温度传感探头范文

温度传感探头范文（精选3篇）

温度传感探头 第1篇

关键词：静力触探探头,传感器,线性度,弹性元件,有限元,输出电压

1 引言

电测静力触探技术是利用电阻应变测试技术将静力触探探头设计成直接量测贯入阻力的传感器,以便在贯入过程中直接感受土层的贯人阻力,并将贯入阻力转换成电信号传送到地面,由仪器显示的土体原位测试技术。经过多年的发展,目前国内外出现了多种不同结构的探头。图1为现在国外流行的一种孔压静力触探探头的三维实体模型。这种结构的探头优点是结构简单,弹性元件的直径比常规设计的更大,所以可以贯入更深的土层[1]。

2 探头的工作原理及传感器线性度

图1中所示的探头在向下贯入过程中,锥尖受到土的阻力,锥尖与变形柱以螺纹方式连接,锥尖通过与变形柱的接触面将锥尖阻力传递给变形柱。另外探头外部的摩擦筒与变形柱之间采用接触方式连接,摩擦筒受到土对其的摩擦力,并将此摩擦力传递给变形柱。变形柱上段测得的力为锥尖阻力与摩擦筒摩擦力的合力,下段只测量锥尖阻力,这样用变形柱上段测得的力减去下段测量的力,就可以得到摩擦阻力。探头尾部变形柱直接连接探杆接头,简化了探头结构。

线性度是衡量传感器静态特性的主要指标之一,用来描述测量系统实际输入与输出关系对理想直线的偏差。它被定义为测量系统的标定曲线与理想拟合直线的最大偏差对满量程的百分比。即:

如前面所述,套筒摩擦力是由上下两段测得的力相减得到的,所以探头传感器要有很好的线性性能,因此线性度对探头的性能评定尤为重要。对传感器的线性度的度量,一般采用实验方法,但各种随机因素的作用会影响线性度的真实性。因此,通过实验得到的结果跟真实值之间会存在一定的误差,为了保证设计传感器结构的可行性,必须对弹性元件的应变随压力变化的趋势进行分析。再由应变与输出电压之间的关系式,进而确定输出电压随外部载荷的变化趋势。在此,作者采用有限元法,对探头弹性元件的线性度进行分析,列出了电压与弹性体应变的一元线性回归方程,并得出了传感器的线性度。

3 探头尺寸规格的设计计算

根据《静力触探技术标准》制定的技术要求,选择的尺寸规格如表1所示。本设计中最大贯入力为100MPa,侧壁摩擦阻力为最大贯入力的1.5%,即1.5MPa。探头规格如表1所示。由材料力学理论计算得弹性元件的尺寸如图2所示。由变形柱的测力方式可知,变形柱上下两段直径必须相等,这样测得的应力才可以直接相减,从而得到套筒摩擦力。弹性元件的上端受探杆加载的贯入力Qs,中间台阶处受套筒的侧壁摩擦力Fs,底部受锥尖阻力Ps。

本弹性元件的几何形状和约束情况都对称于Z轴,所受的外载荷亦对称于Z轴,所以弹性元件上所有的应力分量、应变分量和位移分量也都对称于Z轴,因此用柱坐标系表达比较方便,所有各个分量都是r和z的函数而与θ无关[2]。

由于弹性元件只受轴向力,故:

应力分量为σ=[σrσZσZr]

应变分量为ε=[εrεZγr Z]

设单元节点位移分量为u(径向)和w(轴向),所以有

总体刚度方程为:

式中:U为总体位移列阵;R为载荷列阵;K为总体刚度。

由于采用空间轴对称环形截面单元,单元刚度矩阵为:

当单元类型确定时,单元的刚度矩阵也确定下来,将所有单元的刚度矩阵组集到总体刚度矩阵中,可以得到总体刚度矩阵:

单元各节点的单元节点载荷为

其中,le为截面中单元上受面力作用的一个边。

将(5)式代入(6)式求解可得总体刚度矩阵,再将(6)式和(7)式代入(4)式,解得每个节点的位移分量,再由(2)和(3)式计算出应变与应力分量[3,4,5]。

4 弹性元件的有限元应力应变分析

4.1 几何建模和单元划分

建立模型是ANSYS分析问题的关键,由上述分析,可选取弹性体总截面的1/2建立几何模型,建模时以N、m为单位。为了得到更精确的结果,选择单元为具有8个节点的plane82,单元尺寸设置为1mm,如图3所示为弹性体的有限元扩展模型[6]。

