基于MSP430和WLK01L39的多點(diǎn)無線溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李 勇，張以帥，唐廣耀

（寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，銀川 750021）

1 引言

傳統(tǒng)的有線溫度采集系統(tǒng)主要存在布線復(fù)雜、維護(hù)困難等缺點(diǎn)，無線溫度采集系統(tǒng)主要是以nRF905為代表的無線射頻發(fā)射芯片，存在傳送距離短，對(duì)障礙物的穿透能力比較弱等缺點(diǎn)。針對(duì)以上問題，本文提出了一種基于WLK01L39無線收發(fā)模塊的溫度采集系統(tǒng)，它較nRF905有較強(qiáng)的穿透能力，而且傳送距離遠(yuǎn)?？梢詮浹a(bǔ)傳統(tǒng)溫度采集系統(tǒng)帶來的不足，同時(shí)友好的上位機(jī)交互界面為數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示和歷史數(shù)據(jù)的保存、打印提供了保障。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

如圖1所示，該系統(tǒng)通過DS18B20數(shù)字溫度傳感器實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)的采集，將采集的溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給MSP430單片機(jī)進(jìn)行處理，然后傳給WLK01L39無線發(fā)送模塊，經(jīng)片上MCU調(diào)制成射頻信號(hào)之后通過吸盤天線發(fā)送出去，接收端的WLK01L39模塊通過吸盤天線接收該射頻信號(hào)，并將該信號(hào)解調(diào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的信號(hào)之后通過RS232總線發(fā)送到上位機(jī)PC上，在PC端利用VB和ACCESS實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示和數(shù)據(jù)保存。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

3 硬件設(shè)計(jì)

3.1 溫度采集電路設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的溫度采集系統(tǒng)的溫度傳感器一般選用熱電偶。但是熱電偶輸出的是模擬量，需要進(jìn)行功放、A/D轉(zhuǎn)換、濾波等一系列信號(hào)處理環(huán)節(jié)，從而使設(shè)計(jì)電路復(fù)雜，而且熱電偶的價(jià)格昂貴，所以本文選用數(shù)字溫度傳感器DS18B20。DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一款數(shù)字化單總線溫度傳感器，由于它里面集成了A/D轉(zhuǎn)換等信號(hào)處理環(huán)節(jié)，所以可以直接和單片機(jī)相連。它有外部供電和內(nèi)部供電兩種供電方式，本文由于布線復(fù)雜等原因采用外部供電方式。DS18B20測量溫度的范圍：-55～+125℃，精度可達(dá)0.5℃，工作電范圍：+3.0～+5.5V。DALLAS公司為每個(gè)DS18B20傳感器設(shè)置了一個(gè)惟一的長度為64位的序列號(hào)，存放在ROM中。這樣我們可以將所有的DS18B20串聯(lián)在一條總線上，單片機(jī)可以通過發(fā)送序列號(hào)來決定訪問哪個(gè)DS18B20傳感器。如圖2所示。

圖2 溫度采集電路

3.2 無線收發(fā)接口電路

WLK01L39無線收發(fā)模塊較nRF905，nRF24L01等射頻收發(fā)模塊有較強(qiáng)的穿透能力，傳輸距離遠(yuǎn)，而且軟件編程簡單，節(jié)約開發(fā)成本和開發(fā)時(shí)間，所以本文選用WLK01L39無線收發(fā)模塊。MSP430和WLK01L39的接線圖如圖3所示。

WLK01L39無線收發(fā)模塊的SETA引腳和SETB引腳決定了工作模式WLK01L39有四種工作模式，即正常收發(fā)模式、喚醒主模式、喚醒從模式、配置休閑模式。

圖3 MSP430和WLK01L39接線

4 軟件設(shè)計(jì)

4.1 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)主要包括對(duì)數(shù)字溫度傳感器DS18B20的操作、UART串口通信模塊的操作和發(fā)送無線模塊WLK01L39的操作。

