基于MSP430單片機(jī)的多路無線溫度檢測系統(tǒng)

摘要：設(shè)計(jì)了基于MSP430的多點(diǎn)無線溫度檢測系統(tǒng)。系統(tǒng)采用低功耗的MSP430F149單片機(jī)作為核心控制部件，硬件由無線通信模塊、溫度采集電路、顯示模塊和串口通信模塊組成，軟件采用模塊化的設(shè)計(jì)方法。測試表明，整個(gè)系統(tǒng)都是在超低功耗的要求下進(jìn)行元件及運(yùn)行方式的選擇，各個(gè)基站只需要3 V電池供電就能實(shí)現(xiàn)長時(shí)間運(yùn)作，能很好地實(shí)現(xiàn)超低功耗，并且實(shí)現(xiàn)了測量溫度的實(shí)時(shí)性。
關(guān)鍵詞：MSP430單片機(jī)；NRF24L01；NTC熱敏電阻；超低功耗

0 引言
溫度在人類日常生活中扮演著極其重要的角色，同時(shí)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，溫度檢測具有十分重要的意義。現(xiàn)階段溫度檢測主要是有線定點(diǎn)溫度檢測，其溫度檢測原理為單片機(jī)利用溫度傳感器檢測溫度，并在數(shù)碼管或LCD上進(jìn)行溫度顯示。同時(shí)由于系統(tǒng)沒有報(bào)警功能，故需要人為來判斷是否需要進(jìn)行升溫或者降溫，這使系統(tǒng)的檢測喪失了實(shí)時(shí)性。另外，在某些環(huán)境惡劣的工業(yè)環(huán)境，以人工方式直接操作設(shè)置儀表測量溫度也不現(xiàn)實(shí)，因此采用無線方式進(jìn)行溫度檢測尤為必要。
目前有些設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)無線溫度采集，但功耗過高是其最大的缺點(diǎn)。在實(shí)際溫度控制過程中既要求系統(tǒng)具有穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性，又需要使系統(tǒng)功耗低及保證溫度的均勻性，因此設(shè)計(jì)一種低功耗的多點(diǎn)無線溫度檢測系統(tǒng)很有意義。本文提出一種采用低功耗單片機(jī)MSP430F149單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的多點(diǎn)無線溫度測量系統(tǒng)，解決了上述問題。該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對溫度智能化的檢測，能夠同時(shí)進(jìn)行多點(diǎn)溫度檢測，是可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的無線溫度檢測系統(tǒng)。低功耗、實(shí)時(shí)性的無線溫度檢測是該設(shè)計(jì)的最大特點(diǎn)。

1 系統(tǒng)構(gòu)成
系統(tǒng)分為下位機(jī)、上位機(jī)和PC機(jī)三部分。PC機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的最上層，負(fù)責(zé)對下位機(jī)的控制和管理，并對收集到的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理。由于下位機(jī)無法直接與PC機(jī)通信，這就需要使用上位機(jī)作為中間媒介。上位機(jī)與下位機(jī)通過無線模塊通信,與PC機(jī)采用有線連接。
該設(shè)計(jì)采用MSP430F149單片機(jī)作為核心控制模塊，其最主要特點(diǎn)為低功耗。MSP430F149具有雙串口的特點(diǎn)，利用其中的一個(gè)串行口與PC機(jī)進(jìn)行通訊時(shí)，兩者之間必須通過RS 232電平轉(zhuǎn)換芯片。單片機(jī)與無線發(fā)射模塊nRF24L01通訊時(shí)可通過通用I／O口模擬串口通訊。現(xiàn)場溫度數(shù)據(jù)的采集是利用NTC100熱敏電阻和MSP430F149單片機(jī)部帶有的12位A／D轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)的。這里不需要外加ADC，可以簡化電路，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。將按鍵作為輸入模塊，用來改變溫度報(bào)警的上下限。由于設(shè)計(jì)要求不需要太多內(nèi)容的顯示，考慮到功耗及性價(jià)比，可以自制一個(gè)簡易段碼液晶用于顯示。下位機(jī)設(shè)計(jì)方案和系統(tǒng)整體構(gòu)成框圖分別如圖1，圖2所示。

2 硬件設(shè)計(jì)
2．1 無線通信模塊設(shè)計(jì)
nRF24L01是一款新型單片射頻收發(fā)器件，工作于2．4～2．5 GHz ISM頻段。內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊，并融合了增強(qiáng)型ShockBurSt技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置。nRF24L01功耗低，有多種低功率工作模式(掉電模式和空閑模式)使節(jié)能設(shè)計(jì)更方便，圖3為它的應(yīng)用電路。

從單片機(jī)控制的角度來看，只需要將圖3中左邊的6個(gè)控制和數(shù)據(jù)信號(hào)與單片機(jī)通用I／O口相連。