基于雙單片機系統(tǒng)系統(tǒng)的無線溫度收發(fā)系統(tǒng)設計

1、第3期(總第172期)2012年6月機械工程與自動化MECHANICALENGINEERING&AUT()MATI()NNo3Jun文章編號：1672—6413(2012)03—0061—03基于雙單片機系統(tǒng)的無線溫度收發(fā)系統(tǒng)設計趙成剛，何小剛(太原理工大學信息工程學院，山西太原030024)摘要：在人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)和生活中，對于被采集的數(shù)據(jù)通常使用有線傳輸方式。但是在野外或是條件較為惡劣的環(huán)境下，線纜的鋪設成本和難度都較大。針對這種情況，

2、基于MSP430F2274低功耗單片機和STC89C51單片機，結合nRF2401射頻芯片實現(xiàn)了無線溫度收發(fā)系統(tǒng)的硬件設計和軟件設計。關鍵詞：MSP430F2274；nRF2401；無線溫度收發(fā)；設計中圖分類號：TP273：TP2742文獻標識碼：A0引言近年來，隨著電子信息技術的日益發(fā)展，使得短距離射頻通信技術成為一種熱門技術，它已廣泛應用于人們的生活和生產(chǎn)中。本文就借助MSP430單片機與nRF2401射頻芯片設計了一種低功耗且能夠

3、采集溫度并進行無線傳輸?shù)南到y(tǒng)，實現(xiàn)了短距離內(nèi)數(shù)據(jù)的無線傳輸與接收。I溫度收發(fā)系統(tǒng)總體設計方案本系統(tǒng)有溫度采集發(fā)送和溫度接收顯示兩個模塊。溫度采集發(fā)送模塊需要輕巧、低功耗，并可以在僅有電池供電條件下長期穩(wěn)定工作，故采用了TI公司的MSP430低功耗系列單片機，使用一顆3V鈕扣電池即可保證采集發(fā)送模塊的長期穩(wěn)定工作。溫度處理接收模塊采用了51系列單片機，它實時地接收并處理溫度數(shù)據(jù)并通過數(shù)碼管顯示。溫度收發(fā)系統(tǒng)總體結構框圖見圖1。蓉蓊蠱H器射

4、頻發(fā)送l●I無線發(fā)射數(shù)碼顯示HT單C8片9機C5H圖1溫度收發(fā)系統(tǒng)總體結構框圖2系統(tǒng)硬件設計目前，市場上各大公司生產(chǎn)的單片機種類繁多，考慮到溫度采集發(fā)送模塊的設計成本，選取了TI公司的MSP430低功耗系列單片機。MSP430系列單片機是具有16位精簡指令集的單片機，它共有6種工作模式，在節(jié)電方式下，最低工作電流可降為01A。本系統(tǒng)中采用的是MSP430F2274型單片機，通過它實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的采集與發(fā)送。21射頻芯片nRF2401nRF

5、2401是挪威Nordic公司研發(fā)生產(chǎn)的單片射頻收發(fā)芯片，可工作在24GHz~25GHz頻段，該芯片的主要特點是集成度高、低電壓且低功耗，以一5dBm的功率發(fā)射時，工作電流只有l(wèi)05mA，接收時工作電流只有18mA，很符合節(jié)能設計的要求。它的工作模式有四種：收發(fā)模式、配置模式、空閑模式和關機模式。通過更改nRF2401的CE、CS、PWR—UP三個引腳上的電平即可改變nRF2401的工作模式，模式更改十分靈活。22采集發(fā)送模塊的硬件設計

6、溫度采集部分通過NTC3380熱敏電阻與一個lOkl2電阻進行分壓，然后將分得的電壓模擬量輸入MSP430單片機的P36／A6口(電壓模擬量采集口)，MSP430系列單片機的P3口與nRF2401芯片的通道1接口相連，具體的硬件電路如圖2所示。23接收模塊硬件設計接收模塊與發(fā)送模塊的硬件接口大體相似，STC51單片機與nRF2401的連接電路見圖3。3系統(tǒng)軟件設計31nRF2401初始化配置收稿日期：201I一12—14；修回日期：20

