基于DSl8820和AT89S52以及RF芯片的測溫系統設計

　本文針對由于農作物的不同時(shí)期傳感器的空間位置不固定，布線(xiàn)不方便，可靠性差的問(wèn)題，采用無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)進(jìn)行數據傳輸。利用微功率RF芯片(nRF24E1)設計了一個(gè)體積小、成本低、性能穩定、功耗低、數據傳輸可靠的點(diǎn)對多點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)射頻數據采集系統，實(shí)現了對多個(gè)采樣點(diǎn)的實(shí)時(shí)數據無(wú)線(xiàn)采集。經(jīng)過(guò)實(shí)際使用，DSl8820和單片機AT89S52以及RF芯片組成的測溫系統，完全符合用戶(hù)的需要。

　　1 系統總體設計

　　本系統要實(shí)現的是溫度、濕度和壓力的采集、傳輸、顯示和后期處理等功能。系統的總體構想為數據采集模塊，短距離無(wú)線(xiàn)通訊模塊，串口通信模塊，顯示處理模塊幾大部分。系統方案的確定主要集中在無(wú)線(xiàn)通訊模塊的選擇和顯示模塊上。

　　硬件系統組成如圖1所示，首先用傳感器將現場(chǎng)信號轉換為電信號，經(jīng)過(guò)模/數轉換器ADC采樣、量化、編碼后轉換成數字信號，送到單片機進(jìn)行初步處理，然后利用nRF2401無(wú)線(xiàn)數據傳輸芯片通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式將有效數據發(fā)送給接收端，接收端在接收到有效數據后通過(guò)串行口將數據送入手機，手機通過(guò)C#語(yǔ)言編寫(xiě)的控制程序完成數據的顯示以及對有效數據進(jìn)一步處理的任務(wù)。

　　2 系統硬件設計

　　2.1 系統硬件組成

　　圖2所示是系統的硬件組成，DSl8820是DALLAS公司生產(chǎn)的一線(xiàn)式數字溫度傳感器，可把溫度信號直接轉換成串行數字信號供微機處理。具有3引腳TO-92小體積封裝形式;溫度測量范圍為-55～+125℃，可編程為9～12 b A/D轉換精度，測溫分辨率可達O.0625℃，被測溫度用符號擴展的16b數字量方式串行輸出;其工作電源既可在遠端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生;多個(gè)DSl8820可以并聯(lián)到3根或2根線(xiàn)上，CPU只需1根端口線(xiàn)就能與諸多DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節省大量的引線(xiàn)和邏輯電路。從DSl820讀出的信息或寫(xiě)入DSl820的信息，僅需要1根口線(xiàn)(單線(xiàn)接口)。讀寫(xiě)及溫度變換功率來(lái)源于數據總線(xiàn)，總線(xiàn)本身也可以向所掛接的DS1820供電，而無(wú)需額外電源。以上特點(diǎn)使DSl8B20非常適用于遠距離多點(diǎn)溫度檢測系統。DSl820提供九位溫度讀數，構成多點(diǎn)溫度檢測系統而無(wú)需任何外圍硬件，DSl820與nRF24E1的連接方式如圖3所示。

　　在本系統中，傳感器采集數據后，送到下位機，下位機和上位機通過(guò)無(wú)線(xiàn)數據通道聯(lián)系。無(wú)線(xiàn)數據收發(fā)部分主要由nRF24E1芯片、E2PR-OM、晶振、傳感器信號輸入和天線(xiàn)組成。

　　2.2 芯片nRF24E1內部結構

　　nRF24E1芯片是無(wú)線(xiàn)數據收發(fā)部分的核心，通過(guò)內嵌的51單片機內核，控制芯片內的A/D轉換模塊，無(wú)線(xiàn)收，發(fā)模塊。將射頻發(fā)射、接收、GMSK調制、解調、增強型8051內核、9輸入12b ADC、125頻道、UART、SPI、PWM、RTC、WDT全部集成到單芯片中，從而實(shí)現數據的采集，傳輸，處理等功能。硬件模塊如圖4所示，芯片主要由以下部分組成：

　　(1)CPU(微處理器)。帶有增強型805l內核，ADC、SPI、RF發(fā)射器1個(gè)、RF接收器2個(gè)、喚醒定時(shí)器5個(gè)中斷源，1個(gè)UART以及3個(gè)定時(shí)器。

　　(2)PWM輸出?？删幊檀_定PWM的輸出工作于6位、7位或8位，PWM信號的頻率可由軟件控制。

　　(3)SPI接口和SPI總線(xiàn)。

　　(4)RTC喚醒定時(shí)器、WTD和RC振蕩器。

　　(5)A/D轉換器。A/D轉換器有9個(gè)輸入通道可通過(guò)軟件進(jìn)行選擇。

　　(6)無(wú)線(xiàn)收發(fā)器，通過(guò)內部并行口或內部SPI口與其他模塊進(jìn)行通信，工作于全球開(kāi)放的2.4～2.5 GHz頻段。

　　3 無(wú)線(xiàn)數據傳輸系統的軟件設計與實(shí)現

　　本系統在編程時(shí)采用模塊化設計思想，各主要功能模塊均編成獨立的函數在主程序中加

以調用，程序主要由以下功能模塊組成：上電初始化程序、無(wú)線(xiàn)收發(fā)程序、數據包打包拆包程序、數據處理程序。采集端和接收端在上電后首先調用初始化程序，完成無(wú)線(xiàn)收發(fā)頻率、工作模式、發(fā)射速率、A/D轉換器精度及其他內部寄存器的初始化配置。