CN103308191B - 一种低功耗无线温度采集电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低功耗无线温度采集电路，现有方法存在对电源要求高、元器件多、耗电量大等缺点。本发明利用射频芯片CC2530，由于CC2530内部集成有增强型51单片机，因此胜任简单情况下温度数据的采集处理。本电路利用两路热电偶进行温度采集，然后MAX6675芯片对两路的温度信号进行信号放大、冷端补偿、线性化和A/D转换，并将转换后的数字信号通过SPI串口发送给射频芯片CC2530。CC2530对温度数据进行简单处理后利用自身射频单元讲数据无线发送出去。本发明具有体积小、元器件使用少、功耗低，成本小以及采集温度误差小等特点。

Description

一种低功耗无线温度采集电路

技术领域

本发明属于无线传感器领域，具体涉及一种低功耗无线温度采集电路。

背景技术

     无线传感器网络(WirelessSensorNetWork)是一种特殊的网络，是由许多无线传感器节点协同组织起来的，这些微型节点具有无线通讯、数据采集和协同合作能力，可以应用于布线和电源供给困难或人员不能到达的区域和一些临时场合等。温度是工业生产中一项重要的指标，人们经常需要对生产过程中各种温度进行测量和监控。

在工业生产中，经常需要对高温易爆转炉内部的温度进行测量。在高温旋转的环境中，无线温度采集节点一般采用铅蓄电池供电，一旦铅蓄电池的电量耗尽，就要停止生产更换蓄电池，频繁的更换蓄电池对生产效率具有很大的影响，因此，无线温度采集节点的功耗对整个工业生产有着至关重要的影响，减少节点的功耗可以降低蓄电池的更换频率，从而提高生产效率。

一般的无线温度采集电路采用温度采集模块和射频模块的方式，利用温度采集模块采集数据，通过串口发送给射频模块，再由射频模块无线发送出去。这种方式开发难度较小，技术要求低，但是存在成本高、元器件多、功耗大等特点。现有的射频芯片CC2530中集成有增强型51内核，因此可以采用单片芯片实现温度的采集与无线信号的发送，大大减少电路中元器件的数量，降低整体电路的功耗。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种低功耗无线温度采集电路。

本发明主要应用于高温旋转环境中，提供一种低功耗无线温度采集电路。

一种低功耗无线温度采集电路包括无线射频模块、电源模块、温度采集模块和程序下载接口电路。

无线射频模块包括射频芯片U4、第五电解电容C5、第六电解电容C6、第七电解电容C7、第八电解电容C8、第九电解电容C9、第十电解电容C10、第十一电解电容C11、第十二电解电容C12、第十三电解电容C13、第十四电解电容C14、第十五电解电容C15、第十六电解电容C16、第十七电解电容C17、第十八电解电容C18、第十九电解电容C19、第二十二电解电容C22、第二十三电解电容C23、第二十四电解电容C24、第二十五电解电容C25、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4、第一电阻R1、按键S1、第一晶振X1、第二晶振X2、天线E1。

