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蓝牙无线抄表传感器的设计

时间：2022年12月26日

来源：你号没了

编辑：本站小编

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下面是小编精心整理的蓝牙无线抄表传感器的设计，本文共6篇，希望能够帮助到大家。本文原稿由网友“你号没了”提供。

篇1：蓝牙无线抄表传感器的设计

摘要：基于IEEE1451标准和蓝牙协议提出蓝牙无线传感器结构模型，并就具体的抄表系统完成蓝牙传感器的设计。该传感器不仅实现了数据检测和传输的无线化，同时也提供了数据传输的抗干扰性能。

关键词：IEEE1451标准蓝牙协议无线传感器无线抄表

引言

IEEE1451.2是智能传感器接口模块标准。它提供了将传感器和变送器连接到网络的接口标准，主要用于实现传感器的网络化。IEEE1451.2标准采用通用的A/D或D/A转换装置作为传感器的I/O接口，将各种传感器模拟量转换成标准规定格式的数据，连同一个小存储器―传感器电子数据表TEDS（Transducer Electronic Data Sheet），与标准规定的处理器目标模型―网络适配器NCAP（Network Capable Application Process）连接。如此，数据可以按网络规定的协议接入网络。该标准结构模型提供了一个连接智能变送器的接口模型STIM（Smart Transducer Interface Module）NCAP的10线标准接口―变送独立接口TII（Transducer Independence Interface）。

图1

采用上述IEEE1451标准实现传感器网络化的同时，无线通信技术被引入原有传感器以实现无线化也是传感器当前的研究热点，是今后传感器发展的一个重要方向。尤其随着蓝牙技术应用的失言以及其芯片价格的进一步下调，将蓝牙技术引入传感器以实现传感器的无线化已成为可能。目前绝大多数抄表系统中的数据检测和传输，主要是有线方式进行。本文将给出基于IEEE1451.2和蓝牙协议的无线抄表传感器的具体实现，以实现抄表系统的无线化。

1 蓝牙技术

蓝牙技术为蓝牙特别兴趣小组（SIG，Special Interest Group）在提出。它是一种新的短距离无线通信协议，是一种无线数据与语音通信的开放标准，目的是以无线的'方式取代现有的有线接口。其优势在于：具有很强的移植性，可应用于多种通信场合；硬件集成应用简单，成本低廉，实现容易，而且易于推广；蓝牙功耗低，对人体危害小；采用扩频跳频技术，抗干扰能力强，增加了信息传输的安全性。蓝牙系统支持点对点和一点对多点的通信。在一点对多眯的连接方式中，多个蓝牙单元共享一条信道，采用同一跳频序列。各个蓝牙设备构成的网络称为匹克网（Piconet）。匹克网中蓝牙设备以主从方式实现通信。由于蓝牙设备的物理寻址地址为3位，因此在同一时刻，匹克网最多只能激活8位设备（1主7从）；但不同时刻，多个匹克网可以构成一个可重叠的散射网络结构。蓝牙通信的有效半径和其输出的功率有关：当输出功率是2类（2.5mW/4dB）时，通信范围为15m；如果增加其功率到1类（4mW/20dB）时，就能使通信范围达到100m。

(本网网收集整理)

2 基本标准和协议的传感器结构模型

基于IEEE1451.5和蓝牙协议的无线网络化传感器由STIM、蓝牙模块和NCAP三部分组成，其体系结构如图1所示。此方案的实现，相当于在IEEE1451.2的结构模型上取代了原有的TII接口。采用无线的蓝牙协议实现连接，类似于实现了一个无线的STIM和无线NCAP接收终端的模式。通过在原有的STIM和NCAP中嵌入了蓝牙模块，构成的无线NCAP和无线STIM，以点对多点在蓝牙匹克网以主从方式实现相互通信。

