作者：朱文超 劉艷輝 王芳 單位：廣東省臺山市氣象局 廣東省開平市氣象局

在本設(shè)計中共使用兩片單片機，分別來控制數(shù)據(jù)采集發(fā)射和數(shù)據(jù)接收顯示兩個設(shè)計部分。系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換單元用來采集轉(zhuǎn)換模擬溫度數(shù)據(jù)量；無線通信單元用來實現(xiàn)數(shù)字信號的無線遠距離傳輸；譯碼顯示單元進行適時的溫度數(shù)據(jù)顯示，并且，在顯示譯碼單元中附加溫度異常時的聲光報警系統(tǒng)［４－６］。溫室控制系統(tǒng)工作流程從設(shè)計的總體思路出發(fā)，要求設(shè)計能實現(xiàn)整個系統(tǒng)的各項功能。在這里有必要從整體上設(shè)計分析整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)是怎么實現(xiàn)從數(shù)據(jù)采集到無線傳輸，再到最終顯示數(shù)值的整個過程。系統(tǒng)工程流程如圖２所示。

溫室數(shù)據(jù)處理及功能實現(xiàn)

１數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換單元設(shè)計溫度數(shù)據(jù)的采集轉(zhuǎn)換是整個系統(tǒng)設(shè)計的最為核心任務(wù)之一。本單元設(shè)計的主要設(shè)計任務(wù)為：溫度數(shù)據(jù)采集傳感器選用及對所選傳感器前端處理電路的設(shè)計；多個溫度傳感器在測溫環(huán)境中合理布線的分布結(jié)構(gòu)的設(shè)計；采集數(shù)據(jù)的Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換單元的設(shè)計；數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換整個單元的軟件設(shè)計。

１．１溫度處理電路的設(shè)計如圖３所示電路的設(shè)計中雖然比一般的處理電路復(fù)雜一些，但是卻能很好的達到較寬測量范圍，能夠很好達到本系統(tǒng)的設(shè)計要求。圖３中ＡＤ５９０即為本系統(tǒng)使用的集成室溫溫度傳感器，電位器Ｒ２用于調(diào)整零點，Ｒ４用于調(diào)整運放ＬＦ３５５增益。調(diào)整方法如下：在０℃時調(diào)整Ｒ２，使輸出Ｖ０＝０，然后在１００℃時調(diào)整Ｒ４使Ｖ０＝１００。如此反復(fù)調(diào)整多次，直至在０℃時，Ｖ０＝０ｍＶ，１００℃時Ｖ０＝１００ｍＶ為止。最后在室溫下進行校驗。若要使圖３中的輸出為２００ｍＶ／℃，可以加大反饋電阻的阻值去達到要求。在測華氏溫度時要用熱力學(xué)溫度減去２５５．４再乘以９／５，故若要求輸出為１ｍＶ／Ｆ，則調(diào)整反饋電阻應(yīng)為１８０ｋΩ，使得溫度為０℃時，Ｖ０＝１７．８ｍＶ；溫度為１００℃時，Ｖ０＝１９７．８ｍＶ。

１．２溫度傳感器檢測分布方式本系統(tǒng)采用的是多點溫度檢測，其分布方式采用的是常用的梯形式多點檢測分布，如圖４所示。其特點是每一根引線始端串接有一個采樣電阻Ｒ，用于將ＡＤ５９０輸出電流信號轉(zhuǎn)換成電壓。把每一根引線沿梯形向下折彎，再與其下面引線的橫向段相交錯（不相交）。在每個交錯處接上相互反向的兩只ＡＤ５９０。這種結(jié)構(gòu)可以使引線上掛接的ＡＤ５９０數(shù)目提高將近一倍［７－９］。

２整個數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換單元硬件電路實現(xiàn)如圖５所示為發(fā)射端硬件電路，由于在本設(shè)計系統(tǒng)當中Ｃ５１單片機的Ｉ／Ｏ足夠滿足設(shè)計當中的各個管線的接口，所以沒有必要再進行Ｉ／Ｏ口擴展。數(shù)據(jù)采集和處理的實現(xiàn)過程如下：數(shù)據(jù)的采集主要對８個通道的模擬信號輪流采集一次，采用軟件延時法讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，并依次把轉(zhuǎn)換結(jié)果存入數(shù)組中。在本系統(tǒng)中Ｐ２．４、Ｐ２．５、Ｐ２．６分別接ＡＤＣ０８０９的Ａ、Ｂ、Ｃ口，通過設(shè)置Ｐ２．４、Ｐ２．５、Ｐ２．６的值就可以決定采集的通道，其對應(yīng)譯碼表如表１所示，首先對第一輸入通道的模擬信號進行Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換，將結(jié)果存入數(shù)組。然后通道數(shù)加１，然后單片機再向Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器發(fā)出采集指令，將第二路采集的溫度數(shù)據(jù)同樣存入數(shù)組，直至８路通道數(shù)據(jù)采集完畢。每采集完一個通道后，用軟件延時一段時間，以便后續(xù)處理。單片機不斷通過Ｐ１．４查詢標志狀態(tài)，其地址表見表１。

