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基于TI单片机低功耗无线测温装置的设计

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　2008年　第8期仪表技术与传感器

Instrument　Technique　and　Sensor2008　No18　

收稿日期2008-04-03

基于TI单片机低功耗无线测温装置的设计杨明欣,王建波,于志强(成都信息工程学院,四川成都　610066)

摘要:介绍基于MSP430低功耗单片机的无线测温装置设计,整个装置由下位机和上位机组成。下位机采用低功耗设计,可对温度传感器信号进行测量处理,并以无线方式将温度数据发送至上位机,上位机完成温度测量数据接收、显示,

以及系统工作参数的设定并传送给下位机。该装置具有功耗低、人机界面友好、使用方便可靠等优点,可广泛应用于不便于布线的温度测量场合。关键词:MSP430;低功耗;无线传输中图分类号:TP273 文献标识码:B 文章编号:1002-1841(2008)08-0087-05

DesignofLow2powerWirelessTemperatureMeasuringDeviceBasedonTIMCU

YANGMing2xin,WANGJian2bo,YUZhi2qiang(ChengduUniversityofInformationTechnology,Chengdu610066,China)

Abstract:Akindofwirelesstemperaturemeasuringdevicebasedonthelow2powerMSP430microcontrollerwasintroduced.Thesystemconsistedoftheterminalcontrolandthemastcontrol,theterminalsenttemperaturedatatothemastbywirelesstran2smission;themastcontrolshowedthedatareceivedandimplementedthecorrespondingcontroloperations.Meanwhile,theopera2torcansetthesystemparametersandtransmitparameterstotheterminal.Theterminaladoptedthelow2powerdesign,whichwassuitableforbattery2poweredoccasion.Thedevicethathaslowpowerconsumptionandgoodman2machineinterfaceadvantagescanbewidelyusedinthetemperaturemeasurementoccasionwherecablingwashardtouse.Keywords:MSP430;lowpower;wirelesstransmission

1　系统设计方案现代工业生产中,某些活动对象(如旋转炉)不便于布线,

给数据传输和供电带来很大困难,将用电池供电的温度测量装置安装在被测对象上,通过无线发射方式向显示仪表传输数据是可靠有效的方法。无线测温装置设计中现场测温下位机采用MSP430系列单片机作为主控芯片,nRF401作为通信模块,保证能在电池供电条件下长时间可靠工作,并可以适当地根据温度变化快慢柔性调整测量时间间隔。下位机可以选择通过热电偶、热电阻2种传感器对温度进行测量,设计关键在于电池供电的低功耗设计以及在存在严重电磁干扰工业现场的可靠工作。系统由1台上位机和1台下位机构成1套系统,通过设置进行分时错位通信后,可扩充为多套系统同时工作。上位机完成功能是将接收的温度数据显示出来,同时执行相应的变送输出、报警继电器控制输出等操作。上位机具有良好的人机接口,操作人员可通过上位机进行发送时间间隔、测量方式、测量温度传感器选择、报警上下限的设定温度值以及温度变送输出上下限量程等参数设定。上位机、下位机间通信以下位机为主动方,下位机发送数据到对应上位机,上位机回传应答信号,并把保存的设定参数传送到下位机。当出现下位机无法和上位机建立通信联络时,软件设计中采用按下位机号相关延时错位的方法,解决可能出现的多个下位机同时向上位机发送数据引起的干扰,通信采用模16进行数据传输的纠错。2　硬件设计及功能211　下位机部分图1为下位机组成框图,下位机主要由CPU控制芯片、无线通信模块、温度传感器测量与信号调理模块和电源管理模块组成。其主要功能是通过CPU片内AD部件定时采集温度传感器信息,经软件滤波、线性化修正及冷端修正、自动调零调满运算处理,转换为实际测量温度值,并加入校验码,打包发送到上位机,同时等待接收上位机传送过来的测量方式、发送时间间隔等设置参数。系统工作时,下位机在正常测量处理和低功耗等待2种模式之间反复切换。在下位机工作模式时,首先开启外围电路电源,完成传感器数据测量处理及上下位机通信(下位机为自动方)。最后关闭外围电路模块电源、转换微控制

