基于PIC24系列单片机的远程无线测温装置的研制

研究与开发基于PIC24系列单片机的远程无线测温装置的研制康凯大庆油田有限责任公司矿区服务事业部，黑龙江大庆163453摘要本文以PIC24系列单片机为核心，采用美国DALLAS公司的数字式温度传感器DS18B20，通信设备用西门子公司的MC388通信模块，设计了一种基于PIC24系列单片机的远程无线测温装置。文中介绍了PIC单片机和温度传感器DS18B20，MC388通信模块以及上位机和无线设备通信，并且提出了测温设备系统的硬件电路和软件程序设计的方案，实现了对室内温度的采集、存储，并且该装置结构简单、适用范围广，且易于扩展。关键词DS18B20；无线测温；上位机存储REMOTEWIRELESSTEMPERATUREMEASUREMENTDEVICEDEVELOPMENTONPIC24SERIESMICROCONTROLLERKANGKAIMININGSERVICESDIVISION，DAQINGOILFIELDCOMPANYLIMITED，DAQING，HEILONGFIANG163453ABSTRACTTHISPAPERPRESENTSADESIGNOFREMOTEWIRELESSTEMPERATUREMEASUREMENTDEVICEBASEDONPIC24ITUTILIZESTHEDIGITALTEMPERATURESENSORDS18B20FROMTHEAMERICANCOMPANYDALLASANDSIEMENSMC388COMMUNICATIONMUDULEASTHECOMMUNICATIONEQUIPMENTINTHEPAPEVARIOUSTERMSAREINTRODUCED，NAMELYTHEPICMICROCONTROLLERANDTEMPERATURESENSORDS18B20，MC388COMMUNICATIONMODULEANDHOSTCOMPUTERASWELLASWIRELESSDEVICESCOMMUNICATIONANDPUTFORWARDTHETEMPERATUREMEASURINGEQUIPMENTSYSTEMHARDWARECIRCUITANDSOFTWAREPROGRAMDESIGNSCHEME，ANDREALIZETHEINDOORTEMPERATUREDATAACQUISITION，STORAGE，ANDTHEDEVICEISSIMPLEINSTRUCTURE，WIDELYUSED，ANDEASYTOEXPANDKEYWORDSDS18B20；WIRELESSTEMPERATURE；PCSTORAGE物业公司在供暖的过程中常需对用户室内温度进行检测和监控，依据用户室内温度进行调节热量供应。目前普遍采用在供暖用户家中安装远程测温电话系统的方式来解决，但由于交换机的类型庞杂，振铃扰民的问题始终解决不好；同时由于电话机是有线系统，具有较大的体积，用户不愿意长时间持有，致使使用效率不高、浪费严重。本文将基于此提出一种PIC24系列单片机的远程无线测温装置，本装置具有测量温度精度高，无线通信，电池供电等一系列特点。1系统硬件设计远程无线测温装置选用PIC24系列PIC24F16KA102单片机作为控制器，通过DS18B20温度传感器对温度进行采集，并通过MC389通信模块配合SIM卡进行481电技戒2012年第6期数据的无线传输，发送到供热公司上位机上，建立数据库，对当下和历史的数据的进行查看和分析，这样可以实时掌握住户的温度，以保证用户室内温度正常的情况下节约资源。系统的总体设计框图如图1所示。图1系统总体设计框图11DS18B20温度传感器DALLAS公司的DS18B20温度传感器应用了单总线1一WIRE技术1，采用一根信号线实现信号的双向传输，具有接口简单，节省IO口线，便于扩展和维护等优点，适用于单主机、多从设备的系统。它具有以下特性在IOC85范围内测量误差不超过05，在一55125范围内，测量误差不超过2C，温度分辨率可进行912位的编程L2J。图2所示为DS18B20的内部结构图，图3为DS18B20与单片机的电路接线图，单片机图如图4所示。64BITAOM翮内部电源电压单线接口厂_一一L供电方式选择卜图2DS18B20的内部结构图DLISL81320图3DSI8B20硬件电路图儿L1OVPPIRASFIICLRVDD卜RA0ANONRFVSS；RAIIANLGTERB15JM0NKB0JAN2GD1AN1OFLNTIRB14I；CLKRBLIAH3IAC,C1ANTI椰L3L；D0STXD6RSTI2AH4M1RXANI2PBI2L；MOFF82LVSSPGD2，RBL0L0RA2LINT2触620磁11RA3，CLK0RA7L9L。12RB4SDAL卫9L8SDAL3RA4SCLL，RB8L7SCLVDDULTXNNT0，RB716。PSRDPDL415PGCRB5GD3RB6GC3图4PIC单片机与其他器件硬件电路图12PIC24F16KA102单片机单片机特性1工作电压范围为1836V。2所有I0引脚上的高灌拉电流18MA18MA。3故障保护时钟监视器。4灵活的看门狗定时器，带片上低功耗RC振荡器以便可靠地工作。5通过两个引脚进行在线串行编程和在线调试。研究与开发6可编程高低压检测。7欠压复位BROWNOUTRESET，BOR带有3个可编程跳变点的标准BOR；在休眠模式下可以禁止。8用于深度休眠模式的超低功耗DSBOR，用于所有其他模式的低功耗BOR。PIC24F提供5种功耗模式1运行。CPU、闪存、SRAM和外设都工作。2打盹。相当于CPU时钟比外设慢。3空闲。CPU不工作，闪存、SRAM和外设都工作。