當今在我們的生活中處處都能見到無線通信，短距離通信的有紅外線、藍牙，遠距離通信的有手機，GPS等?？梢哉f，二十一世紀將會是無線應用飛速發(fā)展的時代。相對于藍牙，手機等無線通信的應用，無線溫度測量由于受被測量溫度太高或太低的影響，直接導致電子元器件無法工作的原因而使得其發(fā)展相對緩慢，但在常規(guī)的溫度測量應用中，例如糧食倉庫等的溫度測量，無線溫度測量還是能夠勝任的。

　　對于無線溫度測量而言，只需在所需要溫度測量的地方放置無線溫度測量模塊作為無線節(jié)點，在主機上就能顯示被測位置的溫度。當溫度測量出現(xiàn)故障時，只需對無線測量節(jié)點進行故障排查，這樣一來，也就能彌補了有線線路容易損壞，腐蝕，出現(xiàn)故障時又難以查找等缺陷，既增加了工作效率又降低了維護成本，本文研發(fā)出了一種無線測溫系統(tǒng)。該系統(tǒng)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(tǒng)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。

　　1 系統(tǒng)硬件設計

　　本系統(tǒng)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(tǒng)調試等特性。C8051F020作為一個片上系統(tǒng)，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。

　　另外，采用Atmegal6相配合的目的是為了提高系統(tǒng)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(shù)據(jù)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(tǒng)的硬件結構框圖如圖1所示。

　　1．1 以C8051F020為中心的系統(tǒng)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(tǒng)處于發(fā)送狀態(tài)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(jīng)12位AD轉換器轉換為數(shù)字信號，然后由C805lF020對數(shù)據(jù)進行查表，再將其轉換為溫度數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行處理、打包。將數(shù)據(jù)寫入FLASH芯片，并通過串口發(fā)送給Atmegal6。

　　當系統(tǒng)處于等待狀態(tài)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(tǒng)接到上位機的命令，要求讀取數(shù)據(jù)，則C805lF020將從FLASH芯片將數(shù)據(jù)讀出，然后通過串口發(fā)送出去，再經(jīng)CP2102，由USB接口輸入上位機。

　　1．2 以CCl000為中心的無線發(fā)射模塊

　　無線發(fā)射模塊包括CCl000、Atmegal6和天線。其中CCl000是根據(jù)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(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(tǒng)處于發(fā)送狀態(tài)時，Atmegal6接收到C8051F020發(fā)來的數(shù)據(jù)包后，便通過CC1000向外發(fā)送。

　　無線數(shù)據(jù)傳輸廣泛地運用在車輛監(jiān)控、遙控、遙測、小型無線網(wǎng)絡、無線抄表、門禁系統(tǒng)、小區(qū)傳呼、工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無線標簽、身份識別、非接觸RF智能卡、小型無線數(shù)據(jù)終端、安全防火系統(tǒng)、無線遙控系統(tǒng)、生物信號采集、水文氣象監(jiān)控、機器人控制、無線232數(shù)據(jù)通信、無線485/422數(shù)據(jù)通信、數(shù)字音頻、數(shù)字圖像傳輸?shù)阮I域中。

　　1. 3 以熱電偶為中心的溫度采集模塊

　　本模塊包括電壓式溫度傳感器TMP35和K型熱電偶。其中熱電偶的工作原理是根據(jù)熱端和冷端的溫度差而產(chǎn)生電勢差。由于實際測量時，冷端的溫度往往不是O℃，所以要對熱電偶進行溫度補償。熱電偶溫度補償公式如下：

E(t，0)=E(t，t0)+E(t0，0)

　　其中，E(t0，0)是實際測量的電動勢，t代表熱端溫度，t0代表冷端溫度，0代表O℃。在現(xiàn)場溫度測量中，由于熱電偶冷端溫度一般不為O℃，而是在一定范圍內變化著，因此測得的熱電勢為E(t，t0)。如果要測得真實的被測溫度所對應的熱電勢E(t，0)，就必須補償冷端不是0℃所需的補償電勢E(t0，0)，而且，該補償電勢隨冷端溫度變化的特性必須與熱電偶的熱電特性相一致，這樣才能獲得補償效果。

　　圖2所示是一個溫度補償電路的原理圖。圖中，溫度傳感器TMP35很好的完成了溫度補償工作，TMP35輸出的電壓先經(jīng)電阻分壓，再經(jīng)放大器放大，就是K型熱電偶對應的E(t0，O)。

　　2 系統(tǒng)軟件設計

　　發(fā)射板的軟件設計主要包括以C8051F020的主控制模塊程序和以Atmegal6為中心的無線發(fā)射模塊程序。主控程序模塊主要完成溫度采集、數(shù)據(jù)處理、向無線發(fā)射模塊發(fā)送數(shù)據(jù)以及測試溫度數(shù)據(jù)的保存、和上位機的通訊等。無線發(fā)射程序模塊主要負責對CC1000的初始化，在等待狀態(tài)時接收C805lF020的數(shù)據(jù)包，并通過CC1000發(fā)送。

