路明偉

摘 要：針對(duì)目前糧庫溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布線復(fù)雜、維護(hù)困難等問題，介紹了一種以單片機(jī)MSP430f2274為控制核心的低功耗糧庫無線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，闡述了其工作原理，設(shè)計(jì)了軟硬件系統(tǒng)。系統(tǒng)微處理器采用MSP430f2274，由無線射頻芯片CC2500來接發(fā)數(shù)據(jù)，并同時(shí)運(yùn)用CC2500內(nèi)部集成的溫度傳感器來進(jìn)行溫度采集，不僅節(jié)省了成本，更大大提高了可靠性。

關(guān)鍵詞：MSP430f2274；CC2500；糧庫；無線溫度監(jiān)測(cè)

基于倉儲(chǔ)過程中，高水分糧食堆積在一起極易升溫發(fā)霉，提出一種糧庫溫度監(jiān)測(cè)和控制的無線解決方案，采用無線射頻芯片CC2500、MSP430f2274單片機(jī)，并直接利用CC2500內(nèi)部集成的溫度傳感器進(jìn)行溫度采集，可以大大降低布線以及器件成本、易于維護(hù)、提高系統(tǒng)的可靠性，而且MSP430單片機(jī)與CC2500的低功耗特性可以大大降低使用成本。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，由上位機(jī)、下位機(jī)、PC管理機(jī)組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

1.1 上位機(jī)

組成模塊：MSP430f2274單片機(jī)、CC2500芯片以及串口轉(zhuǎn)換芯片等。上位機(jī)向下位機(jī)發(fā)送指令，有兩種方式：1）輪循發(fā)送采集數(shù)據(jù)命令；2）接收PC管理機(jī)通過串口發(fā)來的命令（包括地址與設(shè)定參數(shù)等信息），然后發(fā)送給相應(yīng)地址的下位機(jī)。上位機(jī)接收下位機(jī)數(shù)據(jù)，處理方式也有兩種：1）處理后由LED顯示器進(jìn)行輪循顯示；2）數(shù)據(jù)通過串行口傳送到PC機(jī)中，由PC機(jī)管理、存儲(chǔ)、顯示數(shù)據(jù)。

1.2 下位機(jī)

組成模塊：無線射頻芯片CC2500、MSP430f2274單片機(jī)、LED顯示模塊，鍵盤和溫控設(shè)備等。CC2500內(nèi)部集成溫度傳感器，可實(shí)現(xiàn)-40～ +80℃范圍的溫度采集。由單片機(jī)處理后的采集溫度數(shù)據(jù)，通過CC2500發(fā)送給上位機(jī)。下位機(jī)安裝在各個(gè)糧倉以便測(cè)量糧倉的溫度，把采集的數(shù)據(jù)通過無線方式傳送到上位機(jī)。鍵盤設(shè)置下位機(jī)地址，LED顯示設(shè)置地址，實(shí)時(shí)顯示溫度。

1.3 PC管理機(jī)

PC機(jī)通過串口與上位機(jī)連接。PC機(jī)發(fā)送采集數(shù)據(jù)的命令給上位機(jī)，上位機(jī)然后傳送給下位機(jī)，下位機(jī)應(yīng)答以后將數(shù)據(jù)通過上位機(jī)再傳送給PC機(jī)，PC機(jī)接收到數(shù)據(jù)后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理，并對(duì)下位機(jī)地址進(jìn)行管理。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 主控芯片

MSP430f2274單片機(jī)是16位單片機(jī)，該單片機(jī)可用電池供電。其內(nèi)部集成有12位A/D轉(zhuǎn)換器、硬件乘法器、定時(shí)器、比較器等模塊。

2.2 CC2500無線模塊與溫度采集模塊

CC2500芯片通過引腳輸出通知MCU。CC2500自帶的WOR功能保證芯片在深度睡眠時(shí)周期性蘇醒， 以便探聽周圍是否有信號(hào)，整個(gè)過程CPU不需中斷。

2.3 上位機(jī)與PC管理機(jī)的串行通信模塊

在本系統(tǒng)的上位機(jī)設(shè)計(jì)了一個(gè)串口與PC管理機(jī)進(jìn)行通訊，通過MAX3221芯片與MSP430f2274構(gòu)成的電路中實(shí)現(xiàn)了與微機(jī)的串行通信。由于MSP430f2274具有片內(nèi)UART，所以實(shí)現(xiàn)串口通信相當(dāng)容易。單片機(jī)與上位機(jī)進(jìn)行通信的接口電平需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換，因?yàn)槠浣涌陔娖讲煌?。串口通信電路的設(shè)計(jì)方案采用PC機(jī)的RS232接口電平與MAX3221實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的TTL電平的轉(zhuǎn)換。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)有三部分組成：上位機(jī)、下位機(jī)、PC機(jī)管理的軟件設(shè)計(jì)。

1）上位機(jī)軟件的功能是初始化MCU以及CC2500無線模塊，請(qǐng)求讀取數(shù)據(jù)，通過串口接收PC機(jī)命令（包含下位機(jī)地址與設(shè)定參數(shù)等信息）或者通過無線模塊接收下位機(jī)采集的數(shù)據(jù)，然后判斷是否收到數(shù)據(jù)，驗(yàn)證數(shù)據(jù)解碼正確后，并通過無線模塊發(fā)送給對(duì)應(yīng)地址的下位機(jī)，或?qū)南挛粰C(jī)接收的數(shù)據(jù)傳給PC機(jī)以進(jìn)行輪循顯示，起到中轉(zhuǎn)站的作用。

2）下位機(jī)軟件的功能是初始化MCU以及CC2500無線模塊，采集糧庫的溫度數(shù)據(jù)，判斷是否收到上位機(jī)發(fā)來的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行校驗(yàn)，數(shù)據(jù)正確后發(fā)出應(yīng)答信號(hào)，將上位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)與剛剛采集的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，若差值的絕對(duì)值超過閾值，則控制溫控設(shè)備動(dòng)作，再與設(shè)定參數(shù)進(jìn)行比較，以達(dá)到所要求溫度。數(shù)據(jù)從采集到發(fā)送過程：下位機(jī)每隔1min查詢一次糧庫的當(dāng)前溫度，與上位機(jī)上次接收的數(shù)據(jù)對(duì)比，當(dāng)不同時(shí)，則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、打包，并通過I/O口發(fā)送給無線收發(fā)模塊，然后無線收發(fā)模塊再發(fā)送給上位機(jī)。數(shù)據(jù)的顯示過程：將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成BCD碼后傳到LED顯示器，LED 顯示數(shù)據(jù)。

3）PC管理機(jī)軟件用VC++6.0進(jìn)行開發(fā)，主要功能包括：系統(tǒng)初始化：系統(tǒng)主界面及溫度數(shù)據(jù)顯示；數(shù)據(jù)查詢：查詢檢測(cè)點(diǎn)的歷史數(shù)據(jù)；顯示曲線：顯示溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度曲線；參數(shù)設(shè)定：設(shè)定溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)的最佳溫度參數(shù)；溫度檢測(cè)：查詢溫度檢測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；存儲(chǔ)打?。捍鎯?chǔ)和打印溫度檢測(cè)點(diǎn)的歷史數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語

本文提出了一種基于無線射頻芯片CC2500和MSP430f2274單片機(jī)糧庫低功耗無線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)多點(diǎn)溫度的采集并進(jìn)行無線傳輸，克服了有線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)線路多、布線復(fù)雜、維護(hù)困難等缺點(diǎn)，提高了糧庫溫度監(jiān)測(cè)管理的效率。

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