基于單片機(jī)的高壓開關(guān)柜觸頭溫度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

1 系統(tǒng)工作原理及硬件設(shè)計

觸頭溫度監(jiān)測系統(tǒng)框圖如圖1所示。

每個高壓開關(guān)柜有六個觸頭溫度需要監(jiān)測，下位機(jī)為置于觸頭臂上的無線采集模塊，主要完成溫度數(shù)據(jù)的采集及無線發(fā)送。上位機(jī)為置于高壓開關(guān)柜外表面的無線接收模塊，主要完成對應(yīng)開關(guān)柜內(nèi)的溫度數(shù)據(jù)接收存儲、液晶顯示及上傳報警。上位機(jī)定時發(fā)送125 kHz低頻喚醒信號，下位機(jī)被喚醒后回傳433 M觸點(diǎn)溫度信息。

測溫模塊中的微控制器采用了TI公司的16位超低功耗單片機(jī)MSP430F1132，無線收發(fā)芯片采用了TI公司的極低功耗的單片收發(fā)芯片CC10 00。

下位機(jī)利用MSP430F1132內(nèi)部10位AD轉(zhuǎn)化模塊與美信公司的MAX6613低功耗模擬溫度傳感器完成溫度采集和編碼;低頻喚醒部分由低頻喚醒信號接收芯片ATA5283構(gòu)成，定時接收上位機(jī)發(fā)送的125 kHz的低頻喚醒信號，被喚醒后啟動CC1000射頻模塊完成一次溫度采集上傳，其余時間單片機(jī)進(jìn)入休眠狀態(tài)，CC1000射頻模塊進(jìn)入掉電模式。電源采用電流感應(yīng)方式從電力線路上獲取能量，結(jié)合穩(wěn)壓器件和超級電容實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電能輸出。

上位機(jī)的低頻喚醒部分由低頻喚醒信號發(fā)送芯片ATA5276構(gòu)成，結(jié)合單片機(jī)定時發(fā)送125kHz的帶有地址信息的低頻喚醒信號，每次喚醒一個下位機(jī)，然后接收存儲它上傳的觸點(diǎn)溫度信息，采集完六個下位機(jī)的信息后等待PC輪詢時上傳。

1.1 上位機(jī)硬件設(shè)計

低頻喚醒信號發(fā)送電路如圖2所示，主要由ATA5276芯片和MSP430F1132單片機(jī)組成。

MSP430F1132是TI公司推出的一款的16位超低功耗單片機(jī)，集成了較多的片上外圍資源，包括一個16位的定時器、10位速率為200 kbps的AD轉(zhuǎn)化器、8K+256B的FLASH、256B的RAM，圖2中所示，MSP430F1132共有20個引腳，其中兩個八位并行數(shù)據(jù)接口P1(P1.0-P1.7)、P2(P2.0-P2.5)，這些數(shù)據(jù)接口同時有一些復(fù)用功能，如：P1.4-P1.7復(fù)用了下載程序的JTAG接口。

ATA5276是Atmel公司推出的一款用于發(fā)射低頻喚醒信號的低功耗芯片。通過外部單片機(jī)控制該芯片的一個“單線雙向”接口(DIO pin)就能將能量和數(shù)據(jù)通過天線線圈發(fā)射出去，頻率為125 kHz，ASK調(diào)制方式。圖2中DIO引腳與單片機(jī)的P2.2腳連接，當(dāng)DIO引腳變?yōu)榈碗娖綍r，低頻喚醒信號發(fā)送模塊發(fā)送125 kHz低頻喚醒信號，發(fā)送完成后，單片機(jī)的P2.1腳如果能捕獲到DIO引腳發(fā)出的負(fù)脈沖信號就可以確認(rèn)發(fā)送成功，否則重新發(fā)送;當(dāng)DIO引腳變?yōu)楦唠娖綍r，不發(fā)送任何喚醒信號。

1.2 下位機(jī)硬件設(shè)計

低頻喚醒接收端電路如圖3所示，主要由ATA5283芯片和MSP430F1132單片機(jī)組成。

ATA5283是Atmel公司推出的一款適合于125 kHz低頻信號的低頻喚醒接收芯片，休眠電流為1μA，工作電流2μA，工作電壓2～3.6 V。數(shù)據(jù)速率可達(dá)4 kbps，ASK調(diào)制方式。ATA5283芯片的1腳接LC并聯(lián)諧振電路輸入125 kHz低頻信號，6腳N_DATA接單片機(jī)I/O口接收數(shù)據(jù)，7腳N_ WAKEUP接單片機(jī)TACLK口用于喚醒單片機(jī)。該芯片對125 kHz信號的接收靈敏度為1 mV，當(dāng)LC電路感應(yīng)出的峰值電壓大于1 mV時，ATA5283的7腳N_WAKEUP端被拉低，單片機(jī)被喚醒，開始采集其6腳NDATA端的輸出數(shù)據(jù)，采集完成后單片機(jī)輸出一個高電平信號給ATA5283的5腳使其復(fù)位，然后單片機(jī)進(jìn)入休眠狀態(tài)，等待下次被喚醒。