摘 要：介绍了一种基于无线数字温度传感器的多点温度测量系统，给出了系统的硬件结构及软件流程图。实际使用表明，在烟草、粮食等仓库中效果良好。
关键词：温度传感器，射频收发，单片机，无线串行通信
１系统硬件组成本文所设计的测量系统由若干个处于各测量点的无线数字温度传感器和一台带无线收发电路的主机（单片机）系统组成，其结构如图１所示。上位机与各下位机之间采用主从式异步无线串行通信方式。
图１ 系统组成框图１．１ 无线数字温度传感器无线数字温度传感器由温度测量、无线收发和微控制器组成。电路图如图２所示。
图２ 无线数字温度传感器温度测量采用单片温度监控系统集成电路ＡＤ７４１６，其芯片内部包含有温度传感器和１０位模数转换器，可将感应温度转换为０．２５℃量化间隔的数字信号。测温范围－５５～１２５℃，精度为±２℃。ＡＤ７４１６采用Ｉ２Ｃ串行总线和数据传输协议来实现与微控制器的数据传输，数据输入／输出线ＳＤＡ及时钟信号线ＳＣＬ与微控制器ＰＩＣ１６Ｃ５４的ＲＢ７和ＲＢ６相连。当ＳＣＬ保持高电平时，ＳＤＡ从高电子到低电平的跳变为数据传输的开始信号，随后传送 ＡＤ７４１６的地址信息和读眉控制位。其地址信息的格式为：１００１ Ａ２ Ａ１ Ａ０ Ｒ／Ｗ。读／写控制位为１时，表示对ＡＤ７４１６进行读操作，为０时，则表示进行写操作。当每个字节传送结束时，必须在收到接收数据一方的确认信号ＡＣＫ后方可开始下一步的操作。然后在地址信息和读屑控制位之后传送片内寄存器地址和数据。最后，在ＳＣＬ保持高电平的情况下，当ＳＤＡ从低电平跳变到高电平时将终止数据的传输操作。地址编码开关用于传感器的编号。 ＡＤ７４１６片内温度传感器可按预先设置的工作方式对环境温度进行实时测量，并将结果转化为数字量存人到温度值寄存器中地址００Ｈ。ＡＤ７４１６预先设置的工作方式分自动测温方式和低功耗方式两种，本设计采用低功耗方式。当需要对环境温度进行测量时，通过Ｉ２Ｃ串行接口总线来写入操作命令，此时，芯片将由睡眠状态转入测温状态。当温度量化转换结束后，芯片将重新转人睡眠状态。
无线收发电路采用ｎＲＦ４０３单片射频收发芯片。芯片内包含有发射功率放大器，低噪声接收放大器，晶体振荡器，锁相环，压控振荡器，混频器等电路。工作频率 ４３３ＭＨｚ，ＦＳＫ调制解调，采用晶体振荡和ＰＬＬ频率合成技术，接收灵敏度为—１０５ｄＢｍ，发射功率为 １０ｄＢｍ，待机状态电流消耗仅１０μＡ。在接收模式中，射频输人信号被低噪声放大器放大，经由混频器变换，这个被变换的信号在送人解调器之前被放大和滤波，经解调器解调，解调后的数字信号在ＤＯＵＴ端输出。在发射模式中，压控振荡器的输出信号是直接送人到功率放大器，ＤＩＮ端输入的数字信号被频移键控后馈送到功率放大器输出。在接收模式中，射频输入信号被低噪声放大器放大，经由混频器变换，这个被变换的信号在送人解调器之前被放大和滤波，经解调器解调，解调后的数字信号在ＤＯＵＴ端输出。在发射模式中，压控振荡器的输出信号是直接送人到功率放大器，ＤＩＮ端输入的数字信号被频移键控后馈送到功率放大器输出。
