專(zhuān)利名稱(chēng)：測(cè)量溫度的低功耗無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
測(cè)量溫度的低功耗無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種低功耗溫度測(cè)量裝置，尤其涉及一種通過(guò)對(duì)熱電偶輸出信 號(hào)的采集處理，以實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量及測(cè)量結(jié)果的無(wú)線傳輸?shù)臏y(cè)量溫度的低功耗無(wú) 線傳感器節(jié)點(diǎn)。
技術(shù)背景目前工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)溫度采集系統(tǒng)所使用的溫度信號(hào)采集裝置多種多樣，有相當(dāng)一部分溫度信號(hào)測(cè)量單元都是有線方式(如CAN總線等)，將測(cè)量信號(hào)發(fā)送到 控制中心。由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，使得有線信號(hào)傳輸方式的溫度測(cè)量單元的 安裝繁瑣、維護(hù)困難、成本過(guò)高，特別是還可能存在著一些無(wú)法布線的測(cè)點(diǎn)， 不能安裝溫度測(cè)量單元，造成測(cè)量盲區(qū)。隨著嵌入式技術(shù)、分布式信息處理技 術(shù)和無(wú)線通訊技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線傳感器技術(shù)憑著節(jié)點(diǎn)體積小、安裝方便、節(jié)能 等優(yōu)點(diǎn)，在狀態(tài)檢測(cè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，在這一新技術(shù)的支持下，便可 對(duì)現(xiàn)有的溫度采集系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)與革新。為了充分發(fā)揮溫度無(wú)線傳感系統(tǒng)安裝 方便的優(yōu)勢(shì)，無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)需要用電池供電，為了避免頻繁地為傳感器節(jié)點(diǎn) 更換電池，傳感器節(jié)點(diǎn)的節(jié)能設(shè)計(jì)是系統(tǒng)要解決的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，而研制的一種適應(yīng)于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)溫度采集的， 由電池供電，通過(guò)熱電偶測(cè)量測(cè)點(diǎn)溫度，并將測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)微功耗無(wú)線通信單元進(jìn)行無(wú)線傳輸?shù)牡凸臒o(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)。本發(fā)明所采用的技術(shù)手段如下一種測(cè)量溫度的低功耗無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)，包括熱電偶傳感器組，用于溫度信號(hào)的采集；其特征在于還包括微功耗微處理器、信號(hào)處理及數(shù)模轉(zhuǎn)換器、微功耗無(wú)線收發(fā)單元、模擬多路復(fù)用開(kāi)關(guān)、電源模塊和ID配置單元；所述信號(hào)處理及數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于完成溫度測(cè)量信號(hào)放大、冷端補(bǔ)償，并將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；所述微功耗無(wú)線收發(fā)單元，用于將微處理器處理后的溫度測(cè)量信號(hào)向外發(fā)送或接收外部控制信號(hào)；所述模擬多路復(fù)用開(kāi)關(guān)，用于對(duì)熱電偶傳感器組輸入的信號(hào)進(jìn)行選擇輸出控制；所述電源模塊，包括電池和電源調(diào)理電路，電池輸出電壓經(jīng)電源調(diào)理電 路調(diào)整后向各單元輸送電壓；所述ID配置單元，用于設(shè)置該無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的 ID號(hào)及T畫(huà)A通信時(shí)隙號(hào)；所述微處理器從ID配置單元讀取該節(jié)點(diǎn)的ID號(hào)， 