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基于CC430F5137的无线温度采集报警系统
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2017-10-27
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随着科技的不断进步，现代化生产对温度采集的实时性、高效率和低耗能的要求不断提高，而且许多测量温度的现场环境非常恶劣，使操作人员难以到达现场测量。对此，需要一种能够自动采集、处理并能够无线传送数据的温度采集系统。同时，为了节省使用成本以及维护，此系统还需要具备长期稳定工作的性能。因此，开发一种低功耗并且能够无线传输数据的温度采集系统，能够弥补目前温度采集领域的缺陷。
参考文献设计的温度采集系统虽然具有低功耗性能，但是都必须用线路连接才能进行通信，这大大限制了应用场合，使其应用具有一定的局限性。参考文献设计的温度采集系统利用的ZigBee无线通信技术作为通信工具，但是其必须利用单独的外接ZigBee模块才能完成通信功能，所以制作成本较高。针对以上缺点，本系统采用的CC430F5137芯片不但具有MSP430系列的低功耗性能，而且具有RF无线收发器的功能。这两种性能充分满足了低功耗和无线通信的要求，使得系统的成本降低，达到了目前应用的要求。
1 装置整体运行原理
1.1 装置运行原理
无线温度采集报警系统主要由两部分组成，一部分是温度采集模块，另一部分是中央控制模块。中央控制模块包括键盘及显示模块和报警模块。系统整体框图如图1所示。系统工作时，首先由各个温度采集模块中的温度传感器完成对温度的采集任务，然后CC430F5137单片机通过I/O口得到温度参数，最后将采集的温度信息通过CC430F5137内部集成的RF无线收发器传输给主控制器系统。主控制系统对各个站点采集来的温度数据进行系统的分析，并将结果利用数码管进行显示。当温度超过上限值或下限值的时候，则触发报警装置，通过驱动一个蜂鸣器和报警灯来实现。报警温度的上下限值可以通过键盘输入模块进行设置。主控制台有两组数码管，一组数码管显示温度采集模块的序号，可以通过键盘来选择要显示的温度采集模块的序号，另一组则显示温度值。
2 系统硬件设计
温度采集报警系统的硬件设计包括温度采集模块设计和中央控制器设计。
2.1 温度采集模块设计
2.1.1 CC430F5137器件介绍
CC430F5137是TI MSP430F5xx MCU与低功耗RF收发器相结合的产品，可实现极低的电流消耗，从而使采用电池供电的无线网络应用无需维修即可工作长达10年以上。此外，微型封装所包含的高级功能还可为创新型RF传感器网络提供核心动力，以向中央采集点报告数据。CC430 F5137为16位超低功耗MCU，具有16 KB闪存、2KB RAM、CC1101无线电、AES-128和USCI，供电电压为1.8～3.6 V，正常工作模式消耗电流为160μA/MHz，低功耗模式3消耗电流为2.0μA。
2.1.2 CC430F5137的RF无线收发模块电路设计
CC430F5137内部集成了CC1101无线电收发器，RF频率为432.999817MHz，信道间隔为199.951172kHz，数据传输速率为38.383484kbps。在本系统设计中，可以设置无线发送功率。根据发射距离的远近去设置功率的大小，可以使功耗达到最低，实现低功耗。其电路图如图2所示，CC430F5137的供电电源为两节7号电池，电压为+3V，外接晶振为26MHz，RF_N和RF_P为RF无线电发射引脚，两引脚外接天线，其功率可以达到-30dBm，传输距离可以达到100m左右。
参考文献设计的温度采集系统虽然具有低功耗性能，但是都必须用线路连接才能进行通信，这大大限制了应用场合，使其应用具有一定的局限性。参考文献设计的温度采集系统利用的ZigBee无线通信技术作为通信工具，但是其必须利用单独的外接ZigBee模块才能完成通信功能，所以制作成本较高。针对以上缺点，本系统采用的CC430F5137芯片不但具有MSP430系列的低功耗性能，而且具有RF无线收发器的功能。这两种性能充分满足了低功耗和无线通信的要求，使得系统的成本降低，达到了目前应用的要求。
1 装置整体运行原理
1.1 装置运行原理
无线温度采集报警系统主要由两部分组成，一部分是温度采集模块，另一部分是中央控制模块。中央控制模块包括键盘及显示模块和报警模块。系统整体框图如图1所示。系统工作时，首先由各个温度采集模块中的温度传感器完成对温度的采集任务，然后CC430F5137单片机通过I/O口得到温度参数，最后将采集的温度信息通过CC430F5137内部集成的RF无线收发器传输给主控制器系统。主控制系统对各个站点采集来的温度数据进行系统的分析，并将结果利用数码管进行显示。当温度超过上限值或下限值的时候，则触发报警装置，通过驱动一个蜂鸣器和报警灯来实现。报警温度的上下限值可以通过键盘输入模块进行设置。主控制台有两组数码管，一组数码管显示温度采集模块的序号，可以通过键盘来选择要显示的温度采集模块的序号，另一组则显示温度值。
2 系统硬件设计
温度采集报警系统的硬件设计包括温度采集模块设计和中央控制器设计。
2.1 温度采集模块设计
2.1.1 CC430F5137器件介绍
CC430F5137是TI MSP430F5xx MCU与低功耗RF收发器相结合的产品，可实现极低的电流消耗，从而使采用电池供电的无线网络应用无需维修即可工作长达10年以上。此外，微型封装所包含的高级功能还可为创新型RF传感器网络提供核心动力，以向中央采集点报告数据。CC430 F5137为16位超低功耗MCU，具有16 KB闪存、2KB RAM、CC1101无线电、AES-128和USCI，供电电压为1.8～3.6 V，正常工作模式消耗电流为160μA/MHz，低功耗模式3消耗电流为2.0μA。
2.1.2 CC430F5137的RF无线收发模块电路设计
CC430F5137内部集成了CC1101无线电收发器，RF频率为432.999817MHz，信道间隔为199.951172kHz，数据传输速率为38.383484kbps。在本系统设计中，可以设置无线发送功率。根据发射距离的远近去设置功率的大小，可以使功耗达到最低，实现低功耗。其电路图如图2所示，CC430F5137的供电电源为两节7号电池，电压为+3V，外接晶振为26MHz，RF_N和RF_P为RF无线电发射引脚，两引脚外接天线，其功率可以达到-30dBm，传输距离可以达到100m左右。
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