专利名称：基于无线通讯技术的无线温度变送器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及测量电子技术，特别是涉及一种用于工业领域温度测量的基于 Zigbee (—种短距离、低速率无线网络技术)无线通讯技术的无线温度变送器的电 子技术。
背景技术：
对于温度的测量，使用温度变送器是工业领域的测量方式之一，传统的温度变 送器都为两线制或四线制方式传输数据。安装使用传统温度变送器时，必须铺设电 缆，这样不但电缆成本必须考虑，而且由此带来的人工费用和日后的维护费用都必 须考虑。而且有些场合电缆难以铺设，对于补充安装的变送器，则必须重新挖开电 缆沟铺设电缆，成本明显上升。基于此背景，开发的无线温度变送器克服了必须铺 设电缆的弊端，节省了铺设和维护电缆的工程和费用。在现有的无线传输技术中，红外线传输不能绕过障碍物，应用面窄；蓝牙技术 传输距离太短、功耗及成本还不够低、开发较复杂，都限制了它的推广应用；无线 局域网Wi-Fi技术网络节点有限，且功耗较大，不宜到处使用。实用新型内容针对上述现有技术中存在的缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种 提供一种能解决传统变送器的必须铺设电缆的问题的，低成本、低功耗、高可靠性、 组网方便简捷的基于Zigbee无线通讯技术的无线温度变送器。为了解决上述技术问题，本实用新型所提供的一种基于Zigbee无线通讯技术的 无线温度变送器，其特征是，包括一信号采集板，由电源芯片、信号放大芯片、基准芯片、冷端芯片和模数转换 芯片组成，其中热电偶信号输入端经信号放大芯片、模数转换芯片连接SPI (Serial Peripheral Interface串行外围设备接口)总线，基准芯片连接模数转换芯片，冷端芯 片连接SPI总线，电源芯片连接电源输入端并向所述其他所有芯片供电；所述信号 采集板用于完成读取热电偶信号、信号放大后进行模数转换，并测量冷端温度；一主电路板，包括带微处理器的射频芯片(CC2430)，所述射频芯片的输入端 经SPI总线连接信号采集板的模数转换芯片，所述射频芯片的输出端经射频输入/输 出电路连接天线，所述射频芯片的电源端连接信号采集板的电源芯片，所述射频芯 片的时钟信号由其所连接的晶振信号单元提供；所述射频芯片通过SPI总线读取热 电偶数字信号和冷端温度信号，经过补偿运算后，将测量的温度值通过射频输入/输出电路，经天线将信号发射出去；并接收基站的信号，完成与基站间的数据通讯工作。热电偶通过热电偶信号输入端与信号采集板相连接；热电偶信号送给信号采集 板，再由SPI总线将数据将数据送至主电路板，经主电路板发送和接收。 进一步的，为了调试的需要，所述主电路板设有JTAG接口。 利用本实用新型提供的基于Zigbee无线通讯技术的无线温度变送器，由于采用 问世仅有3年多的IEEE 802.15.4/ZigBee无线传输技术，才真正具备低成本、 低功耗、高可靠性、组网方便简捷的综合优势，是受到普遍重视的无线通讯技术。 因此，开发无线温度变送器时采用ZigBee无线通讯技术。因此，本实用新型的有 益效果是具有传统温度变送器的优点，不存在布线问题，而且功耗低，数据通讯安 全可靠，具有良好的开放性。
图1为本实用新型实施例无线温度变送器的结构框图；图2为本实用新型实施例主电路板的原理框图；图3为本实用新型实施例信号采集板的原理框图；图4为本实用新型实施例启动程序框图；图5为本实用新型实施例査表法处理数据的程序框图；图6为本实用新型实施例通信流程的程序框图。
具体实施方式
以下结合附图说明对本实用新型的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不 用于限制本实用新型，凡是采用本实用新型的相似结构及其相似变化，均应列入本 实用新型的保护范围。由图1-图3所示， 一种基于Zigbee无线通讯技术的无线温度变送器，其特征 是包括一信号采集板，如图3所示，由电源芯片、信号放大芯片、基准芯片、冷端芯 片和模数转换芯片组成，其中热电偶信号输入端经信号放大芯片、模数转换芯片连 接SPI总线，基准芯片连接模数转换芯片，冷端芯片连接SPI总线，电源芯片连接 电源输入端并向所述其他所有芯片供电；所述信号采集板用于完成读取热电偶信号、 信号放大后进行模数转换，并测量冷端温度；一主电路板，如图2所示，用于实现热电偶测量温度冷端补偿计算、程序下载、 通讯等，包括带微处理器的射频芯片(CC2430芯片)，CC2430芯片的输入端经SPI 总线连接信号釆集板的模数转换芯片，CC2430芯片的输出端经射频输入/输出电路 连接天线，CC2430芯片的电源端连接信号采集板的电源芯片的3.3V电源，CC2430 芯片的时钟信号由其所连接的晶振信号单元提供；CC2430芯片通过SPI总线读取热 电偶数字信号和冷端温度信号，经过补偿运算后，将测量的温度值通过射频输入/输 出电路，经天线将信号发射出去。