第一电感L1一端与电源VCC相连，另一端与第五电解电容C5的一端、第六电解电容C6的一端、第七电解电容C7的一端、第八电解电容C8的一端、第九电解电容C9的一端、第十电解电容C10的一端、第十一电解电容C11的一端、第十二电解电容C12的一端、射频芯片U4的10、21、24、27、28、29、31、39脚连接；第五电解电容C5的另一端、第六电解电容C6的另一端、第七电解电容C7的另一端、第八电解电容C8的另一端、第九电解电容C9的另一端、第十电解电容C10的另一端、第十一电解电容C11的另一端、第十二电解电容C12的另一端接地；射频芯片U4的1、2、3、4脚互连并接地。射频芯片U4的20引脚与按键S1的一端、第二电阻R2的一端连接，按键S1的另一端接地，第二电阻R2的另一端接VDD。射频芯片U4的32引脚连接到第二晶振X2的一端和第二十四电解电容C24的一端，第二十四电解电容C24的另一端接地，射频芯片U4的33引脚连接到第二晶振X2的另一端和第二十五电解电容C25的一端，第二十五电解电容C25的另一端接地。射频芯片U4的22引脚连接到第一晶振X1的一端和第二十二电解电容C22的一端，第二十二电解电容C22的另一端接地，射频芯片U4的23引脚连接到第一晶振X1的另一端和第二十三电解电容C23的一端，第二十三电解电容C23的另一端接地。射频芯片U4的40引脚接到第十九电解电容C19的一端，第十九电解电容C19的另一端接地。射频芯片U4的30引脚连接到第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端接地。射频芯片U4的41引脚接地。射频芯片U4的25引脚连接到第十三电解电容C13，第十三电解电容C13的另一端连接到第二电感L2的一端、第三电感L3的一端和第十五电解电容C15的一端，第三电感L3的另一端接地，第十五电解电容C15的另一端与第十六电解电容C16的一端、第十七电解电容C17的一端和第四电感L4的一端连接，第十七电解电容C17的另一端接地，第十六电解电容C16的另一端与第十八电解电容C18的一端连接并接天线E1，第十八电解电容C18的另一端接地。射频芯片U4的26引脚与第十四电容C14的一端连接，第十四电容C14的另一端与第二电感L2的另一端、第四电感L4的另一端连接。射频芯片U4的5脚、6脚、12脚、13脚、14脚、15脚、16脚、17脚、18脚、19脚、37脚、38脚架空。

电源模块包括接口J1、第一电解电容C1、第二电解电容C2、第三电解电容C3、第四电解电容C4和稳压芯片U1。

J1的2端口与第一电解电容C1的正极、第二电解电容C2的一端和稳压芯片U1的3脚相连并接电源VCC,稳压芯片U1的2脚与第三电解电容C3的一端、第四电解电容C4的正极连接并接电源VDD，J1的1端口与第一电解电容C1的负极、第二电解电容C2的另一端、稳压芯片U1的1脚、第三电解电容C3的另一端和第四电解电容C4的负极连接并接地。稳压芯片U1采用的型号为LM1117。

温度采集模块包括接口J2、接口J3、数字温度转换芯片U2、数字温度转换芯片U3、第二十电解电容C20、第二十一电解电容C21。

接口J2的1端口与数字温度转换芯片U2的3脚连接，接口J2的2端口与第二十电解电容C20的一端、数字温度转换芯片U2的1脚、2脚连接并接地；U2的4脚与第二十电解电容C20的另一端连接并接电源VCC，U2的5脚连接到射频芯片的9脚，U2的6脚连接到射频芯片的11脚，数字温度转换芯片U2的7脚与射频芯片U4的8脚，数字温度转换芯片U2的8脚悬空；数字温度转换芯片U2的5脚与射频芯片U4的9脚连接；数字温度转换芯片U2的6脚与射频芯片U4的11脚连接；接口J3的1端口与数字温度转换芯片U3的3脚相连，接口J3的2端口与第二十一电解电容C21的一端、数字温度转换芯片U3的1脚、2脚连接并接地；数字温度转换芯片U3的4脚与第二十一电解电容C21的另一端连接并接电源VCC，数字温度转换芯片U3的5脚与射频芯片U4的9脚连接，数字温度转换芯片U3的6脚与射频芯片U4的11脚连接，数字温度转换芯片U3的7脚与射频芯片U4的7脚连接，数字温度转换芯片U3的8脚悬空。

程序下载接口电路包括插座P1和第三电阻R3。

插座P1的1引脚接地，2引脚接到电源VDD，3引脚与射频芯片U4的34引脚、第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端连接到电源VDD，插座P1的4引脚与射频芯片U4的35引脚连接，插座P1的5脚连接到射频芯片U4的20引脚，插座P1的其他脚悬空。

本发明的有益效果：本发明采用无线方式将温度信号发送出去，具有安装方便、使用简单，适合在恶劣工业环境下温度的采集。另外，电路整体结构简单、元器件少、功耗低，不需要频繁更换蓄电池，大大增加了其续航性和实用性。