器工作模式、调整工作时钟频率等措施实现低功耗控制,进入定时等待模式(CPU进入低功耗工作状态)。

图1　下位机组成框图当下一个定时时间到来(采用定时中断唤醒CPU),CPU首先开启外围电路工作电源模块,重新启动以上工作过程。实际

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88　InstrumentTechniqueandSensorAug12008　

应用中将下位机放在金属盒中,只接出通信模块天线和热电阻/热电偶信号输入端,可以有效屏蔽现场电磁(含无线通信)信号对下位机工作的干扰。下位机硬件电路设计中低功耗的解决采用以下方法:首先在器件选择时,要求功耗应尽量低,CPU在空闲时应可工作于低功耗方式;其次电源供电采用程控DC/DC芯片以提高电源利用效率,空闲时可程控关断外围电路供电。设计选择MSP430F133作为下位机控制芯片,该芯片是低工作电压、超低功耗、高性能的微控制器,在电池供电的便携式设备和仪器中有着广泛的应用。该芯片资源丰富,单片集成了多通道12bit的A/D转换、片内含精密比较器、多个定时器、片内UART、看门狗定时器、数控振荡器(DCO),以及丰富的I/O端口以及大容量的片内存储器。在1MHz时钟、212V电压的典型条件下,工作静态电流仅为225μA。同时具有5种低功耗工作模式,最低消耗电流仅为011μA.支持中断方式将微控制器从低功耗模式唤醒至活动工作模式(仅需要6μs)。设计选择了nRF401进行半双工无线通信,其工作频段为民用公开频段433MHz,并具有功耗低、使用方便等特点。nRF401芯片的串口可以直接传输串口数据,传送效率高,方便与系统的单片机配合使用。通信模块除电源和地线引脚外,模块的DIN和DOUT分别和微控制器的TX和RX相连,CS引脚接地,TXEN和PWR-UP与微控制器的I/O口相连,用于芯片发送接收模式和睡眠模式的转换,降低系统功耗。当PWR-UP引脚接高电平时,nRF401芯片处于工作状态,可以发送和接收数据。当PWR—UP引脚接低电平时,nRF401处于待机状态,不能发送和接收数据,此时功耗很低,仅为8μA.TXEN用于控制芯片工作模式的转换,当TXEN=0时,芯片处于接收模式。当TXEN=1时,芯片处于发送模式,实现半双工通信,上位机nRF401模块连接与下位机相似。下位机的设计关键之一是电源部分的低功耗实现。电源转换芯片效率的高低直接影响系统整体功耗。在设计中电源转换芯片采用SPX5205,该芯片具有很高的转换效率,输入电压范围215～16V,输出电压有313V和5V多种规格,静态电流仅为70μA,且具有使能控制端,方便关闭处于空闲状态模块的电源。下位机电源主要由2片SPX5205完成,其中1组为微控制器和无线模块采用的313V供电,SPX5205的EN引脚接高电平,电源芯片一直处于工作状态,CPU供电不间断,无线模块通过nRF401的PWR-UP引脚控制其工作于低功耗待机或收发状态。热电偶、热电阻测温及放大电路等外围电路采用5V供电,SPX5205EN引脚与微控制器I/O口相连,这样在温度定时测量、处理、发送后可以关断CPU外围电路电源,控制CPU进入定时低功耗工作方式,降低系统功耗。设计中采用ICL7660芯片产生由5V转换的-5V电压(可通过关断5V电源实现-5V电压的间接关断),为高精度运放OP07提供双电源供电,提高系统测量的精度。7660是一款DC/DC电荷泵电压反转专用集成电路,只需外接2只低损耗电容,无需电感,降低了损耗、面积及电磁干扰。设计还采用以下措施,进一步降低了功耗:采用低频率时钟驱动单片机,空闲期间使MSP430单片机进入低功耗模式LPM3,关闭暂时不用的CPU内部模块,优化软件设计等措施。测温部分设计时热电阻/热电偶的信号经精密运放OP07放大调理后,分别送到MSP430中的12bit多通道模数转换模块,由CPU进行采样运算处理。热电偶测温电路如图2所示,主要由热电偶接入电路、运放和冷端补偿电路组成。热电偶正常连接时,信号经过OP07放大后,到达ADC12的输入端,采样处理得到温度数据。若热电偶故障断开,输入端被电阻RO拉高,经OP07

