测温度研制报告.doc

目录第一章绪论21.1课题背景21.2课题的意义21.3课题的主要研究内容31.4本章小结3第二章 无线测温系统硬件原理与设计42.1系统工作原理介绍42.2 CPU的选择42.3无线芯片的选择72.4温度传感器的选择72.5本章小结9第三章 温度采集单元的设计1031 CC1100的程序设计103.2 DS18B20的温度的读取103.3 DS18B20的自动识别技术113.4 DS18B20使用中的注意事项123.5单片机固件设计12第四章 数据接收系统的设计144.1单片机与Pc机的串行通信154.2系统抗干扰设计164.2.1传导藕合干扰的抑制164.2.2空间祸合干扰的抑制17第五章 系统误差185.1基本误差185.2误码率18结 论19第一章 绪论1.1课题背景 无线通讯方式的温度测量系统是根据国内外近几年在测温方面现有应用和发展趋势所提出的一种新产品。无线温度测量就是用来对现场的温度进行检测，数据以无线方式传输，它非常适用于运动物体和不方便铺设线路场所，或危险、有毒、有害场所的温度检测，例如：转炉、隧道窑、加工中的工件、酸碱浓度较高的化工场所等。正是由于这些优点美商国际集团委托黑龙江省自动化研究所，开发适合工作在有害气体和不方便铺设线路场合的垃圾场无线温度测量系统。   美商国际集团是由外商独资兴建，专业致力于对城市生活废弃物进行分类、资源回收和再利用，并采用生物高科技堆肥发酵工艺，生产有机肥的综合性大型环保企业。其所处理的有机垃圾在除去杂质进入厌氧发酵工序之前要在近70oC条件下经过至少5天的发酵处理。发酵过程中硫化氢、胺气、吲哚等有害、恶臭气体的产生，对人员的身体健康产生很大的危害，尤其对呼吸系统和神经系统的影响，危害非常大，原有的测温方式为，工人用热电阻测温杆插入发酵堆进行测量，每次只能测量一个点的数据，用时约10分钟，一个发酵堆测9个点耗时一个多小时，每天一个工人最多可以测6个堆的温度，占全部发酵堆的十分之一，并且具有大的滞后性，生物实验室无法根据温度数据对发酵对进行温度和供氧调节。在夏天中午时候厂房内的温度达到50多，测温工作几乎无法进行。我们研制的测温系统减小了工人的工作量，工作时间减少到以前的百分之一。提高了生产率和生产质量。1.2课题的意义无线测温系统同样适用于钢铁冶炼温度监控，蔬菜大棚温度等领域。这种网络是中距离、低速率无线传感器网络，射频传输成本低，各结点只需要很少的能量，低功耗，适于电池长期供电，可实现一点到多点、两点间对等通信，快速组网，高级电源管理。这种网路主要用于中短距离无线系统的连接，提供传感器或二次仪表无线双功网络接入，能够满足对各种传感器的数据输出和输入控制命令和信息的需求，使现有的系统网络化、无线化。系统设计可允许使用第三方的传感器、执行器或低带宽数据源。该网络可拓展应用在温度湿度监控、压力过程控制数据采集、流量过程控制数据采集、工业监控、楼宇自动化、数据中心、制冷监控、设备监控、社区安防、环境数据检测、仓库货物监控等方面。此系统具有广泛的推广价值。1.3课题的主要研究内容本课题是与美商国际集团的合作项目，研制基于无线数据传输的温度测量系统是本课题的主要研究内容。把无线通讯方式和传感器结合起来，发挥无线传输的特有的优势，使测试系统可以随时随地的和计算机连接，更加方便了测温系统的使用。课题主要集中在电路部分以及基于CC1100通信的设计和实现上。课题研究的具体内容可分为如下两个部分：1测试系统的硬件电路选择单片机控制，设计单片机为核心的采集接收电路部分。2单片机固件程序的编写编写单片机控制程序，包括系统的初始化，数据采集处理，理与上位机的通信的程序等。1.4本章小结随着无线传感器网络的广泛应用，尤其是随着工厂自动化水平的提高，因此研制基于无线传输的温度测量系统具有非常重要的意义。传感器无线化是传感器应用的一个新的趋势，它具有方便性、灵活性、可快速组网等特点。第二章 无线测温系统硬件原理与设计2.1系统工作原理介绍根据到发酵厂房实地考察，厂房的结构是400长，100米宽的彩钢结构的空旷厂房，举架高10米。发酵堆共64个，每个堆高2米，每个堆需要测9个温度点，根据测温点的分布情况与现场腐蚀气体的严重性，测温单元采用不锈钢钢杆形式，带有助力把手，非常容易插入发酵堆，电路部分位于测温杆的最上方。