基于nRF905的溫度傳感器網(wǎng)絡(luò )硬件設計

按鍵模塊設計

按鍵是無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)為用戶(hù)提供的操作接口，可利用按鍵設置和讀取節點(diǎn)的參數，查詢(xún)節點(diǎn)的運行結果、工作狀態(tài)和歷史記錄。本設計采用的微控制器µPD78F0485具有按鍵中斷功能，具有8個(gè)通道，網(wǎng)絡(luò )系統使用了KEY1、KEY2、KEY3和KEY4四個(gè)按鍵引腳，它們分別與µPD78F0485的P40引腳、P41引腳、P42引腳和P43引腳相連接，按鍵電路如圖4所示。

圖4 按健電路圖

USB通訊模塊設計

利用USB接口可實(shí)現傳感器節點(diǎn)與計算機的通信。本設計采用了高度集成USB轉UART橋接器CP2102，它集成了USB 2.0全速功能控制器、USB轉發(fā)器、振蕩器和帶有全部調制解調器控制信號的串行數據總線(xiàn)（UART）接口；外圍元件較少，可以節約PCB成本和空間。使用USB通訊時(shí)，首先將USB電路板一端與傳感器節點(diǎn)的電路板連接，另一端與計算機連接，然后將CP2102的驅動(dòng)程序安裝在計算機上，計算機將CP2102虛擬成一個(gè)COM口，最后就能夠以訪(fǎng)問(wèn)一個(gè)標準COM口的硬件方式訪(fǎng)問(wèn)CP2102。USB通訊電路如圖5所示，網(wǎng)絡(luò )系統將µPD78F0485的異步串行接口UART6與CP2102的異步串行接口相連接。

圖5 USB通訊電路圖

液晶顯示模塊設計

溫度傳感器網(wǎng)絡(luò )工作時(shí)，需讀取和設置節點(diǎn)的參數。因此，需采用LCD顯示器來(lái)顯示所需設置的參數命令和參數數據。本設計采用的µPD78F0485微控制器帶有LCD控制器/驅動(dòng)器，具有自動(dòng)讀取存儲器顯示數據，自動(dòng)輸出COMMON和SEGMENT信號的功能。µPD78F0485具有6種顯示模式，每種顯示模式具有6種不同的幀頻率，本文選用1/3分壓、1/4分時(shí)的驅動(dòng)方式，使用副時(shí)鐘作為L(cháng)CD的時(shí)鐘源，采用內部分壓的方式來(lái)驅動(dòng)具有4個(gè)COM端、20個(gè)SEG的LCD顯示器，該顯示器可同時(shí)顯示8個(gè)數字、7個(gè)小數點(diǎn)、17個(gè)常用標號。

溫度采集模塊設計

本設計溫度采集芯片采用數字化溫度傳感器DS18B20，它由半導體公司Dallas推出，具有如下特點(diǎn)：①測溫范圍-55℃~+125℃，在-10℃~+85℃范圍內的精度為±0.5℃。②測量結果為數字信號，以“一線(xiàn)總線(xiàn)”傳給MCU，并且也傳送CRC校驗碼。③具有較高的分辨率，擁有9~12位分辨率可調的功能，所對應的溫度分辨率分別為0.5℃、0.25℃、0.125和0.0625℃。④具有寄生電源供電和外部電源供電兩種模式，電壓范圍寬。其中，在外部電源供電模式下，DS18B20工作穩定可靠，抗干擾能力強，因此，本文采用外部供電模式，并將DS18B20的電源引腳連接到µPD78F0485的引腳，當不測量溫度時(shí)，將其外部電源關(guān)閉以降低節點(diǎn)的功耗。⑤體積小，減少了傳感器節點(diǎn)體積的大小。網(wǎng)絡(luò )系統測溫電路如圖6所示，µPD78F0485的P140引腳與DS18B20的電源引腳相連接，P133引腳與DS18B20的數據引腳相連接。

圖6 測溫電路圖

電量檢測模塊設計

溫度傳感器網(wǎng)絡(luò )采用電池供電，因而必須定時(shí)檢測電量，以避免節點(diǎn)電量不足而造成節點(diǎn)之間的通信故障，若電量不足，則提示更換電池。本設計采用µPD78F0485微控制器的10位逐次逼近性AD轉換器和微功率兩端帶隙穩壓器LM385二極管來(lái)實(shí)現電量檢測，電量檢測電路如圖7所示，P30引腳連接控制是否測量電量，用以控制是否進(jìn)行電量檢測，P27/ANI連接穩壓管LM385的電源端。穩壓管LM385可工作在10mA~20mA的電流范圍內，具有非常低的溫度系數和動(dòng)態(tài)阻抗。

圖7 電量檢測電路圖

電源模塊設計

根據系統要求，本設計采用3.6V鋰電池供電，鋰電池具有容量大、體積小的特點(diǎn)。由于USB通訊模塊使用的是5V電壓，因此需采用LM1117進(jìn)行5V到3.6V電壓的轉換。電源模塊電路如圖8所示，電源模塊提供5V和3.6V的兩種電源接口，采用三端穩壓器LM1117可將5V電壓轉換為3.6V電壓。

圖8 電源模塊電路圖

結束語(yǔ)

為了實(shí)現實(shí)時(shí)采集房間內的溫度信息，本文基于nRF905芯片設計了一款無(wú)線(xiàn)溫度傳感器網(wǎng)絡(luò )。首先對無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行了概述，然后給出了溫度傳感器網(wǎng)絡(luò )的結構組成，最后詳細闡述了溫度傳感器網(wǎng)絡(luò )的硬件設計。該溫度傳感器網(wǎng)絡(luò )具有良好的通用性和可靠性。