摘要
　　
　　介紹了一種基于無線數(shù)字溫度傳感器的多點(diǎn)溫度測量系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)及軟件流程圖。實(shí)際使用表明，在煙草、糧食等倉庫中效果良好。
　　　　
　　１、系統(tǒng)硬件組成
　　
　　本文所設(shè)計(jì)的測量系統(tǒng)由若干個(gè)處于各測量點(diǎn)的無線數(shù)字溫度傳感器和一臺(tái)帶無線收發(fā)電路的主機(jī)（單片機(jī)）系統(tǒng)組成，其結(jié)構(gòu)如圖１所示。上位機(jī)與各下位機(jī)之間采用主從式異步無線串行通信方式。　　　　
　　１.１ 無線數(shù)字溫度傳感器
　　
　　無線數(shù)字溫度傳感器由溫度測量、無線收發(fā)和微控制器組成。電路圖如圖２所示。　　　　
　　溫度測量采用單片溫度監(jiān)控系統(tǒng)集成電路ＡＤ７４１６，其芯片內(nèi)部包含有溫度傳感器和１０位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可將感應(yīng)溫度轉(zhuǎn)換為０．２５℃量化間隔的數(shù)字信號(hào)。測溫范圍－５５～１２５℃，精度為±２℃。ＡＤ７４１６采用Ｉ２Ｃ串行總線和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議來實(shí)現(xiàn)與微控制器的數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)輸入／輸出線ＳＤＡ及時(shí)鐘信號(hào)線ＳＣＬ與微控制器ＰＩＣ１６Ｃ５４的ＲＢ７和ＲＢ６相連。當(dāng)ＳＣＬ保持高電平時(shí)，ＳＤＡ從高電子到低電平的跳變?yōu)閿?shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始信號(hào)，隨后傳送ＡＤ７４１６的地址信息和讀眉控制位。其地址信息的格式為：１００１Ａ２Ａ１Ａ０Ｒ／Ｗ。讀／寫控制位為１時(shí)，表示對(duì)ＡＤ７４１６進(jìn)行讀操作，為０時(shí)，則表示進(jìn)行寫操作。當(dāng)每個(gè)字節(jié)傳送結(jié)束時(shí)，必須在收到接收數(shù)據(jù)一方的確認(rèn)信號(hào)ＡＣＫ后方可開始下一步的操作。然后在地址信息和讀屑控制位之后傳送片內(nèi)寄存器地址和數(shù)據(jù)。zui后，在ＳＣＬ保持高電平的情況下，當(dāng)ＳＤＡ從低電平跳變到高電平時(shí)將終止數(shù)據(jù)的傳輸操作。地址編碼開關(guān)用于傳感器的編號(hào)。ＡＤ７４１６片內(nèi)溫度傳感器可按預(yù)先設(shè)置的工作方式對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，并將結(jié)果轉(zhuǎn)化為數(shù)字量存人到溫度值寄存器中地址００Ｈ。ＡＤ７４１６預(yù)先設(shè)置的工作方式分自動(dòng)測溫方式和低功耗方式兩種，本設(shè)計(jì)采用低功耗方式。當(dāng)需要對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行測量時(shí)，通過Ｉ２Ｃ串行接口總線來寫入操作命令，此時(shí)，芯片將由睡眠狀態(tài)轉(zhuǎn)入測溫狀態(tài)。當(dāng)溫度量化轉(zhuǎn)換結(jié)束后，芯片將重新轉(zhuǎn)人睡眠狀態(tài)。
　　
　　無線收發(fā)電路采用ｎＲＦ４０３單片射頻收發(fā)芯片。芯片內(nèi)包含有發(fā)射功率放大器，低噪聲接收放大器，晶體振蕩器，鎖相環(huán)，壓控振蕩器，混頻器等電路。工作頻率４３３ＭＨｚ，ＦＳＫ調(diào)制解調(diào)，采用晶體振蕩和ＰＬＬ頻率合成技術(shù)，接收靈敏度為—１０５ｄＢｍ，發(fā)射功率為１０ｄＢｍ，待機(jī)狀態(tài)電流消耗僅１０μＡ。在接收模式中，射頻輸人信號(hào)被低噪聲放大器放大，經(jīng)由混頻器變換，這個(gè)被變換的信號(hào)在送人解調(diào)器之前被放大和濾波，經(jīng)解調(diào)器解調(diào)，解調(diào)后的數(shù)字信號(hào)在ＤＯＵＴ端輸出。在發(fā)射模式中，壓控振蕩器的輸出信號(hào)是直接送人到功率放大器，ＤＩＮ端輸入的數(shù)字信號(hào)被頻移鍵控后饋送到功率放大器輸出。在接收模式中，射頻輸入信號(hào)被低噪聲放大器放大，經(jīng)由混頻器變換，這個(gè)被變換的信號(hào)在送人解調(diào)器之前被放大和濾波，經(jīng)解調(diào)器解調(diào)，解調(diào)后的數(shù)字信號(hào)在ＤＯＵＴ端輸出。在發(fā)射模式中，壓控振蕩器的輸出信號(hào)是直接送人到功率放大器，ＤＩＮ端輸入的數(shù)字信號(hào)被頻移鍵控后饋送到功率放大器輸出。