厂房上方分布6个接收单元，负责接收测温杆发送的温度数据，6个接收单元通过RS-485总线通讯，最后接入总控室，通过485通讯卡进去PC机，因为测温实时性要求不高，每个测温杆每次间隔20分钟发送一次数据，采用自报方式发送数据，发送一次数据占用时间为1ms,所以空中数据碰撞的可能性非长小，完全可以满足实际应用。温度采集单元A1温度采集单元A2温度采集单元B温度采集单元B接收单元B接收单元A总控制室PCRS485图 2-1 系 统组成结构图2.2 CPU的选择作为测控系统的核心部件，处理器的选择对整个系统功能的优化起着至关重要的作用。面向工控领域的单片处理器，有目前广泛应用的51系列的8位单片机，面向大量数字信号处理领域的数字信号处理器(DSP)，以及市场上增强型的16位单片机。51 系 列的 8位单片机作为从八十年代就开始流行的处理器，其开发技术成熟，应用广泛，不足之处在于功能过于简单，功耗高，已经不能适应于目前对测控系统功能和速度的要求.ARM器件在工控领域的应用，从长远的观点来看是一个必然趋势。但从现阶段各ARM器件的情况来看，偏重于高端应用领域，其结构功能设计侧重于有大量数字信号处理的场合，如多媒体等领域，不适合在仪表领域的使用，而且目前其价格较高，开发技术难度大。作为这两种微处理器的一种折衷方案，各大公司纷纷推出各种面向不同应用场合的增强型单片机，如AVR系列、TI MSP430系列和Philips的PCF80C51系列等。这些系列的单片机大多具有较强的功能模块接口功能、较高的处理速度、大容量ROM和RAM，往往处理器本身就己经是一个小系统模式，仅仅需要一些简单电容、电阻元件就可以工作，其中MSP430系列单片机就是其中的性能价格比较为优越的一款16位单片机。TI公司MSP430系列，是具有RISC指令集的超低功耗芯片，功能丰富，主要用于低功耗应用。本系统的设计考虑了系统的可靠性、低功耗和经济性，因此，硬件设计需要遵循以下原则:1. 单元要在短时间处理完数据，然后休眠使系统大部分时间处于休眠状态，这样可以降低系统的功耗，所以对快速性要求较高，所以对CPU的选择要考虑它的快速性;2. 对于所设计的系统来说，系统对中断的异步快速响应能力是降低系统功耗的一个重要方面。3. 应用环境中，对可靠性要求较高，所以必须考虑CPU具有丰富的集成外设功能，使外部电路精简，提高系统的可靠性;4. 采用低功耗硬件电路设计及微控制器芯片，系统运行的低功耗是现代电子系统的普遍取向，由于系统采用电池供电，所以低功耗是本系统电路设计的基本原则，同时也可以根据以后系统应用的需要，方便系统功能扩展。根据以上原则本文选择该系列单片机，其中下位机温度数据采集系统选用MSP430F1121芯片，上位机温度数据接收系统选用MSP430F149芯片。MSP430系列单片机是由TI公司开发的16位单片机，其突出特点是超低功耗，非常适合于各种功率要求低的应用，有多个系列和型号，它们分别由一些基本功能模块按不同的应用目标组合而成，典型应用是智能家庭仪表、医疗设备和保安系统等方面。由于其较高的性能价格比，应用己日趋广泛。1. 超 低 功 耗在正常的工作状态下，如果工作电压为3.2V，其典型消耗电流仅为250uA /MIPS (MIPS为每秒百万条指令数)，而待机模式下工作电流更降至1uA以下，1/O输入端口的漏电流最大仅为50nA.2. 强大的处理能力MSP430系列单片机是16位单片机，采用了目前流行精简指令集(RISC)结构，一个时钟周期可以执行一条指令，具有丰富的寻址能力(源操作数7 种，目的操作数4种，但只有简洁的27 条指令);片内寄存器数量多，可实现多种运算，有高效的查表处理方法。这些特点保证了可以编制出高效的程序。3. 丰 富的 片上外围模MSP430 系列单片机上集成了较多的片上外围模块，它包含:硬件乘法器，2组频率可达SMHz的时钟模块，2个带有大量捕获/比较寄存器的16位定时器，看门狗，2个可实现异步、同步及多址访问的串行通信接口、数十个可实现方向设置及中断功能的并行输入、输出端口。4. 执行速度快MSP430系列单片机的工作电压范围为1.8至3.6V，在8MHz的晶振工作时，执行速度可达6MIPS。