【正文】 黑龍江省科學(xué)院自動化研究所 第三章 溫度采集單元的設(shè)計 3． 1 CC1100的程序設(shè)計 CC1100通過 4線 SPI兼容接口（ SI,SO,SCLK 和 CSn）配置。該系統(tǒng)主要由兩部分組成 :溫度數(shù)據(jù)采集單元 和溫度數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)。 12位轉(zhuǎn)化后得到的 12位數(shù)據(jù)，存儲在 18B20的兩個 8比特的 RAM中，二進(jìn)制中的前面 5位是符號位，如果測得的溫度大于 0，這 5位為 0，只要將測到的數(shù)值乘于 ；如果溫度小于 0，這 5位為 1，測到的數(shù)值需要取反加 1再乘于 。 64位光刻 ROM的排列是：開始 8位（ 28H）是產(chǎn)品類型標(biāo)號，接著的 48位是該DS18B20自身的序列號，最后 8位是前面 56位的循環(huán)冗余校驗碼（ CRC=X8+X5+X4+1）。產(chǎn)品經(jīng)測試在 10℃ 70℃間測得 誤差為 ℃ ,80℃≤ T≤ 105℃時誤差為 ℃ ,當(dāng) T105℃誤差為增大到 1℃左右。 ℃ 。 ℃ 。一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感 器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。 溫度傳感器的選擇 無線溫度的采集主要基于 單線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 芯片。在 這個個典型的系統(tǒng)里， CC1100 和 MSP430的 SPI 接口進(jìn)行無縫連接 。 通過開啟集成在 調(diào)制解調(diào)器上的前向誤差校正選項，能使性能得到提升。這個調(diào)制解調(diào)器支持不同的調(diào)制格式，其數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)500kbps。電路主要設(shè)定為在 31 43 868和 915MHz的 ISM 和 SRD頻率波段。 無線芯片的選擇 由于工 廠 的環(huán)境復(fù)雜，干擾源較多，信號容易受到干擾，因此本系統(tǒng)采用了抗干擾性能好的 CC1100無線收發(fā)芯片 。 13. 片內(nèi)獨(dú)立的看門狗，保證系統(tǒng)軟件可靠運(yùn)行 。 11. 16 位 TimerA 與 TimerB 可方便地實(shí)現(xiàn) 程序定時。 9. MSP430F149單片機(jī)內(nèi)部集成 64KROM， 8KRAM，片內(nèi)有 Flash信息存儲器，容量大可黑龍江省科學(xué)院自動化研究所 用于保存數(shù)據(jù)或程序，溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)無需再擴(kuò)展存儲模塊，簡化了設(shè)計電路 : 10. 功 能 強(qiáng)大的 CPU 內(nèi)核， 16位 RISC結(jié)構(gòu)，高效的內(nèi)部尋址方式 。 7. 低工作電壓 ，超低功耗有 5種節(jié)能模式，其中 LPM14數(shù)據(jù)保持模式僅耗，活動狀態(tài)耗電 為 20uA，從低功耗模式到活動狀態(tài)只需 6ns。利用單片機(jī)本身具有的 JTAG接口 ,可以在一臺主機(jī) PC及一個結(jié)構(gòu)小巧的 JTAG控制器的幫助下實(shí)現(xiàn)程序的下載，完成程序調(diào)試。 5. 在線支持強(qiáng) MSP430系列單片機(jī)均可由 FLAsH仿真工 具 (FET)提供支持。 3. 豐 富的 片上外圍模 MSP430 系列單片機(jī)上集成了較多的片上外圍模塊，它包含 :硬件乘法器， 2組頻率可達(dá) SMHz的時鐘模塊， 2個帶有大量捕獲 /比較寄存器的 16位定時器，看門狗， 2個可實(shí)現(xiàn)異步、同步及多址訪問的串行通信接口、數(shù)十個可實(shí)現(xiàn)方向設(shè)置及中斷功能的并行輸入、輸出端口 。片內(nèi)寄存器數(shù)量多，可實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)算，有高效的查表處理方 法。由于其較高的性能 價格比，應(yīng)用己日趨廣泛。 根據(jù)以上原則本文選擇該系列單片機(jī)，其中下位機(jī)溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)選用MSP430F1121芯片，上位機(jī)溫度數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)選用 MSP430F149芯片 。 3. 應(yīng)用環(huán)境中，對可靠性要求較高，所以必須考慮 CPU具有豐富的集成外設(shè)功能，使外部電路精簡，提高系統(tǒng)的可靠性 。 本系統(tǒng)的 設(shè)計考慮了系統(tǒng)的可靠性、 低功耗 和經(jīng)濟(jì)性，因此，硬件設(shè)計需要遵循以下原則 : 1. 單元要在短時間處理完數(shù)據(jù)，然后休眠使系統(tǒng)大部分時間處于休眠狀態(tài)，這樣可以降低系統(tǒng)的功耗 ， 所以 對快速性要求較高，所以對 CPU的選擇要考慮它的快速性 。