CN104330177B - 超低功耗便携式地温采集装置和方法 - Google Patents

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CN104330177B CN201410627693.7A CN201410627693A CN104330177B CN 104330177 B CN104330177 B CN 104330177B CN 201410627693 A CN201410627693 A CN 201410627693A CN 104330177 B CN104330177 B CN 104330177B
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孙晓光
祝英
王浩
郑绪
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兰州大学
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Abstract

本发明公开了一种超低功耗便携式地温采集装置和方法,以解决现有的现有的便携式地温采集装置功耗较高,不能长时间工作在野外无电状态的问题。该地温采集装置包括数据采集系统和数据整理系统,数据采集系统的第一UART接口与数据整理系统的第二UART接口连接,数据采集系统包括第一单片机、实时时钟模块、温度传感器模块、存储器模块、电源管理模块;数据整理系统包括第二单片机、SD卡模块、LCD显示模块、第二UART接口。温度传感器模块采用八路温度采集,可以同时测量多点的温度,具有超低功耗、便携易操作、低成本、高精度、便于扩展、适用范围广等优点。

Description

超低功耗便携式地温采集装置和方法
技术领域
[0001]本发明属于地温测量领域,具体涉及一种超低功耗便携式地温采集装置和方法。
背景技术
[0002]现有的地温采集装置一般存在以下几个问题:1)现有的地温测量装置大多为模拟 温度传感器,使用起来不直观,操作不方便;2) —般的便携式地温采集装置只能进行单点数 据测量,而且成本较高,不能对数据进行记录,功能较为单一;3)现有的便携式地温采集装 置功耗较高,不能长时间工作在野外无电状态;4)现有的便携式带存储功能的地温采集装 置只能将数据记录在数字存储器中,数据不直观,用户要经过复杂的操作才能得到相应的 数据;5)现有的便携式地温采集设备通信方式单一,不利于大规模使用和测试;6)现有便携 式地温采集设备不具备远程控制功能。
发明内容
[0003]本;^明的目的是提供一种便携式超低功耗的地温采集装置,以解决现有的现有的 便携式地温采集装置功耗较高,不能长时间工作在野外无电状态的问题;以及现有便携式 地温采集装置只能进行单点数据测量,而且成本较高,不能对数据进行记录,功能较为单一 的问题。
[0004]本发明的另一个目的是提供一种便携式超低功耗的地温采集方法。
[0005]本发明技术方案如下:一种超低功耗便携式地温采集装置,包括数据采集系统,它 还包括数据整理系统,数据采集系统的第一UART接口与数据整理系统的第二UART接口连 接,数据采集系统包括第一单片机、实时时钟模块、温度传感器模块、存储器模块、电源管理 模块,第一单片机通过第一〗2(:接口与实时时钟模块相连,第一单片机与温度传感器模块相 连,第一单片机还与存储器模块及电源管理模块相连;实时时钟模块通过输出报警信号唤 醒休眠状态的第一单片机,第一单片机读取当前实时时钟模块的时间,控制温度传感器模 块进行数据采集,然后将数据写入存储器模块;数据整理系统包括第二单片机、SD卡模块、 LCD显示模块、第二UART接口; SD卡模块和LCD显示模块通过SPI接口接在第二单片机上,第 二UART接口用于数据采集系统的测试,第二单片机的第二〗2C接口与数据采集系统的第一 I2C接口连接,读取存储器模块的数据。写入TXT文档并保存在SD卡或U盘里,LCD用于显示状 态信息。