再通過(guò)微功耗無(wú)線收發(fā)單元接收外部控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)與無(wú)線接收節(jié)點(diǎn)的同步， 并獲取采樣周期信息，之后將微功耗無(wú)線收發(fā)單元置為睡眠狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能； 進(jìn)行溫度信號(hào)采集時(shí)，所述熱電偶傳感器組將采集到的模擬信號(hào)經(jīng)模擬多路復(fù) 用開(kāi)關(guān)后，送入信號(hào)處理及數(shù)模轉(zhuǎn)換器中進(jìn)行處理，并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)傳 送到微處理器中再次處理，后將溫度測(cè)量信號(hào)送至微功耗無(wú)線收發(fā)單元中，由 微功耗無(wú)線收發(fā)單元將測(cè)量信號(hào)在由ID配置單元指定的通信時(shí)隙內(nèi)，發(fā)送至外 部無(wú)線接收單元中，并將微功耗無(wú)線收發(fā)單元置為睡眠狀態(tài)，等待下一個(gè)采樣 周期的開(kāi)始。所述各單元通過(guò)數(shù)據(jù)總線進(jìn)行連接。所述微功耗微處理器設(shè)有內(nèi)部存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)熱電偶傳感器組中的各個(gè) 熱電偶傳感器溫度測(cè)量結(jié)果；當(dāng)熱電偶傳感器組中的所有溫度測(cè)量結(jié)果都存入 微處理器的內(nèi)部存儲(chǔ)器中后，微處理器將所述該節(jié)點(diǎn)的ID號(hào)和所有溫度測(cè)量結(jié) 果打包，送入微功耗無(wú)線收發(fā)單元中。還設(shè)模擬開(kāi)關(guān)，連接在可控制模擬多路復(fù)用開(kāi)關(guān)同電源模塊之間和信號(hào)處 理及數(shù)模轉(zhuǎn)換器同電源模塊之間，由微處理器控制，在信號(hào)采樣間隔時(shí)間內(nèi)關(guān) 閉電源，實(shí)現(xiàn)節(jié)能操作；所述各器件進(jìn)行整體封裝，僅將微功耗無(wú)線收發(fā)單元 的天線和熱電偶傳感器組通過(guò)接線端子安置在封裝體外部。由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的測(cè)量溫度的低功耗無(wú)線傳感器節(jié) 點(diǎn)，不但克服了目前基于有線信號(hào)傳輸?shù)臏囟炔杉髟诎惭b、維護(hù)等方面存在 的不足，還具有以下優(yōu)點(diǎn)1、利用模擬開(kāi)關(guān)控制溫度信號(hào)采集單元的供電電源， 在采樣結(jié)束后將其關(guān)閉，可實(shí)現(xiàn)節(jié)能；2、溫度無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)工作與無(wú)線接 收單元的通信基于TDMA方式，避免了節(jié)點(diǎn)間的通信沖突，可實(shí)現(xiàn)節(jié)能；3、 利用ID配置單元簡(jiǎn)化了傳感器節(jié)點(diǎn)的TDMA時(shí)隙分配過(guò)程；4、利用熱電偶 和相應(yīng)的信號(hào)處理芯片，可實(shí)現(xiàn)高精度溫度測(cè)量；5、利用無(wú)線通信技術(shù)完成 測(cè)量數(shù)據(jù)的傳送，并且依靠電池供電，現(xiàn)場(chǎng)安裝無(wú)需鋪設(shè)導(dǎo)線，可以方便地安 裝在需要測(cè)量的位置，減少了安裝時(shí)間，節(jié)省了材料，降低了成本，提高了技 術(shù)含量；6、多個(gè)測(cè)量溫度的低功耗無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)軟件控制還能夠組織成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)大范圍監(jiān)測(cè)。所以，該測(cè)量溫度的低功耗無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)具有很大的應(yīng)用推廣價(jià)值。


圖1為本發(fā)明測(cè)量溫度的低功耗無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的方框圖；圖2為本發(fā)明測(cè)量溫度的低功耗無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的工作流程圖；圖1為本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)摘要附圖。圖中1、微處理器，2、信號(hào)處理及數(shù)模轉(zhuǎn)換器，3、微功耗無(wú)線收發(fā)單元， 4、熱電偶傳感器組，5、模擬多路復(fù)用開(kāi)關(guān)，6、電源模塊，7、 ID配置單元，8、 模擬開(kāi)關(guān)。
