无线温度采集系统设计

杨帅

摘要：本设计的主要目的是通过无线的方式代替过去由人工来完成的温度数据采集任务，一方面减少了人工测量的繁琐，以及在复杂环境下人工测量的不便；另一方面可以通过软件快速分析多点的温度及其一点时间内的变化。

关键词：MSP430F149单片机：NRF905无线模块；DS18820

一、设计要求

无线温度采集系统用于对多点的温度实时监测，便于工作人员对温度的控制。整体的设计要求主要体现在结构和功能两个方面。

（一）结构要求：

1、该系统山一个接收显示终端和若干温度采集节点组成：

2、通过无线方式进行数据传输。

（二）功能要求：

1、按下接收显示终端的按键1，控制温度采集节点l采集温度，并返回温度数据，通过串口上传电脑显示：

2、按下接收显示终端的按键2，控制温度采集节点2采集温度，并返回温度数据，通过串口上传电脑显示；

3、按下接收显示终端的按键3，自动控制温度采集节点l和2采集温度，定时返回两个节点的温度数据，上传到电脑显示。

4、可以设定温度上限，如果所采集温度超过设定范围，则接通报警电路。

二、总体设计

（一）系统组成及工作原理

系统组成如图l所示。系统分为接收显示终端和采集节点两部分。

1、接收显示终端：

主要由键盘、MSP430F149单片机、数码管、串Ll、蜂呜器和NRF905无线模块等六部分组成。键盘共有三个按键，对应着整体设计的三个功能，完成操作指令的输入；然后将按键信息传给单片机，单片机根据按键信息来控制数据通过无线收发模块的发送和接收，以及数

码管的显示，并将接收到的信息通过串口发送给上位机显示。

2、采集节点：

主要由温度传感器、MSP430F149单片机和NRF905无线模块等三部分组成。

三、硬件设计

（一）硬件组成

接收显示终端以单片机为核心连接键盘、数码管、串口、蜂鸣器、无线收发模块等五个部分；答题器以单片机为核心连接温度传感器和无线收发模块两部分。

（二）单片机核心模块

我们在整体设计中选用的是TI公司的MSP430系列单片机MSP430F149，它是由2个16伍定时器、8路快速12位A/D转换器、2个通用串行同步/异步通信信号接口（US-ART）和48个I/O引脚等构成的超低功耗微控制器。

该单片机具有以下几个特点：

（1）功耗低，可使用户的应用系统长时间工作在电池供电系统中；

（2）具有l6位的体系结构及16位的CPU数据处理能力和常数发生器，可使单片机实现代码效率最大化：

（3）主要编程语言是C语言，引进了Flash型程序存储器和JTAG技术，使丌I发工具变得简便，而且价格也相对低廉，并且还可以实现在线编程。

（三）接收显示终端电路

接收显示终端的电路主要由7部分组成，分别为单片机电路、数码管电路、键盘电路、串口电路、报警电路、电源电路、NRF905模块电路等。

数码管电路：由四个共阳极数码管和若干电阻、晶体管组成，与单片机的P4口和P5口连接，控制信号力低电平有效，P4口控制数码管的位选信号，决定由哪一位数码管显示，P5口控制数码管的段选信号，决定数码管显示的内容。

键盘电路：由三个触控式开关和上拉电阻组成，与单片机的P1 口连接，按键闭合前相应的引脚为高电平，闭合时变为低电平，松开按键后恢复为高电平。主机键盘电路如图4所示。

串口电路：丰要由max232芯片组成，负责完成单片机和上位机之间的通信，通过串口把采集到的各节点温度上传给电脑显示。

电源电路：负责各个模块电路的电源供电，采用USB供电。

报警电路：主要由一个峰鸣器组成。

NRF905模块电路：采用低功耗射频传输单元NRF905芯”，与单片机的P2 11和P3口连接，3.3伏的电源供电。

（1）433MHz开放ISM频段免许可证使用；

（2）最高工作速率50kbps，高效GFSK调钒抗干扰能力强，特别适合工业控制场合；

（3）125频道，满足多点通信和跳频通信需要：

（4）内置硬件CRC检错和点对多点通信地址控制；

（5）收发模式切换时间<650us；

（6）模块可软件设地址，只有收到本机地址时才会输出数据（提供中断指示），可直接连接各种单片机使用，软件编程非常方便；

（7）标准DIP间跑接口，便于嵌入式应用；

（8）RF Module-Quick-DEV快速开发系统。

答题器的电路主要由4部分组成，分别为单片机电路、温度采集电路、电源电路、NRF905模块电路等。

温度采集电路：主要基于单线数字温度传感器DS18B20芯片。DS18B20芯片支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55℃—+125℃，在-10℃—85℃范围内，精度为±0.5℃.现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性，适合于恶劣环境的现场温度测量，支持3V—5.5V的电压范围，DS18820可以程序设定9-12位的分辨率，精度为±0.5℃。

电源电路：负责各个模块电路的电源供电，采用USB供电。

NRF905模块电路：采用NRF905半双工无线收发模块，与单片机的P2口和P3口连接，3.3V的电源供电。

四、软件设计

（一）软件结构

整体程序设计主要分为NRF905的初始化、发送函数、接收函数、键值读取、数码管显示、串口的初始化等6个模块。

（二）主程序设计

程序的全局变量为keyval，在系统工作过程中，单片机不断扫描P1口的电平变化，并将相应的键值信息、赋给变量keyval，之后按照相应的指令执行。

采集节点部分：

始终处于接收状态，当收到监控中心发来的指令后，通过温度传感器采集当前的温度数据，然后将数据打包发送给接收显示终端，最后返回接收状态。

参考文献：

[1] 蒲正刚.无线温度采集系统[J].西南石油学院学报.2006年2月

[2] 岳鹏霞.无线温湿度数据采集系统的设计[J].现代电子技术.2010年2月