无线温度测量节点设计与测试

论文总字数：17009字

目 录

1 引言

1.1 分析研究低功耗温度测量节点的目的和意义·························5

1.2 目前该领域的研究和应用现状····································6

1.3本文要做的工作··················································6

2 温度传感器介绍

2.1 Pt100铂电阻测量技术···········································7

2.2 半导体——热敏电阻·············································11

2.3 集成温度传感器··················································12

3 无线传输技术

3.1无线传感器网络的概念与特点·······································13

3.2 几种常见的无线传输技术

3.2.1 蓝牙无线传输技术··········································13

3.2.2 GPRS无线传输技术·········································14

3.2.3 WiFi无线传输技术·········································14

3.2.4 ZigBee无线传输技术·······································15

3.2.5 NB IoT技术··············································15

4 低功耗无线测量节点设计

4.1 设计目标·························································16

4.2 单片机芯片MSP430················································16

4.3 Si7051传感芯片··················································17

4.4 BC95-NB-IoT无线物联网芯片·······································20

5 低功耗无线测量节点测试试验

5.1 设计基本流程·····················································21

5.2 测试温度信息采集················································22

6 结论与展望

6.1 结论与总结·······················································24

6.2 展望·····························································24

参考文献···············································25

致谢···················································26

低功耗无线温度测量节点设计与测试

陈超莹

，China

Abstract:The main research of this paper is through the analysis of several common temperature sensors, which is more suitable for the application of our research, select the appropriate temperature chip, analytical design principles. And then through the understanding of several common means of wireless transmission, to compare, understand their own advantages and disadvantages, select the most appropriate wireless transmission program, as a means of transmission of temperature nodes. Finally, the design of the node, and time design.

Key words: wireless low power temperature node SCM

1. 引言

1.1低功耗无线温度测量节点的目的和意义

温度，是一种能够反映物体冷热程度的物理量。我们本次研究的是近地面大气，即近地面大气的温度，大气分子的温度无法被直接测量，但是可以用一些仪器，根据仪器中的某种材料随温度变化的特性，来间接的测量近地面的大气温度。

温度传感器，核心部件是能够随温度变化产生相应的特性变化的材料，通过这种温度特性变化，能够间接的测量温度，将温度的转换成另一种信号

本次设计会使用一种温度传感器来进行温度的测量工作。当能够大范围的布设传感器节点时，就可以使我们收到的温度信息空间分辨率更高，能够给各行各业提供更加完善的温度分布信息。

无线的传输方式是指能够通过无线信号的传出与接受，完成信息的交接业务，无线传输能够摆脱有线框架的束缚，不需要铺设大范围的有线电缆，就可以使信号在大范围内传输，它的性价比与有线的温度传输方式相比而言要高的多，并且安装也十分方便，使用时技术灵活，现在已经广泛应用于各个领域，跟人类生活息息相关，发展速度极快。将这种技术与我们传统的温度信息共享相结合，能够使得温度共享的范围进一步扩大。

通过搭建更加分布广泛的传感器网络，再以无线的方式传输，一方面能够减少有线电缆的建设，降低人力物力财力的消耗。另一方面因为某些特殊地理环境造成的有线信号传输困难的状况，会是使温度信号的共享信息受到地理限制，造成信息的不完善，导致一些行业运输上或工作上的损失。如果能够推广无线传感网络，除了可以更贴近现代社会无线技术广泛发展的现状，充分发展无线传输的扩展性，能够将更广泛的温度信息共享出来，它对于人们的生活工作都有不可缺少的作用。如人们的日常生活中，可能需要的实时的温度信息来完成一些日常的活动，或者在交通物流运输中，有些特殊物品在运输中就需要了解当地的温度信息来避免一些不必要的损失。或者一些地区的施工项目等，也会需要空间分辨率更高一些的温度信息，来确保施工项目的实施。可以说，温度信息更精细以后，更多的是方便一些需要温度信息的其它产业的工作。