数据整理系统还带有USB接口 26,具有接口多处理速度快等优点。数据采集系统的 UART接口可以外接蓝牙、Zigbee或其他UART无线模块,用于使用PC或者手机系统调试测量。 [0006] 优选地,温度传感器模块采用2组共8个传感器,第一组由第一传感器WD0、第二传 感器WD1、第三传感器WD2和第四传感器WD3组成,第二组由第五传感器WD4、第六传感器 WD5、第七传感器WD6和第八传感器WD7组成,2组传感器公用四个上拉电阻,即第一上拉电阻 RP1、第二上拉电阻RP2、第三上拉电阻RP3、第四上拉电阻RP4,第一上拉电阻RP1、第二上拉 电阻RP2、第三上拉电阻RP3、第四上拉电阻RP4的一端共同连接在电源VCC上,第一上拉电阻 (RP1)的另一端接到第一传感器(DW0)和第五传感器(DW4)的第二引脚,然后接到第一单片 机的同一I/O端口上,第二上拉电阻(RP2)的另一端接到第二传感器(DW1)和第六传感器 (DW5)的第二引脚,然后接到第一单片机的同一控制端口上,第三上拉电阻(RP3)的另一端 接到第三传感器(DW2)和第七传感器(DW6)的第二引脚,然后接到第一单片机的同一控制端 口上,第四上拉电阻(RP4)的另一端接到第四传感器(DW3)和第八传感器(DW7)的第二引脚, 然后接到第一单片机的同一控制端口;第一传感器WDO、第二传感器WD1、第三传感器WD2和 第四传感器⑽3)的第一引脚接到第一电源VCC1上,第五传感器WD4、第六传感器WD5、第七 传感器WD6和第八传感器WD7的第一引脚接到第二电源电源VCC2上;总电源(VCC)上连接第 一三极管(Q1)和第二三极管(Q2)的1号引脚,第一三极管(Q1)的二号引脚连接第一限流电 阻Rql的一端,同时第一限流电阻Rql的另一端连接第一单片机的的控制端口,第一三极管 (Q1)的第三引脚输出为第一电源VCC1,连接第一组传感器的第一管脚;第二三极管(Q2)的 第二引脚连接第二限流电阻Rq2的一端,而第二限流电阻Rq2的另一端连接到第一单片机的 控制端口,第二三极管(Q2)的第三引脚输出为第二电源VCC2,连接第二组传感器的第一管 脚。
[0007]优选地,电源管理模块采用外部输入电源,由外部电源输入端口 J1输入到电荷栗 (reg),外部电源输入端口 J1的2号引脚与地之间接上第二电容(C2)和第三电容(C3),第二 电容(C2)和第三电容(C3)的正极与电荷栗(reg)相接,电荷栗(reg)接到第一单片机的Vo 端口上,由第一单片机控制电荷泵是否工作,总电源(VCC)为受第一单片机控制的电源,总 电源(VCC)为电荷栗(reg)的输出端;电荷栗(reg)还接第八电容(C8),电荷泵输出端接第五 电容(C5)的一端。
[0008] 优选的,第一单片机的控制芯片采用MSP430G2553,第二单片机的控制芯片采用 MSP430F5529。
[0009]上述的一种超低功耗便携式地温采集装置进行地温采集的方法,步骤如下:
[0010] A、初始化:首先初始化第一单片机的第一 I2C接口和第一 UART接口,初始化实时时 钟模块,此处初始化实时时钟模块主要是设置他的工作方式和产生中断信号的周期),然后 可以通过指令通过UART接口设置实时时钟模块的时间,存储器模块的起始地址等信息,也 可以通过该接口查询仍可扩展)。如果没有指定输入,那么系统将进入低功耗模式单片机休 目民,等待中断到来进而进行系统任务;
[0011] B、读取时间和地址:读取实时时钟模块的时间,读取存储器模块的写入数据的时 间和地址;
[0012] C、温度测量:初始化第一 I2C接口,进行多次温度的测量,求各个通道的温度值; [0013] D、读出日志信息:重新初始化第一I2C接口,将相关信息写入存储器并进行写入校 验,通过第一 UART接口发送相关信息;关闭各模块电源,降低功耗;
[0014] E、系统进入休眠状态;
[0015] F、如果侦听到串口中断,系统根据串口命令进行相应的中断服务程序,完成后进 入低功耗模式;
[0016] G、如果是实时时钟模块的中断(采样中断信号),则进行相应的温度测量并记录的 任务,完成后进入低功耗模式。
