Беспроводная система мониторинга температуры с возможностью регистрации данных

Журнал РАДИОЛОЦМАН, январь 2012

Tom Au-Yeung, Wilson Tang, Maxim Integrated Products

EDN

Беспроводную систему сбора данных о температуре можно сконструировать на базе двух микросхем

Использовав локальный датчик температуры и пару ASK передатчик-приемник, можно создать простую беспроводную систему контроля температуры с возможностью регистрации данных. Микроконтроллер в данной системе будет выполнять задачи по обработке данных и выводе показаний на индикатор. Встроенный в микроконтроллер UART (универсальный асинхронный приемопередатчик) позволяет реализовать функции регистрации данных.

Рисунок 1.	Схема удаленного датчика локальной температуры на базе микросхемы MAX6577 и ASK передатчика MAX1472 для беспроводной системы регистрации данных.

В системе применен 16-разрядный микроконтроллер MAXQ2000 компании Maxim, имеющий Flash-память 64 КБайт, 2 КБайт SRAM и контроллер 132-сегментного ЖКИ, генерирующий сигналы управления индикатором в соответствии с содержимым памяти дисплея. Программа пользователя устанавливает параметры конфигурации и производит запись подлежащих отображению данных в буферную память контроллера ЖКИ, после чего контроллер самостоятельно вырабатывает сигналы общих шин и сегментов с заданной частотой, освобождая микроконтроллер от отслеживания состояния дисплея и прямого управления индикатором.

Кликните для увеличения
Рисунок 2.	ASK приемник с микроконтроллером образуют приемную часть, которая выполняет обработку, преобразование и визуализацию данных.

Для измерения температуры окружающей среды используется микросхема IC₁ MAX6577 (Рисунок 1). MAX6577 – это дешевый, маломощный датчик локальной температуры с однопроводным выходом в 6-выводном корпусе SOT23, формирующий меандр с частотой, пропорциональной абсолютной температуре (в градусах Кельвина) и обеспечивающий достаточно высокую точность в диапазоне от –40 до +125 °C. «Локальный» означает, что основное назначение датчика – измерение температуры внутри каких-либо устройств. Масштаб преобразования, т.е. рабочий диапазон периода/частоты выходного меандра, может выбираться подключением двух управляющих входов TS0 и TS1 к шинам V_DD или GND.

Микросхема MAX1472 (IC₂) предназначена для передачи OOK/ASK сигналов в диапазоне VHF/UHF 300 … 450 МГц со скоростью до 100 Кбит/с. Мощность выходного сигнала передатчика программируется внешним резистором и может превышать +10 дБм на нагрузке 50 Ом. Микросхема выпускается в 8-выводном корпусе SOT23.

В нашей системе передатчик модулируется выходным сигналом датчика температуры на несущей частоте 315 МГц.

Приемная часть (Рисунок 2) выполнена на микросхеме экономичного супергетеродинного приемника MAX1470 (IC₃), предназначенного для приема сигналов ASK в диапазоне 315 МГц. Приемник состоит из малошумящего усилителя (LNA), фильтра подавления помех по зеркальному каналу, системы ФАПЧ, усилителя - ограничителя ПЧ 10.7 МГц с индикатором уровня принимаемого сигнала (RSSI) и ASK демодулятором, а также аналоговых узлов восстановления данных.

Компаратор IC₄ подключен к вывду RSSI (PD) приемника IC₃. PD является выходом пикового детектора, для работы которого требуется внешняя RC цепочка, представленная на схеме параллельным соединением резистора 1 МОм и конденсатора 0.1 мкФ. Уровень принимаемого сигнала сравнивается с опорным уровнем, заданным при помощи резисторного делителя. Эксперименты показывают, что порог примерно в 1.57 В позволяет получать на выходе приемника корректные данные без пропусков и ошибок. Возможно, пользователю потребуется отрегулировать этот порог. Низкий уровень на выходе компаратора появляется при слабом или неправильном сигнале, а высокий свидетельствует о достаточном уровне принимаемого сигнала.

Микроконтроллер IC₅ MAXQ2000 измеряет частоту сигнала при помощи встроенного таймера/счетчика и отображает результаты на сегментном ЖК индикаторе. Счетчик отслеживает количество нарастающих фронтов входного сигнала, частота которого, как было сказано выше, пропорциональна температуре, а таймер ведет подсчет оставшегося времени. По истечении 1 с вырабатывается прерывание. В этот момент считывается текущее значение счетчика, которое пересчитывается в градусы Цельсия и отображается на ЖК индикаторе, после чего происходит автоматическая перезагрузка таймера. Данные о температуре также поступают в UART0. Затем счетчик сбрасывается в ноль и процесс повторяется.

Кроме того, микроконтроллер отслеживает уровень принимаемого сигнала. При появлении низкого уровня на входе P6.0 на индикатор и UART отправляется сообщение «no RF», означающее, что приемник и передатчик находятся слишком далеко друг от друга. Схема подключения ЖК индикатора заимствована из описания оценочной платы MAXQ2000-KIT (Рисунок 3). Используя таблицу перекодировки в разделе данных ассемблерного кода программы микроконтроллера, можно узнать внутреннее распределение сегментов A – G индикатора. При подключении дополнительного конвертера уровней интерфейса, UART микроконтроллера может отправлять данные на устройство регистрации, например, на персональный компьютер.

Рисунок 3.	Платформа MAXQ2000-KIT включает в себя оценочную плату, плату сегментного ЖКИ и плату адаптера JTAG для программирования микроконтроллера и отладки ПО.

Для программирования микроконтроллера используется программная среда разработки MAX-IDE, с которой взаимодействует плата адаптера MAXQJTAG. В разделе загрузок для пользователей доступен исходный код программы, реализующей измерение температуры с периодом 1 с и точностью 1 °C, отображение данных на сегментном ЖК индикаторе и отправку данных по последовательному интерфейсу.

Загрузки

Исходный код программы микроконтроллера (MAX-IDE ассемблер) – скачать
Руководство пользователя оценочного набора MAXQ2000-KIT и принципиальная схема оценочной платы – скачать