4.2 材料定义

由于弹性元件应具有线性度适宜、强度高、过载能力强、重复性好、热膨胀系数和温度系数小等特点,同时必须保证传感器温漂小,因此,选用60Si2Mn钢作弹性元件的材料,其弹性模量E=206GPa,泊松比μ=0.26。

4.3 载荷和边界条件

根据弹性元件的受力情况来看,弹性元件的边界条件较为简单,只需在顶端施加Y方向位移约束,同时在弹性元件的底端和台阶处分别加载均布载荷[7]。

4.4 有限元分析结果

图4为弹性元件的VON MISES应力分布图,从图中可以看出,弹性元件A区和B区应力分布较为均匀,在与斜面相交处为了消除应力集中,设计了直径为20mm的圆角。最大应力为1060MPa,小于安全系数为1.3的许用应力。考虑贴片位置时,原则上应保证应变敏感元件安装在最大应变点,弹性元件上某些部位的材料可能进入塑性状态,影响传感器的精度[8,9]。

虽然A区在靠近斜面的部位应力值也较大,但同时这些部位存在应力不稳定的问题,所以选择A区和B区的中间位置作为贴片位置。

5 电桥分析

以区域A为例分析输出电压与输入载荷之间的关系。应变片R1和R3围绕弹性元件间隔180°竖向粘贴,在它们之间是R2和R4,横向粘贴,电路图如图5所示。

应变片电阻变化与平均应变的关系为:

式中:ΔR/R为电阻变化率,K为灵敏系数,ε为应变值。

联立可得

将有限元分析获得的贴片在不同载荷下横向、纵向的应变值代入式(9)中,即可获得传感器的理论输出电压值。节点329位于区域A的中间位置,所以可以考察此点的应变特性。此处取K=2,输入电压U=10V,为了得到传感器的线性特点,所施加的载荷也应是线性的,如表2所示[10]。

6 探头线性度分析

采用最小二乘法,对数据进行线性回归分析,

设一元线性回归方程为y=b0+bx,则:

将表2中的输入输出数据代入(11)式得

用最小二乘法求得的一元线性回归方程为:

传感器的线性度为:

图6为输出电压和输入载荷的关系曲线图,可以看出,在允许载荷范围内,输出量与输入量有非常好的线性关系。

7 结论

1)采用有限元法对弹性体做应力-应变分析,从分析结果看,应力、应变分布较为均匀,弹性元件的结构是合理的。

2)利用有限元法进行传感器线性度的分析,简单有效,避免了统计分析法的复杂数学公式,避免了实验过程中的随机性。

3)采用有限元法可以得到弹性元件的应力、应变分布特性,避免了应力集中,从而确定最佳的贴片位置。

4)本研究中的传感器其电压与载荷的关系曲线表明,传感器的线性度适宜,能满足使用要求。

5)将ANSYS分析应用到传感器设计中,有利于提高弹性元件生产精度和效率,其分析结果为整个静力触探测试系统的设计提供直接依据。

参考文献

[1]石林珂.岩土工程原位测试[M].郑州:郑州大学出版社,2003.

[2]崔海涛.轴对称有限元的结构形状优化分析[J].机械科学与技术,2002(5):376-378.

[3]张东梅.结构强度可靠性的随机有限元分析算法[J].长春理工大学学报,2004(9):50-52.

[4]李黎明.ANSYS有限元分析使用教程[M].北京:清华大学出版社,2004.

[5]商跃进.有限元原理与ANSYS应用指南[M].北京:清华大学出版社,2005.

[6]郭忠.有限元分析中的单元格划分技术[J].煤矿机械,2008(3):193-194.

[7]张朝晖.ANSYS8.0结构分析及实例解析[M].北京:机械工业出版社,2005.

[8]张怀亮.压力传感器线性度的有限元分析[J].中南大学学报,2004(6):430-433.

[9]赵建才.拉-压力传感器线性度的有限元分析[J].传感器技术,2001(12):24-28.

[10]王小龙.基于有限元分析的大量程力传感器设计改进[J].智能仪表与传感器,2006(14):139-140.