[0017] 本发明采用数据采集系统和数据整理系统分离的设计理念,有效降低了系统功耗 和成本(减少了元器件)。本发明装置可以同时测量多点的温度,数据采集系统负责采集温 度信息并存储,数据整理系统负责将存储器中的数据导出到SD卡或U盘中的TXT文件中,也 可通过UART接口输入命令实现上述功能,方便通过远程终端获取数据,可以用于测试数据 采集系统工作是否正常。具有超低功耗、便携易操作、低成本、高精度、便于扩展、适用范围 广等优点。
[0018] 本发明装置能同时测量不同深度的土层的温度,具有超低功耗、体积小、成本低、 方便灵活、便于操作可长时间稳定工作在野外条件下。
[0019] 本发明具有以下效益:1)超低功耗,本发明装置按每次测量温度持续Is来计算,工 作电流为6mA,休眠时电流为i〇uA每隔一个小时测量一测温度,数据采集系统月功耗仅为 9 • 12mAH,远远低于参考文献的i〇AH的月功耗:
[0020] 2)接口多,最多可以外接56路温度传感器;
[0021] 3)可以采用数字或模拟信号的温度传感器;
[0022] 4)供电方式灵活,可以采用干电池或者锂电池或太阳能等其他清洁能源;
[0023] 5)配有调试接口,可以通过手机、PC或者其他手持设备,可以通过这个接口对系统 进行各种参数设置、系统功能测试、也可将存储器的数据导出;
[0024] 6)预留蓝牙模块、Zigbee接口,适合大规模测试任务。
附图说明
[0025]图1是一种超低功耗便携式地温采集装置的结构示意图;
[0026]图2是一种超低功耗便携式地温采集装置中电源管理模块和温度传感器模块的原 理图;
[0027]图3是一种超低功耗便携式地温采集方法的工作流程图。
[0028]附图标记含义如下:数据采集系统(1),数据整理系统(2),实时时钟模块(11),温 度传感器模块(I2),电源管理模块(13),存储器模块(14),第一I2C接口(16),第一UART接口 (I7),第一单片机(1®,第二接口⑵),第二UART接口(22),LCD显示模块(23),SD卡模块 (24) ,SPI接口(25),USB接口(26),第二单片机(27),BT1-纽扣电池,C2-第二电容,C3-第三 电容,C5_第五电容,C8-第八电容,reg-电荷泵,D1-第一二极管,D2-第二二极管,VCC-总电 源,VCC1-第一电源,VCC2-第二电源,VCC3-第三电源,DW0-第一传感器,DW1-第二传感器, 服2_第三传感器,DW3-第四传感器,DW4-第五传感器,DW5-第六传感器,DW6-第七传感器, 服7-第八传感器,Rpl-第一上拉电阻,Rp2_第二上拉电阻,RP3-第三上拉电阻,RP4-第四上 拉电阻,Q1-第一三极管,Q2-第二三极管,J1-外部电源输入端口,Rql-第一限流电阻,Rq2-第二限流电阻。
具体实施方式
[0029]下面的实施例可以进一步说明本发明,但不以任何方式限制本发明。
[0030] 实施中各个模块的主要芯片选择如下,实时时钟模块:采用NXP公司的NXP8563芯 片;存储器模块:采用ATMEL公司的AT24C512芯片;第一单片机的控制芯片采用TI公司(美国 德州仪器公司)的MSP430G2553;第二单片机的控制芯片采用TI公司的MSP430F5529;温度传 感器采用达拉斯公司的DS18B20芯片。其他部件选择如下:电荷栗采用TI公司的REG710NA-3.3/250。
