基于單片機的高壓開關柜觸頭溫度監測系統設計

1 系統工作原理及硬件設計

觸頭溫度監測系統框圖如圖1所示。

每個高壓開關柜有六個觸頭溫度需要監測，下位機為置于觸頭臂上的無線采集模塊，主要完成溫度數據的采集及無線發送。上位機為置于高壓開關柜外表面的無線接收模塊，主要完成對應開關柜內的溫度數據接收存儲、液晶顯示及上傳報警。上位機定時發送125 kHz低頻喚醒信號，下位機被喚醒后回傳433 M觸點溫度信息。

測溫模塊中的微控制器采用了TI公司的16位超低功耗單片機MSP430F1132，無線收發芯片采用了TI公司的極低功耗的單片收發芯片CC10 00。

下位機利用MSP430F1132內部10位AD轉化模塊與美信公司的MAX6613低功耗模擬溫度傳感器完成溫度采集和編碼;低頻喚醒部分由低頻喚醒信號接收芯片ATA5283構成，定時接收上位機發送的125 kHz的低頻喚醒信號，被喚醒后啟動CC1000射頻模塊完成一次溫度采集上傳，其余時間單片機進入休眠狀態，CC1000射頻模塊進入掉電模式。電源采用電流感應方式從電力線路上獲取能量，結合穩壓器件和超級電容實現穩定的電能輸出。

上位機的低頻喚醒部分由低頻喚醒信號發送芯片ATA5276構成，結合單片機定時發送125kHz的帶有地址信息的低頻喚醒信號，每次喚醒一個下位機，然后接收存儲它上傳的觸點溫度信息，采集完六個下位機的信息后等待PC輪詢時上傳。

1.1 上位機硬件設計

低頻喚醒信號發送電路如圖2所示，主要由ATA5276芯片和MSP430F1132單片機組成。

MSP430F1132是TI公司推出的一款的16位超低功耗單片機，集成了較多的片上外圍資源，包括一個16位的定時器、10位速率為200 kbps的AD轉化器、8K+256B的FLASH、256B的RAM，圖2中所示，MSP430F1132共有20個引腳，其中兩個八位并行數據接口P1(P1.0-P1.7)、P2(P2.0-P2.5)，這些數據接口同時有一些復用功能，如：P1.4-P1.7復用了下載程序的JTAG接口。

ATA5276是Atmel公司推出的一款用于發射低頻喚醒信號的低功耗芯片。通過外部單片機控制該芯片的一個“單線雙向”接口(DIO pin)就能將能量和數據通過天線線圈發射出去，頻率為125 kHz，ASK調制方式。圖2中DIO引腳與單片機的P2.2腳連接，當DIO引腳變為低電平時，低頻喚醒信號發送模塊發送125 kHz低頻喚醒信號，發送完成后，單片機的P2.1腳如果能捕獲到DIO引腳發出的負脈沖信號就可以確認發送成功，否則重新發送;當DIO引腳變為高電平時，不發送任何喚醒信號。

1.2 下位機硬件設計

低頻喚醒接收端電路如圖3所示，主要由ATA5283芯片和MSP430F1132單片機組成。

ATA5283是Atmel公司推出的一款適合于125 kHz低頻信號的低頻喚醒接收芯片，休眠電流為1μA，工作電流2μA，工作電壓2～3.6 V。數據速率可達4 kbps，ASK調制方式。ATA5283芯片的1腳接LC并聯諧振電路輸入125 kHz低頻信號，6腳N_DATA接單片機I/O口接收數據，7腳N_ WAKEUP接單片機TACLK口用于喚醒單片機。該芯片對125 kHz信號的接收靈敏度為1 mV，當LC電路感應出的峰值電壓大于1 mV時，ATA5283的7腳N_WAKEUP端被拉低，單片機被喚醒，開始采集其6腳NDATA端的輸出數據，采集完成后單片機輸出一個高電平信號給ATA5283的5腳使其復位，然后單片機進入休眠狀態，等待下次被喚醒。