自制大棚温度无线遥测装置

　　1．制作动机
　　
　　农作物的生长和周围环境参数关系密切．以温度为例，温室内不同温度的分布甚至影响到果实的形状。而在农田或温室大棚中，因面积广阔，要采集多点的温度很困难。例如仅是敷设的信号传输电缆，就担心被农机作业破坏。

　　为了监测和控制大棚中各处的环境参数．可以采用无线遥测装置，但因无线电管理法规的限制，允许的无线发射的电场强度很弱，通信距离仅为20m左右，要管理大面积的大棚温度也很困难。

　　为此．设计制作了利用中继传递的无线遥测装置，各个监测点的数据（包含自身数据和接收的前一点数据），沿监测点作接力传输，最终在最后监测点的显示屏上全部显示出来。这就大大延伸了无线遥测的距离。

　　2．数据传输
　　
　　数据的传输主要有两种方式。卜种是接力式，见下图a。A的数据传输至B．B将白已的数据和A的数据一起传输至C．C再将C、A、B的数据向后传输，余此类推。

　　另一种是相互通信式，见下图b。A的数据同时传输给C、B、D．B的数据传输给A、C、D，余此类推，数据共享。

　　下图a的方式，适用于监测点呈直线排列分布的场合，因所有数据都汇集到D，在D处才能看到信息。而且任一监测点装置故障，其前面各点的数据都会丢失。下图b的方式，各监测点可任意设置．信息观察点也可设在任一监测点。这种信息共享的方式称为智能系统。下面就介绍下图b的大棚温度遥测装置。

　　3、装置结构
　　
　　（1）混充测定及传输装置
　　
　　如下图所示，由接收电路和发射电路组成。温度传感器的数值被单片机定时作A/D变换并储存。在接收电路，附近其他监测点发射来的数据被接收和储存，同时对自身数据刷新，接收数据和自身数据被定时发射出去。

　　这个装置设四个监测点．图2的装置共作四个。

　　(2)温度显示装置
　　
　　温度显示只设置一处，结构如下图。其接收电路与上图相同，其输出包含四个监测点的数据．在这里用单片机处理并作液晶显示。

　　(3)温度测定、传输的发射电路
　　
　　实际电路如下图，发射频率为310MHz。Trl及周边元件组成变形的科尔毕兹振荡电路．Ll兼作振荡电感和发射天线。通常Ll可利用印板铜箔腐蚀在印板上，但这里用cblmm铜线作成上图状。发射电路的Trl要采用f-600MHz的UHF'频段晶体管．

　　CTI是调整振荡频率的陶瓷微调电容器。频率调整采用频谱分析仪为佳．也可用遥控车门的遥控器发射信号(310MHz)，调整接收机的CT2,使其调谐到310MHz：然后调整发射机的CT1．使接收机的输出端r单片机的(4)脚）出现脉冲。

　　4)温度测定、传输的接收电路
　　
　　Tr2和周边元件组成超再生解调电路，利用LA、c5产生间隙振荡．接收电感L2作天线，按下图用铜线绕制。超再生方式具有解调振幅大的优点．IC2放大解调信号，得到能被单片机处理的3.3VPP电平。用单片机处理输入、输出信号，使其按顺序通过。单片机选用内含A/D变换的8脚PIC12F683．其引脚功能如下：

　　GP5:接收电路的电源控制(利用Tr3作ON/OFF)GP4:发射电路的调制f利用Trl基极偏置的ON/OFF作数字调制）GP3：接收电路解调电路的输入（处理IC2(10)脚输出的脉冲）GP2:LED显示(指示接收信号的有无，为节约电池，可设置为不用1GPl:A/D变换用基准电压(2.048V)GPO：A/D变换输入(接温度传感器IC4)

　　(5)温度数据的处理
　　
　　传感器采用集成化的温度传感器LM61BIZ,其输出电压与电源电压无关．温度T与输出电压的关系如下式：

　　Vout=(lOmVxT)+600mV因为大棚中温度不会到O℃以下，故温度测量范围设为O℃—99℃。为便于二进制处理，采用lObitA/D变化的最大值1024,对应电压2.048V。

　　曲线如下图所示、oOC—100℃对应值为300—1024。把温度变换为十进制数按以下顺序进行：

　　●由A/D值减去300●差值翻倍，例如在25.OqC时的输出电压为0.85V,作lObitA/D变换的值为425．则425-300=125,125x2=250。

　　这个250即是25.O℃时的十进制数。

　　这样处理使单片机程序变得简单。

　　(6)设备安装方法
　　
　　电路板安装在市售外置式塑料开关盒中．底部与一段塑料配线管(VE管)连接，管的下端套人圆铁棒后插入地面同定。传感器的端部从盒上开的小圆孔中露出．注意作防水处理。