[0031]系统组成以及工作原理如下:由图1可知,一种超低功耗便携式地温采集装置,由 数据采集系统和数据整理系统组成,两部分可以通过第一 UART接口 17、第二UART接口 22和 第二UC接口 21通信。数据采集系统是该发明的核心部分,通常数据采集系统中的第一单片 机处于休眠状态低功耗模式。数据采集系统包括第一单片机18、实时时钟模块11、温度传感 器模块12、存储器模块14、电源管理模块13,第一单片机18通过第一 I2C接口 16与实时时钟 模块11相连,第一单片机18与温度传感器模块12相连,第一单片机18还与存储器模块14及 电源管理模块13相连,实时时钟模块通过输出报警信号唤醒休眠状态的第一单片机,第一 单片机读取当前实时时钟模块的时间,控制温度传感器模块进行数据采集,然后将数据写 入存储器模块;数据整理系统包括第二单片机27、SD卡模块24、LCD显示模块23、第二UART接 口 22; SD卡模块M和LCD显示模块23通过SPI接口 25接在第二单片机27上,第二UART接口 22 用于数据采集系统的测试,第二单片机27的第二I2C接口 21与数据采集系统的第一 I2C接口 I6连接,读取存储器模块的数据。写入TXT文档并保存在SD卡或U盘里,LCD用于显示状态信 息。数据整理系统还带有USB接口 26,具有接口多处理速度快等优点。数据采集系统的UART 通信接口(或蓝牙、zigbee终端)或其他UART无线模块,用于使用PC或者手机系统调试测量, 接受指令并进行测试,返回相应数据,以检测系统是否正常工作。电荷栗REG将输入电压稳 定在3.3v以保证系统正常工作。单片机处于休眠状态时工作电流为10nA左右,工作状态(进 行温度采集存储时)工作电流为10mA(此处为典型值,取决于所用温度传感器的多少)。
[0032]实施例1.第一单片机内部集成12位高精度ADC模块,有8个外部模拟信号输入通 道。选取部分I/O端口作为温度传感器电源控制端口,选用8个端口作为温度传感器的输入 输出端口,选择8端口作为控制温度传感器的电源端口,链接传感器的每个端口会挂载8个 温度传感器,但是每个传感器的电源由相应端口控制,这样每个可以进行8次测量得到不同 传感器的数值。这样既充分利用了单片机的资源,又降低了系统的功耗,理论上第一单片机 可以挂载56个温度传感器。
[0033]图2详细展示了电源管理模块和温度传感器模块的原理图,本实施例中采用2组 共8个传感器组成一个2乘4的传感器阵列作为温度传感器模块,以提高资源利用率。首先传 感器分为两组,此处采用数字温度传感器DS18B20测量温度,第一传感器WD0、第二传感器 WD1、第三传感器WD2和第四传感器WD3为第一组,第五传感器WD4、第六传感器WD5、第七传感 器WD6和第八传感器WD7为第二组。由于温度传感器的数据线需要上拉电阻才能工作,此处 两组传感器依次工作(不能同时读取数据)。2个通道公用上拉电阻:第一上拉电阻RP1、第二 上拉电阻RP2、第三上拉电阻RP3、第四上拉电阻RP4,第一上拉电阻RP1、第二上拉电阻RP2、 第三上拉电阻RP3、第四上拉电阻RP4的一端共同连接在电源VCC上,第一上拉电阻RP1的另 一端接到第一传感器DW0和第五传感器DW4的第二引脚,然后接到第一单片机的同一 I/O端 口上,第二上拉电阻RP2的另一端接到第二传感器DW1和第六传感器DW5的第二引脚,然后接 到第一单片机的同一控制端口上,第三上拉电阻RP3的另一端接到第三传感器DW2和第七传 感器DW6的第二引脚,然后接到第一单片机的同一控制端口上,第四上拉电阻RP4的另一端 接到第四传感器DW3和第八传感器DW7的第二引脚,然后接到第一单片机的同一控制端口; 八个传感器的第三引脚都接到地线上,第一组传感器第一传感器WD0、第二传感器WD1、第三 传感器WD2和第四传感器WD3的第一引脚接到第一电源VCC1上,为第二组传感器第五传感 器、第六传感器、第七传感器、第八传感器的第一引脚接到第二电源电源VCC2上;第一三极 管Q1和第二三极管Q2的1号引脚接到总电源VCC上,第一三极管Q1的二号引脚连接第一限流 电阻Rql的一端,同时第一限流电阻Rql的另一端连接第一单片机的的控制端口,第一三极 管Q1的第三引脚输出为第一电源VCC1,连接第一组传感器的第一管脚;第二三极管Q2的第 二引脚连接第二限流电阻Rq2的一端,而第二限流电阻Rq2的另一端连接到第一单片机的控 制端口,第二三极管Q2的第三引脚输出为第二电源VCC2,连接第二组传感器的第一管脚。 [0034]整个系统的电源有两部分:纽扣电池BT1及外部输入电源由外部电源输入端口 j i 输入,外部电源可根据实际情况选择。连接关系如下:
[0035]外部电源输入端口 J1的1号引脚接地,2好引脚为输入高电平,外部电源经外部电 源输入端口 J1输入到电荷泵reg的1号引脚,与此同时外部电源输入端口 j_2号引脚与地 之间接上第二电容C2和第三电容C3,第二电容C2和第三电容C3的正极接电荷泵reg的1号引 脚,第二电容C2和第三电容C3的负极接地;电荷泵reg的2号引脚接地,电荷泵reg的3号引脚 为第一单片机芯片的使能端,接到第一单片机的〗/〇端口上,由第一单片机控制电荷泵是否 工作,总电源VCC成为受第一单片机控制的电源,总电源VCC为电荷泵reg的输出端。电荷杲 的4、5号引脚接第八电容CS,该电容选用独石电容,不分正负极,电荷泵的6号引脚为输出, 并接第五电容C5的一端,第五电容C5的另一端接地,电荷栗的输出为总电源VCC。
[0036] 纽扣电池BT1负极接地,正极接第二二极管D2的阳极,同时总电源VCC连接第一二 极管D1的阳极,第一二极管D1的阴极和第二二极管D2阴极相连,此连接点为第三电源 VCC3;当电荷泵reg工作时,总电源VCC为3 • 3V左右,经过第一二极管D1会有0 • 7V的压降,也 就是VCC3为2.7V左右,而纽扣电池BT1的电压小于抑,经第二二极管D2后电压小于2.3V,所 以此时第一二极管D1不导通,由总电源VCC为系统供电。而当电荷栗不工作的时候,第三电 源VCC3小于2 • 3V,为第一单片机18供电无论何时,第一单片机都不会掉电。
[0037]关于电源管理,为了降低系统功耗,我们从以下几个方面来降低系统功耗:
[0038] 1 •我们选用了业内超低功耗的MSP430系列单片机,第一单片机18处于低功耗模式 的时候工作电流只有几个mA。该地温采集装置休眠状态时,主控芯片处于低功耗模式。
[0039] 2 •系统处于休眠状态时,关闭温度传感器模块和存储器模块的电源,只保留实时 时钟模块和单片机的电源。当实时时钟模块产生中断后,单片机恢复正常模式,并打开各个 模块的电源。
[0040] 3.单片机处的低频时钟选用其内部的VL0低频振荡器12kHZ左右时钟,降低了成本 的同时也降低了系统的功耗。
[0041] 4•引入看门口模块,防止系统异常出现,使单片机处于长时间的高功耗等待状态。
[0042] 5•系统整个过程中延时都用定时器实现,延时期间单片机处于低功耗模式。另外 用不同任务交叉进行,减少延时的使用。
[0043]为了达到较高的扩展性和宽泛的应用环境,我们为本发明装置提供3种供电方式: 1)采用干电池供电,是成本最低的一种供电方式,适用于使用时间较短的地温采集方案;2) 采用锂电池供电,一次性投入较方案一较高,适用于使用时间较长的地温采集装置;3)采用 锂电池与太阳能相结合供电系统,也是投入最高的一种方案,适合野外无人无电的环境的 较大规模的地温数据采集系统。
[0044]本发明装置的任务是完成地温的采集,并记录下来,为了保证测量温度的准确性, 我们进行3次测量,读取两次实时时钟模块的时间,并且交叉进行以减少单片机的等待时 间,降低功耗。由于第一次测量容易出现温度不准的问题,所以我们舍弃第一次的测量,对 后面两次数值取平均值。然后将8个通道实施例中依次接通第一电源VCC1、第二电源VCC2, 则有8个传感器可用的时间和年月日的信息压缩成11个字节。然后从存储器模块中读出写 入地址并将11字节的信息写入存储器进行写入校验,校验成功后,将年月日以及写入的地 址等信息写入存储器的缓存中。由于存储器模块只有64k的存储器容量,若果存储器写满, 那么单片机将从存储器的起始地址重新开始写入,这样就会覆盖原来存储器内存储的信 息。
[0045]实时时钟模块可以设置闹钟,即每隔一定时间发出一次报警信号,我们这里设定 为每隔一个小时,由实时时钟模块发出一个脉冲信号,该信号可以唤醒处于低功耗模式的 第一单片机,第一单片机由低功耗模式进入正常运转模式,然后控制温度传感器模块进行 温度采集,读取实时时钟提供的时间,将温度和对应的时间按一定规则进行压缩,并存储到 存储器模块中,然后关闭存储器模块和存储器模块的电源并让第一单片机进入休眠状态, 等待下一次中断信号的到来。