具體實(shí)施方式
如圖1所示， 一種測(cè)量溫度的低功耗無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)，包括熱電偶傳感器組4，用于溫度信號(hào)的采集；其特征在于還包括微處理器l、信號(hào)處理及數(shù)模轉(zhuǎn)換器2、微功耗無(wú)線收發(fā)單元3、模擬多路復(fù)用開(kāi)關(guān)5、電源模塊6和ID配置單 元7;本實(shí)施例中的熱電偶傳感器組4以8路為例，其中模擬多路復(fù)用開(kāi)關(guān)5 可為8路熱電偶分時(shí)提供與信號(hào)處理及數(shù)模轉(zhuǎn)換器2相連的信號(hào)通道；無(wú)線傳 感器節(jié)點(diǎn)的ID號(hào)由所述節(jié)點(diǎn)ID配置單元進(jìn)行設(shè)置；還設(shè)模擬開(kāi)關(guān)8，連接在 可控制模擬多路復(fù)用開(kāi)關(guān)5同電源模塊6之間和信號(hào)處理及數(shù)模轉(zhuǎn)換器2同電 源模塊6之間，由微處理器l控制；其中各器件進(jìn)行整體封裝，僅將微功耗無(wú) 線收發(fā)單元3的天線和熱電偶傳感器組4通過(guò)接線端子安置在封裝體外部。使用時(shí)利用熱電偶探測(cè)測(cè)點(diǎn)溫度，其輸出的表征溫度的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)模擬 多路復(fù)用開(kāi)關(guān)5后送入信號(hào)處理與模數(shù)轉(zhuǎn)換器2中，完成信號(hào)放大、冷端補(bǔ)償 并將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。微處理器1通過(guò)SPI總線接口從信號(hào)處理與模 數(shù)轉(zhuǎn)換器2處讀取測(cè)點(diǎn)的溫度值，并對(duì)獲取的溫度測(cè)量值進(jìn)行處理，補(bǔ)償由于 多路復(fù)用開(kāi)關(guān)引入的偏差值，處理結(jié)果暫存于內(nèi)部存儲(chǔ)器內(nèi)，再將溫度測(cè)量結(jié) 果經(jīng)SPI總線接口送至無(wú)線收發(fā)模塊3，由無(wú)線收發(fā)模塊3最終將溫度測(cè)量結(jié) 果發(fā)送至無(wú)線數(shù)據(jù)接收單元。本實(shí)施例中最多可使用8只K型熱電偶，模擬多路復(fù)用開(kāi)關(guān)5采用的是具有8 選1功能的74HC4051，信號(hào)處理及數(shù)模轉(zhuǎn)換器2是MAX6675，該芯片集成了K型 熱電偶放大器、冷端補(bǔ)償、A/D轉(zhuǎn)換器及SPI串口等功能，具有很高的集成度，其 領(lǐng)醞范圍為(TC +1024t:， A/D轉(zhuǎn)換器為12位，可提^0.25。C的分辨率，可滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)溫度測(cè)量精度的要求。微處理器1是TI的微功耗芯片MSP430F147，運(yùn)行溫度范 圍為-4(TC +85"C，適合于工業(yè)環(huán)境下運(yùn)行，支持四種類(lèi)型的低功耗工作模式，可滿 足無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)節(jié)能的要求。微功耗無(wú)線收發(fā)單元3的核心芯片是Nordic的單片 433/868/915MHz ISM多頻段無(wú)線收發(fā)芯片nRF905，它利用SPI接口實(shí)現(xiàn)與 MSP430F147之間的雙向數(shù)據(jù)通信，射頻比特發(fā)送率為100kbps，實(shí)際數(shù)據(jù)發(fā)送 率為50kbps，滿足溫度測(cè)量應(yīng)用中對(duì)發(fā)送速率的要求。nRF905的無(wú)線收發(fā)功耗 很低，具有4種無(wú)線發(fā)射功率供用戶選擇，還可以工作于休眠狀態(tài)，非常適合于 微功耗的應(yīng)用場(chǎng)合。模擬開(kāi)關(guān)8選用的是P溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管Si2301。供 電單元采用規(guī)格為3.6V， 2.4Ah的一次性鋰電池，電池輸出電壓經(jīng)電壓調(diào)整芯片 TPS60101的處理，轉(zhuǎn)換為3.3V后供無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)使用。