　　2．1 主控制模塊程序設計

　　主控制模塊程序主要完成的功能是對熱電偶的輸入模擬信號進行采樣，然后進行查表，以將查表數(shù)據(jù)轉換成溫度數(shù)據(jù)并打包。當發(fā)送標志允許時，寫入FLASH保存，同時通過串口發(fā)送給Atmegal6。其系統(tǒng)軟件模塊流程圖如圖3所示。

　　本系統(tǒng)在上電復位后，應首先對C8051F020的各功能模塊進行初始化。包括串口0、串口1、AD轉換器、計數(shù)器TO、Tl、T2和中斷程序等。系統(tǒng)每50 ms通過12位AD轉換器對輸入信號進行采樣，并將采樣信號查表轉換成溫度數(shù)據(jù)。然后對數(shù)據(jù)加上幀頭，幀尾和校驗位。將幾幀數(shù)據(jù)打成一個數(shù)據(jù)包。

　　當發(fā)送標志允許時，C805lF020每50 ms將數(shù)據(jù)包寫入FLASH芯片AT45DB041D。同時將數(shù)據(jù)包通過串口發(fā)送給Atmegal6。

　　2．2 無線發(fā)射模塊程序設計

　　無線發(fā)射程序的主要功能是通過Atmegal6完成對CCl000的初始化，從C805lF020接收數(shù)據(jù)，并由CCl000發(fā)送出去。無線發(fā)射程序的流程如圖3 (b)所示。

　　在設計無線發(fā)射模塊的程序時，首先應通過Atmegal6完成端口初始化，以及TO和T1的初始化，同時還有串口初始化和中斷程序，并對CC1000進行初始化編程。然后，Atmegal6進入循環(huán)等待。當確認接收到數(shù)據(jù)時，先確認數(shù)據(jù)有效，然后喚醒CC1000并將數(shù)據(jù)包發(fā)送出去。

　　3 系統(tǒng)性能分析

　　本測溫系統(tǒng)的特點在于使用了雙CPU和獨立的溫度補償電路，其意義在于有效提高了溫度采集的速度，進而提高測量溫度變化的靈敏度。實際測試表明，本系統(tǒng)的測量為O．5％，溫度采集速度為50 ms。

　　本系統(tǒng)采用的獨立溫度補償電路是以電壓式溫度傳感器TMP35為溫度補償原件。熱電偶的輸入電動勢經(jīng)溫度補償之后，經(jīng)精密軌對軌運放OP747進一步放大，再輸入到C8051F020的AD轉換器。這樣可避免使用某些集成熱電偶溫度補償芯片所帶來的速度受限問題。

　　本系統(tǒng)采用C8051F020作為新一代的SOC芯片，具有豐富而強大的外設，它具有2個AD轉換器，其中ADO具有12位，故可有效保證溫度信號的采集。

　　而采用雙CPU結構C805lF020和Atmegal6，則可確保系統(tǒng)50 ms的采集時間。因為無線發(fā)射和寫FLASH往往要占用大多數(shù)時間，而采用雙CPU就可以將兩者分開，這樣就有效的保證了系統(tǒng)的速度和穩(wěn)定性。

　　采用FLASH芯片AT45DB041D則可在溫度采集時實時將數(shù)據(jù)寫入FLASH，以便在無線發(fā)射出現(xiàn)障礙時仍可有效保存數(shù)據(jù)。測試系統(tǒng)保存的數(shù)據(jù)可由上位機通過USB接口讀取。

　　4 結束語

　　傳統(tǒng)的溫度測量方式周期長、施工復雜，效率低，不便于管理，發(fā)生故障時，要耗費大量的人力物力排查和重新鋪設線纜。而在特定場合下檢測點分散、環(huán)境封閉或有高電壓、很多測溫方式根本無法實現(xiàn)測量工作，因而溫度的無線傳輸系統(tǒng)，采用先進傳感技術、無線通訊技術、自動化控制技術、數(shù)字識別技術、抗地磁干擾設計，可對多種惡劣環(huán)境條件下的溫度實現(xiàn)現(xiàn)場和遠程智能化在線檢測和預警。

　　與國內外目前的主流無線溫度測量系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)在測溫上達到了較高的水平。而在溫度采集速度上，由于使用了獨立的溫度補償電路，同時采用了雙CPU的系統(tǒng)結構，因而有效的提高了溫度測量的靈敏度和系統(tǒng)穩(wěn)定性。另外，由于使用了FLASH芯片，可以保存實時數(shù)據(jù)，也提高了系統(tǒng)的可靠性和實用性。