楊帥

摘要：本設(shè)計(jì)的主要目的是通過(guò)無(wú)線的方式代替過(guò)去由人工來(lái)完成的溫度數(shù)據(jù)采集任務(wù)，一方面減少了人工測(cè)量的繁瑣，以及在復(fù)雜環(huán)境下人工測(cè)量的不便；另一方面可以通過(guò)軟件快速分析多點(diǎn)的溫度及其一點(diǎn)時(shí)間內(nèi)的變化。

關(guān)鍵詞：MSP430F149單片機(jī)：NRF905無(wú)線模塊；DS18820

一、設(shè)計(jì)要求

無(wú)線溫度采集系統(tǒng)用于對(duì)多點(diǎn)的溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，便于工作人員對(duì)溫度的控制。整體的設(shè)計(jì)要求主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)和功能兩個(gè)方面。

（一）結(jié)構(gòu)要求：

1、該系統(tǒng)山一個(gè)接收顯示終端和若干溫度采集節(jié)點(diǎn)組成：

2、通過(guò)無(wú)線方式進(jìn)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(diǎn)l采集溫度，并返回溫度數(shù)據(jù)，通過(guò)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(diǎn)2采集溫度，并返回溫度數(shù)據(jù)，通過(guò)串口上傳電腦顯示；

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

4、可以設(shè)定溫度上限，如果所采集溫度超過(guò)設(shè)定范圍，則接通報(bào)警電路。

二、總體設(shè)計(jì)

（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(diǎn)兩部分。

1、接收顯示終端：

主要由鍵盤(pán)、MSP430F149單片機(jī)、數(shù)碼管、串Ll、蜂嗚器和NRF905無(wú)線模塊等六部分組成。鍵盤(pán)共有三個(gè)按鍵，對(duì)應(yīng)著整體設(shè)計(jì)的三個(gè)功能，完成操作指令的輸入；然后將按鍵信息傳給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)按鍵信息來(lái)控制數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)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(guò)串口發(fā)送給上位機(jī)顯示。

2、采集節(jié)點(diǎn)：

主要由溫度傳感器、MSP430F149單片機(jī)和NRF905無(wú)線模塊等三部分組成。

三、硬件設(shè)計(jì)

（一）硬件組成

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

（二）單片機(jī)核心模塊

我們?cè)谡w設(shè)計(jì)中選用的是TI公司的MSP430系列單片機(jī)MSP430F149，它是由2個(gè)16伍定時(shí)器、8路快速12位A/D轉(zhuǎn)換器、2個(gè)通用串行同步/異步通信信號(hào)接口（US-ART）和48個(gè)I/O引腳等構(gòu)成的超低功耗微控制器。

該單片機(jī)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）功耗低，可使用戶的應(yīng)用系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)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(jī)實(shí)現(xiàn)代碼效率最大化：

（3）主要編程語(yǔ)言是C語(yǔ)言，引進(jìn)了Flash型程序存儲(chǔ)器和JTAG技術(shù)，使丌I發(fā)工具變得簡(jiǎn)便，而且價(jià)格也相對(duì)低廉，并且還可以實(shí)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(jī)電路、數(shù)碼管電路、鍵盤(pán)電路、串口電路、報(bào)警電路、電源電路、NRF905模塊電路等。

數(shù)碼管電路：由四個(gè)共陽(yáng)極數(shù)碼管和若干電阻、晶體管組成，與單片機(jī)的P4口和P5口連接，控制信號(hào)力低電平有效，P4口控制數(shù)碼管的位選信號(hào)，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(hào)，決定數(shù)碼管顯示的內(nèi)容。

鍵盤(pán)電路：由三個(gè)觸控式開(kāi)關(guān)和上拉電阻組成，與單片機(jī)的P1 口連接，按鍵閉合前相應(yīng)的引腳為高電平，閉合時(shí)變?yōu)榈碗娖?，松開(kāi)按鍵后恢復(fù)為高電平。主機(jī)鍵盤(pán)電路如圖4所示。

串口電路：豐要由max232芯片組成，負(fù)責(zé)完成單片機(jī)和上位機(jī)之間的通信，通過(guò)串口把采集到的各節(jié)點(diǎn)溫度上傳給電腦顯示。

電源電路：負(fù)責(zé)各個(gè)模塊電路的電源供電，采用USB供電。

報(bào)警電路：主要由一個(gè)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(jī)的P2 11和P3口連接，3.3伏的電源供電。

（1）433MHz開(kāi)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(qiáng)，特別適合工業(yè)控制場(chǎng)合；

（3）125頻道，滿足多點(diǎn)通信和跳頻通信需要：

（4）內(nèi)置硬件CRC檢錯(cuò)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信地址控制；

（5）收發(fā)模式切換時(shí)間<650us；

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

（7）標(biāo)準(zhǔn)DIP間跑接口，便于嵌入式應(yīng)用；

（8）RF Module-Quick-DEV快速開(kāi)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(jī)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(cè)量溫度范圍為-55℃—+125℃，在-10℃—85℃范圍內(nèi)，精度為±0.5℃.現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)溫度測(cè)量，支持3V—5.5V的電壓范圍，DS18820可以程序設(shè)定9-12位的分辨率，精度為±0.5℃。

電源電路：負(fù)責(zé)各個(gè)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(wú)線收發(fā)模塊，與單片機(jī)的P2口和P3口連接，3.3V的電源供電。

四、軟件設(shè)計(jì)

（一）軟件結(jié)構(gòu)

整體程序設(shè)計(jì)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(gè)模塊。

（二）主程序設(shè)計(jì)

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

采集節(jié)點(diǎn)部分：

始終處于接收狀態(tài)，當(dāng)收到監(jiān)控中心發(fā)來(lái)的指令后，通過(guò)溫度傳感器采集當(dāng)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(xiàn)：

[1] 蒲正剛.無(wú)線溫度采集系統(tǒng)[J].西南石油學(xué)院學(xué)報(bào).2006年2月

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