与典型的有线方式相比，上述无线网络模型增加了两个蓝牙模块。对于蓝牙模块部分标准的蓝牙对外接口电路一般使用RS232或USB接口，而TII是一个控制链接到它的STIM的串行接口。因此，必须设计一个类似于TII接口的蓝牙电路，构造一个专门的处理器来完成控制STIM和转换数据到蓝牙主控制接口HCI（Host Control Interface）的功能。

篇2：蓝牙无线抄表传感器的设计

基于上述无线传感器结构模型给出的无线抄表传感器的结构原理，如图2所示。整个传感器核心部件是实现数据采集的前端STIM部分和实现网络接口的NCAP部分。STIM完成数据的采集和处理（滤波、校准等），NCAP完成传感器的网络接口，实现对PSTN电话互网连。STIM和NCAP之间用蓝牙无线接口连接。STIM选用8位处理器实现，而NCAP的网络接口通过8位的处理器和内嵌Modem的形式实现。

（1）NCAP部分硬件设计

抄表传感器NCAP硬件部分选用的处理器、蓝牙模块和内置Modem分别是Winbond公司的W78E58处理器、Erricsson公司ROM 101 008系列蓝牙模块以及OKI公司的调制解调芯片MSM7512B。

图3

由于系统中蓝牙模块接口采用的是RS232串口，同时处理器和内置Modem的通信接口也要用到RS232串口，因此我们选用W78E58处理器。该处理器具有双串口。ROK 101 008系列蓝牙模块遵从蓝牙1.1规范，是一个点对多点的通信模块。该模块可以同时和在其范围内被连接的7个蓝牙从

设备实现数据传输。MSM7512B为OKI公司推出的FSK模式调制解调器芯片，通过设置引脚MOD2和MOD1选择四种工作模式的一种。MT8888C作为DTMF接收器时，DTMF信号从IN+和IN-输入，一旦信息被写入到接收寄存器中，MT8888C将置位状态豁口中接收寄存器满标志位和IRQ/CP端电平通知控制器准备接收数据；MT8888C作为DTMF发送器时，数据被写入发送寄存器，经内部转换合成DTMF信号从TONE端输出。本处采用中断方式检测DTMF振铃信号。图3为蓝牙抄表传感器NCAP部分的硬件电路原理。

（2）抄表传感器NCAP部分软件设计

抄表传感器NCAP部分的软件设计，主要是在单片机上完成两部分功能的程序编制：一是初始化蓝牙模块，使抄表传感器NCAP部分上主设备模块和所有范围内的从设备模块建立连接；二是驱动MSM7512B和MT8888C工作，实现与PSTN的连接。

①蓝牙模块初始化。参照008蓝牙模块的工作方式，即通过单片机向蓝牙模块发送HCI（Host Controler Interface）分组。HCI指令包括指令分组、数据分组和事件分组。具体格式为：操作码+参数总长+参数0+……+参数N。

如下给出主、从设备间实现ACL数据连接的HCI指令（字符对应相应指令的操作码，由前10位和后6位两部分组成，括弧内为该指令的参数）：从设备上电后实现查询使能进行复位Write_scan_enable(0x3)。主设备发送查询HCI指令Inquiry(0x9c8b33,8,0)，假定从设备的地址为0x000000000000,则建立ACI连接的HCI指令为Creat_Connection (0x000000000000,0xcc18,0,0,0,0)。从设备接收连接请求指令为Accept_connection_request(0x111111111111,0)，假定主设备的地址为0x111111111111。这样主从设备之间即建立了ACL数据连接。其中Inquiry对应的操作码为：0x0001,0x01。具体指令参见蓝牙规范。②初始化MSM7512B和MT8888C。首先使能MSM7512B，选择模式1。值得注意的是，复位MT8888C时，必须将上电后延时100ms。具体复位方式参见MT8888C数据手册。