当然无线传感网络和现在自动气象站相比，的确存在一些不足之处，它在测量精度上不如气象站的那样精准，达不到气象上的要求。但是它的测量精度确实是已经足够在一些普通的业务中使用，在一些精度要求没有那么高的业务中使用是完全足够的。同时，无限传感网络还具有一些优点是自动气象站不具备的。

第一是它的高空间分辨率，虽然现在据说自动气象站密度已经较高，但是那只是在平坦的地区，由于自动气象站建立时，要求周围环境空旷，平坦，所以在一些偏远山地和城市中心还存在不足，无线传感网络对周围环境的要求没有那样高，因此可以更大范围的推广，达到更高的空间分辨率。

第二是规模。自动气象站仍然是一个站点，它需要测量的内容很多，所以需要构建的东西很多，非常复杂，整个站点规模依旧比较大，所耗费的能量也很多。而无线传感节点的特点就是小型化和低功耗，它使用传感芯片就可以测量，能量消耗也很低。正是这两个特点使得无线传感节点可以更大范围的布设。

第三是维护方面。自动气象站维护较为繁琐，内部的测量机制还需要有线传输，造成了维护检查时的不方便，需要沿线检查时可能好需要将埋在地下的线路翻出检测。无线传感网络的检查就简单一些了，哪个点出了问题无法工作可以很清晰的知道，维修比较方便快捷。

1.2研究和应用现状

温度测量，可以说从很多世纪以前就有了，所以它的发展历史就不讨论了，最早几种成型的温度计，就是使用材料热胀冷缩的特性制作成的，也不再累述。现代传统的几种温度传感器，主要是使用的热电偶，热电阻的特性来测温，主要材料为金属材料，利用某些金属材料的温度特性，设计出相应的测量电路，通过相应的转换计算，测得具体的温度数值。但是随着各种新材料进入人们视野，更多的新技术不断的涌现，为了满足更多的来自不同行业的测温要求，许多新型的温度传感器也逐渐投入使用，如，晶体管的，集成的，利用磁特性的，光电导红外线的，原子核共振吸收温度的，等等。新型的温度传感器不断出现，多种多样的测温方式，已经能够适应更多更复杂的测温环境，而在满足测温环境的要求的基础上，又会增加例如减小功耗，精度高，成本低等的要求，在不同大类的传感器下又细分很多的小类， 所以在温度传感器的选择上来说，是非常广泛的。选择一个合适的传感器并合理使用，则是实验研究的关键了。

本次设计的另一方面，无线的传输方式，在最近几年发展的也是相当迅速。就拿GPRS传输方式为例，在最近的5年内已经完成了从2G到3G再到4G的大跨步，并且现在已经向着5G发展。而WIFI的发展同样令人侧目，早在15年，国务院就发布了相关的命令，要完成无线的全面提速和覆盖，而几大运营商也相应的做出了回复，开始布设WIFI覆盖的地方，尽量包含城乡地区。虽然现在偏远的乡镇地区可能没有免费的无线覆盖，但是只要牵一个网线，就也能自己完成自己家小范围无线覆盖。当然无线的快速发展不限于生活，还体现在更多的方方面面。如最近风靡的小黄车，因为推广之前并没有考虑到定位等内容，导致一大批的损失。现在OFO公司已经开始决定要在每一辆小黄车上安装无线定位，还要能记录该车的使用情况，再通过无线发送回去，及时反馈，方便维护。无线的传输方式早就深入于当前的科技发展中，并且将与科技发展相互促进共同进步。

1.3本文要做的工作

本次研究的主要方向是设计无线低功耗温度传感器。具体内容分为三方面。

第一方面为温度传感器的设定。气象探测中目前最常用的温度传感器为铂电阻温度传感器，对此进行一些概述，还可以对其它的几种常见传感器介绍一下，然后深入了解一下集成温度传感器。因为集成温度传感器的优越性能，我们将会使用它来作为温度测量手段。

第二方面为无线传输技术。目前可以选择的无线技术有Zigbee技术，GPRS技术，蓝牙技术，Wi-fi技术，等。可以对这些进行简单的介绍和比较。

第三方面为设计相关的温度传感节点，确定总体的方案，画出相应的模块图和简单的电路图。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：17009字

相关图片展示：