低功耗的多点无线温度检测系统设计方案
来源:元器件交易网 作者:—— 时间:2012-01-18 11:33
引言
温度在人类日常生活中扮演着极其重要的角色,同时在工农业生产过程中,温度检测具有十分重要的意义。现阶段温度检测主要是有线定点温度检测,其温度检测原理为单片机利用温度传感器检测温度,并在数码管或LCD上进行温度显示。同时由于系统没有报警功能,故需要人为来判断是否需要进行升温或者降温,这使系统的检测丧失了实时性。另外,在某些环境恶劣的工业环境,以人工方式直接操作设置仪表测量温度也不现实,因此采用无线方式进行温度检测尤为必要。
目前有些设计能够实现无线温度采集,但功耗过高是其最大的缺点。在实际温度控制过程中既要求系统具有稳定性、实时性,又需要使系统功耗低及保证温度的均匀性,因此设计一种低功耗的多点无线温度检测系统很有意义。本文提出一种采用低功耗单片机MSP430F149单片机实现的多点无线温度测量系统,解决了上述问题。该系统能实现对温度智能化的检测,能够同时进行多点温度检测,是可以实现远程控制的无线温度检测系统。低功耗、实时性的无线温度检测是该设计的最大特点。
1 系统构成
系统分为下位机、上位机和PC机三部分。PC机是整个系统的最上层,负责对下位机的控制和管理,并对收集到的各个节点的数据进行存储和处理。由于下位机无法直接与PC机通信,这就需要使用上位机作为中间媒介。上位机与下位机通过无线模块通信,与PC机采用有线连接。
该设计采用MSP430F149单片机作为核心控制模块,其最主要特点为低功耗。MSP430F149具有双串口的特点,利用其中的一个串行口与PC机进行通讯时,两者之间必须通过RS 232电平转换芯片。单片机与无线发射模块nRF24L01通讯时可通过通用I/O口模拟串口通讯。现场温度数据的采集是利用NTC100热敏电阻和MSP430F149单片机部带有的12位A/D转换器来实现的。这里不需要外加ADC,可以简化电路,提高系统的稳定性。将按键作为输入模块,用来改变温度报警的上下限。由于设计要求不需要太多内容的显示,考虑到功耗及性价比,可以自制一个简易段码液晶用于显示。下位机设计方案和系统整体构成框图分别如图1,图2所示。

2 硬件设计
2.1 无线通信模块设计
nRF24L01是一款新型单片射频收发器件,工作于2.4~2.5 GHz ISM频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块,并融合了增强型ShockBurSt技术,其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。nRF24L01功耗低,有多种低功率工作模式(掉电模式和空闲模式)使节能设计更方便,图3为它的应用电路。

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