附图说明

图1为本发明无线射频模块的结构示意图；

图2为本发明电源模块的结构示意图；

图3为本发明温度采集模块的结构示意图；

图4为本发明程序下载接口电路的结构示意图。

具体实施方式

一种低功耗无线温度采集电路包括无线射频模块、电源模块、温度采集模块和程序下载接口电路。

如图1所示，无线射频模块包括射频芯片U4、第五电解电容C5、第六电解电容C6、第七电解电容C7、第八电解电容C8、第九电解电容C9、第十电解电容C10、第十一电解电容C11、第十二电解电容C12、第十三电解电容C13、第十四电解电容C14、第十五电解电容C15、第十六电解电容C16、第十七电解电容C17、第十八电解电容C18、第十九电解电容C19、第二十二电解电容C22、第二十三电解电容C23、第二十四电解电容C24、第二十五电解电容C25、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4、第一电阻R1、按键S1、第一晶振X1、第二晶振X2、天线E1。

第一电感L1一端与电源VCC相连，另一端与第五电解电容C5的一端、第六电解电容C6的一端、第七电解电容C7的一端、第八电解电容C8的一端、第九电解电容C9的一端、第十电解电容C10的一端、第十一电解电容C11的一端、第十二电解电容C12的一端、射频芯片U4的10、21、24、27、28、29、31、39脚连接；第五电解电容C5的另一端、第六电解电容C6的另一端、第七电解电容C7的另一端、第八电解电容C8的另一端、第九电解电容C9的另一端、第十电解电容C10的另一端、第十一电解电容C11的另一端、第十二电解电容C12的另一端接地；射频芯片U4的1、2、3、4脚互连并接地。射频芯片U4的20引脚与按键S1的一端、第二电阻R2的一端连接，按键S1的另一端接地，第二电阻R2的另一端接VDD。射频芯片U4的32引脚连接到第二晶振X2的一端和第二十四电解电容C24的一端，第二十四电解电容C24的另一端接地，射频芯片U4的33引脚连接到第二晶振X2的另一端和第二十五电解电容C25的一端，第二十五电解电容C25的另一端接地。射频芯片U4的22引脚连接到第一晶振X1的一端和第二十二电解电容C22的一端，第二十二电解电容C22的另一端接地，射频芯片U4的23引脚连接到第一晶振X1的另一端和第二十三电解电容C23的一端，第二十三电解电容C23的另一端接地。射频芯片U4的40引脚接到第十九电解电容C19的一端，第十九电解电容C19的另一端接地。射频芯片U4的30引脚连接到第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端接地。射频芯片U4的41引脚接地。射频芯片U4的25引脚连接到第十三电解电容C13，第十三电解电容C13的另一端连接到第二电感L2的一端、第三电感L3的一端和第十五电解电容C15的一端，第三电感L3的另一端接地，第十五电解电容C15的另一端与第十六电解电容C16的一端、第十七电解电容C17的一端和第四电感L4的一端连接，第十七电解电容C17的另一端接地，第十六电解电容C16的另一端与第十八电解电容C18的一端连接并接天线E1，第十八电解电容C18的另一端接地。射频芯片U4的26引脚与第十四电容C14的一端连接，第十四电容C14的另一端与第二电感L2的另一端、第四电感L4的另一端连接。射频芯片U4的5脚、6脚、12脚、13脚、14脚、15脚、16脚、17脚、18脚、19脚、37脚、38脚架空。

如图2所示，电源模块包括接口J1、第一电解电容C1、第二电解电容C2、第三电解电容C3、第四电解电容C4和稳压芯片U1。

J1的2端口与第一电解电容C1的正极、第二电解电容C2的一端和稳压芯片U1的3脚相连并接电源VCC,稳压芯片U1的2脚与第三电解电容C3的一端、第四电解电容C4的正极连接并接电源VDD，J1的1端口与第一电解电容C1的负极、第二电解电容C2的另一端、稳压芯片U1的1脚、第三电解电容C3的另一端和第四电解电容C4的负极连接并接地。稳压芯片U1采用的型号为LM1117。

