基于C8051F020和Atmegal6 的無線溫度測量系統設計

O 引言
目前，溫度測量已被廣泛應用于鋼鐵、冶金、工業焊接、波峰焊、回流焊等各個領域。這些應用的待測溫度很高，測量環境非常惡劣。傳統的有線測溫裝置，在這種測溫環境下，或無法應用，或受到很多限制。這就要求研發無線的測溫系統。這種系統要能夠耐受惡劣的環境，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。
根據上述工業生產的需要，本文研發出了一種無線測溫系統。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題，提高了溫度測量的靈敏度。由于本系統是無線收發，使用CCl000作為無線通訊芯片，故可以在一定距離由上位機接收數據并實時監控。另外，本系統還有實時記錄數據的功能，并可在無線通訊出現障礙時，把數據保存下來，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及兩個外部RAM擴展接口、5個16位定時器和JTAG非侵入式在系統調試等特性。C8051F020作為一個片上系統，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，進而提高溫度測量的靈敏度。通過CCl000完成短距離無線通信。FLASH芯片可對溫度數據進行存儲，以在無線通信故障時讀取。C8051F020通過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。當系統處于發送狀態時，C805lF020用于對熱電偶的輸入模擬信號進行采集，并將采集信號經12位AD轉換器轉換為數字信號，然后由C805lF020對數據進行查表，再將其轉換為溫度數據，對數據進行處理、打包。最后將數據寫入FLASH芯片，并通過串口發送給Atmegal6。
當系統處于等待狀態時，它將與上位機通過IJSB接口進行通信。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，然后通過串口發送出去，再經CP2102，由USB接口輸入上位機。
1．2 以CCl000為中心的無線發射模塊
無線發射模塊包括CCl000、Atmegal6和天線。其中CCl000是根據Chipcon公司的SmartRF技術，在0．35μm CMOS工藝下制造的一種理想超高頻單片收發通信芯片。CCl000的工作頻帶在315、433、868及915 MHz。而且很容易通過編程使其工作在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，同時也和主控芯片C805lF020保持通信。當系統處于發送狀態時，Atmegal6接收到C8051F020發來的數據包后，便通過CC1000向外發送。
1. 3 以熱電偶為中心的溫度采集模塊