5. 在线支持强MSP430系列单片机均可由FLAsH仿真工具(FET)提供支持。该FET是一种完整的集成开发环境，包括源代码级调试器、仿真器、汇编/连接器、C编译器、两种评估芯片、目标板、JTAG接口以及编程单元等。利用单片机本身具有的JTAG接口,可以在一台主机PC及一个结构小巧的JTAG控制器的帮助下实现程序的下载，完成程序调试。6. 工业级运行环境MSP430 系列单片机的运行环境温度为一40+58 ，所设计的产品适合运行于工业环境下。7. 低工作电压1.8-3.6V，超低功耗有5种节能模式，其中LPM14数据保持模式仅耗0.1uA，活动状态耗电为20uA，从低功耗模式到活动状态只需6ns。8. 有一套 效率高、执行速度快的指令系统，硬件乘法器可快速执行8x8、8xl6、16xl6整型乘法操作，并在一个机器周期立即得到结果，可满足温度数据采集系统的大量计算要求。9. MSP430F149单片机内部集成64KROM，8KRAM，片内有Flash信息存储器，容量大可用于保存数据或程序，温度数据采集系统无需再扩展存储模块，简化了设计电路:10. 功 能 强大的CPU 内核，16位RISC结构，高效的内部寻址方式;在8MHz时可得到125ns的指令周期，具有16个快速响应中断。11. 16 位 TimerA 与TimerB 可方便地实现程序定时。12. 灵活的时钟系统，可使用外部时钟源，用32768Hz晶体产生低频时钟达到低功耗的目的，高频晶体产生高频时钟达到快速采样的目的。13. 片内独立的看门狗，保证系统软件可靠运行。根据实际应用，使用普通碱性电池，系统已连续工作了3年，系统仍在继续工作，可见此芯片功耗之低。2.3无线芯片的选择由于工厂的环境复杂，干扰源较多，信号容易受到干扰，因此本系统采用了抗干扰性能好的CC1100无线收发芯片。位于挪威奥斯陆的Chipcon公司作为全球领先的供应商，在低系统成本、低功耗的射频芯片和网络型软件方面发布了CC1100产品、CC1100是一种低成本真正单片的UHF收发器，为低功耗无线应用而设计。电路主要设定为在315、433、868和915MHz的ISM和SRD频率波段。RF收发器集成了一个高度可配置的调制解调器。这个调制解调器支持不同的调制格式，其数据传输率可达500kbps。CC1100为数据包处理、数据缓冲、突发数据传输、清晰信道评估、连接质量指示和电磁波激发提供广泛的硬件支持。通过开启集成在调制解调器上的前向误差校正选项，能使性能得到提升。CC1100的主要操作参数和64字节传输/接收FIFO可通过SPI接口控制。在这个个典型的系统里，CC1100和MSP430的SPI接口进行无缝连接。在实际使用中CC1100通讯距离大于100米，误码率小于1%。2.4温度传感器的选择无线温度的采集主要基于单线数字温度传感器DS18B20芯片。Dallas 半导体公司的单线数字温度传感器DS18B20是世界上第一片支持 “一线总线”接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。DS18B20支持“一线总线”接口，测量温度范围为 -55 +125，在-10+85范围内,精度为±0.5。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性，适合于恶劣环境的现场温度测量，支持3V5.5V的电压范围， DS18B20可以程序设定912位的分辨率，精度为±0.5。数字单总线温度传感器是目前最新的测温器件，它集温度测量，A/D转换于一体，具有单总线结构，数字量输出，直接与微机接口等优点。产品经测试在-10-70间测得误差为0.25,80T105时误差为0.5,当T>105误差为增大到1左右。DS18B20高速暂存器共9个存存单元，如表所示：序号寄存器名称作    用序号寄存器名称作 用0温度低字节以16位补码形式存放4、5保留字节1、21温度高字节6计数器余值2TH/用户字节1存放温度上限7计数器/3HL/用户字节2存放温度下限8CRC 表 2-1光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM的排列是：开始8位（28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。 DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例: 用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625/LSB形式表达，其中S为符号位。12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特的RAM中，二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际温度。 2.5本章小结本章主要对无线温度监测系统的总体设计进行概述，介绍了该系统的工作原理及主要功能。该系统主要由两部分组成:温度数据采集单元和温度数据接收系统。在分别介绍每个单元系统的组成及主要功能的基础上根据系统所要实现的功能和具体要求，选择系统所需CPU微处理芯片MSP430、无线射频芯片CC1100、温度传感器DS18B20并对其特点进行详细介绍。第三章 温度采集单元的设计31 CC1100的程序设计 CC1100通过4线SPI兼容接口（SI,SO,SCLK和CSn）配置。这个接口同时用作写和读缓存数据。SPI接口上所有的地址和数据转换被最先在重要的位上处理。SPI接口上所有的处理都同一个包含一个读/写位，一个突发访问位和一个6位地址的头字节一起作用。当头字节在SPI接口上被写入时，芯片状态字节在 SO脚上被 CC1100写入。状态字节包含关键状态信号，对MCU有用。第一位s7,是CHIP_RDYn信号。在SCLK的第一个正边缘之前，这个信号必须为低。CHIP_RDYn信号表明晶体正处在工作中，调节数字提供电压是稳定的。在地址和数据转换期间，CSn脚必须保持为低点评。如果在过程中CSn变为高电平，转换取消。当CSn变低，在开始转换头字节之前，MCU必须等待，直到SO脚变低。这表明电压调制器已经稳定，晶体正在工作中。除非芯片处在 SLEEP或XOFF状态，SO脚在CSn变低后总会立即变低。CC1100配置寄存器位于SPI地址从0x00到0x2F之间。所有的寄存器均能读写。通过在地址头设置突发位，连续地址的寄存器能高效地被访问。这个地址在内部技术器内设置起始地址。每增加一个新的字节，计数器值增加1。突发访问，不管是读访问还是写访问，必须通过设置CSn为高来终止。对0x30-0x3D间的地址来说，突发位用以在状态寄存器和命令滤波器之间选择。命令滤波可被视为CC1100的单字节指令。通过命令滤波寄存器的选址，内部序列被启动。这些命令用来关闭晶体振荡器，开启传输模式和电磁波激活等。命令滤波寄存器的访问和一个寄存器的写操作一样，单没有数据被传输。就是说64字节TX FIFO和64字节RX FIFO通过0x3F来访问。3.2 DS18B20的温度的读取DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的E2RAM,后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器。暂存存储器包含了8个连续字节，前两个字节是测得的温度信息，第一个字节的内容是温度的低八位，第二个字节是温度的高八位。第三个和第四个字节是TH、TL的易失性拷贝，第五个字节是结构寄存器的易失性拷贝，这三个字节的内容在每一次上电复位时被刷新。第六、七、八个字节用于内部计算。第九个字节是冗余检验字节。低五位一直都是1 ，TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。在DS18B20出厂时该位被设置为0。R1和R0用来设置分辨率，如下表所示：（DS18B20出厂时被设置为12位）根据DS18B20的通讯协议，主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。复位要求主CPU将数据线下拉500us，然后释放，DS18B20收到信号后等待1660us左右，后发出60240us的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。