基于無(wú)線(xiàn)通信的溫度監測系統的設計

　　3　系統硬件設計

　　3.1　傳感器節點(diǎn)的硬件設計

　　一個(gè)完整的傳感器節點(diǎn)需要有小尺寸、低功耗，短距離通信的特點(diǎn)，因此一個(gè)傳感器節點(diǎn)通常由傳感器模塊、處理器模塊、無(wú)線(xiàn)通信模塊組成。本系統的傳感器節點(diǎn)硬件結構如圖2所示。

圖2　傳感器節點(diǎn)硬件結構圖

　　溫度傳感器采用DALLAS公司生產(chǎn)的DS18B20，DS18B20具有獨特的單總線(xiàn)接口，只需一個(gè)接口引腳即可通信，并且多個(gè)DS18B20可以存在于同一條單線(xiàn)總線(xiàn)上，測量范圍為- 55～125 ℃，以9位數字值方式讀出溫度，需要的外圍器件很少，體積小，滿(mǎn)足傳感器節點(diǎn)的要求。

　　單片機ATmega16L是Atmel公司的基于AVR的增強型R ISC結構的極低功耗的8位CMOS微控制器。

　　Atmega16L數據吞吐率高達1M IPS/MHz，從而緩解了系統在功耗和處理速度之間的矛盾，有六種睡眠模式，并且在1MHz， 3V， 25 ℃時(shí)的功耗在正常模式是111mA，在空閑模式是0135mA，適合傳感器節點(diǎn)的低功耗要求。

　　無(wú)線(xiàn)通信芯片采用Nordic公司的NRF905無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片。NRF905是一款工作在433 /868 /915頻段上的可編程的單片射頻收發(fā)器，體積小，外圍電路簡(jiǎn)單，集成度高。NRF905可以自動(dòng)完成處理字頭和CRC (循環(huán)冗余碼校驗)的工作，可由片內硬件自動(dòng)完成曼徹斯特編碼、解碼，使用SP I接口與微控制器通信。其功耗非常低，以- 10 dBm的輸出功率發(fā)射時(shí)電流只有11 mA，在接收模式時(shí)電流為1215 mA。最主要的特點(diǎn)是可以通過(guò)單片機編程給每片NRF905分配地址，地址寬度最多可達4字節。

　　傳感器節點(diǎn)主要負責溫度的采集和無(wú)線(xiàn)發(fā)送，傳感器DS18B20將采集的數據發(fā)送給Atmega16L， At2mega16將數據通過(guò)SP I口發(fā)送給NRF905，再由NRF905將數據打包后發(fā)送給二級節點(diǎn)。

　　3.2　主控節點(diǎn)和二級節點(diǎn)硬件設計

　　主控節點(diǎn)和二級節點(diǎn)的硬件結構如圖3所示，處理器都是采用了低功耗的單片機ATmenga16L，發(fā)射芯片采用Nordic公司的NRF905無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片，有區別的是主控節點(diǎn)通過(guò)RS232與監控計算機通信，主控節點(diǎn)收集的來(lái)自各個(gè)傳感器節點(diǎn)的數據經(jīng)簡(jiǎn)單處理后傳送給監控計算機，監控計算機負責數據的保存和溫度值的顯示。

圖3　二級節點(diǎn)和主控節點(diǎn)硬件結構