Diseño de hardware y software del sistema inalámbrico de monitoreo de temperatura mediante microcomputadora de un solo chip

Para permitir que el sistema funcione de manera óptima, la selección de componentes de hardware del sistema será un tema muy importante.

(1) Selección del sensor de temperatura

    El sistema es monitorear la temperatura. La primera tarea es seleccionar el sensor de temperatura. La selección correcta del sensor de temperatura tiene un impacto significativo en el rendimiento y el precio del sistema. El rango de medición de temperatura, precisión, tiempo de respuesta, estabilidad, linealidad y sensibilidad del sensor de temperatura. Después de un análisis comparativo de varios factores, el sistema utiliza el sensor de temperatura DS18B20 producido por la compañía estadounidense de semiconductores DALLAS.

Las razones para elegir este sensor son:

① DS18B20 y el microprocesador solo necesitan una línea para lograr la comunicación bidireccional, lo que simplifica la dificultad de conexión;

②No se necesita ningún otro dispositivo de conversión AD, lo que reduce el costo y también reduce el costo de la placa del sistema de hardware;

RangeEl rango de voltaje disponible es grande: se pueden usar 3.0V a 5.5V, el consumo de energía del dispositivo es bajo;

Resolution Resolución de medición de alta temperatura, hasta 0,125 grados, fácil para un control preciso de la temperatura;

⑤ Admite prueba multipunto, se pueden conectar múltiples DS18B20 en paralelo en una línea para lograr la medición de temperatura multipunto.

(2) Selección del módulo inalámbrico

    Este sistema es un monitoreo multipunto, y su transmisión de datos es a través de la transmisión inalámbrica, por lo que el módulo de transmisión inalámbrica necesita soportar la transmisión de datos multipunto. Teniendo en cuenta los aspectos de estabilidad, velocidad de transmisión de datos, tasa de error, etc., este sistema selecciona el módulo de transmisión de datos inalámbrico NRF905. Las razones para elegir este módulo son:

Band La banda de frecuencia ISM abierta 433MHZ se usa sin licencia, sin aplicación adicional para bandas de frecuencia;

② Alta velocidad de transmisión, la velocidad de transmisión de datos más alta puede alcanzar 50 KB, para satisfacer las necesidades de monitoreo en tiempo real;

③ Tiene su propia función de corrección de errores CRC y tiene una fuerte capacidad anti-interferencia. El voltaje requerido es de solo 3.3V, y el consumo de energía es bajo;

Channels125 canales, admite comunicación multipunto para satisfacer las necesidades de monitoreo multipunto del sistema.

(3) Selección del chip de control principal

     ATmega16 es un microcontrolador CMOS de 8 bits de baja potencia basado en la arquitectura AVR RISC lanzada por ATMEL. ATmega16 tiene una velocidad de operación de 16MIPS a 16MHz, y tiene un multiplicador de hardware de dos ciclos, para que los diseñadores puedan equilibrar el consumo de energía y la velocidad de ejecución, y el gran programa no volátil y los recursos de memoria de datos pueden cumplir con el diseño del código del programa necesitar. Ricos recursos periféricos: 2 temporizadores / contadores de 8 bits con funciones independientes de preescalador y comparador; un temporizador / contador de 16 bits con preescalador independiente y funciones de comparación / captura; admite 4 salidas PWM, 8 canales ADC de 10 bits. Admite la interfaz TWI, la comunicación USART, la interfaz SPI de múltiples máquinas para satisfacer las necesidades de las funciones extendidas.

(4) Otros dispositivos periféricos

El chip de control USB PDUSBD12, el módulo de pantalla 1602, el zumbador de alarma, etc. se utilizan en la comunicación USB a PC.

2.1 Método de conexión del hardware del sistema

El hardware se compone principalmente de dos partes, la parte de adquisición y transmisión de temperatura y la parte de control de análisis de aceptación de datos.

1.1.1 Recolección y transmisión de temperatura

    Los principales dispositivos de conexión son el módulo de transmisión de datos inalámbrico NRF905, el módulo de adquisición del sensor de temperatura DS18B20, el módulo de visualización 1602, el módulo de alarma y el módulo de procesamiento de anomalías de temperatura. El chip de control principal M16 envía información de configuración al módulo inalámbrico a través del protocolo de bus SPI para inicializar su trabajo. La conexión entre el sensor de temperatura y M16 utiliza un protocolo de bus único para recopilar la temperatura. El chip de visualización 1602 muestra la temperatura recogida y utiliza un timbre como dispositivo de alarma. Cuando la temperatura es anormal, el microordenador de un solo chip controlará el dispositivo de calentamiento o el dispositivo de enfriamiento para tratar la anomalía.

1.1.2 Parte de control de análisis de recepción de datos

    Los principales dispositivos de conexión están compuestos por un módulo de transmisión de datos inalámbrico, un módulo de transmisión USB y una PC. . De manera similar, el chip de control principal M16 envía información de configuración al módulo inalámbrico a través del protocolo de bus SPI para inicializar su trabajo. Después de recibir la temperatura, los datos se envían a la PC a través del chip PDUSBD12 utilizando el protocolo USB, que se puede mostrar directamente en la interfaz VC. La PC puede analizar automáticamente si los datos son anormales. Cuando hay una anormalidad, la PC envía una señal de control para controlar de forma remota el equipo de calefacción o refrigeración para manejar la anomalía, y envía una señal de alarma al mismo tiempo, lo que puede minimizar el riesgo y realizar la automatización y la inteligencia.

1.2 Diseño del programa de software

    Debido a que el sistema está compuesto por dos módulos, el diseño del programa de software también se divide en la programación del módulo de adquisición y transmisión de temperatura y la programación del módulo de control de análisis de aceptación de datos.

1.2.1 Módulo de adquisición y transmisión de temperatura.

    Los programas principales que se diseñarán incluyen la configuración de registro interno de NRF905, el programa de adquisición de temperatura del sensor de temperatura, el programa del módulo de pantalla LCD y el programa del sistema de alarma.

1.2.2 Módulo de control de análisis de aceptación de datos

    La necesidad principal de diseñar el programa es la configuración del registro interno de NRF905, la escritura del controlador del módulo USB, el establecimiento del programa de la computadora host, debido al espacio limitado, el código fuente y el diagrama de flujo ya no se dan.