基于無(wú)線(xiàn)技術(shù)的電纜接頭溫度監測系統終端設計

　　電路設計

　　系統硬件結構圖如圖2所示。系統核心控制芯片采用時(shí)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，內嵌32Kx8可在線(xiàn)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。電路集成片上調試系統，通過(guò)標準JTAG接口，快速診斷復雜SoC，該調試系統具有不占用任何硬件資源即可進(jìn)行全速和單步運行、支持硬件斷點(diǎn)、軟件斷點(diǎn)、以及觀(guān)察內部特殊功能寄存器、程序指針和內部RAM等功能。上位機通過(guò)標準JTAG接口以及用戶(hù)定義指令執行在線(xiàn)編程和在線(xiàn)調試。同時(shí)提供調試和編程軟件包，該CPU可輕松滿(mǎn)足系統控制要求。

　　nRF24L01芯片是挪威Nordic公司推出的2.4GHZ單片無(wú)線(xiàn)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(diǎn)，它工作在2.4GHZ自由頻段，支持多點(diǎn)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(méi)有復雜的通信協(xié)議，它完全對用戶(hù)透明，同種產(chǎn)品之間可以自由通信。

　　算法及軟件實(shí)現

　　溫度監測和電流監測的實(shí)現

　　系統需監測電流和溫度。溫度監測使用了DS18B20芯片，這是一種單總線(xiàn)溫度傳感器。本系統共有6路溫度信號，需要6只溫度傳感器，它們掛在一條總線(xiàn)上。操作過(guò)程為：?jiǎn)纹瑱C預存這6個(gè)溫度傳感器的序列號，首先初始化總線(xiàn)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，讀溫度暫存器的內容，最后將溫度寄存器的內容轉換成十進(jìn)制數值存入單片機的緩沖區內。

　　電流監測采用CT實(shí)現，先用100比1的CT從電纜上得到一個(gè)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(guò)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，并轉換成有效值后顯示。

　　系統功能的實(shí)現

　　系統功能實(shí)現如圖3所示。單片機首先進(jìn)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，在數據傳輸過(guò)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(dòng)態(tài)更新段式顯示設備，具有低功耗的特點(diǎn)。在使用之前，要設置段式液晶的段數，公共端口數，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(guò)主時(shí)鐘分頻的，根據需要選擇合適的時(shí)鐘。使外部存儲器、溫度傳感器、無(wú)線(xiàn)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，系統讀取存儲器配置，以確定系統工作在哪種狀態(tài)，然后根據設置的狀態(tài)進(jìn)行溫度轉換和電流采集。數據采集完成后，將測量數據放入單片機的數據緩沖區，然后用無(wú)線(xiàn)模塊把這些數據發(fā)送出去。最后，切換到下一通道測量數據，重復以上過(guò)程。

　　結語(yǔ)

　　實(shí)際運行結果表明，本方案提出的新型電纜接頭在線(xiàn)監測終端采用了感應電源供電，無(wú)需外接電源，免維護，監測終端與數據集中器之間采用近距離微功耗無(wú)線(xiàn)通信方式，有效傳輸數據的同時(shí)實(shí)現了高壓隔離，監測終端硬件和軟件都采用了超低功耗設計，實(shí)現了溫度的精確測量，可以預見(jiàn)本產(chǎn)品將會(huì )有很好的市場(chǎng)前景。