溫度監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的功能是完成對(duì)單體電池的溫度信息采集、處理和無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸。采用單片機(jī)控制無(wú)線收發(fā)芯片nRF2401和單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度的智能測(cè)量，主要包括單片機(jī)系統(tǒng)、溫度采集電路、無(wú)線收發(fā)電路、顯示電路、告警電路和電源等組成，其硬件結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 溫度監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)

DS18B20測(cè)溫電路如圖1所示，用熱傳導(dǎo)的粘合劑將DS18B20粘附在蓄電池的表明，管芯溫度與表面溫度之差大約在0.2℃之內(nèi)。利用nRf2401無(wú)線收發(fā)芯片實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸，nRF2401是一個(gè)單片集成接收、發(fā)射器的芯片，工作頻率范圍為全球開(kāi)放的2.4GHz頻段。它內(nèi)置了先入先出堆棧區(qū)、地址解碼器、解調(diào)處理器、GFSK濾波器、時(shí)鐘處理器、頻率合成器，低噪聲放大器、功率放大器等功能模塊，需要很少的外圍元件，使用起來(lái)非常方便。在本系統(tǒng)中nRf2401通過(guò)P2口與單片機(jī)進(jìn)行通信，AT89S51的P2.0和P2.1口分別與nRF2401的CLK1，DATA相連接。nRf2401的CS是片選端，CE是發(fā)送或接收控制端，PWR_UP是電源控制端，分別由單片機(jī)的P2.3，P2.4和P2.5引腳控制。nRF2401的DR1為高時(shí)表明在接收緩沖區(qū)有數(shù)據(jù)，接單片機(jī)的P2.2。

由于nRF2401的供電電壓范圍為1.9~3.6V，而AT89S51單片機(jī)的供電電壓是5V，為了使芯片正常工作，需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換和分壓處理，設(shè)計(jì)采用MAXIM公司的MAX884芯片進(jìn)行5V到3.3V 電平轉(zhuǎn)換，如圖5所示。

圖5 5V到3.3V轉(zhuǎn)換電路

2.2 主控單元設(shè)計(jì)

主控單元和監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)組成無(wú)線網(wǎng)路，通過(guò)主控單元實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和監(jiān)測(cè)單元的數(shù)據(jù)通信。主控單元的基本結(jié)構(gòu)和監(jiān)測(cè)單元類(lèi)似，主要由單片機(jī)系統(tǒng)、無(wú)線收發(fā)模塊、顯示電路、串行通信電路及電源等組成。

串口是計(jì)算機(jī)上一種非常通用設(shè)備通信的協(xié)議，大多數(shù)計(jì)算機(jī)包含2個(gè)基于RS232的串口，PC的串行口是RS232C電平，而單片機(jī)的串行口是TTL電平，兩者之間通過(guò)串口通信時(shí)，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，設(shè)計(jì)運(yùn)用MAX232A芯片完成單片機(jī)與PC之間的數(shù)據(jù)傳輸，硬件連接電路如圖6所示。

圖6 單片機(jī)與MAX232A硬件連接電路

3 控制程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)控制程序主要由單總線測(cè)溫控制程序、無(wú)線收發(fā)控制程序和上位機(jī)監(jiān)測(cè)程序等組成。單總線測(cè)溫程序負(fù)責(zé)單總線設(shè)備初始化、采集電池溫度并傳送給nRF2401模塊；無(wú)線收發(fā)控制程序主要功能是負(fù)責(zé)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的組建和數(shù)據(jù)信息的無(wú)線傳送；上位機(jī)監(jiān)測(cè)程序的主要功能是通過(guò)串口和主控單元進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，實(shí)時(shí)顯示并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)信息。以監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)為例，圖7是監(jiān)測(cè)單元的程序流程圖，監(jiān)測(cè)單元首先進(jìn)行初始化，主要包括單片機(jī)系統(tǒng)的通信、中斷及定時(shí)的初始化等，然后采集單體電池的溫度信息、保存并用數(shù)碼管顯示，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主控單元的數(shù)據(jù)傳送命令，如果有就將電池的溫度數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線模塊發(fā)送出去。

圖7 監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)程序流程

4 試驗(yàn)結(jié)果

設(shè)計(jì)了試驗(yàn)樣機(jī)，監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)電路實(shí)物如圖8所示，在室內(nèi)進(jìn)行了溫度測(cè)試，采用4個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，分別在距離主控單元4m，8m，12m的距離進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

從表1可以看出，溫度的測(cè)量精度可達(dá)±0.3℃，無(wú)線傳輸?shù)臏?zhǔn)確率較高，能夠滿足無(wú)線溫度監(jiān)測(cè)的需要。

圖8 監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)電路

表1 測(cè)溫試驗(yàn)數(shù)據(jù)

5 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)蓄電池組中單體電池的溫度監(jiān)測(cè)問(wèn)題，設(shè)計(jì)了基于DS18B20數(shù)字溫度傳感器和無(wú)線收發(fā)芯片組成的遠(yuǎn)程無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)由上位機(jī)、主控單元和多個(gè)監(jiān)測(cè)單節(jié)點(diǎn)組成，主控單元通過(guò)串口與上位機(jī)進(jìn)行通信。與傳統(tǒng)的有線多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)相比，具有布設(shè)、擴(kuò)展、維護(hù)及更新方便等特點(diǎn)，有一定工程實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。