3.3 DS18B20的自动识别技术在长期的使用过程中由于热应力的作用DS18B20的管脚会开焊，正常更换DS18B20时候，要更新程序中的相应的64位地址码，重新编程显得比较麻烦，现介绍一种自动识别地址码的过程，实现的只更换器件而不用重新编程的方法。每个数字温度传感器内均有惟一的64位序列号，只有获得该序列号后财可能对单线多传感器系统进行一一识别。读DS18B20是从最低有效位开始的，8位产品代码都读出后，48位序列号再读入，移位寄存器中就存储CRC值了。控制器可以用64位ROM中的前56位计算出一个CRC值，再用存储再DS18B20的64位ROM中的值或DS18B20内部计算出的8位CRC值进行比较，以确定ROM数据是否被总线控制器接收无误。在ROM操作命令中，有两条命令智能在总线上仅有一个传感器的情况下使用。搜索ROM命令（F0H）。读ROM命令只能在总线上仅有一个传感器的情况下使用。搜索过程位3个步骤：读一位，读该位的补码，写所需位的值。总线主机在 ROM的每一位上完成这3个步骤，在全部过程完成后，总线主机便获得一个传感器ROM的内容，其他传感器的序列号则由相应的另外一个过程来识别。具体搜索过程为：1总线主机发出复位脉冲进行初始化，总线上的传感器则发出存在脉冲响应。2.总线主机在单总线上发出搜索 ROM命令。3 总线主机从总线上读一位。每一个传感器首先把它们各自的ROM中的第一位放到总线上产生“线与”，总线主机读得“线与”结果。接着每一个传感器把它们各自的ROM中的第一位的补码放到总线上，总线主机再次读得“线与”的结果。总线主机根据以上读得的结果，可以进行如下判断：结果为00表明总线上连有传感器，且在此数据位上它们的值发生冲突；为01表明此数据位上它们的值均为0；为10表明此数据位上它们的值均为1；11表明总线上没有连接传感器。4总线主机将一个数值位（0或1）写到总线上，则该位与之相符的传感器仍连到总线上。5.其他位重复以上步骤，直至获得其中一个传感器的64位序列号。3.4 DS18B20使用中的注意事项DS18B20虽然具有测温系统简单，测温精度高、连接方便、占用口线少等优点，但在实际应用中也应注意以下两方面的问题：1.连接DS18B20的总线电缆是有长度限制的。试验中，当采用普通信号电缆传输长度超过50米时，读取的测温数据将发生错误。当将总线电缆改为双绞线带屏蔽的电缆时，正常通信距离可以达到150m。当采用每米绞合次数更多的双绞线带屏蔽电缆时，正常通信距离进一步加长。这种情况主要由于总线分布电容使信号波形产生畸变造成的。因此，在用DS18B20进行长距离测温系统设计时要充分考虑总线分布电容和阻抗匹配问题。2.在DS18B20测温程序设计中，向DS18B20发出温度转换命令后，程序总要等待DS18B20的返回信号，一旦某个DS18B20接触不好或断线，当程序读DS18B20时候，将没有返回信号，程序进入死循环。这一点在进行DS18B20硬件连接和软件设计要考虑。3.5单片机固件设计开发接口固件的整体思想是模块化和通用性。采用C语言来开发单片机固件。C语言是一种通用的计算机程序设计语言，它既有高级语言的特征又能直接操作系统硬件，而且可以进行结构化程序设计。设计中用宏来代替需要经常被调用代码，来简化冗长操作的代码。固件设计使用一种分层的结构。在最底层是一些简单的、原始的功能子程序，这些子程序直接和硬件打交道或完成一些最基本的功能，如向外部设备写数据和读取数据。调用这些子程序形成了高层的更复杂的应用程序。把子程序的声明和宏定义编成头问件，包含在应用程序中。例如，在设计中将单片机寄存器、公用的宏定义、调用外部函数的原型分别编写在430.h、global.h、external.h中。程序编写的分层结构简洁易懂，并且易于编写和测试，既增加了程序的通用性，又增加了代码的可读性。中断NY初始化20分钟到吗?进入低功耗等待定时中断关闭发送模块清看门狗采集发送数据中断服务程序定时器中断单片机固件的流程如图3-1所示，按照模块化思想又可分为以下几个模块：初始化模块、低功耗模块、定时器模块、温度采集模块、数据发送模块。初始化程序模块用来初始化单片机和外部硬件等，使定位器进入正常的使用状态。