基于MSP430和WLK01L39的多點無線溫度采集系統設計

李 勇，張以帥，唐廣耀

（寧夏大學機械工程學院，銀川 750021）

1 引言

傳統的有線溫度采集系統主要存在布線復雜、維護困難等缺點，無線溫度采集系統主要是以nRF905為代表的無線射頻發射芯片，存在傳送距離短，對障礙物的穿透能力比較弱等缺點。針對以上問題，本文提出了一種基于WLK01L39無線收發模塊的溫度采集系統，它較nRF905有較強的穿透能力，而且傳送距離遠。可以彌補傳統溫度采集系統帶來的不足，同時友好的上位機交互界面為數據的實時顯示和歷史數據的保存、打印提供了保障。

2 系統總體設計

如圖1所示，該系統通過DS18B20數字溫度傳感器實現多點溫度數據的采集，將采集的溫度數據發送給MSP430單片機進行處理，然后傳給WLK01L39無線發送模塊，經片上MCU調制成射頻信號之后通過吸盤天線發送出去，接收端的WLK01L39模塊通過吸盤天線接收該射頻信號，并將該信號解調轉換成計算機能夠識別的信號之后通過RS232總線發送到上位機PC上，在PC端利用VB和ACCESS實現對數據的實時顯示和數據保存。

圖1 系統總體設計

3 硬件設計

3.1 溫度采集電路設計

傳統的溫度采集系統的溫度傳感器一般選用熱電偶。但是熱電偶輸出的是模擬量，需要進行功放、A/D轉換、濾波等一系列信號處理環節，從而使設計電路復雜，而且熱電偶的價格昂貴，所以本文選用數字溫度傳感器DS18B20。DS18B20是DALLAS公司生產的一款數字化單總線溫度傳感器，由于它里面集成了A/D轉換等信號處理環節，所以可以直接和單片機相連。它有外部供電和內部供電兩種供電方式，本文由于布線復雜等原因采用外部供電方式。DS18B20測量溫度的范圍：-55～+125℃，精度可達0.5℃，工作電范圍：+3.0～+5.5V。DALLAS公司為每個DS18B20傳感器設置了一個惟一的長度為64位的序列號，存放在ROM中。這樣我們可以將所有的DS18B20串聯在一條總線上，單片機可以通過發送序列號來決定訪問哪個DS18B20傳感器。如圖2所示。

圖2 溫度采集電路

3.2 無線收發接口電路

WLK01L39無線收發模塊較nRF905，nRF24L01等射頻收發模塊有較強的穿透能力，傳輸距離遠，而且軟件編程簡單，節約開發成本和開發時間，所以本文選用WLK01L39無線收發模塊。MSP430和WLK01L39的接線圖如圖3所示。

WLK01L39無線收發模塊的SETA引腳和SETB引腳決定了工作模式WLK01L39有四種工作模式，即正常收發模式、喚醒主模式、喚醒從模式、配置休閑模式。

圖3 MSP430和WLK01L39接線

4 軟件設計

4.1 下位機軟件設計

下位機軟件設計主要包括對數字溫度傳感器DS18B20的操作、UART串口通信模塊的操作和發送無線模塊WLK01L39的操作。

4.1.1 對數字溫度傳感器DS18B20的操作過程

MSP430單片機控制數字溫度傳感器DS18B20的操作：首先初始化DS18B20，接著發送一條ROM匹配指令和一條啟動溫度轉換指令；之后進行一定時間的延時，目的是讓DS18B20有足夠的時間來進行溫度轉換；接著又發送一條ROM匹配指令和一個指定的64位的序列號；最后發送一條讀取RAM的指令，從而讀出該序列號對應的溫度值。對溫度操作流程如圖4。

圖4 DS18B20操作過程

4.1.2 對發送無線模塊WLK01L39的操作過程

前面已經講過無線模塊WLK01L39的四種工作模式。平時當單片機串口緩存中沒有數據時，WLK01L39工作在配置休眠模式，即SETA=1，SETB=1。因為在這種模式下為待機模式，功耗最低。當單片機串口緩存中有數據時，串口發送中斷標志位發生變化，此時單片機將SETA和SETB所連的端口置零，使無線模塊WLK01L39工作在正常收發模式，同時它將接收到數據經片上MCU調制成射頻信號之后通過吸盤天線發送出去。

4.2 上位機軟件設計

本文上位機軟件主要實現對下位機采集溫度的實時顯示和歷史數據的保存。本文采用Visual Basic6.0設計人機交互界面實現下位機采集溫度的實時顯示，如圖5所示，同時將采集的數據保存到ACCESS數據庫中以便后續查詢和打印。

圖5 下位機采集溫度實時顯示界面

當我需要查看歷史數據或打印歷史數據時，點歷史報表按鈕就可以看到如圖6所示的界面。它將保存在ACCESS數據庫中的數據調用出來。

5 結束語

圖6 數據報表顯示界面

本文設計了一款基于MSP430單片機、無線溫度采集模塊WLK01L39、數字溫度傳感器DS18B20、上位機軟件為一體的多點溫度采集系統，從硬件和軟件兩部分介紹了該系統的構成。通過實驗發現：該系統具有可靠的穩定性，同時由于WLK01L39具有較強的穿透能力、傳輸距離遠等優點，使得該系統可以彌補傳統溫度采集系統帶來的缺點。上位機友好的人機交互界面也為管理人員帶來了極大的方便。■

[1] 胡大可．MSP430系列超低功耗16位單片機原理與應用．北京：北京航空航天大學出版社，2000

[2] 夏志華．基于單片機溫度控制系統的研究[J]．煤炭技術，2013(2):191-193

[3] 秦龍．MSP430單片機應用系統開發典型實例．北京：中國電力出版社，2005

[4] 湯綺婷．基于射頻模塊nRF905的糧庫無線溫濕度監控系統．電子產品世界，2007(7):102-104

[5] 吳祿慎，李彧雯．基于單片機的多點溫度系統設計[J]．飛機設計，2010(4):76-80

[6] 高春艷，安劍．Visual Basic程序開發范例寶典．北京：人民郵電出版社，2009