基于C8051F020和Atmegal6 的無線溫度測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

O 引言
目前，溫度測量已被廣泛應(yīng)用于鋼鐵、冶金、工業(yè)焊接、波峰焊、回流焊等各個(gè)領(lǐng)域。這些應(yīng)用的待測溫度很高，測量環(huán)境非常惡劣。傳統(tǒng)的有線測溫裝置，在這種測溫環(huán)境下，或無法應(yīng)用，或受到很多限制。這就要求研發(fā)無線的測溫系統(tǒng)。這種系統(tǒng)要能夠耐受惡劣的環(huán)境，還要具有高的測量精度和溫度采集速度，并能在遠(yuǎn)距離由上位機(jī)接收。
根據(jù)上述工業(yè)生產(chǎn)的需要，本文研發(fā)出了一種無線測溫系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用K型熱電偶作為感溫原件，測溫范圍大，適用于波峰焊、回流焊等高溫領(lǐng)域。而且本系統(tǒng)具有獨(dú)立的溫度補(bǔ)償電路，從而解決了某些集成溫度補(bǔ)償芯片溫度采集速度慢的問題，提高了溫度測量的靈敏度。由于本系統(tǒng)是無線收發(fā)，使用CCl000作為無線通訊芯片，故可以在一定距離由上位機(jī)接收數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)監(jiān)控。另外，本系統(tǒng)還有實(shí)時(shí)記錄數(shù)據(jù)的功能，并可在無線通訊出現(xiàn)障礙時(shí)，把數(shù)據(jù)保存下來，而后等溫度采集結(jié)束后，由上位機(jī)軟件讀出。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)采用SOC芯片C805lF020作為主控制芯片。這款單片機(jī)采用25MIPS 8051 CPU流水線指令結(jié)構(gòu)，具備片內(nèi)64 KB Flash程序存儲器、256 KB+4 KB片內(nèi)RAM及兩個(gè)外部RAM擴(kuò)展接口、5個(gè)16位定時(shí)器和JTAG非侵入式在系統(tǒng)調(diào)試等特性。C8051F020作為一個(gè)片上系統(tǒng)，具有豐富而強(qiáng)大的外設(shè)，其AD轉(zhuǎn)換器具有12位，可以有效提高熱電偶的輸入采集精度。
另外，采用Atmegal6相配合的目的是為了提高系統(tǒng)的采集速度，進(jìn)而提高溫度測量的靈敏度。通過CCl000完成短距離無線通信。FLASH芯片可對溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，以在無線通信故障時(shí)讀取。C8051F020通過CP2102的轉(zhuǎn)換后，可用USB端口與上位機(jī)通信。本系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

1．1 以C8051F020為中心的系統(tǒng)控制模塊
本模塊包含C805lF020控制模塊、FLASH存儲模塊、CP2102通信模塊。當(dāng)系統(tǒng)處于發(fā)送狀態(tài)時(shí)，C805lF020用于對熱電偶的輸入模擬信號進(jìn)行采集，并將采集信號經(jīng)12位AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后由C805lF020對數(shù)據(jù)進(jìn)行查表，再將其轉(zhuǎn)換為溫度數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、打包。最后將數(shù)據(jù)寫入FLASH芯片，并通過串口發(fā)送給Atmegal6。
當(dāng)系統(tǒng)處于等待狀態(tài)時(shí)，它將與上位機(jī)通過IJSB接口進(jìn)行通信。CP2102可完成串口與USB接口的轉(zhuǎn)換。如果系統(tǒng)接到上位機(jī)的命令，要求讀取數(shù)據(jù)，則C805lF020將從FLASH芯片將數(shù)據(jù)讀出，然后通過串口發(fā)送出去，再經(jīng)CP2102，由USB接口輸入上位機(jī)。
1．2 以CCl000為中心的無線發(fā)射模塊
無線發(fā)射模塊包括CCl000、Atmegal6和天線。其中CCl000是根據(jù)Chipcon公司的SmartRF技術(shù)，在0．35μm CMOS工藝下制造的一種理想超高頻單片收發(fā)通信芯片。CCl000的工作頻帶在315、433、868及915 MHz。而且很容易通過編程使其工作在300~1000 MHz范圍內(nèi)。AVR單片機(jī)Atmegal6可用于完成對CCl000的初始化，以及和CCl000的通信，同時(shí)也和主控芯片C805lF020保持通信。當(dāng)系統(tǒng)處于發(fā)送狀態(tài)時(shí)，Atmegal6接收到C8051F020發(fā)來的數(shù)據(jù)包后，便通過CC1000向外發(fā)送。
1. 3 以熱電偶為中心的溫度采集模塊