　　1)大棚内的设置在大棚内每隔15m设置一个监测装置．可监测的距离为15x4：60m。温度显示器安装在末端的监测盒中。

　　2)温度显示四台温度遥测装置的温度数据，用一块16字符2行液晶显示模块显示，同时将温度变化趋势用箭头表示。“↑”表示温度上升中，“↓”表示温度下降巾。此外，在接收电波时LED点亮。

　　下图为温度显示器电路，接收电路与前述温度测定、传输装置的接收电路相同同。Trl及周边元件组成超再生检波电路．IC2的反相器接成高增益放大器，放大检波输出信号。反相器IC2e的输什；接至单片机的输入RBO/INT端。LED(D3)在有接收信号时点亮。单片机时钟采用10MHz的陶瓷晶振。利用ICSP接口Jl可对单片机软件现场重写。

　　电路用四节1.5V电池串联供电，共6V。液晶显示电路的5v用低压差稳压器IC4提供。接收电路的3.3V用低压差稳压器IC3提供。本电路不能用四节1.2V的充电电池。

　　4．软件程序
　　
　　(1)通信格式
　　
　　通信格式使用数据传输串行通信的RS-232-C．如下图所示．8位数据被起始位和停止位隔开，数据顺序以LSB在最前面。波特率为4800bPS。发射机的调制频率上限为SkHz。RS-232-C的数据需构成基本的字符，故将温度数据变换成十进制字符。

　　(2)ID信号“HELLO”通信协议如下图,数据列由文字字符组成，与液晶显示屏上显示的内容一样．行指定的控制码被插入两个地方。

　　“HELLO”被放在最前端作为开始的标题。

　　设置标题是为防止从数据列的中间接收。行指定信号以及“（空白）”、“■”、“A=”等虽是可有可无的信号，但对于回避错误接收是有效的。在每次接收中，对这些字符都要作校验，一有不同就中止接收，返回“HELLO”等待。在信号接收过程中，如果出现其他监测点发射的信号，则中途混入的接收数据将被丢弃．
　　
　　(3)温度数据存入RAM的方法
　　
　　图中的“***”部分是温度数据。按照A/D变换，温度数据按下图那样配置并存人单片机的RAM．全部4字节x4数据=16字节。16字节在RAM中的地址末尾部分连续设置．间接寻址就容易些。

　　(4)软件升级
　　
　　利用笔记本电脑和印板上的ICSP接口．可以现场重写程序，实现软件更新。

　　(5)温度测定、传送装置的程序
　　
　　1)接收程序下图a是接收主程序框图，以“启动”开始的主程序，在寄存器和定时器初始化之后，就进入接收循环。主程序的接收处理，如果检测到“HELLO”，就禁止中断，停止接收处理中的发射。在接收期间，检测“A”等字符，如果与预先约定的不符，接收处理就在此点中止。温度测定、传输装置的ID码，用编程定义命令指定。例如对于B单元，指定为ID_CODEequ'B'

　　2)发射程序下图b是发射程序框图，利用定时器1的中断，每隔30s发射温度数据：这期间，同一数据串被发射10次。

　　A/D变换后，作温度变化的计算，把新的数据和原来的数据作比较，温度的升降用箭头“↑”或“↓”显示，没有变化就用“-”显示．然后将温度数据存放到存储器中(B单元的数据存入temp-B)。

　　当正在发射时，接收电路被OFF。接收和发射电路用同一频率作半双工通信。此后．RAM内其他温度数据以数据串的形式被发射。当发射结束后,RAM内的这些数据就全部被清除，用字符(‘X’)取而代之。如果在接收时，在温度数据中包含有(‘X’)，则被判断为无有效数据。最后，接收电路ON。

　　(6)温度显示程序
　　
　　1)用无限中断许可等待测定数据
　　
　　下图a是温度显示主程序框图，在寄存器、定时器及液晶显示器初始化之后，进入无限中断许可程序。中断分两种。一种是用RBO/INT端的下降沿触发外部中断。另一种是定时器O中断。

　　接收机检波输出脉冲被放大后的波形．将其反相后输入到RBO/INT端。所以在起始位，从标记转变为间格时发生中断．定时器0中断作成液晶显示器显示更新时间，为0.5s。

　　下图b的中断程序，在INT中断的场合，开始接收数据的含义是指检查“HELLO”，若正常则将接收到的温度数据存入RAM．定时器O的周期设定为25ms，在降值计数器中：

　　25msx20=500ms=0.5s定时器中断后，这个计数器执行减量指令．从Os经过0.5s后，液晶显示器显示温度数据。

　　2)液晶显示图案
　　
　　显示图案见下图。箭头图案在CCRAM中自已设计。“■A=”固定数据和温度数据一起组成显示文字串。

　　
　　3)液晶显示程序
　　
　　下图是数据显示控制方法，四位数据分别按番号顺序传输。

　　(7)结束语
　　
　　这个遥测装置不仅用于温度的测量．只要改变传感器及单片机程序，就可用于湿度、压力、含水量等诸多参数的监测，甚至用于防盗报警：增加监测装置的布点．就可扩大监控面积。应用前景广阔。