系统具有低电平供电、低功耗的特点，供电电压为3V。在发送状态下，系统电流为0.75mA；在休眠状态下，系统电流小于10 uA。通信系统处于查询方式工作时，处于发射状态的工作

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    当接收机上电后，单片机II(以下简称DII)首先配置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NII为接收模式，等待接收NI发送过来的温度值。当NII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232接口传送给Pc机，并在上位机显示界面中进行显示。
 
图4 单片机软件流程图

4 系统性能
4.1 系统功能
    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，该系统具有低电平供电、低功耗的特点，供电电压为3V。在发送状态下，系统电流为0.75mA；在休眠状态下，系统电流小于10 uA。通信系统处于查询方式工作时，处于发射状态的工作电流计算公式如下，(假设休眠时间为ts1，工作时间为tdt)，那么平均工作电流Ip为(单位为uA)：
Ip=(ts1×5+tdt×750)/(ts1+tdt)
    本系统休眠时间为2.3s，工作时间为0.6s。这样，5400mAh的锂电流可以使用3年半。
4.2 通信可靠性
    通信误码率可以使用如下近似公式计算：
Pe≈ Ne/N
    式中，N为传输的二进制码元总线；Ne为被传输错的码元数，理论上应有N→∞。
    在实际使用中，N足够大时，才能够把Pe近似为误码率。经过对系统的测试，在数据速率为100kbps、通信距离为30m(市区内)时，通信误码率为10^-2～10^-4。在数据速率提高时，通信误码率会增加，但是通信模块可采用多项技术来提高通信可靠性。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。当然，用户在应用层还可以采取多种通信协议来进一步提高通信的可靠性。
4.3 通信距离
    在无线通信中，影响通信距离的主要性能指标有四个：一是发射机的射频输出功率，二是接收机的接收灵敏度，三是系统的抗干扰能力，四是发射／接收天线的类型及增益。通信距离与发射机发送信号的强度和接收机接收灵敏度有着直接关系。本模块的发送功率为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，可靠通信距离在40m。

5 结束语
    本文设计的数字化无线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”。本系统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。

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