放大电压值将超出ADC12采样范围(得到的采样值为4095),可以检测到断线报警信号,提醒使用者检查线路连接。

图2　热电偶测温及冷端补偿电路在实际应用中,热电偶接线输入端(冷端)的温度是变化的,必须对它进行冷端补偿。设计通过二极管D01及D02正向管压降随温度变化而变化的特性,测量其电压值,转换成对应冷端温度,实现对热电偶测量方式的冷端补偿,简化了电路设计,降低成本。热电阻测温电路如图3所示,由TL431的215V基准源、电桥和放大电路组成,其中215V基准源除了为测量电桥供电外,还输入到CPU的AIN0作为自动满度校正的基准源。由热电阻Pt100和精密电阻元件组成的桥式电路,将由温度变化引起的铂电阻的阻值变化转换为电压信号,输入减法运算放大电路(R

fg=Rg5,Rg3=Rg4),放大器的输入输出电压关系如下:

图3　热电阻测温电路uo=Rg5/Rg3(u1-u2)

式中:u1为Pt100上的分压;u2为Rg8上的分压。当热电阻故障断开时,Pt100上的分压u

1=215V,

会出现

与热电偶相同的产生断线报警信号。2.2　上位机部分图4为上位机组成框图,主要由微控制器(51单片机)、无

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基于单片机的温度监测系统设计与制作

基于单片机的温度监测系统设计与制作

基于单片机的温度监测系统设计与制作随着现代社会的发展，物联网和智能家居等概念越来越被人们所熟知，而温度监测系统则是其中不可或缺的一部分。

基于单片机的温度监测系统不仅可以准确测量环境温度，还可以对数据进行分析和处理，为人们提供可靠的数据支持。

本文将介绍一种基于单片机的温度监测系统的设计与制作方法。

1. 系统整体设计本系统基于STM32F103C8T6单片机，采用DS18B20温度传感器测量室内温度，通过数码管和LED灯提示温度状况。

在功耗方面，系统采用了待机模式，能够有效地降低功耗，从而延长系统使用寿命。

2. 系统硬件设计硬件设计主要包括温度传感器电路、单片机电路和数码管及LED灯电路。

其中，温度传感器电路采用DS18B20温度传感器及其匹配电阻，单片机电路采用STM32F103C8T6单片机及其外设电路，数码管及LED灯电路则采用CD4511数码管译码器和LED灯。

