多点无线温度测量系统设计

摘要-本文提供了一种测量方法基于MSP430F149无线多点温度和DS18B20。系统采用MSP430F149微控制器作为核心控制组件，控制无线数字传输芯片NRF24L01进行传输几个DS18B20芯片收集的温度数据增强型冲击突发模式。另外，系统使用超低功耗的设计，可以活跃很长时间只需要3V的电池。它显示了系统可以在低功耗下正常工作。对于硬件，那里是四部分，无线通信模块n RF24L01，温度数据采集电路，显示模块和串行通讯模块使用模块化设计，软件由上位机和下位机构成。测试结果表明系统稳定，方便控制。它可以实时测量温度，并传输无线数据在低功耗下可靠。

索引条款 - MSP430F149;DS18B20;NRF24L01; 无线通讯; 多点测量

1. 导论

温度在人们中扮演着非常重要的角色日常生活中，人们不仅关心日常生活环境温度，而且今天在许多地区工业化，冶金，化工，机械制造，食品储存和柜体设备需要有效温度监控。传统的温度测量有线和定点，主要使用热敏电阻或热电偶测量温度。但是，模拟量的输出温度传感器是必须经过的模拟信号A / D转换为了获得数字信号，这样有时需要温度数据采集电路加上一个冷端补偿电路，肯定会增加电路的复杂性和电路容易受到影响干扰，使得收集的数据的准确性不高，有线传输的架空线不容易。所以选择一个好的表现，一个简单的使用数字温度传感器及无线传输模块是特别必要的。因此，这种设计选择智能集成数字传感器DS18B20，其性能优良，采集温度数据，使用新的发送和接收温度数据高速无线收发芯片NRF24L01。进来帐户的功耗也是重要的参数在现代工业控制，所以这个设计使用低功耗16位微控制器MSP430F149构建系统的核心。系统可以实时实现测量多点，方便远程控制。低功耗，实时和无线传输是系统的特点。

1. 系统架构

系统由下位机，上位机组成电脑和电脑。下面的电脑是底部的整个系统，完成收集，处理和发送气温。上位机完成接收并显示温度，并有报警功能系统。上位机通过a连接到PC串行点，然后将接收到的温度值发送到PC和显示器。上下电脑通过NRF24L01无线通信。该设计采用MSP430F149作为核心控制模块，其最重要的特点是功耗低。 MSP430F149有双串行端口。当使用一个串行端口时与PC通信，需要一个RS232电平转换器芯片。微控制器和无线发射模块n RF24L01通过通用I / O口进行通讯模拟SPI串行时间序列。实时温度数据采集是由于DS18B20温度传感器。下部计算机和整个系统的框图分别如图1和图2所示。

图1 下位机的设计图

图2 系统框图。

1. 硬件设计
2. 无线通信模块

NRF24L01是一款无线收发芯片2.4〜2.5GHz，高速2Mbps 无线收发器包括：频率发生器增强Schock Burst TM模型控制器，功率放大器，晶体振荡器，调制器和解调器。 谁的发射功率，速度，并可通过通信通道进行配置处理。NRF24L01的功耗非常低：电流当发射模式工作时，漏极为9m A发射功耗为-6d B，当时为12.3m A在接收模式下工作。 在掉电模式和待机模式下电流消耗较低。 这些功能使得节能设计更方便。其接口电路如图3所示。

图3 NRF24L01接口电路

从这个图可以看出，它是可以使用的微控制器IO端口模拟SPI串行通信。该系统使用MSP430F149作为其微控制器MCU的P3.1〜3.3，P2.5〜2.7配置一般目的I / O端口，并连接到NRF24L01的CE，CSN，SCK，MISO，MOSI，IRQ分别控制NRF24L01工作，使用标准的SPI接口微控制器。

B.温度采集模块

传统的温度检测最多使用热敏电阻传感器，但其测量精度较低，可靠性较差，并且必须通过A / D转换接口电路转换成数字信号，然后可以发送到微处理器进行处理。这使得它的结构温度测量装置比较复杂。在...同时，系统的安全性和可靠性也降低了。因此，该设计使用单总线数字温度传感器DS18B20。DS18B20是DALLAS生产的数字温度传感器[5-7]，其测量范围为-55℃〜125℃。在里面范围-10℃ 〜85℃ 和分辨率0.0625℃，温度测量精度约为plusmn; 0.5℃。它有具有体积小，功耗低的优点性能强，抗干扰能力强，使用方便等等。与微控制器的信息交换DS18B20只需要一个I / O端口线，而且功率为也可以导出使用的读/写温度转换从数据总线，无需额外的电源。每个DS18B20都有一个唯一的标识号特别适合构成多渠道，多点温度测量系统。典型应用DS18B20的电路如下图所示。

