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　　摘要
　　
　　介紹了一種基于無線數字溫度傳感器的多點溫度測量系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)的硬件結構及軟件流程圖。實際使用表明，在煙草、糧食等倉庫中效果良好。
　　　　
　?。?、系統(tǒng)硬件組成
　　
　　本文所設計的測量系統(tǒng)由若干個處于各測量點的無線數字溫度傳感器和一臺帶無線收發(fā)電路的主機（單片機）系統(tǒng)組成，其結構如圖１所示。上位機與各下位機之間采用主從式異步無線串行通信方式。　　　　
　?。?１ 無線數字溫度傳感器
　　
　　無線數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，其芯片內部包含有溫度傳感器和１０位模數轉換器，可將感應溫度轉換為０．２５℃量化間隔的數字信號。測溫范圍－５５～１２５℃，精度為±２℃。ＡＤ７４１６采用Ｉ２Ｃ串行總線和數據傳輸協(xié)議來實現與微控制器的數據傳輸，數據輸入／輸出線ＳＤＡ及時鐘信號線ＳＣＬ與微控制器ＰＩＣ１６Ｃ５４的ＲＢ７和ＲＢ６相連。當ＳＣＬ保持高電平時，ＳＤＡ從高電子到低電平的跳變?yōu)閿祿鬏數拈_始信號，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，表示對ＡＤ７４１６進行讀操作，為０時，則表示進行寫操作。當每個字節(jié)傳送結束時，必須在收到接收數據一方的確認信號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寄存器地址和數據。zui后，在ＳＣＬ保持高電平的情況下，當ＳＤＡ從低電平跳變到高電平時將終止數據的傳輸操作。地址編碼開關用于傳感器的編號。ＡＤ７４１６片內溫度傳感器可按預先設置的工作方式對環(huán)境溫度進行實時測量，并將結果轉化為數字量存人到溫度值寄存器中地址００Ｈ。ＡＤ７４１６預先設置的工作方式分自動測溫方式和低功耗方式兩種，本設計采用低功耗方式。當需要對環(huán)境溫度進行測量時，通過Ｉ２Ｃ串行接口總線來寫入操作命令，此時，芯片將由睡眠狀態(tài)轉入測溫狀態(tài)。當溫度量化轉換結束后，芯片將重新轉人睡眠狀態(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調制解調，采用晶體振蕩和ＰＬＬ頻率合成技術，接收靈敏度為—１０５ｄＢｍ，發(fā)射功率為１０ｄＢｍ，待機狀態(tài)電流消耗僅１０μＡ。在接收模式中，射頻輸人信號被低噪聲放大器放大，經由混頻器變換，這個被變換的信號在送人解調器之前被放大和濾波，經解調器解調，解調后的數字信號在ＤＯＵＴ端輸出。在發(fā)射模式中，壓控振蕩器的輸出信號是直接送人到功率放大器，ＤＩＮ端輸入的數字信號被頻移鍵控后饋送到功率放大器輸出。在接收模式中，射頻輸入信號被低噪聲放大器放大，經由混頻器變換，這個被變換的信號在送人解調器之前被放大和濾波，經解調器解調，解調后的數字信號在ＤＯＵＴ端輸出。在發(fā)射模式中，壓控振蕩器的輸出信號是直接送人到功率放大器，ＤＩＮ端輸入的數字信號被頻移鍵控后饋送到功率放大器輸出。
　　
　　芯片引腳９腳ＤＩＮ輸人數字信號，與微控制器的ＲＢ０相連，需要發(fā)射的數字信號通過ＤＩＮ輸入；１０腳ＤＯＵＴ輸出數字信號，與微控制器的ＲＢｌ相連，解調出來的信號經過ＤＯＵＴ輸出進入微控制器；１８腳ＰＷＲ－ＵＰ電源開關控制，與微控制器的ＲＢ２相連：ＰＷＲ－ＵＰ＝“１”為工作模式，ＰＷＲ＿ＵＰ＝“０”為待機模式，待機模式電路進入待機睡眠狀態(tài)，工作電流８μＡ，在待機睡眠狀態(tài)電路不接收和發(fā)射數據。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。接收模式轉換為發(fā)射模式的轉換時間至少１ｍｓ；發(fā)射模式轉換為接收模式的轉換時間至少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，地址編碼開關用于傳感器的編號，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，整個電路采用低功耗設計。
　　
　?。?２ 主機系統(tǒng)
　　
　　主機（上位機）采用ＡＴ９８Ｃ５１單片機，外接ｎＲＦ４０３無線收發(fā)電路、健盤顯示及微型打印機等電路。電路組成如圖３所示。
　　
　　２、系統(tǒng)工作原理及軟件設計
　　
　　在這個多點溫度測量系統(tǒng)中，系統(tǒng)采用查詢方式對各點的溫度進行測量，使用了多臺ＰＩＣ單片機作為下位機，并按照上位機的要求將采得的溫度數據傳送給上位單片機ＡＴ８９Ｃ５１系統(tǒng)。上位機與各下位機之間采用主從式的異步串行通訊方式，即下位機接到上位機的通信信號時才做出響應，否則將一直處于睡眠狀態(tài)。
　　
　　限于篇幅，這里主要是設計下位機即ＰＩＣ１６Ｃ５４單片機與上位機即ＡＴ９８Ｃ５１單片機的通信程序，而ＡＴ９８Ｃ５１單片機與顯示器件，打印機及通信程序是大家所熟知的，這里不作討論。
　　
　　下位機型號為ＰＩＣｌ６Ｃ５４，它體積小，功能強，功耗低。它沒有專門的串行通訊口及相關的控制字和標志位，采用普通Ｉ／Ｏ口和特定的通信協(xié)議，實現了主從式的多機串行通訊，實際應用中取得良好效果。
　　
　　鑒于上位機對下位機發(fā)送的命令只有２種：呼叫、發(fā)送溫度測量數據。呼叫命令即是上位機欲與之通信的下位機的編號，而發(fā)送命令只要不與呼叫命令重復，即可以將下位機的地址編號，同樣作為數據命令來發(fā)送。具體方法是，在單片機的程序中，設置一個標志寄存器ＦＬＡＧ，將它的某一位如第７位，即ＦＬＡＧ７作為控制位，先將其設為０。各下位機在接收到上位機命令之后，首先查看ＦＬＡＧ７為１還是為０，如果ＦＬＡＧ７為１，則轉入溫度測量程序和發(fā)送溫度測量數據段；若為０則將接收到的命令與本機地址相比較，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：上位機此時確實發(fā)送的是呼叫命令則將ＦＬＡＧ７置：為１，表示已得知上位機要與自己通信，同時將本機地址傳給上位機作為回應。當上位機再次發(fā)來命令時，即可實現一對一的通信，程序流程圖如圖４所示。
　　
　?。场⒔Y束語
　　
　　所設計的無線多點溫度測量系統(tǒng)采用集成電路，電路結構簡單，工作穩(wěn)定可靠。設計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間；無線數據傳輸方便靈活，在煙草、糧食等倉庫中應用效果良好。