数字温度传感器的应用 第2篇

DSl820 数字温度计提供 9 位(二进制)温度读数 指示器件的温度 信息经过单线接口送入 DSl820 或从 DSl820 送出 因此从主机 CPU 到DSl820 仅需一条线(和地线)DSl820 的电源可以由数据线本身提供而不需要外部电源 因为每一个 DSl820 在出厂时已经给定了唯一的序号 因此任意多个 DSl820 可以存放在同一条单线总线上 这允许在许多不同的地方放置温度敏感 DSl820 的测量范围从-55 到+125 增量值为 0.5 可在 l s(典型值)内把温度变换成数字.每一个 DSl820 包括一个唯一的 64 位长的序号 该序号值存放在 DSl820 内部的 ROM(只读存贮器)中 开始8 位是产品类型编码(DSl820 编码均为（10H)接着的48位是每个器件唯一的序号最后8位是前面 56位的CRC(循环冗余校验)码DSl820 中还有用于贮存测得的温度值的两个 8 位存贮器 RAM 编号为 0 号和 1号1号存贮器存放温度值的符号，如果温度为负，则 1 号存贮器 8 位全为 1，否则全为 0，0 号存贮器用于存放温度值的补码，LSB(最低位)的1表示0.5将存贮器中的二进制数求补再转换成十进制数并除以 2 就得到被测温度值(-550 125)，DSl820 的引脚如图 2 26-l 所示。每只 DS18b20 都可以设置成两种供电方式 ：即数据总线供电方式和外部供电方式，采取数据总线供电方式可以节省一根导线，但完成温度测量的时间较长；采取外部供电方式则多用一根导线，但测量速度较快.温度计算

1、DS18b20用9位存贮温度值,最高位为符号位。下图为 18b20 的温度存储方式，负温度

S=1，正温度 S=0，如00AAH 为+85 ,0032H 为 25，FF92H 为55

2、Ds18b20 用 12 位存贮温值度，最高位为符号位，下图为18b20的温度存储方式，负温度S=1，正温度 S=0。如0550H 为+85，0191H 为25.0625 ,FC90H 为-55

二DSl820 工作过程及时序 DSl820 工作过程中的协议如下

初始化RoM 操作命令 存储器操作命令 处理数据 1初始化

单总线上的所有处理均从初始化开始 ROM 操作品令

总线主机检测到 DSl820 的存在便可以发出 ROM 操作命令之一 代码

指令 Read ROM(读 ROM)

[33H] Match ROM(匹配 ROM)

[55H] Skip ROM(跳过 ROM]

[CCH] Search ROM(搜索 ROM)

[F0H] Alarm search(告警搜索)

[ECH] 3存储器操作命令

代码

指令

这些命令如

Write Scratchpad(写暂存存储器)

[4EH] Read Scratchpad(读暂存存储器)

[BEH] Copy Scratchpad(复制暂存存储器)

[48H] Convert Temperature(温度变换)

[44H] Recall EPROM(重新调出)

[b8H] Read Power supply(读电源)

[b4H] 4 时序

主机使用时间隙(time slots)来读写 DSl820 的数据位和写命令字的位(1)初始化

时序见图 2.25-2主机总线 to 时刻发送一复位脉冲(最短为 480us 的低电平信号)接着在 tl 时刻释放总线并进入接收状DSl820 在检测到总线的上升沿之后 等待 15-60us接DS1820 在 t2 时刻发出存在脉冲(低电平持续 60-240 us)如图中虚线所示以下子程序在 MCS51 仿真机上通过其晶振为 12M.初始化子程序

RESET PUSH B

;保存 B 寄存器 PUSH A

;保存 A 寄存器 MOV A,#4

;设置循环次数 CLR P1.0

;发出复位脉冲 MOV B,#250

;计数 250 次

DJNZ B,$

;保持低电平500us SETB Pl.0

;释放总线

MOV B,#6

;设置时间常数 CLR C

;清存在信号标志 WAITL: JB Pl.0,WH

;若总线释放 跳出循环

DJNZ B,WAITL

;总线低 等待

DJNZ ACC,WAITL

;释放总线等待一段时间 SJMP SHORT WH: MOV B,#111 WH1: ORL C,P1.0 DJNZ B,WH1

;存在时间等待 SHORT: POP A POP B RET(2)写时间隙

当主机总线 t o 时刻从高拉至低电平时 就产生写时间隙 见图 2 25 3图 2 254从 to 时刻开始 15us 之内应将所需写的位送到总线上DSl820 在 t后 15-60us 间对总线采样 若低电平写入的位是 0见图 2 25 3若高电平写入的位是 1见图 2 25 4连续写 2 位间的间隙应大于 1us

写位子程序(待写位的内容在 C 中)

