基于C8051F020和Atmegal6 的无线温度测量系统设计

O 引言
目前，温度测量已被广泛应用于钢铁、冶金、工业焊接、波峰焊、回流焊等各个领域。这些应用的待测温度很高，测量环境非常恶劣。传统的有线测温装置，在这种测温环境下，或无法应用，或受到很多限制。这就要求研发无线的测温系统。这种系统要能够耐受恶劣的环境，还要具有高的测量精度和温度采集速度，并能在远距离由上位机接收。
根据上述工业生产的需要，本文研发出了一种无线测温系统。该系统使用K型热电偶作为感温原件，测温范围大，适用于波峰焊、回流焊等高温领域。而且本系统具有独立的温度补偿电路，从而解决了某些集成温度补偿芯片温度采集速度慢的问题，提高了温度测量的灵敏度。由于本系统是无线收发，使用CCl000作为无线通讯芯片，故可以在一定距离由上位机接收数据并实时监控。另外，本系统还有实时记录数据的功能，并可在无线通讯出现障碍时，把数据保存下来，而后等温度采集结束后，由上位机软件读出。

1 系统硬件设计
本系统采用SOC芯片C805lF020作为主控制芯片。这款单片机采用25MIPS 8051 CPU流水线指令结构，具备片内64 KB Flash程序存储器、256 KB+4 KB片内RAM及两个外部RAM扩展接口、5个16位定时器和JTAG非侵入式在系统调试等特性。C8051F020作为一个片上系统，具有丰富而强大的外设，其AD转换器具有12位，可以有效提高热电偶的输入采集精度。
另外，采用Atmegal6相配合的目的是为了提高系统的采集速度，进而提高温度测量的灵敏度。通过CCl000完成短距离无线通信。FLASH芯片可对温度数据进行存储，以在无线通信故障时读取。C8051F020通过CP2102的转换后，可用USB端口与上位机通信。本系统的硬件结构框图如图1所示。

1．1 以C8051F020为中心的系统控制模块
本模块包含C805lF020控制模块、FLASH存储模块、CP2102通信模块。当系统处于发送状态时，C805lF020用于对热电偶的输入模拟信号进行采集，并将采集信号经12位AD转换器转换为数字信号，然后由C805lF020对数据进行查表，再将其转换为温度数据，对数据进行处理、打包。最后将数据写入FLASH芯片，并通过串口发送给Atmegal6。
当系统处于等待状态时，它将与上位机通过IJSB接口进行通信。CP2102可完成串口与USB接口的转换。如果系统接到上位机的命令，要求读取数据，则C805lF020将从FLASH芯片将数据读出，然后通过串口发送出去，再经CP2102，由USB接口输入上位机。
1．2 以CCl000为中心的无线发射模块
无线发射模块包括CCl000、Atmegal6和天线。其中CCl000是根据Chipcon公司的SmartRF技术，在0．35μm CMOS工艺下制造的一种理想超高频单片收发通信芯片。CCl000的工作频带在315、433、868及915 MHz。而且很容易通过编程使其工作在300~1000 MHz范围内。AVR单片机Atmegal6可用于完成对CCl000的初始化，以及和CCl000的通信，同时也和主控芯片C805lF020保持通信。当系统处于发送状态时，Atmegal6接收到C8051F020发来的数据包后，便通过CC1000向外发送。
1. 3 以热电偶为中心的温度采集模块