基于nRF905的烘炉温度无线检测系统设计

嵌入式与SOC

文章编号:1008-0570(2011)02-0126-02

《微计算机信息》2011年第27卷第2期

基于nRF905的烘炉温度无线检测系统设计

DesignofWirelessTemperatureMeasurementSystemofBakersBasedonnRF905

(1.衢州学院信电系;2.浙江工程设计有限公司电仪室;3.浙江工业大学智能信息系统研究所)

王海伦

1

蔡志宏

2

余世明

3

WANGHai-lunCAIZhi-hongYUShi-ming

摘要:提出了一种检测烘炉温度的无线数字检测系统。该系统将无线收发模块nRF905与单片机系统相结合,实现无线温度

检测。系统中采用了高精度热电偶数字转换器芯片MAX6675,使系统的硬件结构大为简化,测温精度得到了提高。实践表明:该系统适合在复杂的工业现场使用。关键词:无线传输;单片机;烘炉温度测量

中图分类号:TP212.9;TP274.5文献标识码:B

技术创新

Abstract:Awirelessdigitaltemperaturedetectionsystemisintroduced.ThesystemcombineswirelesstransceivermodulenRF905andasinglechipcontrollertomakewirelesstemperaturedetectionpossible.Inthissystem,highprecisionthermocoupledigitalcon-verterchipMAX6675isadopted,Byusingthischip,thehardwarestructureofthesystemwassimplified,andtheprecisionofthetemperaturemeasurementwasimproved.Thepracticeshowsthatthesystemisveryadequateforindustrialconstructionsite.Keywords:wirelesstransmission;singlechipcontroller;temperaturemeasurementofbakers

1引言

目前烘炉热加工已经广泛应用于加工汽车零部件、家电产

印刷线路板、油气及喷漆等许多行业。烘干的质量与品的外壳、

炉内温度分布及工件的感温过程有直接关系,而工件的形状也会影响炉内温度的分布,因此,要实时地测量炉内温度分布,最终设计出最佳的烘干方式。相比有线技术,无线技术具有节约成本、实现方便、抗干扰能力强和安全可靠等优点。本文设计的烘炉温度无线检测检测系统能实现多点实时连续测量的要求,为研究烘炉内部温度分布及工件的感温过程提供了可靠数据。

2系统框架及硬件电路

系统主要分为发射和接收两部分,如图1所示。发射系统被置于烘炉内部,其是以AT89C51单片机为核心的数据采集系统。通过热电偶传感器采集温度数据,经过A/D转换输入到计算机。

器—冷端补偿—信号非线性处理—A/D转换器”模式,这种方法精度低,速度慢,可靠性差,而且结构过于复杂不便于生产应用。本系统采用了高精度的热电偶数字转换器芯片MAX6675,MAX6675是一个专门的热电偶数字转换器芯片,温度分辨率为0.125℃。它内置一个12位A/D转换器,两个放大器,冷端补偿电路以及参考电平发生器。来自K型热电偶的热电势与引脚T+、T-连接,信号经两级放大器放大和滤波处理后,成为与芯片内的A/D转换器相匹配的电平信号。另外,热电偶的输出热电势只与工作端(通常称为热端)和参考端(通常称为冷端)的温差有关,当冷端(即MAX6675所在的环境)温度变化时,MAX6675通过内置电路来实现冷端补偿。

2.2无线收发模块

无线收发模块采用单片射频收发器nRF905,nRF905是Nordic公司推出的芯片,工作电压为1.9~3.6V,工作于433/868/915MHz三个ISM频段。nRF905可以自动产生字头及CRC校验码,由片内硬件自动完成曼彻斯特编码/解码,使用SPI接口与微控制器通信,配置非常方便,其功耗非常低,以-10dBm的输出功率发射时电流只有11mA,在接收模式时电流为12.5mA。nRF905有两种工作模式和两种节能模式。两种工作模式分别是ShockBurstTM接收模式和ShockBurstTM发送模式,两种节能模式分别是关机模式和空闲模式。nRF905的ShockBurstTM收发模式有利于节约存储器和微控制器资源,同时也减小了编写程序的时间。天线采用环形天线,把天线布在PCB板上,可减小系统的体积。

nRF905与单片机的连接如图2所示,射频发送数据时,单片机先把nRF905置于待机模式(PWR_UP引脚为高,TRX_CE引脚为低),然后通过SPI总线把发送地址和待发送数据都写入相应寄存器,之后把nRF905置于发送模式(PWR_UP、TRX_CE和TX_EN全置高),数据就会自动通过天线发送出去;接收数据时,单片机把nRF905的TRX_CE引脚置为高电平,TX_EN引脚拉为低电平后,就开始接收数据。

现场总线技术应用200例》

图1系统结构框图

在数据采集系统中,另一个重要的组成部件是无线发射模块,其以nRF905芯片为核心,与单片机相连,可实时发射检测信号。接收部分则主要是进行信号处理,将nRF905与以RS-232标准。

接口芯片MAX232为主的接口模块相连,即可组成无线接收模块,然后与PC机相连进行信号的接收处理、报警与显示。

2.1传感器模块

一般常用的热电偶测温方法为“传感器—滤波器—放大

王海伦:讲师硕士

--/年：

嵌入式与SOC

工作前,必须由MCU根据需要写好配置寄存器。发送数据时,先通过MCU把nRF905置于待机模式(PWR_UP置为高、TRX_CE置为低),然后通过SPI总线把发送地址和待发送的数据都写入相应的寄存器中,之后把nRF905置于发送模式(PWR_UP、TRX_CE和TX_EN全部置高),配置成功后数据就会自动发送出去。若射频配置寄存器中的自动重发位(AUTO_RE－TRAN)设为有效,数据包就会被重复发出,直到MCU拉低TRX_CE退出发送模式为止。