4休眠。CPU、闪存和外设都不工作，SRAM工作。5深度休眠。CPU、闪存、SRAM和多数外设不工作。由于需要远程无线传输，电池供电，所以对单片机的功耗要求就特别高，因为只需要知道特定的时间内的室内温度，所以每次测温的时问间隔都很久，可以使用单片机的休眠和深度休眠功能。表1PIC单片机与其他同类单片机功耗对比表单片机引脚数休眠NA定时器HA时钟PIC24F16KA102202820420520MSP43OF22523840L00500700MSP430F54188010010O17002600STM32F10LT436170026002800MC9S08QE12832802501325从表1中可以看到PIC24F16KA102单片机与同类产品的单片机相比较功耗很低，休眠时的电流只有20HA，此单片机可以满足此装置的功耗要求。13MC388通信模块单片机与MC3883J模块连接，测得数据与上位机经串口和MC388模块连接之间的通信协议L4是由AT指令集组成。这些指令是AT开头，用回车结尾。执行命令是否成功都有对应的返回。而其他非预期的信息如线路有无信号，是否有短信等，模块将在串口上有相应的输出提示，上位机监听并且据此做出处理。单片机与MC388电路接线图如图4和图5所示。14上位机MC388通过串口和供热公司电脑相连L5J，住户采集到的温度发送到上位机中，形成实时数据和历史数据，以被观察分析。如图6所示，当SIM卡准备工作完成时，得到由下位机发来的实时温度值198750，当然实际上室内温度的测量不需要这么高的精度，本文只是表示可以达到的精度。得到温度之后，清除SIM内的数据，以防止SIM卡内存不够用。本装置还可以I2012年第6期电害|L技贰I49研究与开发查看之前所有的温度，并且可以在下面查找特定时间的温度，默认为当天的最后一次温度值。广_辨L_LLJ0I髓憾L飘I漪弘L娥孙IJJ一；J强嚣张_1K黝糌LTT强赫群瞄IF黔IT锚TXLKL黼I1“扛篝”J0T糍搿阱L强L。F嚣势豁I0J巍图5MC388和SIM卡的硬件电路图图6上位机温度采集窗口2系统软件设计本系统由一个上位机和多个下位机组合而成。因为有多台下位机，所以每一个手机号都对应一个住户，对应一个编号，可以方便的知道每户的室内供暖温度。系统下位机负责采集温度，传输温度，但为了节约电量，在不工作的时候要把单片机休眠，传感器关闭，用以节约电量，DS18B20的单总线通信是分时序完成的，有着严格的时序要求，所以读写时序对于DS18B20很重要。系统对DS18B20的任何操作要按相应的协议进行。操作的协议为对50I电寰罱L技擞2012年第6期DS18B20进行初始化发复位脉冲一对ROM发功能命令一对存储器发操作命令一对数据进行处理。MC388主要用于发送和接收数据【6】。以下是要用到的一些通信指令两个控制符在AT指令中要用到的为十六进制的0XLA发送符。十六进制的0X0D结束符。21开机MC388模块插入SIM卡后上电，等信号指示灯开始每秒闪动2次时表示模块已经开启，若每秒闪动一次表示SIM卡没插好或者不符合MC388的要求例如电信卡就不行，模块开启则注册GPRS网络已经成功。模块在待机状态，这时要用的短信功能建立了，可以正常工作。命令ATCSQ测试MC388信号强度，返回如果含99，那它是无信号。22设置短信发送模式ATCMGFI0是PDU模式；1是TEXT模式。接收短信模式SIM卡接收ATCNMI2，1，0,0，0串口接收ATCNMI2，2，0，0，0保存模块当前的参数设置ATW发送短信CMGS格式ATCMGF1发送的模式为TEXT。0执行指令成功返回OKATCMGSSENTSUCCESSFULLY发送到的手机号L结束符L发送的内容L发送符ICMGS199成功发送返回该号0K成功发送则返回OK图7为系统下位机流程图系统上位机通过MC388接收信息，通过串口通信将信息发到电脑上的数据库中。图8为系统上位机流程图。3结论本文提出了一种以PIC24F系列单片机为主，基于MC388通信模块的集温度采集、无线通信，上位机存储于一体的远程无线温度测控系统，它可以使供热公司足不出户，并且不需对住户家中进行例如外接电源的改造，只需一幅壁画或者一个装饰物就可以实时了解住户室内的温度。这样不仅节省了供热公司的人员配备，而且还因为对住户室内温度的实时掌握而在满足供热温度的前提下节约资源。另外该系统不仅能测量温度，还可以通过外加其他传感器实现更多功能。图7系统下位机流程图图8系统上位机流程图参考文献研究与开发1李钢，赵彦峰1WIRE总线数字温度传感器DS18B20原理及应用J现代电子技术，2005217779【2】张明，刘岑俐基于PIC单片机和DS18B20的温度测量系统设计J电子测试，201045457I3西门子公司MC388ATCOMMANDSETPDF文档IS4缪爱国，刁扣锁基于嵌入式LINUX和GPRS的无线数据通信的设计与实现J电子器件，2004，2747157185李晓丽单片机与上位机串行通信系统设计J仪表技术。2010745476徐敏GSMGPRS无线数据通信终端技术的研究与实现LD上海华东师范大学，20046878上接第7页5结论本文通过对当前的接触网检测定位技术的分析，对比各种方法的优缺点，研究了基于二维激光检测技术的接触网动态杆位定位系统，实验结果证明了该系统在接触线走线标准，没有横跨和下锚的情况下，定位效果良好，但在存在下锚和横跨，以及隧道的情况下，激光传感器将受到干扰，输出干扰信号，引起定位的误判，影响系统的精确性。所以整个系统任需进步完善，以便对检测数更加准确的实时的定位，为以后研究接触网检测数据的更精确定位提供了新方法。参考文献【1于