如图3所示，温度采集模块包括接口J2、接口J3、数字温度转换芯片U2、数字温度转换芯片U3、第二十电解电容C20、第二十一电解电容C21。

接口J2的1端口与数字温度转换芯片U2的3脚连接，接口J2的2端口与第二十电解电容C20的一端、数字温度转换芯片U2的1脚、2脚连接并接地；U2的4脚与第二十电解电容C20的另一端连接并接电源VCC，U2的5脚连接到射频芯片的9脚，U2的6脚连接到射频芯片的11脚，数字温度转换芯片U2的7脚与射频芯片U4的8脚，数字温度转换芯片U2的8脚悬空；数字温度转换芯片U2的5脚与射频芯片U4的9脚连接；数字温度转换芯片U2的6脚与射频芯片U4的11脚连接；接口J3的1端口与数字温度转换芯片U3的3脚相连，接口J3的2端口与第二十一电解电容C21的一端、数字温度转换芯片U3的1脚、2脚连接并接地；数字温度转换芯片U3的4脚与第二十一电解电容C21的另一端连接并接电源VCC，数字温度转换芯片U3的5脚与射频芯片U4的9脚连接，数字温度转换芯片U3的6脚与射频芯片U4的11脚连接，数字温度转换芯片U3的7脚与射频芯片U4的7脚连接，数字温度转换芯片U3的8脚悬空。

如图4所示，程序下载接口电路包括插座P1和第三电阻R3。

插座P1的1引脚接地，2引脚接到电源VDD，3引脚与射频芯片U4的34引脚、第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端连接到电源VDD，插座P1的4引脚与射频芯片U4的35引脚连接，插座P1的5脚连接到射频芯片U4的20引脚，插座P1的其他脚悬空。

工作工程如下：电源模块从外面接入5V电源，利用稳压芯片稳压到3.3V，电源模块负责给无线射频模块、温度采集模块、程序下载接口电路提供电源；温度采集模块将采集到的温度信号进行信号放大、冷端补偿、线性化和A/D转换，并将转换后的数字信号通过SPI串口发送给射频芯片U4；无线射频模块将接受到的温度数据根据内部的无线协议通过天线无线发送到接收端；程序下载接口电路则负责将源代码从计算机中烧写到射频芯片的程序存储器中。

Claims (1)

1.一种低功耗无线温度采集电路，包括无线射频模块、电源模块、温度采集模块和程序下载接口电路；其特征在于：

所述的无线射频模块包括射频芯片U4、第五电解电容C5、第六电解电容C6、第七电解电容C7、第八电解电容C8、第九电解电容C9、第十电解电容C10、第十一电解电容C11、第十二电解电容C12、第十三电解电容C13、第十四电解电容C14、第十五电解电容C15、第十六电解电容C16、第十七电解电容C17、第十八电解电容C18、第十九电解电容C19、第二十二电解电容C22、第二十三电解电容C23、第二十四电解电容C24、第二十五电解电容C25、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4、第一电阻R1、按键S1、第一晶振X1、第二晶振X2、天线E1；

