Desain perangkat keras dan perangkat lunak sistem pemantauan suhu nirkabel menggunakan mikrokomputer chip tunggal

Untuk membuat sistem bekerja secara optimal, pemilihan komponen perangkat keras sistem akan menjadi masalah yang sangat penting.

(1) Pemilihan sensor suhu

    Sistem ini untuk pemantauan suhu. Tugas pertama adalah bagaimana memilih sensor suhu. Pemilihan sensor suhu yang tepat memiliki dampak signifikan pada kinerja dan harga sistem. Mengenai rentang pengukuran suhu, akurasi, waktu respons, stabilitas, linearitas, dan sensitivitas sensor suhu. Setelah analisis komparatif dari beberapa faktor, sistem ini memilih sensor suhu DS18B20 yang diproduksi oleh DALLAS Semiconductor Company di Amerika Serikat.

Alasan memilih sensor ini adalah:

① DS18B20 dan mikroprosesor hanya perlu satu jalur untuk mewujudkan komunikasi dua arah, menyederhanakan kesulitan koneksi;

② Tidak perlu untuk perangkat konversi AD lainnya, mengurangi biaya, dan juga mengurangi biaya papan perangkat keras;

③ Berbagai macam voltase yang tersedia: 3.0V hingga 5.5V dapat digunakan, konsumsi daya perangkat rendah;

Resolution Resolusi pengukuran suhu tinggi, hingga 0,125 derajat, yang sesuai untuk kontrol suhu yang tepat;

⑤Mendukung uji multi-titik, beberapa DS18B20 dapat dihubungkan secara paralel pada garis untuk mewujudkan pengukuran suhu multi-titik.

(2) Pemilihan modul nirkabel

    Sistem ini adalah pemantauan multi-point, dan transmisi datanya melalui transmisi nirkabel, sehingga modul transmisi nirkabel perlu mendukung transmisi data multi-point. Mempertimbangkan stabilitas, kecepatan transmisi data, tingkat kesalahan, dll., Sistem ini menggunakan modul transmisi data nirkabel NRF905. Alasan memilih modul ini adalah:

① 433 MHZ membuka penggunaan pita frekuensi ISM bebas lisensi, tidak perlu mengajukan permohonan pita frekuensi tambahan;

Rate Laju transmisi tinggi, laju transmisi data tertinggi dapat mencapai 50KB, memenuhi kebutuhan pemantauan waktu nyata;

③Dengan fungsi koreksi kesalahan CRC, kemampuan anti-interferensi yang kuat. Tegangan yang diperlukan hanya 3.3V, konsumsi daya yang rendah;

④ 125 saluran, mendukung komunikasi multi-titik, memenuhi kebutuhan pemantauan multi-titik sistem.

(3) Pemilihan chip kontrol utama

     ATmega16 adalah mikrokontroler CMOS 8-bit berdaya rendah berdasarkan kerangka kerja AVR RISC yang diperkenalkan oleh ATMEL. ATmega16 memiliki kecepatan komputasi 16MIPS pada 16MHz, dengan pengganda perangkat keras dua siklus, sehingga desainer dapat mencapai keseimbangan antara konsumsi daya dan kecepatan eksekusi, dan program non-volatile dan sumber daya memori data yang cukup besar untuk memenuhi desain kode program perlu. Sumber daya periferal yang melimpah: 2 timer / penghitung 8-bit dengan fungsi prescaler dan komparator independen; 1 timer / counter 16-bit dengan prescaler independen dan fungsi membandingkan / menangkap, mendukung 4 output PWM, 8 saluran 10-bit ADC. Mendukung antarmuka TWI, USART, antarmuka multi-mesin komunikasi SPI untuk memenuhi kebutuhan fungsi yang diperluas.

(4) Perangkat periferal lainnya

Chip kontrol USB PDUSBD12, modul display 1602, buzzer alarm, dll. Dalam komunikasi antara USB dan PC.

2.1 Metode koneksi perangkat keras sistem

Perangkat keras ini terutama terdiri dari dua bagian, bagian pengumpulan dan pengiriman suhu dan bagian penerima dan analisis data.

1.1.1 Akuisisi dan pengiriman suhu

    Perangkat penghubung utama adalah modul transmisi data nirkabel NRF905, modul akuisisi sensor suhu DS18B20, modul display 1602, modul alarm, dan modul pemrosesan ketidaknormalan suhu. Chip kontrol utama M16 mengirimkan informasi konfigurasi ke modul nirkabel melalui protokol bus SPI untuk menginisialisasi kerjanya. Koneksi antara sensor suhu dan M16 menggunakan protokol bus tunggal untuk mengumpulkan suhu. Tampilan chip 1602 menampilkan suhu yang terkumpul, dan pada saat yang sama menggunakan bel sebagai perangkat alarm.Ketika suhu tidak normal, komputer mikro chip tunggal akan mengontrol perangkat pemanas atau perangkat pendingin untuk menangani kelainan.

1.1.2 Bagian kontrol analisis penerimaan data

    Perangkat penghubung utama terdiri dari modul transmisi data nirkabel, modul transmisi USB, dan PC. . Demikian pula, chip kontrol utama M16 mengirimkan informasi konfigurasi ke modul nirkabel melalui protokol bus SPI untuk menginisialisasi kerjanya. Setelah menerima suhu, data dikirim ke PC melalui chip PDUSBD12 menggunakan protokol USB, dan dapat langsung ditampilkan pada antarmuka VC. PC dapat secara otomatis menganalisis apakah data tersebut abnormal. Ketika ada kelainan, PC mengirimkan sinyal kontrol untuk mengontrol jarak jauh peralatan pemanas atau pendingin untuk mengatasi kelainan, dan pada saat yang sama mengirimkan sinyal alarm, yang dapat meminimalkan bahaya dan mewujudkan otomatisasi dan kecerdasan.

1.2 Desain program perangkat lunak

    Karena sistem ini terdiri dari dua modul, desain program perangkat lunak juga dibagi menjadi desain program akuisisi suhu dan modul transmisi dan desain modul kontrol analisis penerimaan data.

1.2.1 Modul perolehan dan pengiriman suhu

    Program utama yang perlu dirancang adalah konfigurasi register internal NRF905, program akuisisi suhu sensor suhu, program modul LCD, dan program sistem alarm.

1.2.2 Modul kontrol analisis penerimaan data

    Program utama yang perlu dirancang adalah konfigurasi register internal NRF905, penulisan driver modul USB, dan pembentukan program komputer atas.Karena ruang yang terbatas, kode sumber dan diagram alir tidak diberikan.