[0046]图3示出了一种超低功耗便携式地温采集方法的工作流程图,详细说明如下:
[0047] S1.系统上电后,打开看门狗,打开内部低频时钟和高频时钟,设置看门狗复位间 隔时间,然后初依次打开总电源VCC、初始化第一单片机的第一12C接口( 16)和第一UART接 口(17),初始化实时时钟模块11、关闭看门狗;
[_8] S2•判断是否有中断,如果无中断产生,关闭总电源VCC,系统进入低功耗模式,如 果有中断产生则进行步骤S3;
[0049] S3 •判断中断来源,如果是实时时钟模块产生的报警中断,则进行步骤S4;如果是 串口中断,则判断串口接收缓存中的指令,并执行相应的操作,然后进入低功耗模式;在接 收完指令进行相应操作之前要打开外部电源和看门狗,处理完任务后要关闭外部电源和看 门狗;
[0050] S4.打开总电源VCC,初始化第一I2C接口(16),进行一次温度测量,然后读取当前 时间;
[0051] S5.从存储器模块中读出日志信息(日志信息记录了上次测量任务写入数据的时 间和地址),然后再读取一次温度、一次时间,判断读取的时间是否正确;如果正确则将时间 压缩成3个字节,否则重新读取时间,如果时间不正确,则再读一次时间,并与前一次所读取 得时间进行比较;如果一致,则认为正确,将年月日时数据压缩成3个字节;
[0052] S6 •进行第三次读温度,然后和第二次读取的温度求平均值(每个通道对应),然后 将温度数据放在3个字节的时间数据后面,组成19字节的数据信息;
[0053] S7 •从S5步骤读取的日志信息中取出地址,次地址为上次写入的末地址,即此次写 入的起始地址。
[0054] S8.将19字节的数据写入目的地址,并进行写入校验,确保写入正确;
[0055] S9.更新日志信息,并写入存储器模块相应的存储区;
[0056] S10.关闭外部电源,关闭看门狗,进入低功耗模式,至此温度采集任务完成。系统 等待中断来临,以唤醒第一单片机,然后跳转至步骤S3。

Claims (4)

1. 一种超低功耗便携式地温采集装置,包括数据采集系统(1),其特征在于:它还包括 数据整理系统(2),数据采集系统(1)的第一UART接口(17)与数据整理系统(2)的第二UART 接口(22)连接,数据采集系统包括第一单片机(18)、实时时钟模块(11)、温度传感器模块 (12)、存储器模块(14)、电源管理模块(13),第一单片机(18)通过第一I2C接口(16)与实时 时钟模块(11)相连,第一单片机(18)与温度传感器模块(12)相连,第一单片机(18)还与存 储器模块(14)及电源管理模块(13)相连,实时时钟模块通过输出报警信号唤醒休眠状态的 第一单片机(18),第一单片机(18)读取当前实时时钟模块的时间,控制温度传感器模块 (12)进行数据采集,然后将数据写入存储器模块;数据整理系统包括第二单片机(27)、SD卡 模块(24)、LCD显示模块(23)、第二UART接口(22) ; SD卡模块(24)和LCD显示模块(23)通过 SPI接口(25)接在第二单片机(27)上,第二UART接口(22)用于数据采集系统的测试,第二单 片机(27)的第二I2C接口(21)与数据采集系统的第一I2C接口(16)连接,读取存储器模块的 数据;温度传感器模块采用2组共8个传感器,第一组由第一传感器(WDO)、第二传感器 (WD1)、第三传感器(WD2)和第四传感器(WD3)组成,第二组由第五传感器(WD4)、第六传感 器(WD5)、第七传感器(WD6)和第八传感器(WD7)组成,2组传感器公用四个上拉电阻,即第一 上拉电阻(RP1)、第二上拉电阻(RP2)、第三上拉电阻(RP3)、第四上拉电阻(RP4),第一上拉 电阻(RP1)、第二上拉电阻(RP2)、第三上拉电阻(RP3)、第四上拉电阻(RP4)的一端共同连接 在总电源(VCC)上,第一上拉电阻(RP1)的另一端接到第一传感器(DWO)和第五传感器(DW4) 