第一电感L1一端与电源VDD相连，另一端与第五电解电容C5的一端、第六电解电容C6的一端、第七电解电容C7的一端、第八电解电容C8的一端、第九电解电容C9的一端、第十电解电容C10的一端、第十一电解电容C11的一端、第十二电解电容C12的一端、射频芯片U4的10、21、24、27、28、29、31、39脚连接；第五电解电容C5的另一端、第六电解电容C6的另一端、第七电解电容C7的另一端、第八电解电容C8的另一端、第九电解电容C9的另一端、第十电解电容C10的另一端、第十一电解电容C11的另一端、第十二电解电容C12的另一端接地；射频芯片U4的1、2、3、4脚互连并接地；射频芯片U4的20引脚与按键S1的一端、第二电阻R2的一端连接，按键S1的另一端接地，第二电阻R2的另一端接VDD；射频芯片U4的32引脚连接到第二晶振X2的一端和第二十四电解电容C24的一端，第二十四电解电容C24的另一端接地，射频芯片U4的33引脚连接到第二晶振X2的另一端和第二十五电解电容C25的一端，第二十五电解电容C25的另一端接地；射频芯片U4的22引脚连接到第一晶振X1的一端和第二十二电解电容C22的一端，第二十二电解电容C22的另一端接地，射频芯片U4的23引脚连接到第一晶振X1的另一端和第二十三电解电容C23的一端，第二十三电解电容C23的另一端接地；射频芯片U4的40引脚接到第十九电解电容C19的一端，第十九电解电容C19的另一端接地；射频芯片U4的30引脚连接到第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端接地；射频芯片U4的41引脚接地；射频芯片U4的25引脚连接到第十三电解电容C13，第十三电解电容C13的另一端连接到第二电感L2的一端、第三电感L3的一端和第十五电解电容C15的一端，第三电感L3的另一端接地，第十五电解电容C15的另一端与第十六电解电容C16的一端、第十七电解电容C17的一端和第四电感L4的一端连接，第十七电解电容C17的另一端接地，第十六电解电容C16的另一端与第十八电解电容C18的一端连接并接天线E1，第十八电解电容C18的另一端接地；射频芯片U4的26引脚与第十四电容C14的一端连接，第十四电容C14的另一端与第二电感L2的另一端、第四电感L4的另一端连接；射频芯片U4的5脚、6脚、12脚、13脚、14脚、15脚、16脚、17脚、18脚、19脚、37脚、38脚架空；

所述的电源模块包括接口J1、第一电解电容C1、第二电解电容C2、第三电解电容C3、第四电解电容C4和稳压芯片U1；

J1的2端口与第一电解电容C1的正极、第二电解电容C2的一端和稳压芯片U1的3脚相连并接电源VCC,稳压芯片U1的2脚与第三电解电容C3的一端、第四电解电容C4的正极连接并接电源VDD，J1的1端口与第一电解电容C1的负极、第二电解电容C2的另一端、稳压芯片U1的1脚、第三电解电容C3的另一端和第四电解电容C4的负极连接并接地；稳压芯片U1采用的型号为LM1117；

所述的温度采集模块包括接口J2、接口J3、数字温度转换芯片U2、数字温度转换芯片U3、第二十电解电容C20、第二十一电解电容C21；

接口J2的1端口与数字温度转换芯片U2的3脚连接，接口J2的2端口与第二十电解电容C20的一端、数字温度转换芯片U2的1脚、2脚连接并接地；U2的4脚与第二十电解电容C20的另一端连接并接电源VCC，U2的5脚连接到射频芯片的9脚，U2的6脚连接到射频芯片的11脚，数字温度转换芯片U2的7脚与射频芯片U4的8脚，数字温度转换芯片U2的8脚悬空；接口J3的1端口与数字温度转换芯片U3的3脚相连，接口J3的2端口与第二十一电解电容C21的一端、数字温度转换芯片U3的1脚、2脚连接并接地；数字温度转换芯片U3的4脚与第二十一电解电容C21的另一端连接并接电源VCC，数字温度转换芯片U3的5脚与射频芯片U4的9脚连接，数字温度转换芯片U3的6脚与射频芯片U4的11脚连接，数字温度转换芯片U3的7脚与射频芯片U4的7脚连接，数字温度转换芯片U3的8脚悬空；

所述的程序下载接口电路包括插座P1和第三电阻R3；

插座P1的1引脚接地，2引脚接到电源VDD，3引脚与射频芯片U4的34引脚、第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端连接到电源VDD，插座P1的4引脚与射频芯片U4的35引脚连接，插座P1的5脚连接到射频芯片U4的20引脚，插座P1的其他脚悬空。