基于GPRS的熱計量室溫采集儀設計

摘要：室溫采集是供熱企業整體掌握供熱情況的判斷依據，本設計通過高精度溫度傳感器進行用戶的室溫采集并存儲在本地數據存儲器中，可通過GPRS把數據傳輸到服務器，采用低功耗設計，本地LCD液晶顯示溫度、時間及信號強度，本設計已成功應用在供熱計量系統中。本文網絡版地址：http：//www.eepw.com.cn/article/281887.htm

關鍵詞：室溫采集；MSP430F149；M590

DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2015.10.011

安陽工學院校青年科研基金項目（基金號：ACJKY-1336）

郭麗霞（1979-），碩士，研究方向：嵌入式系統。

引言

為解決城鎮供熱企業在供熱過程中遇到的用戶室溫度不易采集問題。本文根據實際的企業需求研發了無線用戶室溫采集儀系統，實現用戶與供熱企業的有效聯系，使供熱企業能夠真實掌握用戶室內溫度變化情況，及時了解供熱效果，為供熱企業合理執行政策和避免能源浪費提供科學的管理依據，從而提高供熱服務質量。

總體設計特點

在進行室溫無線采集節點設計時，本文考慮到其具有如下特點：1低功耗，溫度采集要在整個供暖期間進行使用，為了保證采集到的數據的完整性，避免充電次數，所以必須設計成低功耗產品。2無線傳輸，考慮到應用的分散性，本設計采用通過GPRS進行傳輸，不用考慮的居民小區的無線網絡的布置。3數據存儲，按企業對采集點的數據要求，每小時溫度數據都有完整，本設計把每小時的溫度數據存儲在EEPROM里，避免數據的丟失。

硬件設計

采用MSP430為控制器，原因是MSP340在低功耗省電方面表現出色，并且在惡劣條件下工作性能穩定

2.1結構框圖

如圖1所示。

2.2主要芯片介紹

2.2.1MSP430的特點

TI工公司的MSP430單片機具有超低功耗特點的16位單片機，在此選用MSP430F149其功耗已經達到了微安級。（1）功能強大的CPU內核：16位CPU和高效的RISC于指令系統，無外擴的數據地址總線，在8MHz時可達到125nS的指令周期，具有16個快速響應中斷，能及時處理各種緊急事件。（2）豐富的片內外圍功能模塊：12位的A/D轉換器ADC12，ADC12模塊內包括采樣/保持功能的ADC內核、轉換存儲邏輯、內部參考電平發生器、多種時鐘源、采樣及轉換時序電路。有8個外通道，4個內通道.高達200kbps的采樣速率，多種采樣方式。兩路USART通訊串口，可用于UART模式和SPI工模式：片內有精密硬件乘法器、兩個16位定時器，6個并行口Pl-P6， 48條I/O口線，其中P1，P2具有中斷能力。（3）多種節能模式：其中LPM 4數據保持模式僅耗電0.1uA，工作狀態耗電為200uA。從低功耗模式到工作狀態只需以6uS。其具有64K的FLASH，用于存儲采集數據。

2.2.2

M590介紹

M590通信模塊是一款Dual Band的GSM/GPRS工業無線模塊2，提供短信、數據業務等功能，在各種工業和民用領域得到廣泛的應用。特點：

雙頻：900/1800MHz網絡兼容性好；

經全球認證的GPRS；

R4協議工作溫度：-40～+80℃超寬工作溫度，戶外應用更安全；

可靠性高：特殊EMI/EMC設計，適用于惡劣電磁環境；

支持多種協議棧：TCP/UDP/FTP/DNSTCP協議棧支持客戶端模式、服務器模式、混合模式支持多路鏈接。

2.3硬件設計要點

2.3.1

注意硬件電路設計

MSP430通過串口的RXD和TXD和M590相連接。M590電路設計如圖2。SIM卡電路設計如圖3。

2.3.2

M590硬件設計注意事項

（1）模塊采用2.85V的I/O電源系統，所有I/O口的最高輸入限制電壓最大不能超過3.3V，否則可能損壞模塊I/O口。

（2）電源部分設計要特別注意，它除了給模塊的數字信號和模擬信號供電外，還給射頻功放供電。電源部分的參數，比如負載能力、紋波的大小等，都會直接影響模塊的性能和穩定性。在電源電路中，必須增加一個大容量的鋁電解電容或者稍小容量的鉭電解電容，提高電源的瞬間大電流續流能力，此外在靠近模塊的管腳還要增加0.1uF、lOOpF和33pF的濾波電容，以降低射頻干擾的影響。

（3）電源部分在PCB中走線要遠離射頻部分，走線寬度要保證2A的電流安全通過而且不能有明顯的回路壓降。主電源走線寬度要求大約為2mm左右。電源部分的地平面盡量完整，且多打地孔。

（4）模塊主電源上電不能早于外部MCU上電，以防止模塊在上電瞬間，MCU的串口處于不穩定狀態，導致模塊進入錯誤的運行模式。所以請務必在設計中保證MCU穩定運行后，再控制模塊上電，尤其要注意電源模塊的使能端的上電默認狀態。

（5）PCB的走線方式為：射頻線寬度為0.8mm～1.Omm；射頻線與鋪地的間距為1mm～0.8mm；射頻線需要完整包地且要多打地孔（很重要）；射頻線對應的背面層需要挖地掏空，射頻線走線盡量短（不超過15mm為宜），盡量圓滑，無突起，比如使用弧線或者淚滴，以防止反射。

軟件設計

軟件開發以IAR Workbench V4.10為開發平臺3，采用C語言編寫，按照硬件電路設計系統軟件編程的基本思路是，對串口、液晶模塊、溫度傳感器進行初始化，軟件的主要難點在通過AT指令控制GRPS模塊。控制流程如圖4。

建立TPC連接的主要代碼如下：

BOOL Neo—CreateTCPLink（char*linkStr，int size）

int timeout，//超時次數變量；

if（size<=0） return FALSE；

timeout=0；

N

e

oSendATCommand （linkStr， size）；//發送AT指令建立TCP連接

Delay_ms（1000）；//延時lOOOms；

do

timeout++，

Delay_ms（100）；//延時lOms，

memset（gReaeveBuffer，OxOO，sizeof（gRecieveBuffer））；

Neo_RecieveFromUart（gReaeveBuffer）；//獲得返回值信息

if（strstr（（char*）gRecieveBuffer，\"+TCPSETUP：O，OK\"）>0）

{//判斷返回值如果返回+TCPSETUP：O，OK，則跳出循環

break，

）while（timeout<50）；

if（ timeout>=50）

{

return FALSE，//報錯；說明TCP鏈接失敗！

return TRUE；

}

服務器接收數據情況如圖5（包括采集時刻、錯誤代碼、電池使用情況及信號清強度）

結束語

目前，該測溫儀在實際中得到了應用。具有大屏幕LCD顯示溫度和萬年歷，對居民來說具有使用價值，有利于設備在居民家里的完整保存，配合充電提示功能，保證了數據的完整傳輸，對供熱企業來說具有供熱指導意義。

參考文獻：

[1]沈建華，楊艷琴，瞿驍曙MSP430系列16位超低功耗單片機原理與應用[M]，清華大學出版社，2004

[2]Neo_M590AT指令集V3.11.pdf

[3]楊慶，張瑞峰，基于GSM/GPRs和射頻模塊人體醫學數據監測樣機設計[J].電子產品世界，2014（8）；37-39