　　
　　芯片引腳９腳ＤＩＮ輸人數(shù)字信號(hào)，與微控制器的ＲＢ０相連，需要發(fā)射的數(shù)字信號(hào)通過ＤＩＮ輸入；１０腳ＤＯＵＴ輸出數(shù)字信號(hào)，與微控制器的ＲＢｌ相連，解調(diào)出來的信號(hào)經(jīng)過ＤＯＵＴ輸出進(jìn)入微控制器；１８腳ＰＷＲ－ＵＰ電源開關(guān)控制，與微控制器的ＲＢ２相連：ＰＷＲ－ＵＰ＝“１”為工作模式，ＰＷＲ＿ＵＰ＝“０”為待機(jī)模式，待機(jī)模式電路進(jìn)入待機(jī)睡眠狀態(tài)，工作電流８μＡ，在待機(jī)睡眠狀態(tài)電路不接收和發(fā)射數(shù)據(jù)。１９腳ＴＸＥＮ為發(fā)射允許控制，與微控制器的ＲＢ３相連：ＴＸＥＮ＝“１”為發(fā)射模式；ＴＸＥＮ＝“０”為接收模式。接收模式轉(zhuǎn)換為發(fā)射模式的轉(zhuǎn)換時(shí)間至少１ｍｓ；發(fā)射模式轉(zhuǎn)換為接收模式的轉(zhuǎn)換時(shí)間至少３ｍｓ。
　　
　　微控制器采用ＰＩＣ１６Ｃ５４。系統(tǒng)采用ＬＰ低頻低功耗晶體振蕩方式，地址編碼開關(guān)用于傳感器的編號(hào)，ＲＢ口分別與ＡＤ７４１６和ｎＲＦ４０３的引腳相連，用于溫度和無線收發(fā)控制。由于無線溫度傳感器采用電池供電，整個(gè)電路采用低功耗設(shè)計(jì)。
　　
　　１.２ 主機(jī)系統(tǒng)
　　
　　主機(jī)（上位機(jī)）采用ＡＴ９８Ｃ５１單片機(jī)，外接ｎＲＦ４０３無線收發(fā)電路、健盤顯示及微型打印機(jī)等電路。電路組成如圖３所示。
　　
　　２、系統(tǒng)工作原理及軟件設(shè)計(jì)
　　
　　在這個(gè)多點(diǎn)溫度測量系統(tǒng)中，系統(tǒng)采用查詢方式對(duì)各點(diǎn)的溫度進(jìn)行測量，使用了多臺(tái)ＰＩＣ單片機(jī)作為下位機(jī)，并按照上位機(jī)的要求將采得的溫度數(shù)據(jù)傳送給上位單片機(jī)ＡＴ８９Ｃ５１系統(tǒng)。上位機(jī)與各下位機(jī)之間采用主從式的異步串行通訊方式，即下位機(jī)接到上位機(jī)的通信信號(hào)時(shí)才做出響應(yīng)，否則將一直處于睡眠狀態(tài)。
　　
　　限于篇幅，這里主要是設(shè)計(jì)下位機(jī)即ＰＩＣ１６Ｃ５４單片機(jī)與上位機(jī)即ＡＴ９８Ｃ５１單片機(jī)的通信程序，而ＡＴ９８Ｃ５１單片機(jī)與顯示器件，打印機(jī)及通信程序是大家所熟知的，這里不作討論。
　　
　　下位機(jī)型號(hào)為ＰＩＣｌ６Ｃ５４，它體積小，功能強(qiáng)，功耗低。它沒有專門的串行通訊口及相關(guān)的控制字和標(biāo)志位，采用普通Ｉ／Ｏ口和特定的通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了主從式的多機(jī)串行通訊，實(shí)際應(yīng)用中取得良好效果。
　　
　　鑒于上位機(jī)對(duì)下位機(jī)發(fā)送的命令只有２種：呼叫、發(fā)送溫度測量數(shù)據(jù)。呼叫命令即是上位機(jī)欲與之通信的下位機(jī)的編號(hào)，而發(fā)送命令只要不與呼叫命令重復(fù)，即可以將下位機(jī)的地址編號(hào)，同樣作為數(shù)據(jù)命令來發(fā)送。具體方法是，在單片機(jī)的程序中，設(shè)置一個(gè)標(biāo)志寄存器ＦＬＡＧ，將它的某一位如第７位，即ＦＬＡＧ７作為控制位，先將其設(shè)為０。各下位機(jī)在接收到上位機(jī)命令之后，首先查看ＦＬＡＧ７為１還是為０，如果ＦＬＡＧ７為１，則轉(zhuǎn)入溫度測量程序和發(fā)送溫度測量數(shù)據(jù)段；若為０則將接收到的命令與本機(jī)地址相比較，若不同，則返回睡眠狀態(tài)，ＦＬＡＧ７仍為０；若相同這種情況說明：上位機(jī)此時(shí)確實(shí)發(fā)送的是呼叫命令則將ＦＬＡＧ７置：為１，表示已得知上位機(jī)要與自己通信，同時(shí)將本機(jī)地址傳給上位機(jī)作為回應(yīng)。當(dāng)上位機(jī)再次發(fā)來命令時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)一對(duì)一的通信，程序流程圖如圖４所示。
　　
　　３、結(jié)束語
　　
　　所設(shè)計(jì)的無線多點(diǎn)溫度測量系統(tǒng)采用集成電路，電路結(jié)構(gòu)簡單，工作穩(wěn)定可靠。設(shè)計(jì)中充分利用了各芯片的低功耗特性，有效地延長了電池的使用時(shí)間；無線數(shù)據(jù)傳輸方便靈活，在煙草、糧食等倉庫中應(yīng)用效果良好。