的第二引脚,然后接到第一单片机的同一I/O端口上,第二上拉电阻(RP2)的另一端接到第 二传感器(DW1)和第六传感器(DW5)的第二引脚,然后接到第一单片机的同一控制端口上, 第三上拉电阻(RP3)的另一端接到第三传感器(DW2)和第七传感器(DW6)的第二引脚,然后 接到第一单片机的同一控制端口上,第四上拉电阻(RP4)的另一端接到第四传感器(DW3)和 第八传感器(DW7)的第二引脚,然后接到第一单片机的同一控制端口;第一传感器(WDO)、第 二传感器⑽1)、第三传感器⑽2)和第四传感器⑽3)的第一引脚接到第一电源(VCC1)上, 第五传感器(WD4)、第六传感器(WD5)、第七传感器(WD6)和第八传感器(WD7)的第一引脚接 到第二电源电源(VCC2)上;总电源(VCC)上连接第一三极管(Q1)和第二三极管(Q2)的集电 极,第一三极管(Q1)的基极连接第一限流电阻(Rql)的一端,同时第一限流电阻(Rql)的另 一端连接第一单片机的的控制端口,第一三极管(Q1)的发射极输出为第一电源(VCC1),连 接第一组传感器的第一管脚;第二三极管(Q2)的基极连接第二限流电阻(Rq2)的一端,而第 二限流电阻(Rq2)的另一端连接到第一单片机的控制端口,第二三极管(Q2)的发射极输出 为第二电源(VCC2),连接第二组传感器的第一管脚;第一传感器(WDO)、第二传感器(WD1)、 第三传感器(WD2)和第四传感器(WD3)组成,第二组由第五传感器(WD4)、第六传感器 (WD5)、第七传感器(WD6)和第八传感器(WD7)均为达拉斯公司的DS18B20温度传感器。
2.根据权利要求1所述的超低功耗便携式地温采集装置,其特征在于:电源管理模块采 用外部输入电源,由外部电源输入端口(J1)输入到电荷栗(reg),外部电源输入端口(J1)的 一个输出端与地之间接上第二电容(C2)和第三电容(C3),第二电容(C2)和第三电容(C3)的 正极与电荷泵(reg)相接,电荷泵(reg)接到第一单片机的I/O端口上,由第一单片机控制电 荷泵(reg)是否工作,总电源(VCC)为受第一单片机控制的电源,总电源(VCC)为电荷泵 (reg)的输出端;电荷泵(reg)还接第八电容(CS),电荷泵输出端接第五电容(C5)的一端。
3.根据权利要求1所述的超低功耗便携式地温采集装置,其特征在于:第一单片机的控 制芯片采用MSP430G2553,第二单片机的控制芯片采用]y[SP430F5529。
4.用权利要求1所述的一种超低功耗便携式地温采集装置进行地温采集的方法,其特 征在于步骤如下: A、 初始化:首先初始化第一单片机的第一UC接口(16)和第一UART接口(17),初始化实 时时钟模块; B、 读取时间和地址:读取实时时钟模块(11)的时间,读取存储器模块的写入数据的时 间和地址; C、 温度测量:初始化第一I2C接口(16),进行多次温度的测量,求各个通道的温度值; D、 读出日志信息:重新初始化第一I2C接口(16),将相关信息写入存储器并进行写入校 验,通过第一UART接口(17)发送相关信息;关闭各模块电源,降低功耗; 具体过程为:从存储器模块中读出日志信息,日志信息记录了上次测量任务写入数据 的时间和地址,然后再读取一次温度、一次时间,判断读取的时间是否正确;如果正确则将 时间压缩成3个字节,否则重新读取时间,如果时间不正确,则再读一次时间,并与前一次所 读取得时间进行比较;如果一致,则认为正确,将年月日时数据压缩成3个字节;进行第三次 读温度,然后和第二次读取的温度求平均值,求平均值时每个通道对应,然后将温度数据放 在3个字节的时间数据后面,组成19字节的数据信息; E、 系统进入休眠状态; F、 如果侦听到串口中断,系统根据串口命令进行相应的中断服务程序,完成后进入低 功耗模式;如果是实时时钟模块的中断,则进行相应的温度测量并记录的任务,完成后进入 低功耗模式。
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