并接收基站的信号，完成与基站间的数据通讯工作；热电偶通过热电偶信号输入端与信号采集板相连接；热电偶信号送给信号采集板，再由SPI总线将数据将数据送至主电路板，经主电路板发送和接收。为了调试 的需要，因此增加了JTAG接口。CC2430芯片的编写软件，下载软件ZigBee协议栈中，将用户自行开发的应用作为一个任务添加在任务列表中， MCU启动后，完成一系列初始化工作，就等待任务的处理。程序框图如图4所示 系统上电；关闭中断；初始化内存；初始化硬件端口；初始化系统；确定扩展地址； 初始化MAC层；初始化操作系统；允许中断；硬件初始化结束；显示设备信息； 系统启动等待任务；系统不同的任务有不同的优先级别。对于无线温度变送器而言，只有温度测量计算功能这一个用户定义和添加的任 务，其余都是协议栈为了完成ZigBee网络层、MAC层等功能而自带的任务。1) 温度测量计算本无线温度变送器使用查表法处理数据，方法是根据热电偶毫伏信号与温度值 对应表在程序中建立一个一维的AD转换代码值16位与温度值对应数组，通过对数 组单元的操作完成数据处理。其查表法处理数据的程序框图如图5所示开始，读 取冷端芯片得到冷端代码；读取放大芯片得到热电偶代码；判断是否断偶？是则无 线发送断偶信号，返回至开始；否则求冷端温度值；査热电偶求相应代码；求绝对 温度代码值；查表求出绝对温度值；无线发送温度值，返回至开始。2) 与基站/读表器间通讯设计ZigBee通信技术提供了从物理层至网络层的解决方案，因此用户编程时，只需 考虑应用，对于帧的构建等具体过程等都不必考虑，由ZigBee协议栈完成。这样简 化了应用开发的精力投入。无线温度变送器与抄表器间的通信流程框图如图6所示 接收到MSG;事件触发；接收数具缓冲区；将数组解包；命令解析；执行相应动作；发送MSG至基站/手持式通讯器；取无线温度变送器相关数据；组建ZigBee数据包； 发包至基站/手持式通讯器。 本实用新型的工作过程该无线温度变送器上电后，首先寻找加入ZigBee网络。当测量到热电偶信号， 从进行放大和比较后，将电压模拟量信号转换为数字信号，通过SPI总线送至CC2430 芯片，CC2430芯片计算出对应的温度值，放入寄存器内。基站通过ZigBee网络寻 找到该无线温度变送器，并读取寄存器内的温度值。
权利要求1、一种基于Zigbee无线通讯技术的无线温度变送器，其特征是，包括一信号采集板，由电源芯片、信号放大芯片、基准芯片、冷端芯片和模数转换芯片组成，其中热电偶信号输入端经信号放大芯片、模数转换芯片连接SPI总线，基准芯片连接模数转换芯片，冷端芯片连接SPI总线，电源芯片连接电源输入端并向所述其他所有芯片供电；所述信号采集板用于完成读取热电偶信号、信号放大后进行模数转换，并测量冷端温度；一主电路板，用于读取热电偶数字信号和冷端温度信号，经过补偿运算后，将测量的温度数据传输至基站；包括带微处理器的射频芯片，所述射频芯片的输入端经SPI总线连接信号采集板的模数转换芯片，所述射频芯片的输出端经射频输入/输出电路连接天线，所述射频芯片的电源端连接信号采集板的电源芯片，所述射频芯片的时钟信号由其所连接的晶振信号单元提供。
2、根据权利要求1所述的基于Zigbee无线通讯技术的无线温度变送器，其特 征在于，所述主电路板设有JTAG接口。
专利摘要一种基于无线通讯技术的无线温度变送器，涉及电子技术技术领域；所要解决的是温度变送器数据无线传输的技术问题；该无线温度变送器包括一信号采集板，其中热电偶信号输入端经信号放大芯片、模数转换芯片连接SPI总线，基准芯片连接模数转换芯片，冷端芯片连接SPI总线，电源芯片连接电源输入端并向所述其他所有芯片供电；一包括带微处理器的射频芯片的主电路板，所述射频芯片通过SPI总线读取热电偶数字信号和冷端温度信号，经过补偿运算后，将测量的温度值通过射频输入/输出电路，经天线将信号发射出去；并接收基站的信号，完成与基站间的数据通讯工作。本实用新型具有低成本、低功耗、高可靠性、安装使用组网方便简捷的特点。
文档编号G08C17/00GK201117083SQ200720198408
公开日2008年9月17日 申请日期2007年11月27日 优先权日2007年11月27日
发明者瑜 彭, 煊 涂, 凯 王, 郑丽国, 黄冠宇 申请人:上海工业自动化仪表研究所