基于MSP430和WLK01L39的多点无线温度采集系统设计

李 勇，张以帅，唐广耀

（宁夏大学机械工程学院，银川 750021）

1 引言

传统的有线温度采集系统主要存在布线复杂、维护困难等缺点，无线温度采集系统主要是以nRF905为代表的无线射频发射芯片，存在传送距离短，对障碍物的穿透能力比较弱等缺点。针对以上问题，本文提出了一种基于WLK01L39无线收发模块的温度采集系统，它较nRF905有较强的穿透能力，而且传送距离远。可以弥补传统温度采集系统带来的不足，同时友好的上位机交互界面为数据的实时显示和历史数据的保存、打印提供了保障。

2 系统总体设计

如图1所示，该系统通过DS18B20数字温度传感器实现多点温度数据的采集，将采集的温度数据发送给MSP430单片机进行处理，然后传给WLK01L39无线发送模块，经片上MCU调制成射频信号之后通过吸盘天线发送出去，接收端的WLK01L39模块通过吸盘天线接收该射频信号，并将该信号解调转换成计算机能够识别的信号之后通过RS232总线发送到上位机PC上，在PC端利用VB和ACCESS实现对数据的实时显示和数据保存。

图1 系统总体设计

3 硬件设计

3.1 温度采集电路设计

传统的温度采集系统的温度传感器一般选用热电偶。但是热电偶输出的是模拟量，需要进行功放、A/D转换、滤波等一系列信号处理环节，从而使设计电路复杂，而且热电偶的价格昂贵，所以本文选用数字温度传感器DS18B20。DS18B20是DALLAS公司生产的一款数字化单总线温度传感器，由于它里面集成了A/D转换等信号处理环节，所以可以直接和单片机相连。它有外部供电和内部供电两种供电方式，本文由于布线复杂等原因采用外部供电方式。DS18B20测量温度的范围：-55～+125℃，精度可达0.5℃，工作电范围：+3.0～+5.5V。DALLAS公司为每个DS18B20传感器设置了一个惟一的长度为64位的序列号，存放在ROM中。这样我们可以将所有的DS18B20串联在一条总线上，单片机可以通过发送序列号来决定访问哪个DS18B20传感器。如图2所示。

图2 温度采集电路

3.2 无线收发接口电路

WLK01L39无线收发模块较nRF905，nRF24L01等射频收发模块有较强的穿透能力，传输距离远，而且软件编程简单，节约开发成本和开发时间，所以本文选用WLK01L39无线收发模块。MSP430和WLK01L39的接线图如图3所示。

WLK01L39无线收发模块的SETA引脚和SETB引脚决定了工作模式WLK01L39有四种工作模式，即正常收发模式、唤醒主模式、唤醒从模式、配置休闲模式。

图3 MSP430和WLK01L39接线

4 软件设计

4.1 下位机软件设计

下位机软件设计主要包括对数字温度传感器DS18B20的操作、UART串口通信模块的操作和发送无线模块WLK01L39的操作。

4.1.1 对数字温度传感器DS18B20的操作过程

MSP430单片机控制数字温度传感器DS18B20的操作：首先初始化DS18B20，接着发送一条ROM匹配指令和一条启动温度转换指令；之后进行一定时间的延时，目的是让DS18B20有足够的时间来进行温度转换；接着又发送一条ROM匹配指令和一个指定的64位的序列号；最后发送一条读取RAM的指令，从而读出该序列号对应的温度值。对温度操作流程如图4。

图4 DS18B20操作过程

4.1.2 对发送无线模块WLK01L39的操作过程

前面已经讲过无线模块WLK01L39的四种工作模式。平时当单片机串口缓存中没有数据时，WLK01L39工作在配置休眠模式，即SETA=1，SETB=1。因为在这种模式下为待机模式，功耗最低。当单片机串口缓存中有数据时，串口发送中断标志位发生变化，此时单片机将SETA和SETB所连的端口置零，使无线模块WLK01L39工作在正常收发模式，同时它将接收到数据经片上MCU调制成射频信号之后通过吸盘天线发送出去。

4.2 上位机软件设计

本文上位机软件主要实现对下位机采集温度的实时显示和历史数据的保存。本文采用Visual Basic6.0设计人机交互界面实现下位机采集温度的实时显示，如图5所示，同时将采集的数据保存到ACCESS数据库中以便后续查询和打印。

图5 下位机采集温度实时显示界面

当我需要查看历史数据或打印历史数据时，点历史报表按钮就可以看到如图6所示的界面。它将保存在ACCESS数据库中的数据调用出来。

5 结束语

图6 数据报表显示界面

本文设计了一款基于MSP430单片机、无线温度采集模块WLK01L39、数字温度传感器DS18B20、上位机软件为一体的多点温度采集系统，从硬件和软件两部分介绍了该系统的构成。通过实验发现：该系统具有可靠的稳定性，同时由于WLK01L39具有较强的穿透能力、传输距离远等优点，使得该系统可以弥补传统温度采集系统带来的缺点。上位机友好的人机交互界面也为管理人员带来了极大的方便。■

[1] 胡大可．MSP430系列超低功耗16位单片机原理与应用．北京：北京航空航天大学出版社，2000

[2] 夏志华．基于单片机温度控制系统的研究[J]．煤炭技术，2013(2):191-193

[3] 秦龙．MSP430单片机应用系统开发典型实例．北京：中国电力出版社，2005

[4] 汤绮婷．基于射频模块nRF905的粮库无线温湿度监控系统．电子产品世界，2007(7):102-104

[5] 吴禄慎，李彧雯．基于单片机的多点温度系统设计[J]．飞机设计，2010(4):76-80

[6] 高春艳，安剑．Visual Basic程序开发范例宝典．北京：人民邮电出版社，2009