3.3上位机通讯设计

上位机采用便于用户接口界面设计的VisualBasic6.0进行编写。串口通信控件为MSComm,串口通信中每接收或发送一个字符就产生一个事件,事件驱动方法是利用MSComm控件的OnComm事件捕获并处理通信事件。

2.3数据采集系统硬件电路设计

数据采集系统硬件原理图如图2所示。采用AT89C51单片机作为采集系统的中央控制器,它有较好的兼容性。由于烘炉内工作温度较高(一般为0~500℃),所以传感器采用K型热电偶。K型热电偶作为一种主要的测温元件,具有结构简单、制造容易、使用方便、测温范围宽和测温精度高等特点。但将其应用于基于单

冷端补偿和数字化输出等片机的数据检测系统中,存在非线性、

问题。我们选用了Maxim公司的MAX6675芯片,解决上述问题。它是一个集成了热电偶放大器、冷端补偿、A/D转换器及SPI串口的热电偶放大器和数字转换器。本系统共设有四路热电偶传感器分别探测不同测试点的温度,求取平均值起到滤波作用。每路热电偶单独连接一个MAX6675芯片,通过译码器译码处理来选择要测量的热电偶通道。在工作时K型热电偶将温度信号转换成电压信号,再通过MAX6675热电偶数字转换器将电压信号转换成数字信号传送给单片机,经单片机进行简单处理后,使nRF905的TRX_CE与TX_EN为1,向外发送数据。而接收端接收信号后再传送给上位机进行信号分析、处理和显示。

4结束语

本文从硬件和软件两方面介绍了烘炉温度检测系统中无

线通信数据采集系统的设计,电路具有结构简单、测温精度高、抗干扰能力强等优点。该系统能及时准确的对炉内的温度进行采集,有利于制定最佳烘干路线,提高烘炉热加工产品的质量和生产效率,同时,也为快速查找烘炉故障提供了便利的条件。

本文的创新点在于利用nRF905作为无线收发模块,利用MAX6675多功能的数字转换器和K型热电偶组成温度数据采集系统,简化了电路设计,提高了抗干扰能力。

作者对本文版权全权负责,无抄袭。参考文献

[1]荚庆,王代华,张志杰.基于nRF905的无线数据传输系统[J].国外电子元器件.2008,(1):29-31.

[2]王萍,陈长青,龚睿等.基于nRF905的无线串口通信系统[J].微计算机信息.2007(32):281-282.

[3]吕跃刚,高晟辅,范俊峰等:基于nRF905无线数传模块的设计及其实现[J].微计算机信息.2006(35):281-282.

[4]顾娟娟,李建清,邹留华.基于nRF905的无线数据通信系统的设计[J].电子器件.2008,(2):529-532

[5]SingleChip433/868/915MHz.TransceivernRF905datasheet[S].[6]NordicVLSIASAnRF905Product[S].NorwayNordicVLSIASA2005.

[7]李弓祥,李胜利.射频芯片nRF905在烟气脱硫系统中的应用[J].化工自动化及仪表.2006,33(5):67~69

作者简介:王海伦(1979-),女(汉族),黑龙江省哈尔滨市人,讲师,硕士,主要研究方向是工业电气自动化。

Biography:WANGHai-Lun,(1979-),female,(Hannationality),aLecturer,Researchareaisindustrialandelectricautomatization.(324000浙江衢州衢州学院信电系)王海伦

(310002浙江杭州浙江工程设计有限公司电仪室)蔡志宏

(310014浙江杭州浙江工业大学智能信息系统研究所)余世明(Dept.ofElectronicInformation,QuzhouCollege,QuzhouZhejiang324000,China)WANGHai-lun

(ZhejiangEngineeringDesignCo.Ltd,HangzhouZhejiang310002,China)CAIZhi-hong

(CollegeofInformationEngineering,ZhejiangUniversityofTechnology,HanzhouZhejiang310014,China)YUShi-ming通讯地址:(324000浙江省衢州市九华北大道78号衢州学院信电系)王海伦

(收稿日期:2010.07.19)(修稿日期:2010.10.19)

图2数据采集系统硬件原理图

技术创新

3系统软件设计

该系统的测量软件设计采用模块化设计方法。程序主要由温度测量模块和无线通信模块组成。

3.1测量模块软件设计

图3(a)给出了温度测量模块的总流程图。系统上电后,主程序首先进行系统初始化,然后通

图3主程序胡流程图

过相应的功能键设定测温周期,设定系统时间等。设置完成后,按下开始测量键,进入温度测量子程序,测量到的16位温度数据,按高8位在先,低8位在后的顺序分别由MAX6675进行A/D转换,转换后的数据由单片机进行温度计算、显示及按传感器的测量通道进行数据保存,以便在测温结束后,发送给PC机进行数据分析和处理。

3.2无线通信模块软件设计

在nRF905正常nRF905发送数据的流程图如图3(b)所示。PLC技术应用200例》

邮局订阅号：/年-127-

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ouf1.html