如设置单片机的功能模块的寄存器；设置引脚功能寄存器，为多功能引脚选择功能方式；设置中断触发模式及中断优先级。图3-1 单片机固件第四章 数据接收系统的设计在数据采集系统的软件设计中，通讯接收设计是一个很重要的环节.数据采集系统的接收端挂在厂房的上方后，与外界交互只有靠无线通讯实现。数据接收端是被动方，数据采集单元是主动方，数据采集单元用定时器中断方式来计时发送温度数据，这个过程是靠CPU的定时器TimerA中断源来实现的。当TimerA中断延时程序达到20分钟后启动一次温度采集过程，给数据接收系统返回不同的数据。在整个通信的过程中数据采集系统 (下位机无线终端)和数据接受系统 (上位机)既是数据发送端也是数据接收端。由于在本无线网络中，存在6个主站 (即上位机)和多个从站 (下位机无线终端)，因此本无线通信的协议是一个一对多的无线通信协议.在整个无线通信系统中，无线通信模块的工作频率是 433MHz，数据传输率是 110Kb/s。由于整个系统工作在单一载波频率下，整个系统只有一个载波频率，采用随机竞争的方式，由于硬件缺少冲突检测的机制，所以在经过权衡之后，认为采用TDMA(方式)，即时分多路访问，由于整个系统每次最多的通信数据量限制在1K以内,减少了数据空中碰撞的机会。由于CC1100带有地址滤波功能，共可以有255个地址，我们在把255个地址中选用6个地址，相应发送给主站数据的温度传感器采用同一地址，如果主机检测到非子传感器来的数据，会被地址滤波器滤掉。 目标板天线CC1100CPU通讯接口RS485总线存储器 。 图 4.1 系统接受单元框图 接收的数据通过FEC纠正后，存入主站中的FLASH中，在存入每个数据同时，存入相应的系统时间。每隔20分钟PC机读取主站中的数据一次。读完主站数据后，主站清空 FLASH内的历史数据。下面就通讯协议和系统抗干扰作一简单介绍。4.1单片机与Pc机的串行通信 要想保证通信的成功，通信双方必须有一系列的约定。作为发送方，必须清楚在何时发送信息、发送什么内容、何时发送结束以及对方是否收到、收到的内容是否正确、对方接收不正确时要不要重发等。作为接收方，必须清楚对方是否发送了信息、发送什么内容以及收到的信息是否正确、接收不正确时如何通知对方重新发送、怎样判断结束等。这种约定就叫通信协议，必须在编程之前确定下来。只有双方遵守通信协议，通信才能顺利进行。 在系统进行数据通信期间，在有效数据间会混有噪声，为了识别噪声和有效数据，通常在要传输的数据块前加三个字节的协议头表示，在数据块的最后加校验和进行纠错。通信数据帧格式为：起始码设备地址包大小数据数据校验本系统中设定如下:(l)通信起始码:4e，31 ，32。(2)数据校验:采用CRC校验。(3)单片机系统为1-6，上位机为7。 在串行通信中，一个重要的指标是波特率，它反映了串行通信的速率，也反映了对传输通道的要求。一般异步通信的波特率在 50b/s9600b/s 之间。由于异步双方各用自己的时钟，要保证捕捉到正确的信息，最好采用较高频率的时钟，一般选择时钟频率比波特率高16或64倍，若选择时钟频率低于波特率，则频率稍有偏差便会产生接收错误。上位机发送数据后等待下位机的回应，如果下位机接收正确，则发送下一条数据:如果下位机接收错误，或者没有收到回应信息，上位机重新发送数据，如果重复发送三次还没有回应，系统提醒用户通信中断。 系统中数据的接收采用中断的方式，即只要计算机的缓存区有数据从串口传过来，立即执行中断程序。4.2系统抗干扰设计 温度数据采集系统工作在恶劣的电磁环境中，受到各种各样的电磁干扰。而数据采集是整个监测系统的第一个环节，它能否正常工作对整个监测系统的实现起着决定性的作用。温度数据采集系统在垃圾处理厂中属弱点设备，抗干扰能力较弱。因此，如果不加防范，电磁干扰会严重地干扰系统工作，甚至造成电路击穿损坏，形成永久性故障。下面就从电磁干扰的产生、对电磁干扰的抑制和提高单片机自身可靠性三个方面论述数据采集系统的抗干扰设计。 电气设备工作时，在接收的信号中，除了接收有用的信号之外，还夹杂着一些无用的信号这种无用且不规则变化的信号 “噪声”，外部噪声对电气设备的干扰几乎都是通过传导耦合和空间耦合两种方式实现的。