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基于RFID标签的分布式温度测量系统设计
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[RFID技术资料]
基于RFID标签的分布式温度测量系统设计
United
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United
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发表于 2022-3-7 19:32:20
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来自
广东省深圳市
摘要:射频识别(RFID)技术是一种低成本且高效的非接触式自动识别技术,其具有的识别速度快,识别距离远等优点,使其具有非常广泛的应用前景;设计一种基于 RFID的分布式多点温度测量系统,系统由 RFID电子标签、读写器、主接收机和 PC组成,实现各节点温度的实时采集功能;为了提高各节点的温度测量精度,提出了一种测温补偿算法,采用最小二乘拟合的方案,克服由于器件的不准确而引入的测量误差;结果表明,该系统可以有效完成多点温度测量采集的功能,同时具有非常高的精确性。
作为获取信息的一个基本手段,数据自动化采集技术是信息科学的一个重要分支。利用计算机,通信技术,测控技术相结合以获取到现场的各项物理参量,以提供给需求者作参考分析。在温室,粮仓以及实验室等重要场所,温度是一项非常关键的物理参量,其测量获取显得尤为重要。而对于温度的测量,存在着测量范围广,测量距离远,传统布线方式复杂的难题。为了解决广阔空间内各区域温度的精确测量,就需要解决多点分布式测量的问题。因此,在本文中,我们主要研究基于 RFID技术的分布式多点温度测量系统。
本文的结构安排如下∶在文章的第一章节介绍本文的研究意义目的以及研究成果,文章的第二章节我们介绍分布式温度测量系统的设计方案,在第三章节给出系统的
硬件设计
,第四章节讨论系统的软件设计以及优化方案,最后在第五章节我们给出研究结论与探讨。
1、分布式温度测量系统设计方案
整个系统设计由4个部分组成∶RFID电子标签,读写器,主接收机以及 PC机。4个模块协同工作以实现广阔区间内各点温度的自动化采集采集记录,温度数据的收集处理,处理后数据的无线传输以及数据显示功能。
RFID标签由温度传感器嵌入有源电子标签组成。通过温度传感器测量收集目标场所的温度后,将测得数值存储到有源电子标签中。随后 MCU1 通过控制读写器实现对特定目标地的 RFID进行读写操作,并且将读取的数据暂存到单片机的内存中。紧接着将数据通过射频发射器
芯片
进行无线传输,在主接收机收到发送数据后,MCU2控制通过串口 RS一232 传输到PC机中显示并存储。
为了实现大范围环境的温度测量,系统设计方案采用分布式结构,其网络拓扑结构如图2所示。
分布式拓扑结构分散控制,每个节点之间互不影响,都收中心机的控制。可以实现极广范围内的布局,且控制方式简单,效率高,提供了性价比非常高的网络布局方案。
2、系统硬件设计
根据系统设计方案,本系统的硬件部分主要包括温度测量与数据无线传输两个子模块。分布式测量系统结构如图 3 所示。
系统控制芯片使用 Atmega48单片机,该单片机采用先进的 RISC结构,作为一款8位 AVR处理器具有高性能低功耗的优势。该单片机的绝大部分指令在单个时钟周期内执行结束,高达 1
MIPS
/MHZ的数据吞吐量可以非常简便地实现点对多点模式的高速数据读取,同时它还具有可编程的US-ART接口。系统使用DHT90作为温度传感器,其具有的超快响应速度,超强抗干扰能力以及极高的性价比可以有效提高系统的性能且降低系统的成本。
整个系统的硬件实现过程可以总结为∶
1)将 RFID测温标签贴在目标场所环境内;
2)Atmega48(MCU1)控制 RFID 读写器对目标测温标签进行读写操作;
3)射频芯片将存储的温度数据发送给主接收器;
4) Atmega48(MCU2)单片机接收到数据后通过串口同PC主机进行出具传输;
5)PC机显示并存储数据。
3、系统软件设计
系统中使用的单片机其程序由
C语言
编写,开发环境是
KEIL
uVision3,完成基于RFID技术的温度测量,射频芯片间的无线数据传输以及单片机和 PC之间的通信。
3.1 测温补偿算法
测温传感器测得的温度值只是对当前实际环境温度的一个数字反映,其与实际环境的温度值之间不能保证严格一致。如果是在大范围的温度区间内的确是很难保证严格的线性关系,这个缺陷导致温度补偿起来比较难处理,但是另一个方面在小范围区间内,两者之间存在着近似的线性关系。因此,我们可以采用将整个温度区间分成各个小的区间进行分段线性拟合,即将测温传感器的测温范围分成几个阶段,在每个阶段内测出此时真实环境下的环境温度,再通过线性拟合补偿计算出此时测温传感器应该实际显示的温度。
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发表于 2022-3-8 08:19:47
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