基于MSP430單片機的溫度采集與無線傳輸系統設計

摘 要：隨著現代數字化和智能化技術的發展，溫度檢測在工業和農業等方面都有著廣泛的應用。溫度采集系統通過采用以新型超低功耗MSP430F247單片機為控制核心，低功耗的HM系類藍牙模塊以及低功耗的DS18B20數字溫度傳感器為外部數據采集，完成現場溫度的實時監測并通過藍牙模塊將采集的溫度數據以無線方式傳輸到上位機，從而實現異地溫度監測的功能，具有數據傳輸準確，可靠性高等特點。

關鍵詞：溫度采集；無線傳輸；低功耗

溫度是表征物體冷熱程度基本物理量，在工業和農業生產，以及日常生活等領域中，對溫度的測量和控制都占有重要的地位。溫室大棚的溫度也需要控制在一定的范圍內才更有助于農作物的生長。如何精確的測量溫室大棚的溫度，并快速、準確、穩定的控制被控對象，來滿足作物對環境溫度的要求，將有利于提高作物的產量和質量。隨著單片機等嵌入式技術的蓬勃發展，為現代溫度測量控制大大促進了溫度監控技術的發展。計算機控制系統能夠實現實時數據采集、實施決策控制、實時控制輸出，其實時數據能夠實時顯示，操作人員可以根據實際情況選擇手動或自動調節控制器的輸出，并通過無線通信技術實現遠程監控，從而保證農業生產的安全和可靠。

1 系統硬件設計

1.1 系統結構原理與硬件組成

系統采用的主芯片是MSP430F247單片機，外圍模塊有藍牙模塊，用于無線傳輸；DS18b20溫度傳感器，用于溫度的采集；QY1609A0液晶顯示屏；蜂鳴器，當溫度超過報警上下限時用于報警；按鍵，對系統進行各項操作；LED指示燈，當系統的電池處于充電狀態時指示燈亮，電池充電完成時燈滅；鋰電池，用于對系統進行供電。系統的結構框圖如圖1：

圖1 系統結構框圖

1.2 溫度采集部分

根據溫室大棚控制精度的要求，選用DS18B20做為溫度傳感器。DS18B20內部結構框圖如圖2所示。主要是由存儲器、控制器、單線接口、溫度敏感器件構成。

圖2 DS18B20內部結構框圖

DS18B20數字溫度傳感器的特點、性能如下：獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現微處理器與DS18B20的雙向通訊；測溫范圍-55℃～+125℃，固有測溫分辨率0.5℃；支持多點組網功能，多個DS18B20可以并聯在唯一的三線上，最多只能并聯8個，如果數量過多，會使供電電源電壓過低，從而造成信號傳輸的不穩定，實現多點測溫；測量結果以9～12位數字量方式串行傳送。

當DS18B20處于寫存儲器操作和溫度A/D轉換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為10us。采用寄生電源供電方式時VDD端接地。由于單線制只有一根線，因此發送接口必須是三態的。

通過以上介紹本設計選擇采用電源供電方式，這樣使得DS18B20外圍電路非常的簡單，只需一個4.7K的上拉電阻即可正常工作，其應用電路圖如圖3所示。

1.3 無線數據通訊部分

藍牙技術成本低，功耗小，具有獨特的抗干擾性和藍牙網絡容量大、實時性等優勢。HM系列藍牙模塊采用CSR BlueCore芯片，配置6-8Mbit的軟件存儲空間，支持AT指令，用戶可根據需要更改SPP角色（主、從模式）以及串口波特率、設備名稱、配對密碼等參數，使用靈活。

HM系類藍牙模塊從管腳至AT指令完全兼容HC06等雙芯片藍牙模塊，無須更改電路及軟件，直接替換即可。藍牙模塊的電路接線圖如圖4所示：

圖4 藍牙接線電路圖

2 系統軟件設計

2.1 主程序的設計

該系統為了避免一些可能因為操作而導致的誤動作，在程序的設計中加入一定的處理方法，例如程序設計過程中為了避免由于開機按鍵按下時間太長導致顯示屏沒開機就自動關機的狀況，程序在開機時采用了松手檢測，開機按鍵按下后，檢測到手松開后才開機。開機后時鐘初始化，時鐘初始化函數中包括了串口的初始化；接下來是系統初始化，系統初始化中包括：I/O口的初始化，定時器A、B初始化，液晶屏初始化，對比度初始化以及變量初始化。其中變量初始化中對上次關機中系統的狀態讀取出來，上次關機記憶的狀態本次開機保持上次關機前的狀態，能夠記憶的狀態有：語言的選擇，背光燈的開與關，無線傳輸開關，報警開關以及報警上下限設置的數值。

系統主程序的流程圖如圖5所示。

2.2無線藍牙模塊的程序設計

藍牙部分采用異步串行通信，本程序一開始在時鐘初始化的階段就對串口進行了初始化設置如下：

}

串行通信采用8MHz的子系統時鐘，八位數據位加一位停止位，沒有校驗位，波特率設置為115200，接收中斷使能。

3 結束語

通過利用低功耗MSP430單片機和DS18B20溫度傳感器完成溫室大棚的溫度的采集和無線傳輸。整個系統的設計簡潔、方便、準確、快速、穩定，設計的核心部分是選用MSP430單片機芯片和DS18b20數字溫度傳感器以及藍牙模塊的無線傳輸。由于無線藍牙模塊傳輸距離有點短不能進行過長距離的傳輸，但是能夠較好的在工業、農業中實現小范圍的溫度數據實時采集與傳輸。

參考文獻

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作者簡介：王玉，（1989.12-），男，黑龍江八一農墾大學，學生，現主要從電氣工程及其自動化方面的研究。