芯片引脚９脚ＤＩＮ输人数字信号，与微控制器的ＲＢ０相连，需要发射的数字信号通过ＤＩＮ输入；１０脚ＤＯＵＴ输出数字信号，与微控制器的ＲＢｌ相连，解调出来的信号经过ＤＯＵＴ输出进入微控制器；１８脚ＰＷＲ－ＵＰ电源开关控制，与微控制器的 ＲＢ２相连：ＰＷＲ－ＵＰ＝“１”为工作模式，ＰＷＲ＿ＵＰ＝“０”为待机模式，待机模式电路进入待机睡眠状态，工作电流８μＡ，在待机睡眠状态电路不接收和发射数据。１９脚ＴＸＥＮ为发射允许控制，与微控制器的ＲＢ３相连：ＴＸＥＮ＝“１”为发射模式；ＴＸＥＮ＝“０”为接收模式。接收模式转换为发射模式的转换时间至少１ｍｓ；发射模式转换为接收模式的转换时间至少３ｍｓ。
微控制器采用ＰＩＣ１６Ｃ５４。系统采用ＬＰ低频低功耗晶体振荡方式，地址编码开关用于传感器的编号，ＲＢ口分别与ＡＤ７４１６和ｎＲＦ４０３的引脚相连，用于温度和无线收发控制。由于无线温度传感器采用电池供电，整个电路采用低功耗设计。
１.２ 主机系统主机（上位机）采用ＡＴ９８Ｃ５１单片机，外接ｎＲＦ４０３无线收发电路、健盘显示及微型打印机等电路。电路组成如图３所示。
图
３ 主机系统组成框图２系统工作原理及软件设计在这个多点温度测量系统中，系统采用查询方式对各点的温度进行测量，使用了多台ＰＩＣ单片机作为下位机，并按照上位机的要求将采得的温度数据传送给上位单片机ＡＴ８９Ｃ５１系统。上位机与各下位机之间采用主从式的异步串行通讯方式，即下位机接到上位机的通信信号时才做出响应，否则将一直处于睡眠状态。
限于篇幅，这里主要是设计下位机即ＰＩＣ１６Ｃ５４单片机与上位机即ＡＴ９８Ｃ５１单片机的通信程序，而ＡＴ９８Ｃ５１单片机与显示器件，打印机及通信程序是大家所熟知的，这里不作讨论。
下位机型号为ＰＩＣｌ６Ｃ５４，它体积小，功能强，功耗低。它没有专门的串行通讯口及相关的控制字和标志位，采用普通Ｉ／Ｏ口和特定的通信协议，实现了主从式的多机串行通讯，实际应用中取得良好效果。
鉴于上位机对下位机发送的命令只有２种：呼叫、发送温度测量数据。呼叫命令即是上位机欲与之通信的下位机的编号，而发送命令只要不与呼叫命令重复，即可以将下位机的地址编号，同样作为数据命令来发送。具体方法是，在单片机的程序中，设置一个标志寄存器ＦＬＡＧ，将它的某一位如第７位，即ＦＬＡＧ７作为控制位，先将其设为０。各下位机在接收到上位机命令之后，首先查看ＦＬＡＧ７为１还是为０，如果ＦＬＡＧ７为１，则转入温度测量程序和发送温度测量数据段；若为０则将接收到的命令与本机地址相比较，若不同，则返回睡眠状态，ＦＬＡＧ７仍为０；若相同这种情况说明：上位机此时确实发送的是呼叫命令则将ＦＬＡＧ７置：为１，表示已得知上位机要与自己通信，同时将本机地址传给上位机作为回应。当上位机再次发来命令时，即可实现一对一的通信，程序流程图如图４所示。
图４ 下位机与上位机的通信程序框图３结束语所设计的无线多点温度测量系统采用专用集成电路，电路结构简单，工作稳定可靠。设计中充分利用了各芯片的低功耗特性，有效地延长了电池的使用时间；无线数据传输方便灵活，在烟草、粮食等仓库中应用效果良好。
参考文献１ 黄智伟．无线数字温度传感器的设计Ｊ．传感器技术，2002，21（9）：31～33
２ 窦振中．ＰＩＣ系列单片机原理主程序设计M．北京航空航天大学出版社，2000