图4 DS18B20应用电路

根据DS18B20的电气特性，一般可以采取两种方法来测量多点温度：单端口，单总线方式多点温度测量和多端口并行驱动。 单端口连接图，单总线多点测温如下。

图5 单端口 单总线温度测量的连接图

如上图所示，多台DS18B20串联在总线上，共享一个I / O端口，连接简单，可以节省硬件资源。 多端口并行驱动的方法如下所示。

图6 多端口平行温度测量图

此连接可以节省接收命令的时间处理数据，但更多占用了I / O端口资源。 所以，把这两个事实结合在一起，单港，本模块选择单总线连接。

C.显示模块

这个设计由两部分组成：发射器和接收器，所以有两个显示模块。在数码管循环显示四个温度温度传感器; 而在接收机中，LCD 1602显示收到四个温度。 而且，接收机也是连接到蜂鸣器，当温度报警超过设定限制，蜂鸣器频率可设定通过程序。

D.串行通信模块

在温度采集过程中，为了在PC上实时显示温度，因此进行通讯PC和MCU之间势在必行。 PC采用RS232级，与使用的TTL电平不同，因此水平转换芯片MAX232是需要的，它是相互的MCU和PC之间的通信成功。串行通信电路如下。

图7 串行通信电路

1. 软件设计

该软件采用模块化设计方法。该无线多点温度测量系统由3部分组成，上位机，下位机和PC机。下位机发送收集的温度信息到上位机。有4个温度传感器，但只允许一个传输数据一次。所以有必要对传感器进行编号并传输数据根据一定的通信协议。软件程序分为上位机程序和下级程序计算机程序。在较低的计算机程序中，实时温度由DS18B20传感器收集的信息被加载到传输包采样编码后，显示数码管同时进行。收到发送后指令，下位机发送传输数据包到上位机，否则会停留在模式3中消耗更少的电力。

在此期间应考虑极限报警设计温度控制程序。 比较后接收到的温度值为设定值，上限如果接收到的值为空，计算机将发送一个报警信号的极限。 因此，上位机程序主要是包括系统初始化，温度读数，温度显示，报警，无线传输和信号接收。

1. 结果与分析

当程序下载到微控制器中时，下位机的数码管显示四台DS18B20温度循环，同时LCD在上位机显示四个温度值周期性接收。该过程设置蜂鸣器将报警如果温度值超过20摄氏度以提醒用户控制温度。 物理连接如图所示下面。

图10 硬件连接图

当上位机进入LPM3（睡眠）模式下，LCD不显示，但内部时钟仍然存在运行。 此时，如果将电流表连接到电路中，当前值约为4mu;A，证明该系统实现超低功耗。

1. 结论

几个测试显示相应的温度数码管和液晶显示屏的数值是一样的，显示出来无线模块NRF24L01稳定工作低错误率。 最大传输距离无线模块约100米。本文介绍了软件和硬件的设计基于MSP430F149，多点无线核心温度测量系统。 实验结果表明系统稳定，指标可以满足设计要求。 整个系统是有效的的高精度（0.0625℃），功耗低，速度快温度采集，无线传输和低误差。温度报警范围的设计规定该程序，如有必要，通过键输入。为了在电源关闭时保存数据，IIC总线可以添加。

多传感器数据采集系统的设计

基于nRF905无线通信模块

摘要-本文研究了多传感器数据的设计基于n RF905和无线通信的采集系统技术，包括传感器发送，存储，接收，显示在PC和触摸屏LCD上。该困难在于通过多传感器收集各种数据并实现无线数据通信。 它使用a各种数字和模拟传感器收集各种数据。要完成无线数据通信，我们使用基于n RF905的收发模块。 测试结果显示该设计完全符合实际要求。