如下给出单片机的初始化程序及外部中断0的服务程序。

/*初始化程序*/

TCON=0x40H; //Timer1使能

TMOD=0x20H; //Timer1为定时器，8位自动重装TH1到TL1

CKCON=0x30H;//Timer1和Timer2时钟为1/12 CLOCK

SCON=0x50H//串口0模式1，波特率由Timer2决定

IE=0xD1H;//使能中断（串口1和串口2以及INT0）

SCON1=0x50H;//串口1模式1，波特率由Timer1决定

T2CON=0x34H;//Timer2自动重装RCAP2L到TL2，RCAP2H到T2H

WDCON=0x02H//Watchdog复位使能

TL1=0xFDH;TH1=0xFDH;TL2=0xFDH;TH2=0x00H;

RCAP2L=0xFAH;RCAP2H=0x00H;

/*初始值设置，设置串口1和串口2的波特率为9600bps*/

Init_008; //初始化蓝牙模块

Reset_mt8888c();//复位MT8888C

P1^0=1;P0=0x00H;//使能MSM7512，选择模式1

/*外部中断0的服务程序*/

void service_int0()interrupt0

{SendRecord ();//传送监测记录……}

（3）STIM的设计

大多数传大吃一惊器的STIM部分设计相对简单，因为电表数据采集的功能比较单一。图4为STIM数据采集部分的原理框图。

硬件设计时，电表数据采集部分和传统的有线方式一样，只是硬件上增加了蓝牙模块作为和上层蓝牙传感器NCAP的无线接口。数据采集部分经光电转换后的数字脉冲接到单片机的计数器口，实现计数，然后将必要的电表数据量送

至蓝牙模块。单片机迁移家长普通的8031即可，模块选用的是ROK 101 008系列。软件上除了要注单片机上完成数据采集的部分程序外，上电时还应该初妈哗蓝牙模块，使模块能够在其有效范围被搜索连接。数据采集部分程序主要是实现对计数器的计数，同时转换成电表参量，然后径蓝牙模块送到NCAP。

篇3：蓝牙无线抄表传感器的设计

整个抄表系统结构示意如图5所示。一个抄表传感器STIM部分对应一个电表，多个STIM完成和一传感器的NCAP无线连接。蓝牙抄表传感器NCAP部分的安放位置应根据具体住宅的情况进行选择要使其能采集到范围内所有抄表传感器STIM部分的电表数据。抄表传感器STIM部分和安置于每一处的电表相接，同时须注意的是远程抄表中心PC还应完成客户端软件开发，实现数据接收。

本系统主要是针对电力系统进行设计，但稍加发行后，即可广泛应用到煤气表、水表等其它家用数据的无线抄收。

篇4：蓝牙无线抄表传感器的设计

蓝牙无线抄表传感器的设计

关键词：IEEE1451标准蓝牙协议无线传感器无线抄表

引言

图1

1 蓝牙技术

蓝牙技术为蓝牙特别兴趣小组（SIG，Special Interest Group）在提出。它是一种新的短距离无线通信协议，是一种无线数据与语音通信的开放标准，目的是以无线的方式取代现有的有线接口。其优势在于：具有很强的移植性，可应用于多种通信场合；硬件集成应用简单，成本低廉，实现容易，而且易于推广；蓝牙功耗低，对人体危害小；采用扩频跳频技术，抗干扰能力强，增加了信息传输的安全性。蓝牙系统支持点对点和一点对多点的通信。在一点对多眯的连接方式中，多个蓝牙单元共享一条信道，采用同一跳频序列。各个蓝牙设备构成的网络称为匹克网（Piconet）。匹克网中蓝牙设备以主从方式实现通信。由于蓝牙设备的物理寻址地址为3位，因此在同一时刻，匹克网最多只能激活8位设备（1主7从）；但不同时刻，多个匹克网可以构成一个可重叠的.散射网络结构。蓝牙通信的有效半径和其输出的功率有关：当输出功率是2类（2.5mW/4dB）时，通信范围为15m；如果增加其功率到1类（4mW/20dB）时，就能使通信范围达到100m。

