基于無線技術的電纜接頭溫度監(jiān)測系統(tǒng)終端設計

　　電路設計

　　系統(tǒng)硬件結構圖如圖2所示。系統(tǒng)核心控制芯片采用時代民芯MXT8051，XT8051是以高速單指令周期8051為核的MCU。電路擁有豐富的外設，包括PWM、UART、WDT，Timer等，大容量存儲器，內(nèi)嵌32Kx8可在線編程FLASH，10位AD，8位DA，若干OP，3* LCD driver、POR以及可編程增益放大器(PGA)等模擬電路。電路集成片上調(diào)試系統(tǒng)，通過標準JTAG接口，快速診斷復雜SoC，該調(diào)試系統(tǒng)具有不占用任何硬件資源即可進行全速和單步運行、支持硬件斷點、軟件斷點、以及觀察內(nèi)部特殊功能寄存器、程序指針和內(nèi)部RAM等功能。上位機通過標準JTAG接口以及用戶定義指令執(zhí)行在線編程和在線調(diào)試。同時提供調(diào)試和編程軟件包，該CPU可輕松滿足系統(tǒng)控制要求。

　　nRF24L01芯片是挪威Nordic公司推出的2.4GHZ單片無線收發(fā)芯片，該芯片具有接收靈敏度高、外圍電路少、發(fā)射功率低、傳輸速率高、低功耗等優(yōu)點，它工作在2.4GHZ自由頻段，支持多點間通信，其最高傳輸速率達1Mb/s。它采用SoC方法設計，只需少量外圍元件便可組成射頻收發(fā)電路。nRF2401A沒有復雜的通信協(xié)議，它完全對用戶透明，同種產(chǎn)品之間可以自由通信。

　　算法及軟件實現(xiàn)

　　溫度監(jiān)測和電流監(jiān)測的實現(xiàn)

　　系統(tǒng)需監(jiān)測電流和溫度。溫度監(jiān)測使用了DS18B20芯片，這是一種單總線溫度傳感器。本系統(tǒng)共有6路溫度信號，需要6只溫度傳感器，它們掛在一條總線上。操作過程為：單片機預存這6個溫度傳感器的序列號，首先初始化總線上所有的溫度傳感器，尋找第一路溫度傳感器，發(fā)出溫度轉換命令，500ms后，再次匹配此溫度傳感器，匹配正確后，讀溫度暫存器的內(nèi)容，最后將溫度寄存器的內(nèi)容轉換成十進制數(shù)值存入單片機的緩沖區(qū)內(nèi)。

　　電流監(jiān)測采用CT實現(xiàn)，先用100比1的CT從電纜上得到一個交變電流，在二次回路側加入一只0.01Ω的采樣電阻，將電流值轉變成電壓值，此電壓值經(jīng)過運放LM358比例變換成單片機AD可采集的范圍，信號送入單片機。單片機采集到信號后，乘以比例變系數(shù)，并轉換成有效值后顯示。

　　系統(tǒng)功能的實現(xiàn)

　　系統(tǒng)功能實現(xiàn)如圖3所示。單片機首先進行端口的初始化，由于使用的單片機是雙向輸出，所以在使用以前要確定此端口是輸入還是輸出，是否使能上拉電阻等，尤其是對于SDA接口，在數(shù)據(jù)傳輸過程中，既做輸出又做輸入，因此單片機的輸入和輸出一定要設置正確。段式液晶是一種動態(tài)更新段式顯示設備，具有低功耗的特點。在使用之前，要設置段式液晶的段數(shù)，公共端口數(shù)，幀速率等，設置完成后，可在單片機寄存器中操作液晶的每一段。PWM和AD都是要經(jīng)過主時鐘分頻的，根據(jù)需要選擇合適的時鐘。使外部存儲器、溫度傳感器、無線模塊工作在就緒狀態(tài)，要設置操作地址、收發(fā)速率、錯誤校驗等。初始化完成后，系統(tǒng)讀取存儲器配置，以確定系統(tǒng)工作在哪種狀態(tài)，然后根據(jù)設置的狀態(tài)進行溫度轉換和電流采集。數(shù)據(jù)采集完成后，將測量數(shù)據(jù)放入單片機的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，然后用無線模塊把這些數(shù)據(jù)發(fā)送出去。最后，切換到下一通道測量數(shù)據(jù)，重復以上過程。

　　結語

　　實際運行結果表明，本方案提出的新型電纜接頭在線監(jiān)測終端采用了感應電源供電，無需外接電源，免維護，監(jiān)測終端與數(shù)據(jù)集中器之間采用近距離微功耗無線通信方式，有效傳輸數(shù)據(jù)的同時實現(xiàn)了高壓隔離，監(jiān)測終端硬件和軟件都采用了超低功耗設計，實現(xiàn)了溫度的精確測量，可以預見本產(chǎn)品將會有很好的市場前景。