基于DSP和nRF24L01的無(wú)線(xiàn)環(huán)境監測系統設計

摘要：設計基于DSP(Digital Signal Processor)和nRF24L01的無(wú)線(xiàn)環(huán)境監測系統。系統的主控部件選用的是TMS320LF2407，無(wú)線(xiàn)通信模塊選用的是nRF24L01。文中論述了系統各硬件模塊的選擇方案，給出了各部分的軟件設計。實(shí)驗表明，該系統可以實(shí)現對環(huán)境溫度、光照強度等的無(wú)線(xiàn)監測。
關(guān)鍵詞：DSP；nRF24L01；無(wú)線(xiàn)傳輸；溫度傳感器；光度傳感器

引言
目前，我國環(huán)境監測設備已經(jīng)有了長(cháng)足的發(fā)展，例如應用衛星遙感技術(shù)進(jìn)行環(huán)境監測，采用GPRS系統對地下水監測等，各種環(huán)境采樣器也更加精確。但是大部分監測站的儀器裝備技術(shù)含量較低，功能單一，穩定性和可靠性差，多數小型儀器采用有線(xiàn)通信方式，亟待更新?lián)Q代。而且，我國在環(huán)境監測儀器方面的自主開(kāi)發(fā)能力較弱，精密儀器的技術(shù)含量和工藝要求都比較高，使得目前大量的精密儀器無(wú)法實(shí)現本地化生產(chǎn)，主要依靠進(jìn)口，這就導致了價(jià)格非常昂貴。
本文基于DSP和nRF24L01設計了一種無(wú)線(xiàn)環(huán)境監測系統。該系統操作簡(jiǎn)便、測量迅速、造價(jià)低廉、便于攜帶，能滿(mǎn)足一定靈敏度和準確度的要求，且采用無(wú)線(xiàn)數據通信作為傳輸載體，可應用于蔬菜大棚、生產(chǎn)車(chē)間、溫室、礦井等場(chǎng)所的溫度、光度監測與控制系統。
例如，在蔬菜大棚中，蔬菜生長(cháng)的適宜溫度為20～30℃，大棚內白天增溫快，當棚外平均氣溫為15℃時(shí)，棚內可達40～50℃，不利于蔬菜生長(cháng)。同樣，適當的光照強度對植物體內的硝酸鹽代謝起極為重要的作用，是決定植株硝酸鹽含量的主要因素之一，但過(guò)弱或過(guò)強的光照也不利于蔬菜的生長(cháng)。因此，需要根據監測值適時(shí)調節棚內溫度，以有效地避免不當的溫度、光照對蔬菜的危害。

1 方案論證
本無(wú)線(xiàn)環(huán)境監測系統是由一個(gè)主站和兩個(gè)分站組成。主站由無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊、信息處理模塊、顯示模塊構成，功能是無(wú)線(xiàn)發(fā)送分站的編號和命令，并無(wú)線(xiàn)接收分站發(fā)送的信息，同時(shí)顯示這些信息及分站的編號；分站由傳感器模塊、編碼模塊、信息處理模塊、顯示模塊和無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊構成，功能是采集溫度、光照信息，顯示所測信息，并將這些信息和自己的編號無(wú)線(xiàn)傳輸給主站。系統結構圖如圖1所示。

1．1 主控模塊
本方案中主控模塊選擇TI公司的DSP芯片TMS320LF2407。TMS320LF2407內置10位(雙8路或單16路)A／D轉換器、看門(mén)狗定時(shí)器模塊；有41個(gè)可獨立編程的數字I／O引腳，絕大部分有復用功能；外設接口有串行通信SCI(Serial Communication Interface)與串行外設SPI(Serial Periphera1 Interface)；2個(gè)事件管理器EVA、EVB可為所有類(lèi)型電機提供控制技術(shù)，為工業(yè)自動(dòng)化方面的應用奠定了基礎；2個(gè)16位通用定時(shí)器，3個(gè)具有死區功能的全比較單元。
較MCS-51系列單片機而言，TMS320LF2407內部有32 KB的Flash程序存儲器和2．5 KB的SRAM，更能滿(mǎn)足軟件對空間的要求，且方便在線(xiàn)調試。利用其內置的10位A／D轉換器，可以直接接溫度、光度傳感器模塊，將測得的溫度值、光照強度值等模擬量轉換為T(mén)MS320LF2407可以處理的數字信息，避免了用MCS51進(jìn)行A／D擴展帶來(lái)的麻煩。另外，TMS320LF2407有41個(gè)可獨立編程的數字I／O引腳，絕大部分有復用功能，更能滿(mǎn)足硬件對I／O口的需求。使用TMS320LF2407的串行外設接口SPI，可以直接和無(wú)線(xiàn)傳輸模塊nRF24L01提供的SPI接口相連，不需要軟件模擬SPI。使用的開(kāi)發(fā)環(huán)境是CCS3．0，完全支持C語(yǔ)言，方便程序編寫(xiě)。