关键词：Sonser; n RF905; 数据采集; 无线通信技术

1. 导论

随着社会的发展，越来越多的人用于访问各种数据的仪器发明的。这些难题有多种多样分配。收集仪表数据的人工成本计算有线设备和监控（实时）他们也在增长，并且在该过程中存在许多限制，提及。许多制造商努力改进提高效率，降低成本，打破有线限制在收集这些数据。这也是一个紧急事件问题需要解决。目前，功能的极限和高价格使得大多数设备不适合大规模应用。由无线采集设备收集的数据具有各种传感器探头可以共享。和成本和这种设备的体积可以减少多少可能。无线通信系统可以解决使用带来的环境限制电缆传输系统。为了研究环境检测行业，医药，农业等行业，这种设备可以提供很大的便利。在本文中，我们的设计是基于n RF905多功能传感器数据采集和无线通信系统。它含有该类型传感器MQ-2采集的浓度值的收集灰尘浓度值酒精蒸汽模拟传感器MQ-3，收集价值可燃气体模拟量传感器MQ-5和采集环境温湿度值数字传感器SHT10，然后传送收集的数据到微控制器进行处理。 CPU控制LCD屏幕用于本地显示。它由nR RF905芯片生产无线收发模块完成无线传输。然后由微控制器显示无线接收模块进入PC（电脑设备）。而数据采集的多个采集模块是由PC终端控制。

1. 系统设计

基于RF905的设计和实现多传感器数据采集和无线通信系统，终端PC作为人机交互端口，无线控制和检测到多次采集模块，其具有多个传感器探针。主人电脑模块是微控制器的核心。在一方面，它用于连接n RF905无线收发器模块，并输入终端PC中的决定收集或停止采集的方式采集模块命令发送。另一方面，它用于连接终端PC并显示机器返回数据并进入终端PC执行的命令。每个位机的采集模块的核心也是一个单芯片。它连接多个传感器探头和n RF905无线收发模块。当一台较低的机器采集模块n RF905无线收发模块接收主机发出的采集命令计算机，这个采集模块的微控制器将会开始收集和存储每个传感器探头的数据。n RF905无线收发模块通过其连接到主机，直到停止命令为止直到主机接收到它。图1是a基于架构原理的框图n RF905多传感器数据采集和无线通信系统。左边是主机模块，右下是机器采集模块。

1. 系统的硬件设计

系统控制模块选择STC12C5A16S2作为微控制器。芯片的速度是8到12倍普通8051，具有低功耗，高性能的特点可靠的复位，高速SPI串行通信端口和a宽电压。因此，该芯片适合于需要这个设计。这个通信硬件系统设计是基于的无线收发模块n RF905无线通信模块和串口PC与MCU之间的通信。

1. n RF905无线收发模块

在这个设计中，n RF905无线收发模块有一个高工作速率为50kbps，高效的GFSK调制，以及抗干扰性能。这是特别合适的用于工业控制应用。该模块是内置的硬件CRC错误检测模式，以及a的地址点对多点通信控制，可以工作1.9-3.6V低功耗状态，仅2.5mu;A与待机模式。在收发模式下，切换时间为小于650mu;秒。它可以通过软件设置地址，并输出数据只收到机器的地址。所以这是非常方便软件编程。其内部电源电源，晶体振荡器，频率合成器和电源放大器模块，内部硬件完成曼彻斯特的数据编码/解码变得非常简单。通过上述的一些功能，n RF905是理想的用于射程无线数据通信，也可以大大减少了项目的开发时间和成本。图2是RF905模块的基本组成部分。STC12C5A16S2是5V芯片和IO端口输出电流超过10m A.因此，每针上的字符串为5.1kOmega; 的用于保护模块的电阻分压器不会被烧坏。如果是3.3V MUC，则不需要电阻分压器。NRF905无线收发模块和单芯片连接原理图如图3所示。

图2. n RF905模块的基本组件

图3. NRF905无线收发模块和单芯片连接概要

B. PC和LCD显示器和MCU串行端口通讯模块

在PC和LCD显示电路中，电路部分串行通信系统微控制器和串口通信电路，ISP程序下载界面电路中应用MAX3232芯片来完成这个级别转换。它是专为强大的设计而设计的电脑的RS-232标准串行接口芯片。有MAX3232芯片的三个驱动器端和五个接收端连接到计算机端口，所以可以进行多路复用通讯。另外，芯片的最大传输速率可达235kbps。在串行通信电路设计中系统，MUC通过RXD和TXD引脚的数据与MAX3232 [1]连接。按芯片级别转换成RXD1和TXD1信号，然后再进行通过串行线与主机连接。如果你需要远程在此基础上进行通信，加RS-485模块通过RS-485总线通过RS232到RS485到PC完成

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