３數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換單元的軟件實現(xiàn)通過對硬件電路的完善，電路在硬件上基本上能夠?qū)崿F(xiàn)所需要的功能，但還必須從軟件上對整個發(fā)射數(shù)據(jù)采集端實現(xiàn)控制，在實際調(diào)試過程中采用Ｃ５１調(diào)試軟件，在這里通過軟件程序圖來說明系統(tǒng)軟件設(shè)計工作過程，其中數(shù)據(jù)采集Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換的程序流程如圖６所示。軟件流程具體工作實現(xiàn)過程設(shè)計如下：當溫度傳感器傳輸?shù)男盘柦?jīng)過處理電路處理后，傳輸?shù)剑粒慕涌谔幍男盘枮楸阌谛酒幚淼碾妷盒盘枺瑫r，數(shù)據(jù)處理開始，設(shè)置通道０的參數(shù)，對通道０的模擬信號進行數(shù)據(jù)模擬／數(shù)字轉(zhuǎn)換，將所轉(zhuǎn)換的數(shù)字數(shù)據(jù)存入預(yù)先設(shè)定的數(shù)組中，這時，通道０的地址加１，則進入通道１的數(shù)據(jù)采集，同樣進行Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換，存儲轉(zhuǎn)換過的數(shù)字信號，通道地址仍繼續(xù)加１進入下一個通道采集數(shù)據(jù)，直到所有的８路通道的數(shù)據(jù)都采集轉(zhuǎn)換完成，然后返回，等待下一輪的數(shù)據(jù)掃描采集［１０，１１］。

通信功能的實現(xiàn)

１無線通信硬件電路設(shè)計ＳＲＷＦ－１為ＲＦ收發(fā)芯片，ＩＳＭ頻段工作頻率，不需要申請頻點，載頻頻率為４２９～４３３ＭＨｚ，也可提供３１５／８６８／９１５ＭＨｚ等載頻，非常適用于無線數(shù)據(jù)傳輸，它可以直接和單片機的串口相連而不需要對數(shù)據(jù)進行曼徹斯特編碼，編程簡單，使用方便，在該設(shè)計的無線測溫系統(tǒng)中，只需要用單片機上的ＴＸＤ和ＲＸＤ通過串口和ＳＲＷＦ－１引腳上的ＲＸＤ和ＴＸＤ相連接，并且接上電源和地，其他的管腳引線可以懸空不接。便可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線收發(fā)，管腳接線方式如圖７所示。在本設(shè)計中，我們所選擇使用的為ＣＯＭ２連接方式，因此在使用調(diào)試的時候，ＣＯＭ２的兩個連接管腳應(yīng)進行懸空，這樣就能避免數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈蓙y。

２無線通信單元的軟件的實現(xiàn)按照圖２ＳＲＷＦ－１的無線發(fā)射模塊和無線接收模塊分別與發(fā)射端和接收端單片機對應(yīng)的管腳相連接，在這里我們把發(fā)射端的無線模塊稱為Ａ，把接收端的模塊稱為Ｂ。在發(fā)射端Ａ發(fā)送時，要先發(fā)送ＡＡ信號，在Ｂ收到信號后，回復(fù)ＢＢ信號，表示同意接收信號。在Ａ收到回復(fù)信號ＢＢ后，開始發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)塊在發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)束后馬上發(fā)送校驗和。Ｂ機接收數(shù)據(jù)并將接受的數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中，接受一個數(shù)據(jù)就計算一次校驗和，在接受完數(shù)據(jù)塊后，再接收Ａ機發(fā)來的校驗和，并與Ｂ機的校驗和比較。若兩者相等，則接收正確，Ｂ機回答００Ｈ；若不等，則接收錯誤，Ｂ機回答０ＦＦＨ［１，２］。Ａ機收到００Ｈ的回答后，結(jié)束發(fā)送。若收到的答復(fù)非零，即ＯＦＦＨ，則將數(shù)據(jù)重發(fā)一次。雙方約定的波特率若為１２００ｂｉｔ，則查表可知，在雙方的ｆＯＳＣ＝１１．０５９２ＭＨｚ情況下，Ｔ１工作在定時器方式２，ＴＨ１＝ＴＬ１＝０Ｅ８Ｈ，ＰＣＯＮ寄存器的ＳＭＯＤ位為０。

數(shù)據(jù)接收顯示功能

數(shù)據(jù)接收顯示功能硬件設(shè)計如圖８所示，組成了接收顯示單元的整體硬件電路圖。在本設(shè)計中，同樣設(shè)計了串口來對接收端的無線模塊進行連接控制；Ｐ２．２用來控制當溫度超過一定數(shù)值時，點亮報警電路中ＬＥＤ報警；Ｐ２．３～Ｐ２．７用來進行ＬＥＤ顯示單元位控，整個Ｐ０口用來輸送將要顯示的字符段。５１單片機的外接口電路如圖８所示。