本發(fā)明測(cè)量溫度的低功耗無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的具體工作流程如下，如圖2所 示系統(tǒng)上電，微處理器1首先從ID設(shè)置單元7處讀取自己的ID號(hào)和采樣周 期，然后進(jìn)入無(wú)線接收狀態(tài)，等待來(lái)自無(wú)線數(shù)據(jù)接收單元的信標(biāo)。在接收到信 標(biāo)后，微處理器1控制微功耗無(wú)線收發(fā)單元3進(jìn)入休眠狀態(tài)，并輸出電源開(kāi)關(guān) 控制信號(hào)，打開(kāi)模擬多路復(fù)用開(kāi)關(guān)5和信號(hào)處理及模數(shù)轉(zhuǎn)換器2的電源，輸出 通道選擇控制信號(hào)到多路復(fù)用開(kāi)關(guān)5，循環(huán)選通連接至多路復(fù)用開(kāi)關(guān)的8路熱 電偶，將選通的熱電偶的輸出信號(hào)送至信號(hào)處理及模數(shù)轉(zhuǎn)換器2，完成信號(hào)放 大、誤差補(bǔ)償，并將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。之后，微處理器1通過(guò)SPI總 線從信號(hào)處理及模數(shù)轉(zhuǎn)換器2處讀取溫度測(cè)量結(jié)果，并對(duì)讀取的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行 處理，消除由于模擬多路開(kāi)關(guān)引入的測(cè)量誤差，獲取準(zhǔn)確的溫度信息，在其內(nèi) 部存儲(chǔ)器內(nèi)暫存。對(duì)8路熱電偶的一輪信號(hào)采集結(jié)束后，微處理器l便輸出電 源開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，關(guān)閉多路復(fù)用開(kāi)關(guān)5和信號(hào)處理及模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電源2，將 自己的ID號(hào)和所有測(cè)點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果打包。在通信時(shí)隙到達(dá)后，微處理器控1 制微功耗無(wú)線收發(fā)單元3進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)，通過(guò)SPI總線接口將數(shù)據(jù)包傳送給微 功耗無(wú)線收發(fā)單元3，由微功耗無(wú)線收發(fā)單元3將測(cè)量結(jié)果發(fā)送至無(wú)線數(shù)據(jù)接 收單元。之后，無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)入下采樣周期循環(huán)，重復(fù)上述工作流程。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局 限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本 發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù) 范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1、一種測(cè)量溫度的低功耗無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)，包括熱電偶傳感器組(4)，用于溫度信號(hào)的采集；其特征在于還包括微處理器(1)、信號(hào)處理及數(shù)模轉(zhuǎn)換器(2)、微功耗無(wú)線收發(fā)單元(3)、模擬多路復(fù)用開(kāi)關(guān)(5)、電源模塊(6)和ID配置單元(7)；所述信號(hào)處理及數(shù)模轉(zhuǎn)換器(2)，用于完成溫度測(cè)量信號(hào)放大、冷端補(bǔ)償，并將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；所述微功耗無(wú)線收發(fā)單元(3)，用于將微處理器處理后的溫度測(cè)量信號(hào)向外發(fā)送或接收外部控制信號(hào)；所述模擬多路復(fù)用開(kāi)關(guān)(5)，用于對(duì)熱電偶傳感器組(4)輸入的信號(hào)進(jìn)行選擇輸出控制；所述電源模塊(6)，包括電池和電源調(diào)理電路，電池輸出電壓經(jīng)電源調(diào)理電路調(diào)整后向各單元輸送電壓；所述ID配置單元(7)，用于設(shè)置該無