3. 系统软件设计软件设计主要包括单片机的程序设计和显示程序设计。

单片机的程序设计采用Keil uVision软件进行编写，并对温度传感器采集到的数据进行处理，将温度值显示在数码管上，并通过LED灯提示温度高低状况。

显示程序设计则采用了7段数码管显示和LED灯提示两种方式，以便用户更加直观地了解室内温度情况。

4. 系统测试与实验为了验证系统的可行性和稳定性，我们进行了一系列实验。

首先，在室内设定不同的温度值进行测试，并通过数码管和LED灯观察温度显示情况和高低状况。

其次，在不同电压、不同环境条件下进行测试，验证系统的稳定性和适用性。

最后，在不同功率和待机模式下测试系统的耗电量，以保证系统具有良好的能耗控制能力。

总之，基于单片机的温度监测系统具有良好的实用性和稳定性，可以为人们提供准确可靠的温度数据，而且还具有一定的节能优势，是一种非常有价值的温度监测系统方案。

一种低功耗无线温室培养环境监测系统的设计

一种低功耗无线温室培养环境监测系统的设计

设 计 开发
在 图３ 所示的 电路 中， 监测点端 的物理地址用一个８ 位编码开 关 来设定。 为方便程序的调试和升级， 监测点端的的单片机设有Ｉ Ｓ Ｐ 接 口， 同时使用发光二极 管Ｌ Ｄ Ｅ１ 作为工作状态 指示 。 由于Ａ Ｔ ｍｅ ｇ ａ ８ Ｌ 单 片机Ｉ ／ Ｏ口内部 自带了上拉 电阻 ， 可省去外 部上 拉 电阻。
２ ． １ ． ３ 传 感器
扫 描 监测 点 物 理 地ｎ ｌ 编码 并 保 存
系统需要采集光照和温湿度环境信息。 为确保采集数据 的准确 性的同时 ， 既要简单好用， 又要低成本， 系统选用Ｂ Ｈ１ ７ ５ ０ Ｆ Ｖ Ｉ 光照传 感器 和Ｓ ＨＴＩ Ｏ 温湿度传感器 。 Ｂ Ｈ１ ７ ５ ０ Ｆ Ｖ Ｉ ｔ 】 是Ｒ ＯＨ Ｍ开 发的一种 内置 １ ６ ｂ ｉ ｔ 两线式光照传感 器， 测量 范围： ０ － ６ ５ ５ ３ ５ １ ｘ， 测量精度 ： ｌ ｌ ｘ， 功耗 ： ２ ６ ｏ ｒ ｎ ｗ（ ３ Ｖ） 。 Ｓ Ｈ Ｔ１ ０ 口 １ 温湿度传感器￣Ｓ Ｅ ＮＳ Ｉ ＲＩ Ｏ Ｎ 开发的１ ４ ｂ ｉ ｔ Ｎ ｊ 线式温湿度传感器 ， 内 含 已校准数 字信号输 出的温 湿度复 合传感 器 测量范 围 ： 温度 一 ４ ０ －＋１ ２ ３ ． ８ ℃， 湿度０ ～１ ０ ０ ％ ＲＨｌ 测量精 度 ： 温度 ±０ ． ５ ℃， 湿度 土 ４ ． ５ ％ ＲＨ； 响应时 间： ８ ｓ （ ｔ ａ ｕ ６ ３ ％） ； 功耗 １ ５ ０ ｔ ． ｔ ｗ（ ｔ ｙ ｐ ） 。 对 比使用模 拟 传感器 ， 数字 式的传感器具有成本低 、 功耗低 、 电路 简单 、 测量范 围 宽、 测量精 度高等优点。
２ ． ２监 测 终 端 电 路 设 计
监测 终端 电路原理 图如（ 图４ ） 所示 。
基于单片机的无线温湿度采集系统的的设计

基于单片机的无线温湿度采集系统的的设计

基于单片机的无线温湿度采集系统的的设计目录设计总说明 ......................................................................................... 错误!未定义书签。

