未来智讯 > 物联网论文 > 基于物联网的无线测温模块设计

基于物联网的无线测温模块设计

发布时间:2019-01-02 01:06:07 文章来源:未来智讯    
    基于物联网的无线测温模块设计作者: 宋守金 吴云韬 郑更生   摘要:温度是在很多生产生活局面中具有重要意义的一个参数。比如高压变电站中,由于触头的松动导致设备温度升高,可能引起火灾,造成大量电力设备烧毁,影响日常生产生活;仓库中温度的高低会影响粮食的储存周期;大棚中温度的变化对植物的生长状况有很大影响等。因此,对这些局面实行温度的实时检测就得尤为必要。设计了一套既适用于变电站等电磁辐射干扰强的特殊局面,又适用于蔬菜大棚等电磁辐射干扰弱的普通局面的无线测温系统,并已在武汉工程大学附近的一处变电站进行了现场测试并已加入使用,达到了理想效果。该系统的成功开发极大方便了平时的生活生产,具有重大的现实意义。
  关键词:物联网;无线测温;MSP430;nRF905
  DOIDOI:10.11907/rjdk.161742
  中图分类号:TP319
  文献标识码:A文章编号文章编号:16727800(2016)009011903
  基金项目基金项目:湖北省自然科学基金面上项目(2014CBF791)
  作者简介作者简介:宋守金(1981-),男,河南固始人,武汉工程大学计算机科学与工程学院硕士研讨生,研讨方向为嵌入式系统;吴云韬(1973-),男,湖北利川人,博士后,武汉工程大学计算机科学与工程学院教授、硕士生导师,研讨方向为信号处理;郑更生(1971-),男,湖北武汉人,博士,武汉工程大学计算机学院副教授、硕士生导师,研讨方向为计算机网络、嵌入式系统。
  0引言
  温度是许多生产生活环境中具有重大意义的一个参数,这些局面中温度的高低状况都会影响生产的质量和产量以及设备的正常运行,所以要保证这些局面中生产生活的正常运行,就必须对这些局面中的温度进行实时检测。但过去人们选取的传统测温方法,比如人工巡视法、红外探测法及有线测温法等都存在劳动强度大、效率低及正确性差等诸多不足,因此研发出一套无线温度数据采集系统意义重大。比如在储存一些容易变质的农产品时,需要将温度抑制在适宜范围中以防止其腐烂变质[1]。再者,随着近年来经济及社会的发展,日常生产生活对电能的需求量日益增大,电能就逐步成为现代社会中最重要的能源之一,也是国民经济的命脉,对人们生产生活及国民经济起着至关重要的作用。因此,确保电力系统平安可靠地运行是电力管理部门的首要任务。变电站中设备运行状态的好坏是影响变电站的平安运行及整个电力系统稳定的一个重要目标,根据历史上发生电力系统故障的数据统计,发现大局部故障发生前期及正在发生时都会伴随着设备温度的升高,这种温度的升高会传导到设备的外壳上,而且发生这些故障时常常很难人为发现,故能够通过测温的方法来检测电气设备的运行状态,以避免电网事故的发生及设备损坏[24],然而过去人们常用的测温方法不但不能准时地发现故障,而且还容易发生漏报情况,并且这些传统方法不容易实现对密封状态下的设备或处于障碍物下的设备进行测温,再者磁场辐射对长期处在强磁场环境下的监测人员的身体健康也有很大影响。为明白决这些难题,人们迫切需要选取一种新的技能来替代之前选取的那些传统方法。近年来,物联网[57]技能的诞生及飞速发展为无线测温系统的实现提供了可能。
  物联网这个观念是美国在1999年提出,那时称为传感网,其定义是:通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,将任何物品与互联网相连接,进行信息交换和通讯,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络观念。
  本文基于物联网技能研发出了一种能够既适用于蔬菜大棚等农业场所又适用于变电站等工业场所的无线测温系统。该系统以低功耗微处理器MSP430、温度传感器DS18B20和无线射频芯片nRF905为核心部件,结合电源模块组成温度采集通讯模块,设计了一种超低功耗无线通讯协议。该系统具有便于携带、安装方便、正确度高、抗干扰能力强等特点,有效地解决了传统测温方式存在的布线复杂、效率低、成本高、维修难等问题,具有重大的工程意义。
  1系统整体设计
  整个系统由数据采集端和数据接收端两局部组成[8],其中数据采集端由MSP430、DS18B20及无线模块组成,数字信号通过传感器转换后被发送到无线模块,再经过调制后发出;数据接收端由MSP430、主机及无线模块组成。接收端接收到采集端发来的数据后,按照通讯协议解调,还原其中的有效信息和数据后再通过串口发送给计算机,最终由电脑对数据进行处理分析。系统整体结构框架如图1所示。
  按照物联网技能的观念,又可将此系统分为3层,即感知层、网络层和应用层[9]。其中,感知层以传感器为主体,网络层以接收设备与传输设备为主体,应用层以监控后台与用户终端为主体。
  2系统具体设计方案
  根据系统方案,设计了硬件电路,该系统硬件结构如图2所示。
  该系统主要由数据采集端和数据接收端两局部组成,两者之间的温度数据信息传递通过无线信道实现。其中信息发送端由单只nRF905无线收发模块与多只温度传感器DS18B20组成,信息接收端由单只nRF905无线收发模块与SPI口相连,再结合计算机构成。
  2.1感知层设计方案
  感知层相关硬件局部由MSP430单片机和多只DS18B20温度传感器及无线射频芯片 nRF905组成。
  2.1.1单片机MSP430
  MSP430[1011]单片机是TI公司的一个具有超低功耗和精简指令集的混合信号处理器,特别符合运用于需要电池供电的便携式仪器仪表中。电源电压为1.8V~3.6V低电压,具有处理能力强、运算速度快、超低功耗、片内资源丰富、方便高效的开发环境等特点。另外,MSP430单片机具有5种低功耗模式,能够通过抑制片内时钟,使其进入不同的低功耗模式,以适应不同局面的低功耗需求。
转载请注明来源。原文地址:https://www.7428.cn/page/2019/0102/73789/
 与本篇相关的热门内容: