電池溫度智能監(jiān)測系統(tǒng)的是設(shè)計

圖4 溫度監(jiān)測節(jié)點硬件結(jié)構(gòu)

　　DS18B20 測溫電路如圖1 所示， 用熱傳導(dǎo)的粘合劑將DS18B20 粘附在蓄電池的表明， 管芯溫度與表面溫度之差大約在0. 2℃ 之內(nèi)。利用nRf2401 無線收發(fā)芯片實現(xiàn)無線傳輸， nRF2401 是一個單片集成接收、發(fā)射器的芯片，工作頻率范圍為全球開放的2. 4 GHz頻段。它內(nèi)置了先入先出堆棧區(qū)、地址解碼器、解調(diào)處理器、GFSK 濾波器、時鐘處理器、頻率合成器， 低噪聲放大器、功率放大器等功能模塊， 需要很少的外圍元件，使用起來非常方便。在本系統(tǒng)中nRf2401 通過P2 口與單片機進行通信， AT 89S51 的P2. 0 和P2. 1 口分別與nRF2401 的CLK1， DA TA 相連接。nRf2401 的CS是片選端， CE 是發(fā)送或接收控制端， PWR_U P 是電源控制端， 分別由單片機的P2. 3， P2. 4 和P2. 5 引腳控制。nRF2401 的DR1 為高時表明在接收緩沖區(qū)有數(shù)據(jù)， 接單片機的P2. 2。

　　由于nRF2401 的供電電壓范圍為1. 9~ 3. 6 V ， 而AT89S51 單片機的供電電壓是5 V，為了使芯片正常工作，需要進行電平轉(zhuǎn)換和分壓處理，設(shè)計采用MAXIM 公司的MAX884 芯片進行5 V 到3. 3 V 電平轉(zhuǎn)換，如圖5 所示。

圖5 5 V 到3. 3 V 轉(zhuǎn)換電路

　　2. 2 主控單元設(shè)計

　　主控單元和監(jiān)測節(jié)點組成無線網(wǎng)路，通過主控單元實現(xiàn)上位機和監(jiān)測單元的數(shù)據(jù)通信。主控單元的基本結(jié)構(gòu)和監(jiān)測單元類似，主要由單片機系統(tǒng)、無線收發(fā)模塊、顯示電路、串行通信電路及電源等組成。

　　串口是計算機上一種非常通用設(shè)備通信的協(xié)議，大多數(shù)計算機包含2 個基于RS 232 的串口，PC 的串行口是RS 232C 電平，而單片機的串行口是T TL 電平，兩者之間通過串口通信時，必須進行電平轉(zhuǎn)換，設(shè)計運用MAX232A 芯片完成單片機與PC 之間的數(shù)據(jù)傳輸，硬件連接電路如圖6 所示。

圖6 單片機與M AX232A 硬件連接電路

　　3 控制程序設(shè)計

　　系統(tǒng)控制程序主要由單總線測溫控制程序、無線收發(fā)控制程序和上位機監(jiān)測程序等組成。單總線測溫程序負(fù)責(zé)單總線設(shè)備初始化、采集電池溫度并傳送給nRF2401 模塊；無線收發(fā)控制程序主要功能是負(fù)責(zé)無線網(wǎng)絡(luò)的組建和數(shù)據(jù)信息的無線傳送；上位機監(jiān)測程序的主要功能是通過串口和主控單元進行數(shù)據(jù)通信，實時顯示并存儲數(shù)據(jù)信息。以監(jiān)測節(jié)點為例，圖7 是監(jiān)測單元的程序流程圖，監(jiān)測單元首先進行初始化，主要包括單片機系統(tǒng)的通信、中斷及定時的初始化等，然后采集單體電池的溫度信息、保存并用數(shù)碼管顯示，實時監(jiān)測主控單元的數(shù)據(jù)傳送命令，如果有就將電池的溫度數(shù)據(jù)通過無線模塊發(fā)送出去。

圖7 監(jiān)測節(jié)點程序流程

　　4 試驗結(jié)果

　　設(shè)計了試驗樣機，監(jiān)測節(jié)點試驗電路實物如圖8 所示，在室內(nèi)進行了溫度測試，采用4 個監(jiān)測節(jié)點，分別在距離主控單元4 m， 8 m， 12 m 的距離進行了試驗，試驗數(shù)據(jù)如表1 所示。

　　從表1 可以看出，溫度的測量精度可達± 0. 3℃ ，無線傳輸?shù)臏?zhǔn)確率較高，能夠滿足無線溫度監(jiān)測的需要。

圖8 監(jiān)測節(jié)點試驗電路

表1 測溫試驗數(shù)據(jù)

　　5 結(jié)語

　　本文針對蓄電池組中單體電池的溫度監(jiān)測問題，設(shè)計了基于DS18B20 數(shù)字溫度傳感器和無線收發(fā)芯片組成的遠程無線監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)由上位機、主控單元和多個監(jiān)測單節(jié)點組成，主控單元通過串口與上位機進行通信。與傳統(tǒng)的有線多點溫度測量系統(tǒng)相比，具有布設(shè)、擴展、維護及更新方便等特點，有一定工程實際應(yīng)用價值。