4.1.1 對(duì)數(shù)字溫度傳感器DS18B20的操作過程

MSP430單片機(jī)控制數(shù)字溫度傳感器DS18B20的操作：首先初始化DS18B20，接著發(fā)送一條ROM匹配指令和一條啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換指令；之后進(jìn)行一定時(shí)間的延時(shí)，目的是讓DS18B20有足夠的時(shí)間來進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換；接著又發(fā)送一條ROM匹配指令和一個(gè)指定的64位的序列號(hào)；最后發(fā)送一條讀取RAM的指令，從而讀出該序列號(hào)對(duì)應(yīng)的溫度值。對(duì)溫度操作流程如圖4。

圖4 DS18B20操作過程

4.1.2 對(duì)發(fā)送無線模塊WLK01L39的操作過程

前面已經(jīng)講過無線模塊WLK01L39的四種工作模式。平時(shí)當(dāng)單片機(jī)串口緩存中沒有數(shù)據(jù)時(shí)，WLK01L39工作在配置休眠模式，即SETA=1，SETB=1。因?yàn)樵谶@種模式下為待機(jī)模式，功耗最低。當(dāng)單片機(jī)串口緩存中有數(shù)據(jù)時(shí)，串口發(fā)送中斷標(biāo)志位發(fā)生變化，此時(shí)單片機(jī)將SETA和SETB所連的端口置零，使無線模塊WLK01L39工作在正常收發(fā)模式，同時(shí)它將接收到數(shù)據(jù)經(jīng)片上MCU調(diào)制成射頻信號(hào)之后通過吸盤天線發(fā)送出去。

4.2 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

本文上位機(jī)軟件主要實(shí)現(xiàn)對(duì)下位機(jī)采集溫度的實(shí)時(shí)顯示和歷史數(shù)據(jù)的保存。本文采用Visual Basic6.0設(shè)計(jì)人機(jī)交互界面實(shí)現(xiàn)下位機(jī)采集溫度的實(shí)時(shí)顯示，如圖5所示，同時(shí)將采集的數(shù)據(jù)保存到ACCESS數(shù)據(jù)庫中以便后續(xù)查詢和打印。

圖5 下位機(jī)采集溫度實(shí)時(shí)顯示界面

當(dāng)我需要查看歷史數(shù)據(jù)或打印歷史數(shù)據(jù)時(shí)，點(diǎn)歷史報(bào)表按鈕就可以看到如圖6所示的界面。它將保存在ACCESS數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)調(diào)用出來。

5 結(jié)束語

圖6 數(shù)據(jù)報(bào)表顯示界面

本文設(shè)計(jì)了一款基于MSP430單片機(jī)、無線溫度采集模塊WLK01L39、數(shù)字溫度傳感器DS18B20、上位機(jī)軟件為一體的多點(diǎn)溫度采集系統(tǒng)，從硬件和軟件兩部分介紹了該系統(tǒng)的構(gòu)成。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：該系統(tǒng)具有可靠的穩(wěn)定性，同時(shí)由于WLK01L39具有較強(qiáng)的穿透能力、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，使得該系統(tǒng)可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)溫度采集系統(tǒng)帶來的缺點(diǎn)。上位機(jī)友好的人機(jī)交互界面也為管理人員帶來了極大的方便?！?/p>

[1] 胡大可．MSP430系列超低功耗16位單片機(jī)原理與應(yīng)用．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2000

[2] 夏志華．基于單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的研究[J]．煤炭技術(shù)，2013(2):191-193

[3] 秦龍．MSP430單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)典型實(shí)例．北京：中國電力出版社，2005

[4] 湯綺婷．基于射頻模塊nRF905的糧庫無線溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)．電子產(chǎn)品世界，2007(7):102-104

[5] 吳祿慎，李彧雯．基于單片機(jī)的多點(diǎn)溫度系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]．飛機(jī)設(shè)計(jì)，2010(4):76-80

[6] 高春艷，安劍．Visual Basic程序開發(fā)范例寶典．北京：人民郵電出版社，2009