無線溫度采集系統(tǒng)設計

楊帥

摘要：本設計的主要目的是通過無線的方式代替過去由人工來完成的溫度數(shù)據(jù)采集任務，一方面減少了人工測量的繁瑣，以及在復雜環(huán)境下人工測量的不便；另一方面可以通過軟件快速分析多點的溫度及其一點時間內(nèi)的變化。

關鍵詞：MSP430F149單片機：NRF905無線模塊；DS18820

一、設計要求

無線溫度采集系統(tǒng)用于對多點的溫度實時監(jiān)測，便于工作人員對溫度的控制。整體的設計要求主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)和功能兩個方面。

（一）結(jié)構(gòu)要求：

1、該系統(tǒng)山一個接收顯示終端和若干溫度采集節(jié)點組成：

2、通過無線方式進行數(shù)據(jù)傳輸。

（二）功能要求：

1、按下接收顯示終端的按鍵1，控制溫度采集節(jié)點l采集溫度，并返回溫度數(shù)據(jù)，通過串口上傳電腦顯示：

2、按下接收顯示終端的按鍵2，控制溫度采集節(jié)點2采集溫度，并返回溫度數(shù)據(jù)，通過串口上傳電腦顯示；

3、按下接收顯示終端的按鍵3，自動控制溫度采集節(jié)點l和2采集溫度，定時返回兩個節(jié)點的溫度數(shù)據(jù)，上傳到電腦顯示。

4、可以設定溫度上限，如果所采集溫度超過設定范圍，則接通報警電路。

二、總體設計

（一）系統(tǒng)組成及工作原理

系統(tǒng)組成如圖l所示。系統(tǒng)分為接收顯示終端和采集節(jié)點兩部分。

1、接收顯示終端：

主要由鍵盤、MSP430F149單片機、數(shù)碼管、串Ll、蜂嗚器和NRF905無線模塊等六部分組成。鍵盤共有三個按鍵，對應著整體設計的三個功能，完成操作指令的輸入；然后將按鍵信息傳給單片機，單片機根據(jù)按鍵信息來控制數(shù)據(jù)通過無線收發(fā)模塊的發(fā)送和接收，以及數(shù)

碼管的顯示，并將接收到的信息通過串口發(fā)送給上位機顯示。

2、采集節(jié)點：

主要由溫度傳感器、MSP430F149單片機和NRF905無線模塊等三部分組成。

三、硬件設計

（一）硬件組成

接收顯示終端以單片機為核心連接鍵盤、數(shù)碼管、串口、蜂鳴器、無線收發(fā)模塊等五個部分；答題器以單片機為核心連接溫度傳感器和無線收發(fā)模塊兩部分。

（二）單片機核心模塊

我們在整體設計中選用的是TI公司的MSP430系列單片機MSP430F149，它是由2個16伍定時器、8路快速12位A/D轉(zhuǎn)換器、2個通用串行同步/異步通信信號接口（US-ART）和48個I/O引腳等構(gòu)成的超低功耗微控制器。

該單片機具有以下幾個特點：

（1）功耗低，可使用戶的應用系統(tǒng)長時間工作在電池供電系統(tǒng)中；

（2）具有l(wèi)6位的體系結(jié)構(gòu)及16位的CPU數(shù)據(jù)處理能力和常數(shù)發(fā)生器，可使單片機實現(xiàn)代碼效率最大化：

（3）主要編程語言是C語言，引進了Flash型程序存儲器和JTAG技術，使丌I發(fā)工具變得簡便，而且價格也相對低廉，并且還可以實現(xiàn)在線編程。

（三）接收顯示終端電路

接收顯示終端的電路主要由7部分組成，分別為單片機電路、數(shù)碼管電路、鍵盤電路、串口電路、報警電路、電源電路、NRF905模塊電路等。

數(shù)碼管電路：由四個共陽極數(shù)碼管和若干電阻、晶體管組成，與單片機的P4口和P5口連接，控制信號力低電平有效，P4口控制數(shù)碼管的位選信號，決定由哪一位數(shù)碼管顯示，P5口控制數(shù)碼管的段選信號，決定數(shù)碼管顯示的內(nèi)容。

鍵盤電路：由三個觸控式開關和上拉電阻組成，與單片機的P1 口連接，按鍵閉合前相應的引腳為高電平，閉合時變?yōu)榈碗娖?，松開按鍵后恢復為高電平。主機鍵盤電路如圖4所示。

串口電路：豐要由max232芯片組成，負責完成單片機和上位機之間的通信，通過串口把采集到的各節(jié)點溫度上傳給電腦顯示。

電源電路：負責各個模塊電路的電源供電，采用USB供電。

報警電路：主要由一個峰鳴器組成。

NRF905模塊電路：采用低功耗射頻傳輸單元NRF905芯”，與單片機的P2 11和P3口連接，3.3伏的電源供電。

（1）433MHz開放ISM頻段免許可證使用；

（2）最高工作速率50kbps，高效GFSK調(diào)釩抗干擾能力強，特別適合工業(yè)控制場合；

（3）125頻道，滿足多點通信和跳頻通信需要：

（4）內(nèi)置硬件CRC檢錯和點對多點通信地址控制；

（5）收發(fā)模式切換時間<650us；

（6）模塊可軟件設地址，只有收到本機地址時才會輸出數(shù)據(jù)（提供中斷指示），可直接連接各種單片機使用，軟件編程非常方便；

（7）標準DIP間跑接口，便于嵌入式應用；

（8）RF Module-Quick-DEV快速開發(fā)系統(tǒng)。

答題器的電路主要由4部分組成，分別為單片機電路、溫度采集電路、電源電路、NRF905模塊電路等。

溫度采集電路：主要基于單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20芯片。DS18B20芯片支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為-55℃—+125℃，在-10℃—85℃范圍內(nèi)，精度為±0.5℃.現(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，支持3V—5.5V的電壓范圍，DS18820可以程序設定9-12位的分辨率，精度為±0.5℃。

電源電路：負責各個模塊電路的電源供電，采用USB供電。

NRF905模塊電路：采用NRF905半雙工無線收發(fā)模塊，與單片機的P2口和P3口連接，3.3V的電源供電。

四、軟件設計

（一）軟件結(jié)構(gòu)

整體程序設計主要分為NRF905的初始化、發(fā)送函數(shù)、接收函數(shù)、鍵值讀取、數(shù)碼管顯示、串口的初始化等6個模塊。

（二）主程序設計

程序的全局變量為keyval，在系統(tǒng)工作過程中，單片機不斷掃描P1口的電平變化，并將相應的鍵值信息、賦給變量keyval，之后按照相應的指令執(zhí)行。

采集節(jié)點部分：

始終處于接收狀態(tài)，當收到監(jiān)控中心發(fā)來的指令后，通過溫度傳感器采集當前的溫度數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)打包發(fā)送給接收顯示終端，最后返回接收狀態(tài)。

參考文獻：

[1] 蒲正剛.無線溫度采集系統(tǒng)[J].西南石油學院學報.2006年2月

[2] 岳鵬霞.無線溫濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計[J].現(xiàn)代電子技術.2010年2月