這些系列的單片機(jī)大多具有較強(qiáng)的功能模塊接口功能、較高的處理速度、大容量 ROM和 RAM，往往處理器本身就己經(jīng)是一個小系統(tǒng)模式，僅僅需要一些簡單電容、電阻元件就可以工作，其中 MSP430系列單片機(jī)就是其中的性能價格比較為優(yōu)越的一款16位單片機(jī)。但從現(xiàn)階段各 ARM器件的情況來看，偏重于高 端應(yīng)用領(lǐng)域，其結(jié)構(gòu)功能設(shè)計側(cè)重于有大量數(shù)字信號處理的場合，如 多媒體等領(lǐng)域，不適合在儀表領(lǐng)域的使用，而且目前其價格較高，開發(fā)技術(shù)難 度大。面向工控領(lǐng)域的單片處理器，有目前廣 泛應(yīng)用的 51系列的 8位單片機(jī)，面向溫度采集單元 A1 溫度采集單元 A2 溫度采集單元 B 溫度采集單元 B 接收單元 B 接收單元 A 總控制室PC RS485 黑龍江省科學(xué)院自動化研究所 大量數(shù)字信號處理領(lǐng)域的數(shù)字信號處理器 (DSP)，以及市場上增強(qiáng)型的 16位單片機(jī)。 廠房上方分布 6個接收單元，負(fù)責(zé)接收測溫桿發(fā)送的溫度數(shù)據(jù)， 6 個接收單元通過 RS485 總線 通訊，最后接 入總控室，通過 485 通訊卡進(jìn)去 PC 機(jī) ， 因為測溫實(shí)時性要求不高，每個測溫桿每次間隔 20分鐘發(fā)送一次數(shù)據(jù)，采用自報方式發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送一次數(shù)據(jù)占用時間為 1ms,所以空中 數(shù)據(jù)碰撞的可能性非長小 ，完全可以滿足實(shí)際應(yīng)用。 黑龍江省科學(xué)院自動化研究所 第二章 無線測溫系統(tǒng) 硬件 原理 與設(shè)計 系統(tǒng) 工作原理介紹 根據(jù)到發(fā)酵廠房實(shí)地考察，廠房的結(jié)構(gòu)是 400長， 100米寬的彩鋼結(jié)構(gòu)的空曠廠房，舉架高 10米。 隨著 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 的廣泛應(yīng)用，尤其是 隨著工廠自動 化水平的提高 ，因此研制 基于無線傳輸?shù)臏囟葴y量系統(tǒng)具有 非常重要的意義。課題研究的具體內(nèi)容可分為如下 兩 個部分： 1．測試系統(tǒng)的硬件電路 選擇單片機(jī)控制，設(shè)計單片機(jī)為核心的 采集接收 電路部分。把 無線通訊方式 和 傳感器 結(jié)合起來，發(fā)揮 無線傳輸?shù)?特有的優(yōu)勢，使測試系統(tǒng)可以隨時隨地的和計算機(jī)連接，更加方便了 測溫系統(tǒng) 的使用。此系統(tǒng)具有廣泛的推廣價值。系統(tǒng)設(shè)計可允許使用第三方的傳感器、執(zhí)行器或低帶寬數(shù)據(jù)源。這種網(wǎng)絡(luò)是中距離、低速率無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，射頻 傳輸成本低，各結(jié)點(diǎn)只需要很少的能量，低功耗，適于電池長期供電，可實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)到多點(diǎn)、 兩點(diǎn)間對等通信，快速組網(wǎng)，高級 電源管理。提高了生產(chǎn)率和生產(chǎn)質(zhì)量。 在夏天中午時候廠房內(nèi)的溫度達(dá)到 50 多 ℃ ，測溫 工作 幾乎無法進(jìn)行。 其所處理的 有機(jī)垃圾在除去雜質(zhì)進(jìn)入?yún)捬醢l(fā)酵工序之前要在 近70oC 條件下經(jīng)過至少 5 天 的 發(fā)酵 處理。 正是 由于這 些優(yōu) 點(diǎn) 美商國際集團(tuán) 委 托黑龍江省自動化研究所，開發(fā)適合工作在有害氣體和不方便鋪設(shè)線路場合的垃圾場 無線溫度測量系統(tǒng)。黑龍江省科學(xué)院自動化研究所 目錄 第一章 緒論 ........................................................................................................................................ 2 課題背景 ...................................................................................................................................... 2 ................................................................................................................................. 2 ................................................................................................................. 3 ...............................