本设计采用了如下的抗干扰措施:4.2.1传导藕合干扰的抑制数据接收系统电源来自工频交流线路，外部噪声传导耦合是主要噪声来源，因此如何抑制来自电源系统的干扰就成为提高系统抗干扰性能的一个重要环节。首先是对系统浪涌冲击干扰的抑制，浪涌冲击变化快、时间短、功率大，因而危害性大。对浪涌冲击一般可采用吸收其能量和瞬时短路干扰噪声的办法。由于压敏电阻和瞬变抑制二极管具有瞬间短路放电的性能，因此被用来抑制线路大电流冲击。数据采集系统要正常工作,首先应正确无误地检测到被测信号。若信号受到严重干扰，导致信号难以辨识，在一些干扰严重的场合，微弱的信号甚至会被淹没于干扰之中。为了获得真实信号，采取如下措施:首先是提高信号幅值，从抑制传输干扰的角度看，提高信号幅值是一种简单而有效的方法。提高信号幅值就提高了“信噪比”，因而增强了信号在传输过程中的抗干扰能力，为此数据采集系统硬件上人为地将信号进行前期放大。4.2.2空间祸合干扰的抑制空间藕合主要是通过“场”的耦合形式对前端机形成干扰，因此抑制干扰的措施应放在对“场”的隔离上，场的隔离采用屏蔽的方法。屏蔽的实质是通过屏蔽物体对外来的电磁干扰进行吸收或反射以防止噪声侵害电气设备。用导电性能良好的金属导体制成的屏蔽体适用于电场的屏蔽，用高导磁材料制成的屏蔽体适用于磁场屏蔽。1 信号线的屏蔽措施为了防止“干扰噪声”通过空间藕合方式侵入信号线传输线必须选用双绞屏蔽线。屏蔽层采用一点接地的方式，采用 双 绞 屏蔽线是因为双绞线相互绞合，在导线上会产生相反的电动势，因此对外部干扰磁通的抑制较强。特别对低频信号的传输，双绞屏蔽线的屏蔽效果比较好。2 电源的屏蔽措施由于本系统装置的电源使用的是由交流电源变压器变压、整流、稳压后得到直流。所以对电源的屏蔽包括两个部分，即电源引线的屏蔽和电源变压器的屏蔽.先谈电源引线的屏蔽，交流市电是低频信号，一般可选用普通屏蔽线或双绞屏蔽线作为电源进线。对于电源变压器(自设计的电抗器)的屏蔽，普通电源变压器的一次绕组与二次绕组间虽然是绝缘的，然而，对干扰的抑制却微乎甚微。这是由于它的一次侧和二次侧靠得很近，很多部位存在分布电容，交流电中的噪声将通过分布电容藕合到二次侧。4.3本章小节本章主要详细论述了数据接收系统的设计情况。据采集系统工作环境比较复杂，其工作电源的设计安全可靠显得更为重要。同时详细论述了微处理器MSP430F149和无线收发芯片CC1100的特点，及其在本系统中的具体应用方式及其抗干扰设计。第五章 系统误差5.1基本误差1）基本误差 将测试温度平稳地按增大和减小方向，测量各点所对应的温度，计算出各点误差。其最大值即为基本误差。试验点一般应至少包括应用范围0、25、50、75、100这5个点。测量仪表基本误差限应小于被测基本误差限的1/4。我们采用铂电阻温度计，作为测量仪器。我们选择20度、30度、45度、60度、80度，五个温度点作为测量点，实测数据为：理论测量点2030456080实测值20.3030.3145.360.43°80.7°偏差0.300.310.300.430.70以上结果说明，ADC线性度较好。误差可以通过修正进一步减小。5.2误码率 下表为实测数据理论测量点20米40米60米80米100米发送位数1024010240102401024010240接收到位数1024010240102401024010240错误位数122071102误码率0.01°0.02°0.2%0.7%1% 从无码率看，主要原因是由CC1100的路径衰减引起的。结 论本文设计了由温度数据采集系统(无线终端下位机)和温度数据接收系统(上位机)组成的温度监测无线收发装置，上位机与下位机为一对多关系。温度数据采集系统和数据接收系统通过无线数据通道联系，分别以单片机MSP430为控制核心，采用CC1100实现温度数据无线收发功能。本文的主要工作如下:1. 综述了堆肥发酵中温度监控的重要性及温度的测量方法。2. 完成了温度传感器的选型，CPU的选型，射频收发模块的选型。3 完成了数据采集系统设计了温度监控系统的电源电路、测温电路、数据无线传输电路以及通信接口电路等构成系统的所有电路;4. 制定数据无线传输通信协议，编制构成本温度测量装置的程序，并对各部分电路进行实验。