基于C8051F020和Atmegal6 的無(wú)線(xiàn)溫度測量系統設計

O 引言
目前，溫度測量已被廣泛應用于鋼鐵、冶金、工業(yè)焊接、波峰焊、回流焊等各個(gè)領(lǐng)域。這些應用的待測溫度很高，測量環(huán)境非常惡劣。傳統的有線(xiàn)測溫裝置，在這種測溫環(huán)境下，或無(wú)法應用，或受到很多限制。這就要求研發(fā)無(wú)線(xiàn)的測溫系統。這種系統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，并能在遠距離由上位機接收。
根據上述工業(yè)生產(chǎn)的需要，本文研發(fā)出了一種無(wú)線(xiàn)測溫系統。該系統使用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。而且本系統具有獨立的溫度補償電路，從而解決了某些集成溫度補償芯片溫度采集速度慢的問(wèn)題，提高了溫度測量的靈敏度。由于本系統是無(wú)線(xiàn)收發(fā)，使用CCl000作為無(wú)線(xiàn)通訊芯片，故可以在一定距離由上位機接收數據并實(shí)時(shí)監控。另外，本系統還有實(shí)時(shí)記錄數據的功能，并可在無(wú)線(xiàn)通訊出現障礙時(shí)，把數據保存下來(lái)，而后等溫度采集結束后，由上位機軟件讀出。

1 系統硬件設計
本系統采用SOC芯片C805lF020作為主控制芯片。這款單片機采用25MIPS 8051 CPU流水線(xiàn)指令結構，具備片內64 KB Flash程序存儲器、256 KB+4 KB片內RAM及兩個(gè)外部RAM擴展接口、5個(gè)16位定時(shí)器和JTAG非侵入式在系統調試等特性。C8051F020作為一個(gè)片上系統，具有豐富而強大的外設，其AD轉換器具有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的采集速度，進(jìn)而提高溫度測量的靈敏度。通過(guò)CCl000完成短距離無(wú)線(xiàn)通信。FLASH芯片可對溫度數據進(jìn)行存儲，以在無(wú)線(xiàn)通信故障時(shí)讀取。C8051F020通過(guò)CP2102的轉換后，可用USB端口與上位機通信。本系統的硬件結構框圖如圖1所示。

1．1 以C8051F020為中心的系統控制模塊
本模塊包含C805lF020控制模塊、FLASH存儲模塊、CP2102通信模塊。當系統處于發(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轉換器轉換為數字信號，然后由C805lF020對數據進(jìn)行查表，再將其轉換為溫度數據，對數據進(jìn)行處理、打包。最后將數據寫(xiě)入FLASH芯片，并通過(guò)串口發(fā)送給Atmegal6。
當系統處于等待狀態(tài)時(shí)，它將與上位機通過(guò)IJSB接口進(jìn)行通信。CP2102可完成串口與USB接口的轉換。如果系統接到上位機的命令，要求讀取數據，則C805lF020將從FLASH芯片將數據讀出，然后通過(guò)串口發(fā)送出去，再經(jīng)CP2102，由USB接口輸入上位機。
1．2 以CCl000為中心的無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊
無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊包括CCl000、Atmegal6和天線(xiàn)。其中CCl000是根據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(guò)編程使其工作在300~1000 MHz范圍內。AVR單片機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。當系統處于發(fā)送狀態(tài)時(shí)，Atmegal6接收到C8051F020發(fā)來(lái)的數據包后，便通過(guò)CC1000向外發(fā)送。
1. 3 以熱電偶為中心的溫度采集模塊