目 录
第一章 绪 论... 1
1.1 工程背景... 1
1.1.1 无线传感器网络... 1
1.1.2 测温系统... 1
1.2传感器的发展概况... 2
1.2.1 传感器概述... 2
1.2.3 无线通讯方式... 5
1.3 研究内容... 7
1.3.1 温度的控制与检测... 7
1.3.2 低功耗设计... 7
1.3.2.1 单片机的低功耗... 7
1.4课题研究意义... 8
第二章 方案论证... 9
2.1单片机的选择... 9
2.2传感器的选择... 9
2.3无线收发器件的选择... 10
第三章 系统的硬件设计... 12
3.1系统概述... 12
3.1.1系统性能... 12
3.1.2 系统特点... 12
3.1.3系统组成... 12
3.2 硬件设计... 13
3.2.1 主机电路设计... 13
3.2.2 温度测量电路... 14
3.2.3无线数据通信单元... 16
3.2.3.1 无线数据通信模块介绍... 16
3.2.3.2 NRF401的工作原理... 16
3.2.4 数据通讯电路... 20
第四章 系统的差错控制... 22
4.1无线数据通信系统模型... 22
4.2 差错控制的必要性... 23
4.3 在无线传输中常见的错误... 23
4.4 纠错编码的选择... 24
4.4.1 RS码的编码算法... 24
4.4.2 RS码的译码算法... 24
4.5 RS码编码,译码器的软件实现... 26
4.5.1 RS码编，译码测试... 27
第五章 系统的软件设计... 29
5.1 温度采集程序设计... 29
5.1.1 DS28B20的工作过程... 29
5.1.2 DS18B20的工作时序... 30
5.2. 无线收发程序设计... 31
5.2.1 发射部分说明... 31
5.2.2 接收部分说明... 31
5.2.3 系统设计的难点... 32
5.3 单片机控制程序... 32
5.4 单片机串口的程序设计... 32
总 结 与 展 望... 34
总 结... 34
展 望... 34
致 谢... 36
参考文献... 37
附录一 RS码的编码器、译码器的软件实现... 39
附录二 主机对DS18B20的软件实现... 42
附录三 单片机串口的主程序... 44
附录四 无线收发电路1与电路2. 46
第一章 绪 论
1.1 工程背景
1.1.1 无线传感器网络
在当今信息技术飞速发展的时代，以Internet为代表的信息网络给人们的生活带来了巨大的变化，政府上网，企业上网，家庭上网，电子商务等成了当今的热门话题。通过Internet，人们能够及时地了解世界各地的新闻，方便的获得许多有用信息，如股市行情、旅游信息、商品介绍等，还可以参与网上的互动游戏等娱乐活动，尝试网上远程教育和购物、发送电子邮件等，互连网已经成为很多人日常活动不可缺少的部分。
微电子技术，计算机技术和无线通讯等技术的进步，推动了低功耗多功能传感器的快速发展，使其在微小体积内能够集成信息采集、数据处理和无线通讯等多种功能。无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器结点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作的感知，采集和处理网络覆盖区域中干支对象的信息，并发送给观察者。传感器、感知对象和观察者构成了传感器网络的三大要素。如果说Internet构成了逻辑上的信息世界，改变了人与人之间的沟通方式，那么，无线传感器网络就是将逻辑上的信息世界与客观上的物理世界融合在一起，改变人类与自然界的交互方式。人们可以通过传感网络直接感知客观世界，从而极大地扩展现有网络的功能和人类认识世界的能力。美国商业周刊和MIT技术评论在预测未来技术发展的报告中，分别将无线传感器网络列为21世纪最有影响的21项技术和改变世界的10大技术之一。
传感器网络的研究起步于20世纪90年代末期。从21世纪开始，传感器网络引起了学术界、军界和工业界的极大关注，美国和欧洲相继启动了许多关于无线传感器网络的研究计划。特别是美国通过国家自然基金委，国防部等多种渠道投入巨资支持传感器网络技术的研究。
1.1.2 测温系统
近年来，微机测控系统，特别是单片机在工业自动化、生产过程控制、智能化仪器仪表等领域的应用越来越深入和广泛，这使得测温的应用更为显著。为此，研究设计可靠有效的测温的系统就更为重要。
测温传感器就是将温度信息转换成易于传递和处理的电信号的传感器。测温传感器的选择及合理使用是微机测温系统中设计的关键。测温传感器的种类很多，其中，在一个芯片上集成有温度传感器、处理器、存储器、A/D转换器等部件的是智能传感器。
这类传感器具有判断和信息处理能力，并可对测量值进行各种修正和误差补偿，同时还带有自诊断，自校准功能，可大大提高系统的可靠性，并能和计算机直接联机。由于这些优点，智能传感器被广泛地应用在工业、民用、军事等领域的温度测量及控制仪器、测控系统和大型设备。例如，多路温度测控仪、中央空调、大型冷库、恒温装置等。
1.2传感器的发展概况
1.2.1 传感器概述
现代信息技术的三大基础是信息的拾取、传输和处理技术，也就是传感器技术、通信技术（信息传输）、计算机技术（信息处理），他们分别构成了现代信息技术的三大支柱，它们在信息系统中分别起着“感官”、“神经”和“大脑”的作用。如果没有“感官”感受信息，或者“感官”迟钝都难以形成高精度、高反应速度的控制系统。美国曾把20世纪80年代称作传感技术时代，日本则把传感技术列为十大技术之首。可见传感技术是一种和其他多种现代科学技术密切相关的尖端技术。
传感器是测量装置和控制系统的首要环节。如果没有传感器对原始参数 进行精确可靠的测量，那么，无论是信号转换或信息处理，或者最佳数据的显示和控制，都将成为一句空话。可以说没有精确可靠的传感器，就没有精确可靠的自动检测和控制系统。现代电子技术和电子计算机为信息转换和处理提供了极其完善的手段，使检测与控制技术发展到崭新阶段。但是如果没有各种精确可靠的传感器去检测各种原始数据并提供真实的信息，那么，电子计算机也无法发挥其应有的作用。如果把计算机比喻为人的大脑，则传感器为人的五官。
在各种航天器上，装备着多种检测与控制系统，传感器测量出航天器的飞行参数、姿态和发动机工作状态的各个物理量，输送给各种自动控制系统，并进行自调节，使航天器按人们预先设计的轨道正常运行。
在生产中，尤其是自动化生产过程中，用各种传感器来监视和控制生产过程中各个参数，以便使设备工作在最佳状态，产品达到最好的质量。
随着科学技术发展的需要，传感器的研制和生产已经提到日程上来了，“头脑（计算机）发达，感觉（传感器）迟钝”的情况再也不允许存在下去了。因此近年来传感器的地位受到广泛重视。美国早在80年代就声称世界已经进入传感器时代，日本则把
传感器技术列为十大技术之一，日本工商界人士声称“支配了传感器技术能够支配新时代”。世界技术发达国家对开发传感器技术十分重视，美、日、英、法、德和独联体等过都把传感器技术列为国家重点开发关键技术之一。
当前，传感器总体发展趋势是“六高一长”和“二十化”。传统的仪器仪表将仍朝高性能、高精度、高灵敏、高稳定、高可靠、高环境和长寿命的“六高一长”方面发展。新型的传感器将朝小型化、集成化、成套化、电子化、数字化、多功能化、智能化、网络化、计算机化、综合自动化、光机电一体化、专门化、简捷化、家庭化。个人化、无维护化以及组装生产自动化、无尘化、专业化、规模化的“二十化”的方向发展[1][8][12]。