WRBIT: PUSH B

;保存 B MOV B,#28;设置时间常数

CLR P1.0;写开始

NOP

;1US

NOP

;1US NOP

;1US NOP

;1US NOP

;1US MOVPl.0,C

;C 内容到总线

WDLT:

DJNZ B,WDLT

;等待 56Us POP B SETB Pl.0

;释放总线

RET

;返回 写字节子程序(待写内容在 A 中): WRBYTB: PUSH B

:保存 B MOV B #8H

;设置写位个数

WLOP: RRC A

;把写的位放到 C ACALL WRBIT

;调写位子程序 DJNZ B WLOP;8 位全写完? POP B RET(3)读时间隙

见图 2 25 5主机总线 to 时刻从高拉至低电平时，总线只须保持低电平l 7ts。之后在 t1 时刻将总线拉高，产生读时间隙，读时间隙在 t1 时刻后 t 2 时刻前有效。z 距 to 为 15捍 s，也就是说，t z 时刻前主机必须完成读位，并在 t o 后的 60 尸 s 一 120 fzs 内释放总线。读位子程序(读得的位到 C 中)

RDBIT:

PUSH B

;保存 B

PUSH A

;保存 A MOV B,#23

;设置时间常数

CLR P1.0

;读开始 图 2 25 5 的 t0 时刻

NOP

;1US

NOP

;1US

NOP

;1US

NOP

;1US

SETB Pl.0

;释放总线

MOV A,P1;;P1 口读到 A MOV C,EOH

;P1.0 内容 C NOP

;1US NOP

;1US NOP

;1US NOP

;1US RDDLT:

DJNZ B,RDDLT SETB P1.0 POP A POP B

;等待 46us RET 读字节子程序(读到内容放到 A 中)

RDBYTE: PUSH B

;保存 B RLOP MOV B,#8H

;设置读位数 ACALL RDBIT;调读 1 位子程序

RRC A

;把读到位在 C 中并依次送给 A DJNZ B,RLOP;8 位读完? POP B

；恢复B RET

三、多路测量

每一片 DSl820 在其 ROM 中都存有其唯一的 48 位序列号，在出厂前已写入片内 ROM中，主机在进入操作程序前必须逐一接入 1820 用读 ROM(33H)命令将该 l 820 的序列号读出并登录。当主机需要对众多在线1820的某一个进行操作时，首先要发出匹配 ROM 命令(55H，)紧接着主机提供 64 位序列(包括该 1820 的 48 位序列号)，之后的操作就是针对该 1820 的。而所谓跳过 ROM 命令即为 之后的操作是对所有 1820 的。框图中先有跳过 ROM，即是启动所有 1820 进行温度变换，之后，通过匹配 ROM，再逐一地读回每个 1820 的温度数据。在1820组成的测温系统中，主机在发出跳过ROM 命令之后，再发出统一的温度转换启动码 44H，就可以实现所有 1820的统一转换，再经过 1s 后，就可以用很少的时间去逐一读取。这种方式使其 T 值往往小于传统方式（由于采取公用的放大电路和 A D 转换器，只能逐一转换。）显然通道数越多这种省时效应就越明显。

四、实际应用 ds1820 序列号获得

;|--------------|

;|

读出 ds1820 序列号应用程序,P1.6 接 ds1820

|;|--------------| ORG 0000H

AJMP MAIN

ORG 0020H

MAIN: MOV SP,#60H

CLR EA

;使用 ds1820 一定要禁止任何中断产生

LCALL INT

;初始化 ds1820

MOV A,#33H

LCALL WRITE

;送入读 ds1820 的 ROM 命令

LCALL READ

;开始读出当前 ds1820 序列号

MOV 40H,A

INT:

WRITE: LCALL READ MOV 41H,A LCALL READ MOV 42H,A LCALL READ

MOV 43H,A

LCALL READ

MOV 44H,A

LCALL READ

MOV 45H,A

LCALL READ

MOV 46H,A

LCALL READ

MOV 47H,A

SETB EA

SJMP $

CLR EA

L0:CLR P1.6

MOV R2,#200 L1:CLR P1.6

DJNZ R2,L1

SETB P1.6

MOV R2,#30 L4:DJNZ R2,L4

CLR C

ORL C,P1.6

JC L0

MOV R6,#80 L5:ORL C,P1.6

JC L3

DJNZ R6,L5

SJMP L0 L3:MOV R2,#240 L2:DJNZ R2,L2

RET

CLR EA

MOV R3,#8

;初始化 ds1820 子程序

;ds1820 总线为低复位电平

;总线复位电平保持 400us

;释放 ds1820 总线

;释放 ds1820 总线保持 60us

;清存在信号

;存在吗?不存在则重新来

;向 ds1820 写操作命令子程序

;写入 ds1820 的 bit 数,一个字节 8 个 bit

WR1:SETB P1.6

MOV R4,#8

RRC A

;把一个字节 data(A)分成 8 个 bit 环移给 C CLR P1.6

;开始写入 ds1820 总线要处于复位(低)状态

WR2: DJNZ R4,WR2

;ds1820 总线复位保持 16us

MOV P1.6,C

;写入一个 bit

MOV R4,#20 WR3: DJNZ R4,WR3

;等待 40us

DJNZ R3,WR1

;写入下一个 bit

SETB P1.6

;重新释放 ds1820 总线

RET

READ:

CLR EA

MOV R6,#8

;连续读 8 个 bit RE1:

CLR P1.6

;读前总线保持为低

MOV R4,#4

NOP

SETB P1.6

;开始读 总线释放

RE2:

DJNZ R4,RE2

;持续 8us

MOV C,P1.6

;从 ds1820 总线读得一个 bit RRC A

;把读得的位值环移给 A

MOV R5,#30 RE3:

DJNZ R5,RE3

;持续 60us

DJNZ R6,RE1

;读下一个 bit

SETB P1.6

;重新释放 ds1820 总线

RET 2 温度转换和读取

;|-|

;|

获取单个 ds1820 转化的温度值的应用程序,P1.6 接 ds1820

|;|-|

ORG 0000H

AJMP MAIN

ORG 0020H MAIN:

MOV SP,#60H

LCALL GET_TEMP

SJMP $ GET_TEMP:

CLR PSW.4

SETB PSW.3

;设置工作寄存器当前所在的区域

CLR EA

;使用 ds1820 一定要禁止任何中断产生

LCALL INT

;调用初使化子程序

MOV A,#0CCH

LCALL WRITE

;送入跳过 ROM 命令

MOV A, #44H

LCALL WRITE

;送入温度转换命令

LCALL INT

;温度转换完全,再次初使化 ds1820

MOV A,#0CCH

LCALL WRITE

;送入跳过 ROM 命令

MOV A,#0BEH

LCALL WRITE

;送入读温度暂存器命令

INT:

WRITE:

LCALL READ

MOV R7,A

;读出温度值低字节存入 R7

LCALL READ

MOV R6,A

;读出谩度值高字节存入 R6

SETB EA

RET

;初始化 ds1820 子程序

CLR EA

L0: CLR P1.6

;ds1820 总线为低复位电平

MOV R2,#200

L1: CLR P1.6

DJNZ R2,L1

;总线复位电平保持 400us

SETB P1.6

;释放 ds1820 总线

MOV R2,#30

L4: DJNZ R2,L4

;释放 ds1820 总线保持 60us

CLR C

;清存在信号

ORL C,P1.6

JC L0

;存在吗?不存在则重新来

MOV R6,#80

L5: ORL C,P1.6

JC L3

DJNZ R6,L5

SJMP L0

L3: MOV R2,#240

L2: DJNZ R2,L2

RET

;向 ds1820 写操作命令子程序

CLR EA

MOV R3,#8

;写入 ds1820 的 bit 数,一个字节 8 个 bit WR1: SETB P1.6

MOV R4,#8

RRC A

;把一个字节 data(A)分成 8 个 bit 环移给 C

CLR P1.6

;开始写入 ds1820 总线要处于复位(低)状态

WR2:DJNZ R4,WR2

;ds1820 总线复位保持 16us

MOV P1.6,C

;写入一个 bit

MOV R4,#20 WR3 :DJNZ R4,WR3

;等待 40us

DJNZ R3,WR1

;写入下一个 bit

SETB P1.6

;重新释放 ds1820 总线

RET

READ:

CLR EA

MOV R6,#8

;连续读 8 个 bit RE1:CLR P1.6

MOV R4,#4

NOP

SETB P1.6

RE2:DJNZ R4,RE2

MOV C,P1.6

RRC A

MOV R5,#30 RE3:DJNZ R5,RE3

DJNZ R6,RE1

SETB P1.6

RET

END

;读前总线保持为低

;开始读 总线释放

;持续 8us

;从 ds1820 总线读得一个 bit;把读得的位值环移给 A

;持续 60us

;读下一个 bit

无线红外温度传感器的设计 第3篇

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.