2 基本标准和协议的传感器结构模型

[1] [2] [3] [4]

篇5：土壤水分传感器无线网络化设计

土壤水分传感器无线网络化设计

为实现多点土壤水分传感器和现地监测终端的多点无线连接,在介绍MP-406土壤水分传感器结构原理的`基础上,分析了将增强型ZigBee技术通过微功耗PIC微处理器桥接整合到MP-406土壤水分传感器中,实现土壤水分传感器的无线网络化的具体设计.利用无线网络化技术能组成实用的土壤墒情在线监测系统,且组网简单灵活.

作者：王吉星丘宗书 WANG Ji-xing QIU Zong-shu 作者单位：王吉星,WANG Ji-xing(水利部南京水利水文自动化研究所,江苏,南京,210012)

丘宗书,QIU Zong-shu(云南省水文水资源局红河分局,云南,开远,661000)

刊名：水利水文自动化英文刊名：AUTOMATION IN WATER RESOURCES AND HYDROLOGY 年，卷(期)： “”(1) 分类号：S152.7 关键词：ZigBee网络土壤水分传感器无线网络化 PIC微处理器

篇6：无线红外温度传感器的设计

无线红外温度传感器的设计

摘要：文章介绍了一种基于MLX90614ESF-BAA的无线红外温度传感器，具有非接触、体积小、精度高，成本低等优点。文章主要给出了传感器的硬件电路设计及节点的软件设计。硬件设计主要包括电源电路，采集电路和无线射频电路，软件设计主要包括数据采集和通信协议的设计。最后对设计的传感器节点进行了射频性能和传感器精度的测试验证。

关键词：红外温度传感器；Modbus协议；433MHz无线通讯

引言

红外测温是根据被测物体的红外辐射能量来确定物体的温度，不与被测物体接触，温度分辨率高、响应速度快、测温范围广、稳定性好等特点，近年来常被应用于高精度无接触测量，在智能家居、智能电网、汽车电子等领域都有广泛的应用。

本文设计的传感器具体应用场景是配电室，用于测量线缆温度。本设计采用MLX90614BAA红外温度传感器，具有非接触，体积小、精度高，成本低等优点。传感器采集的数据通过工业现场总线协议DDModbus协议进行传输，并采用433MHz无线模块进行数据通信。无线通信方式，避免了有线通信电缆安装的不便，选用433MHz频段具有较远的通信距离和穿墙能力，适用于配电室这一特定应用场景。

1 无线频段的选取

结合传感器的具体应用场景的实际使用需要，综合考虑耗电量、传输距离、数据速率、安全性和成本等因素，本设计的无线通信频段选用433MHz。由于配电室环境复杂，设备装置多，数据传输的路径弯曲程度大。在相同的弯曲度路径情况下，433MHz的无线射频衰减率为：0.577dB/m；915Mhz的无线射频衰减率为：0.676dB/m；2.4G的无线射频衰减率为0.761dB/m。由此可见：无线设备工作在433MHz频段更有利于在弯曲路径时的通信。在芯片的选型上遵循低功耗，低成本，微型化的原则，因此本文中设计的传感器采用CC1101芯片。

2 硬件设计

无线红外温度传感器的硬件设计包含电源供电电路，数据采集电路，无线数据传输模块电路几个部分。

电源供电部分主要是把3.7V电池电压转换为3.3V，作为各个部分的供电电源，以及5V电源给电池充电两个部分，使用Maxim公司的MAX8881作为3.7V转3.3V的降压芯片，MAX1555作为5VDC电源给电池充电的芯片。

数据采集部分采用Melesix公司的MLX90614红外温度传感器。此款传感器第一文库网环境温度范围为-40°～+125°，物理温度范围-70°～+380°，电源电压3.3v。MLX90614 是由内部状态机控制物体温度和环境温度的测量和计算，进行温度后处理，并将结果通过 PWM 或是SMBus模式输出，本设计选用SMBus模式。