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的ID號(hào)及TDMA通信時(shí)隙號(hào)；所述微處理器從ID配置單元讀取該節(jié)點(diǎn)的ID號(hào)，再通過(guò)微功耗無(wú)線收發(fā)單元接收外部控制信號(hào)；節(jié)點(diǎn)進(jìn)行溫度信號(hào)采集時(shí)，所述熱電偶傳感器組將采集到的模擬信號(hào)經(jīng)模擬多路復(fù)用開(kāi)關(guān)后，送入信號(hào)處理及數(shù)模轉(zhuǎn)換器中進(jìn)行處理，并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)傳送到微處理器中再次處理，后將溫度測(cè)量信號(hào)送至微功耗無(wú)線收發(fā)單元中，由微功耗無(wú)線收發(fā)單元將測(cè)量信號(hào)發(fā)送至外部無(wú)線接收單元中，所述各單元通過(guò)數(shù)據(jù)總線進(jìn)行連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的測(cè)量溫度的低功耗無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)，其特征在于 所述微處理器(1)設(shè)有內(nèi)部存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)熱電偶傳感器組中的各個(gè)熱電偶 傳感器溫度測(cè)量結(jié)果；當(dāng)熱電偶傳感器組中的所有溫度測(cè)量結(jié)果都存入微處理 器的內(nèi)部存儲(chǔ)器中后，微處理器將所述該節(jié)點(diǎn)的ID號(hào)和所有溫度測(cè)量結(jié)果打包， 送入微功耗無(wú)線收發(fā)單元(3)中。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的測(cè)量溫度的低功耗無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)，其特征 在于還設(shè)模擬開(kāi)關(guān)(8)，連接在可控制模擬多路復(fù)用開(kāi)關(guān)(5)同電源模塊(6) 之間和信號(hào)處理及數(shù)模轉(zhuǎn)換器(2)同電源模塊(6)之間，由微處理器(1)控 制。
4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的測(cè)量溫度的低功耗無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)，其特征在于 所述各器件進(jìn)行整體封裝，僅將微功耗無(wú)線收發(fā)單元(3)的天線和熱電偶傳感器組(4)通過(guò)接線端子安置在封裝體外部。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種測(cè)量溫度的低功耗無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)，包括熱電偶傳感器組，用于溫度信號(hào)的采集；其特征在于還包括微功耗微處理器、信號(hào)處理及數(shù)模轉(zhuǎn)換器、微功耗無(wú)線收發(fā)單元、模擬多路復(fù)用開(kāi)關(guān)、電源模塊和ID配置單元；該節(jié)點(diǎn)進(jìn)行溫度信號(hào)采集時(shí)，熱電偶傳感器組將采集到的模擬信號(hào)經(jīng)模擬多路復(fù)用開(kāi)關(guān)后，送入信號(hào)處理及數(shù)模轉(zhuǎn)換器中進(jìn)行處理，并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)傳送到微處理器中再次處理，后將溫度測(cè)量信號(hào)送至微功耗無(wú)線收發(fā)單元中，由微功耗無(wú)線收發(fā)單元將測(cè)量信號(hào)發(fā)送至外部無(wú)線接收單元中，所述各單元通過(guò)數(shù)據(jù)總線進(jìn)行連接；該測(cè)量溫度的低功耗無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)具有低功耗、安裝方便、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適于在溫度測(cè)量領(lǐng)域廣泛推廣。
文檔編號(hào)G08C17/00GK201117071SQ200720016260
公開(kāi)日2008年9月17日 申請(qǐng)日期2007年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月27日
發(fā)明者冬 馮, 瑩 王 申請(qǐng)人:大連海事大學(xué)