作者：朱文超 劉艷輝 王芳 單位：廣東省臺(tái)山市氣象局 廣東省開平市氣象局

在本設(shè)計(jì)中共使用兩片單片機(jī)，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(gè)設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的無線遠(yuǎn)距離傳輸；譯碼顯示單元進(jìn)行適時(shí)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(shí)的聲光報(bào)警系統(tǒng)［４－６］。溫室控制系統(tǒng)工作流程從設(shè)計(jì)的總體思路出發(fā)，要求設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的各項(xiàng)功能。在這里有必要從整體上設(shè)計(jì)分析整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)是怎么實(shí)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(gè)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(shí)現(xiàn)

１數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換單元設(shè)計(jì)溫度數(shù)據(jù)的采集轉(zhuǎn)換是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最為核心任務(wù)之一。本單元設(shè)計(jì)的主要設(shè)計(jì)任務(wù)為：溫度數(shù)據(jù)采集傳感器選用及對(duì)所選傳感器前端處理電路的設(shè)計(jì)；多個(gè)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(jì)；采集數(shù)據(jù)的Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換單元的設(shè)計(jì)；數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換整個(gè)單元的軟件設(shè)計(jì)。

１．１溫度處理電路的設(shè)計(jì)如圖３所示電路的設(shè)計(jì)中雖然比一般的處理電路復(fù)雜一些，但是卻能很好的達(dá)到較寬測量范圍，能夠很好達(dá)到本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(diǎn)，Ｒ４用于調(diào)整運(yùn)放ＬＦ３５５增益。調(diào)整方法如下：在０℃時(shí)調(diào)整Ｒ２，使輸出Ｖ０＝０，然后在１００℃時(shí)調(diào)整Ｒ４使Ｖ０＝１００。如此反復(fù)調(diào)整多次，直至在０℃時(shí)，Ｖ０＝０ｍＶ，１００℃時(shí)Ｖ０＝１００ｍＶ為止。最后在室溫下進(jìn)行校驗(yàn)。若要使圖３中的輸出為２００ｍＶ／℃，可以加大反饋電阻的阻值去達(dá)到要求。在測華氏溫度時(shí)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(shí)，Ｖ０＝１７．８ｍＶ；溫度為１００℃時(shí)，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(diǎn)溫度檢測，其分布方式采用的是常用的梯形式多點(diǎn)檢測分布，如圖４所示。其特點(diǎn)是每一根引線始端串接有一個(gè)采樣電阻Ｒ，用于將ＡＤ５９０輸出電流信號(hào)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(cuò)（不相交）。在每個(gè)交錯(cuò)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(gè)數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換單元硬件電路實(shí)現(xiàn)如圖５所示為發(fā)射端硬件電路，由于在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)當(dāng)中Ｃ５１單片機(jī)的Ｉ／Ｏ足夠滿足設(shè)計(jì)當(dāng)中的各個(gè)管線的接口，所以沒有必要再進(jìn)行Ｉ／Ｏ口擴(kuò)展。數(shù)據(jù)采集和處理的實(shí)現(xiàn)過程如下：數(shù)據(jù)的采集主要對(duì)８個(gè)通道的模擬信號(hào)輪流采集一次，采用軟件延時(shí)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(duì)應(yīng)譯碼表如表１所示，首先對(duì)第一輸入通道的模擬信號(hào)進(jìn)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(jī)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(gè)通道后，用軟件延時(shí)一段時(shí)間，以便后續(xù)處理。單片機(jī)不斷通過Ｐ１．４查詢標(biāo)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(shí)現(xiàn)通過對(duì)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(duì)整個(gè)發(fā)射數(shù)據(jù)采集端實(shí)現(xiàn)控制，在實(shí)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(jì)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(shí)現(xiàn)過程設(shè)計(jì)如下：當(dāng)溫度傳感器傳輸?shù)男盘?hào)經(jīng)過處理電路處理后，傳輸?shù)剑粒慕涌谔幍男盘?hào)為便于芯片處理的電壓信號(hào)，同時(shí)，數(shù)據(jù)處理開始，設(shè)置通道０的參數(shù)，對(duì)通道０的模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)模擬／數(shù)字轉(zhuǎn)換，將所轉(zhuǎn)換的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存入預(yù)先設(shè)定的數(shù)組中，這時(shí)，通道０的地址加１，則進(jìn)入通道１的數(shù)據(jù)采集，同樣進(jìn)行Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換，存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換過的數(shù)字信號(hào)，通道地址仍繼續(xù)加１進(jìn)入下一個(gè)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(shí)現(xiàn)

１無線通信硬件電路設(shè)計(jì)ＳＲＷＦ－１為ＲＦ收發(fā)芯片，ＩＳＭ頻段工作頻率，不需要申請(qǐng)頻點(diǎn)，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(jī)的串口相連而不需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行曼徹斯特編碼，編程簡單，使用方便，在該設(shè)計(jì)的無線測溫系統(tǒng)中，只需要用單片機(jī)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(shí)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(jì)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(shí)候，ＣＯＭ２的兩個(gè)連接管腳應(yīng)進(jìn)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(shí)現(xiàn)按照?qǐng)D２ＳＲＷＦ－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(jī)對(duì)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(shí)，要先發(fā)送ＡＡ信號(hào)，在Ｂ收到信號(hào)后，回復(fù)ＢＢ信號(hào)，表示同意接收信號(hào)。在Ａ收到回復(fù)信號(hào)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(yàn)和。Ｂ機(jī)接收數(shù)據(jù)并將接受的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中，接受一個(gè)數(shù)據(jù)就計(jì)算一次校驗(yàn)和，在接受完數(shù)據(jù)塊后，再接收Ａ機(jī)發(fā)來的校驗(yàn)和，并與Ｂ機(jī)的校驗(yàn)和比較。若兩者相等，則接收正確，Ｂ機(jī)回答００Ｈ；若不等，則接收錯(cuò)誤，Ｂ機(jī)回答０ＦＦＨ［１，２］。Ａ機(jī)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(shí)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(jì)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(jì)中，同樣設(shè)計(jì)了串口來對(duì)接收端的無線模塊進(jìn)行連接控制；Ｐ２．２用來控制當(dāng)溫度超過一定數(shù)值時(shí)，點(diǎn)亮報(bào)警電路中ＬＥＤ報(bào)警；Ｐ２．３～Ｐ２．７用來進(jìn)行ＬＥＤ顯示單元位控，整個(gè)Ｐ０口用來輸送將要顯示的字符段。５１單片機(jī)的外接口電路如圖８所示。