7、11—12—24作者簡介：趙成剛(1987一)，男，安徽天長人，在讀碩士研究生，研究方向：智能檢測與智能控制。學兔兔www.xuetutu.com2012年第3期趙成剛，等：基于雙單片機系統(tǒng)的無線溫度收發(fā)系統(tǒng)設計6332采集發(fā)送模塊軟件設計流程該模塊通過熱敏電阻與10kQ電阻串聯(lián)進行分壓，通過熱敏電阻的熱敏效應使其阻值隨溫度而變化，將變化電阻上所分得的電壓送入MSP430單片機的P36／A6模擬電壓輸入口，經(jīng)過單片機進行數(shù)據(jù)處理后轉換成

8、數(shù)字量傳輸給nRF2401，將數(shù)字量發(fā)送給接收模塊，然后休眠3S，以降低功耗，等待定時器溢出中斷，喚醒系統(tǒng)再次采集發(fā)送。采集發(fā)送流程如圖4所示。≤I開門狗初始化lI設定系統(tǒng)時鐘ll初始化MSP430~部模塊』nRF2401初始化ll’采集溫度值0內(nèi)部A／D轉換‘發(fā)送數(shù)據(jù)到接收端lMSP430進入休眠狀態(tài)N圖4采集發(fā)送模塊軟件設計流程圖33接收模塊軟件設計流程接收模塊的軟件流程設計與發(fā)送模塊類似，為了保證采集溫度值的可靠性，我們對溫度數(shù)據(jù)

9、進行了算術平均濾波，即每采集到8次溫度數(shù)據(jù)值做一次算術平均濾波(該8次的數(shù)據(jù)值相加，然后除以8取平均值)，這樣可以得到較為準確的數(shù)據(jù)值。接收模塊軟件流程如圖5所示。JSTC89C51單片機初始化‘nRF24O1配置為l輸入模式l中8次數(shù)據(jù)算術平均濾波l查表獲取溫度值l調(diào)片j顯不于函效l圖5接收模塊軟件設計流程圖4調(diào)試兩個模塊系統(tǒng)的軟件都采用C語言進行設計，分別在兩個編譯平臺IAREmbededWorkbench和KeiluVision3

10、生成各自的可執(zhí)行文件，向兩個模塊的單片機中分別燒入對應的可執(zhí)行程序進行軟硬件調(diào)試。5結束語nRF2401芯片的低電壓、低功耗、高集成度以及其硬件電路設計簡單的特點與MSP430單片機的低電壓、低功耗相吻合，兩者能夠很好地配合使用，實現(xiàn)無線收發(fā)裝置的巧妙應用，可以使得無線收發(fā)裝置的成本大大降低，整個收發(fā)裝置可以置于一個火柴盒大小的容具內(nèi)，使用一枚3V鈕扣電池即可長期正常工作，具有很好的市場應用前景。參考文獻：[1]張福才MSP430單片機

11、自學筆記[M]北京：北京航空航天大學出版社，2011[23張崇于曉琳，劉建平單片24GHz無線收發(fā)一體芯片nRF2401及其應用[J]國外電子元器件，2004(6)：34—36[3]陳麗娟，常丹華基于nRF2401芯片的無線數(shù)據(jù)通信[J]電子器件，2006(1)：248—250Design0fWirelessTemperatureTransceiverSystemBased0nDualMCUZHAOChenggang，HEXiaogan

12、g(CollegeofInformationEngineering，TaiyuanUniversityofTechnology，Taiyuan030024，China)Abstract：ThecollecteddataareusuallytransferredbycablewayButinthewildorinharshenvironment，bothcoStanddifficultyofcablelayingaregreatInvie

13、wofthis，awirelesstemperaturetransceiversystembasedonMSP430f2274singlechip，STC89C5lMCUandnRF2401RFchipisdevelopedThedesignofthehardwareandsoftwareofthewirelesstemperaturetransceiversystemisdescribedKeywords：MSP430F2274；nR