433MHz无线射频模块采用的STM32F103RBT6作为主控芯片，CC1101作为无线射频芯片。主控模块通过SPI总线通信接口拖带无线射频通信模块，可以实现对无线通信模块的寄存器的`读写，从而完成对模块通信参数的配置，进一步控制模块对无线数据的收发。

3 软件设计

软件设计部分包含温度数据的采集、处理，无线数据收发和Modbus通信协议几个部分。

3.1 数据采集与处理

红外温度传感器采集温度数据传输时序如下图所示，START位定义为当SCL为高时，SDA线为从高到低的转换。STOP位定义为当SCL为高时，SDA为从低到高的转换。每个字节包括8位，在总线上传送的每个字节必须跟随一个确认位，和确认关联时钟脉冲是由主控器产生的。读取数据是以字节为单位进行的。每次发送一个字节，然后就判断对方是否有应答，如果有应答，就接着发送下一个字节；如果没有应答，多次重发该字节，直到有应答，就接着发送下一个字节，如果多次重发后，仍然没有应答，就结束。接收数据时，每次接收一个字节，然后向对方发送一个应答信号，然后就可以继续接收下一个字节。

本文中设计的无线红外温度传感器上电初始化后，等待上位机通过集中器无线模块发送的数据采集命令，再对数据进行采集，并将采集到的数据按照Modbus协议处理后，通过无线模块传输到集中器中。

3.2 Modbus通信协议

Modbus通信协议是一种工业现场通用协议，主要规定了应用层报文传输的格式，使得不同生产厂商的设备可以连成网络，集中监控。Modbus协议可分为在TCP/IP上的实现与串行链路上的实现，即Modbus-TCP和Modbus-RTU。传感器内部实现的是Modbus-RTU协议。Modbus协议使用的是客户机/服务器（C/S）的通信模式，主站向从站发送请求的模式有两种：单播和广播，本文实现的是单播的模式。

Modbus通用帧即ADU应用数据单元分为附加地址、功能码、数据和差错校验4个部分，其中功能码和数据部分为PDU协议数据单元。传感器接收到上层rtu帧命令后，首先进行从站地址和差错校验码的判断，若不正确直接丢弃命令帧，若正确则进行rtu帧解包获取命令并进行温度采集，数据采集后进行rtu帧封包，最终通过无线模块与上层设备进行数据通信。

4 测试结果

在排除433MHz频段其他设备干扰的情况下，对无线红外温度传感器进行射频性能的测试，每次发送1000个数据包，保证丢包率为0%的情况下，有效直线传输距离为120米，穿透性为两层楼。

无线红外温度传感器精度的测试，在相同环境中，使用市场上购买的手持红外温度仪与本文中设计的传感器进行温度监测数据的对比，温度值的误差保持在±0.5°C以内。

5 结束语

本文中设计了一种使用Modbus通信协议并通过433MHz频段无线通信的红外温度传感器，介绍了频段及射频芯片选择的原则，给出了传感器的硬件及软件设计方案。较详尽的介绍了MLX90614红外温度传感器的数据采集时序及原理，以及本设计中应用的Modbus协议。最后对传感器设备进行了射频测试及精度测试，测试结果表明，该传感器具有非接触性，高精度，通信距离远，穿墙能力强等优势。

参考文献

[1]Melexis公司.MLX90614红外温度计数据表.

[2]沙春芳.红外温度计MLX90614及其应用[J].现代电子技术，2007年22期.

[3]吴永宏，高峰.基于MLX906014的红外测温仪[J].仪表技术与传感器.2008年02期.

[4]GB/T 19582.2-2008，基于Modbus协议的工业自动化网络规范第2部分：Modbus协议在串行链路上的实现指南[S].2008年.

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