本文介绍了一种使用工业现场总线协议-Modbus协议进行数据传输的温度和湿度传感器节点。主要是传感器节点的硬件电路的设计，包括数据采集和处理电路等；软件设计，包括温度和湿度数据收集以及Modbus通信协议。后，对设计的传感器节点进行测试并验证其射频性能和传感器精度。论是在工业领域还是日常生活中，我们都必须监控环境的温度和湿度参数。为温度和湿度监视终端，传感器节点直接接触被测环境，这是整个监视系统的重要组成部分。精度，低成本，长使用寿命和易于安装是设计中必须考虑的因素[1]。文结合以上因素，设计了使用Modbus通信协议和433 MHz无线频段的无线温度和湿度传感器节点。虑到传感器节点的成本和精度，Swiss Sensironn生产的SHT10传感器可以同时测量温度和湿度，测量精度高，外围电路简单。了便于安装，将433 MHz无线频段用作传感器节点的通信介质，它具有长的通信距离和能够穿过墙壁的能力，避免了安装天线的不便之处。线通信电缆。
湿度传感器节点的整体结构如图1所示，主要包括收集传感器数据，电源，处理来自主控制芯片的数据以及进行发送和发送。收无线通信数据。感器数据收集负责收集环境温度和湿度值，并且电源必须提供3.3 V电压以用于传感器数据收集，主控制和芯片。
控芯片主要对采集到的数据进行分析处理，得到真实数据，温湿度值，无线通信部分实现433MHz通信。线温度和湿度传感器节点的硬件设计包括电源，数据采集，数据处理以及数据发送和接收。源部分主要将电池电压从3.7V转换为3.3V，作为每个部分的电源，以及将5V电源转换为电池充电的电源，Maxim的MAX8881用作降压芯片。压范围为3.7 V至3.3 V，MAX1555用作芯片，通过5VDC电源为电池充电；数据收集主要用于使用Sensirinion生产的SHT10传感器收集环境温度和湿度参数；数据处理主要使用ST的STM32F103芯片进行计算和评估采集的数据等；无线数据通信必须使用TI的CC1101芯片为传感器节点提供数据通信通道。这里，我们主要开发数据收集部分。据采集部分使用SHT10传感器，该传感器将检测元件和信号处理电路集成在微型印刷电路板上，并且输出是经过完全校准的数字信号。传感器包含一个电容式聚合物湿度传感元件，一个能量间隔材料温度测量元件，一个14位A / D转换器和一个串行接口电路。此，该传感器具有极高的长期可靠性和稳定性，并具有响应速度快和性价比高的优点。SHT10温湿度传感器的温度范围为-40〜 123.8°C，湿度测量范围为0〜100％RH；温度测量的精度为±4.5％RH，湿度测量的精度为±0.5°C [2]。SHT10温湿度传感器共有4个接口，即接地（GND），双向串行数据接口（DATA），串行时钟输入端口（SCK）和电源接口（VDD）。感器电源电压范围为2.4至5.5 V，恒温阀芯此处使用3.3 V电源。
须在电源和地之间（即VDD，GND）添加去耦和滤波电容器。量值为100nF。型的传感器应用电路如图2所示。围传感器电路采用I2C总线的形式。
DATA数据接口连接到10KΩ升压电阻，然后连接到主控制芯片以进行双向通信。钟输入端口的信号来自主控制芯片。件设计部分包括温度和湿度数据的收集和处理，无线数据的发送和接收以及Modbus通信协议。里，数据的收集，处理，发送和接收在数据监视中是统一的，并一起说明。据监控的整个过程是在无线温湿度传感器节点开启并初始化后，等待无线部分接受数据采集命令，然后进行采集和处理。收到采集命令后的数据，最后通过无线部分传输，即数据采集完成。程流程图如图3所示。
odbus通信协议是工业现场的通用协议，主要规定了来自应用层的消息传输格式，以便可以连接来自不同制造商的设备。络化和集中式监控[3]。Modbus协议可分为基于TCP / IP的生产和基于串行链路的生产，即Modbus-TCP和Modbus-RTU。感器节点内部完成的操作是Modbus-RTU协议。Modbus协议使用客户端/服务器通信模式（C / S）。
站有两种模式将请求发送到从站：单播和广播。文实现了单播模式。Modbus通用框架或ADU应用程序数据单元分为四个部分：附加地址，功能代码，数据和错误检查。能代码和数据部分是PDU协议数据单元。站的地址和功能代码各为1个字节，数据段可达到252个字节，错误校验为2个字节。
应注意，RTU帧在不同帧之间至少具有3.5个不活动字符，在同一帧中的两个字符之间最多具有1.5个不活动字符[4]。感器内部Modbus通信协议的具体拆包过程如图4所示。1列出了无线温度和湿度传感器节点的射频性能测试结果。次发送1000个数据包，有效传输距离可达120米，丢包率为0％。（注意：排除433 MHz频带内其他设备的干扰）。传感器精度测试中，在相同的环境中，使用市售的便携式红外测温仪和本文档中设计的传感器节点来比较环境监测数据，可以保持温度值的误差在±0.5°C时。如，传感器节点的监视值为21.2°C，便携式红外温度计为21.5°C，误差为-0.3°C传感器精度测试的结果显示在表2中。文使用Modbus通信协议设计温度和湿度传感器节点，并给出了设计通信节点的硬件和软件的方法。感器，详细介绍传感器数据采集的硬件和软件设计以及Modbus通信协议程序的实现过程，最后执行测试设备的传感器。据测试结果，设计的传感器具有更长的通讯距离和穿透墙的能力，并具有较低的测量值误差。
本文转载自
恒温阀芯 https://www.wisdom-thermostats.com