Design General Information (I)1 绪论 01.1 引言 01.2 选题背景及意义 01.3 国内外现状及发展趋势 (1)2 设计要求 (2)3 系统总体方案 (3)3.1 温湿度传感器的选择 (3)3.2 无线发射模块的元器件选择 (4)3.2.1 nRF905主要包括三种接口 (4)3.2.2 nRF905的工作模式 (5)3.3 单片机的选择 (6)3.4 显示模块的选择 (9)4 硬件电路设计 (11)4.1 温湿度采集模块的设计 (11)4.2 无线发射接收模块设计 (12)4.2.1 温湿度数据的控制发送 (12)4.2.2 温湿度数据的接收 (13)4.2.3 模拟SPI口的实现 (14)4.3 LCD1602液晶显示模块设计 (14)4.3.1 LCD1602的指令说明及时序 (16)4.4 电源模块的设计 (18)4.5 复位电路 (18)5 单片机对温度与湿度的控制 (19)6 软件设计 (20)6.1 采集模块软件设计 (20)6.2 发送接收模块软件设计 (21)6.3 显示模块软件设计 (26)7 调试 (27)结论 (28)参考文献 (30)附录A 系统总体原理图 (32)附录B 采集检测控制程序 (32)附录C 元器件清单 (47)致谢 (49)系列随着温湿度计的发展温室监控系统也越来越成熟，更好的为人们服务。

对于国内外对温湿度检测的研究，从复杂模拟量检测到现在的数字智能化检测越发的成熟，现在的对于温湿度研究，检测系统向着智能化、小型化、低功耗的方向发展。

在发展过程中，以单片机为核心的温湿度控制系统发展为体积小、操作简单、量程宽、性能稳定、测量精度高，等诸多优点在生产生活的各个方面实现着至关重要的作用。

基于单片机的多点无线温度监控系统

基于单片机的多点无线温度监控系统

基于单片机的多点无线温度监控系统1. 引言1.1 研究背景在现代社会，温度监控系统在各个领域中发挥着重要作用，例如工业生产、环境监测、医疗保健等。

随着科技的不断发展，基于单片机的多点无线温度监控系统逐渐成为一种趋势。

研究背景部分将深入探讨这一领域的发展现状，以及存在的问题和挑战。

目前，传统的有线温度监控系统存在布线复杂、安装维护困难等问题，限制了其在一些特定场景下的应用。

而无线温度监控系统以其布线简便、实时监测等优势逐渐被广泛应用。

目前市面上的产品多数存在监测范围有限、数据传输不稳定等问题，迫切需要一种更为稳定、可靠的无线温度监控系统。

本文将基于单片机技术设计一种多点无线温度监控系统，旨在解决现有系统存在的问题，提高监测范围和数据传输稳定性。

通过对单片机、温度传感器、通信模块等关键部件的选择和设计，构建一套高性能的无线温度监控系统，为相关领域的应用提供更好的技术支持和解决方案。

1.2 研究意义无线温度监控系统的研究意义在于提高温度监控的效率和精度，实现对多个点位的远程管理和监控。

通过使用单片机技术，可以实现对多个温度传感器的同时监测和数据传输，使监控过程更加智能化和便捷化。

这对于各种需要严格控制温度的场合如实验室、制造业、医疗行业等具有重要意义。

无线温度监控系统的研究也有助于推动物联网技术的发展，为智能家居、智能城市等领域打下基础。

通过建立稳定、高效的多点无线温度监控系统，不仅可以提高生产效率，降低能耗，提升产品质量，还可以有效预防事故发生，保障人员安全。

研究基于单片机的多点无线温度监控系统具有重要的现实意义和应用前景。

1.3 研究目的本文旨在设计并实现基于单片机的多点无线温度监控系统，通过对温度传感器采集的数据进行处理和传输，实现对多个监测点的实时监控。

具体目的包括：1. 提高温度监控系统的便捷性和灵活性，使监控人员可以随时随地实时获取监测点的温度数据，为及时处理异常情况提供有力支持；2. 降低监控系统的成本，利用单片机和无线通信模块取代传统的有线连接方式，减少线缆布线成本和维护成本；3. 提升监控系统的稳定性和可靠性，通过精心选型与设计，以及合理的系统实现过程，确保系统能够持续稳定地运行，并提供准确可靠的数据；4. 探索未来监控系统的发展方向，从实际应用情况出发，进一步优化系统性能，并为未来无线温度监控系统的研究和应用奠定基础。