基于MSP430單片機的多路無線溫度檢測系統

摘要：設計了基于MSP430的多點無線溫度檢測系統。系統采用低功耗的MSP430F149單片機作為核心控制部件，硬件由無線通信模塊、溫度采集電路、顯示模塊和串口通信模塊組成，軟件采用模塊化的設計方法。測試表明，整個系統都是在超低功耗的要求下進行元件及運行方式的選擇，各個基站只需要3 V電池供電就能實現長時間運作，能很好地實現超低功耗，并且實現了測量溫度的實時性。
關鍵詞：MSP430單片機；NRF24L01；NTC熱敏電阻；超低功耗

0 引言
溫度在人類日常生活中扮演著極其重要的角色，同時在工農業生產過程中，溫度檢測具有十分重要的意義。現階段溫度檢測主要是有線定點溫度檢測，其溫度檢測原理為單片機利用溫度傳感器檢測溫度，并在數碼管或LCD上進行溫度顯示。同時由于系統沒有報警功能，故需要人為來判斷是否需要進行升溫或者降溫，這使系統的檢測喪失了實時性。另外，在某些環境惡劣的工業環境，以人工方式直接操作設置儀表測量溫度也不現實，因此采用無線方式進行溫度檢測尤為必要。
目前有些設計能夠實現無線溫度采集，但功耗過高是其最大的缺點。在實際溫度控制過程中既要求系統具有穩定性、實時性，又需要使系統功耗低及保證溫度的均勻性，因此設計一種低功耗的多點無線溫度檢測系統很有意義。本文提出一種采用低功耗單片機MSP430F149單片機實現的多點無線溫度測量系統，解決了上述問題。該系統能實現對溫度智能化的檢測，能夠同時進行多點溫度檢測，是可以實現遠程控制的無線溫度檢測系統。低功耗、實時性的無線溫度檢測是該設計的最大特點。

1 系統構成
系統分為下位機、上位機和PC機三部分。PC機是整個系統的最上層，負責對下位機的控制和管理，并對收集到的各個節點的數據進行存儲和處理。由于下位機無法直接與PC機通信，這就需要使用上位機作為中間媒介。上位機與下位機通過無線模塊通信,與PC機采用有線連接。
該設計采用MSP430F149單片機作為核心控制模塊，其最主要特點為低功耗。MSP430F149具有雙串口的特點，利用其中的一個串行口與PC機進行通訊時，兩者之間必須通過RS 232電平轉換芯片。單片機與無線發射模塊nRF24L01通訊時可通過通用I／O口模擬串口通訊。現場溫度數據的采集是利用NTC100熱敏電阻和MSP430F149單片機部帶有的12位A／D轉換器來實現的。這里不需要外加ADC，可以簡化電路，提高系統的穩定性。將按鍵作為輸入模塊，用來改變溫度報警的上下限。由于設計要求不需要太多內容的顯示，考慮到功耗及性價比，可以自制一個簡易段碼液晶用于顯示。下位機設計方案和系統整體構成框圖分別如圖1，圖2所示。

2 硬件設計
2．1 無線通信模塊設計
nRF24L01是一款新型單片射頻收發器件，工作于2．4～2．5 GHz ISM頻段。內置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調制器等功能模塊，并融合了增強型ShockBurSt技術，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。nRF24L01功耗低，有多種低功率工作模式(掉電模式和空閑模式)使節能設計更方便，圖3為它的應用電路。

從單片機控制的角度來看，只需要將圖3中左邊的6個控制和數據信號與單片機通用I／O口相連。