基于nRF905的無(wú)線(xiàn)溫度采集系統設計與實(shí)現

摘要：針對傳統溫室信息有線(xiàn)采集系統移動(dòng)性差和難以安裝維護的特點(diǎn)，介紹了利用LM35溫度傳感器，STC公司新一代單片機12LE5630AD和Nordic公司nRF905射頻收發(fā)器芯片組成的一種多點(diǎn)溫度采集系統的設計方案。詳細闡述了系統組成結構、工作原理、硬件電路和軟件設計。實(shí)現了多點(diǎn)溫度實(shí)時(shí)監測。系統硬件構成簡(jiǎn)練，體積小，功耗低，有較廣的應用空間。
關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C；nRFg05；溫度采集

環(huán)境溫度參數監測是環(huán)境研究和火災安全防備的重要手段，傳統的有線(xiàn)定點(diǎn)采集、人工上報，這種方法正逐漸被新的技術(shù)所代替。目前常用的技術(shù)是基于無(wú)線(xiàn)模塊的環(huán)境監測方式，但是在一些用途精度要求不是很高的場(chǎng)所，如單位或家庭火災安全監測，這樣的產(chǎn)品價(jià)格過(guò)于昂貴，協(xié)議比較復雜，缺少靈活度。針對這一情況，本文利用STC12LE5630AD單片機和nRF905設計了一個(gè)無(wú)線(xiàn)溫度采集系統。一般傳統的溫度傳感器的輸出信號均為模擬信號，需經(jīng)過(guò)放大電路和A／D轉換后才能與單片機連接，系統結構比較復雜。筆者因此采用帶有A／D轉換功能的單片機STC12LE5630AD簡(jiǎn)化了系統外圍電路。nRF905是Nordic公司推出的單片射頻發(fā)射器芯片，可以自動(dòng)完成處理字頭和CRC，配置簡(jiǎn)單方便，功耗低。本文的系統不僅克服了溫度采集系統在使用空間上的局限性，而且大大簡(jiǎn)化了系統硬件電路。本文設計的無(wú)線(xiàn)節點(diǎn)溫度采集系統能夠用于實(shí)際多點(diǎn)溫度采集，結果也表明系統工作穩定，數據可靠，可以應用于室內和室外的溫度監測。

1 系統介紹
多點(diǎn)溫度監測系統由測量裝置、無(wú)線(xiàn)傳輸終端、上位機控制中心組成。如圖1為系統結構框圖。下位機(監測器)利用溫度傳感器將相應溫度值轉換成模擬電壓值，直接由單片機進(jìn)行A／D轉換，再將自己的地址值即轉換的數據值打包送至無(wú)線(xiàn)模塊(nRF905)。上位機無(wú)線(xiàn)模塊將下位機發(fā)送來(lái)的地址值即采集值送至單片機，在由串口通信方式送至PC。由PC進(jìn)行相應的判斷、采集值數據的修正最后顯示數據并畫(huà)圖。因此系統設計包括了硬件和軟件設計。

2 系統硬件設計
系統硬件主要包含：由LM35芯片構成的溫度采集電路、nRF905芯片構成的無(wú)線(xiàn)節點(diǎn)模塊與PC與單片機的串口通信系統。
2．1 溫度采集電路及無(wú)線(xiàn)模塊設計
溫度傳感器采用由National Semiconductol所生產(chǎn)的LM35，其輸出電壓與攝氏溫標呈線(xiàn)性關(guān)系，轉換公式如式(1)，0時(shí)輸出0 V，每升高1°，輸出電壓增加10 mV。在常溫下，LM35不需要額外的校準處理即可達到±1／4℃準確率。本文采用單電源模式，其在25°下靜默電流約50μA。
Vout_LM35(T)=10 mV／℃xT℃ (1)
通信模塊為nRF905，該芯片工作在433／868／915 MHz的ISM頻段。由一個(gè)完全集成的頻率調制器，一個(gè)帶解調器的接收器，一個(gè)功率放大器，一個(gè)晶體震蕩器和一個(gè)調節器組成。數據傳輸速率可達100 kb／s，支持點(diǎn)對點(diǎn)傳輸模式和廣播傳輸模式。nRF905工作電壓1．9～3．6 V。功耗很低，該芯片處于接受模式時(shí)工作電流為12．5 mA，但在掉電模式下工作電流僅為25μA。nRF905采用Nordic公司的VLSI ShockBurst技術(shù)，該技術(shù)使得nRF905在沒(méi)有高速MCU下，也能實(shí)現高速數據傳輸。
STC12CE5620AD系列單片機工作電壓為3．6～2．2 V，每個(gè)I／O驅動(dòng)能力可達到20 mA，是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘／機器周期(1T)的單片機，是高速／低功耗／超強抗干擾的新一代8051單片機，代碼與傳統8051兼容但速度快8～12倍，內部集成8路高速10位的A／D轉換。無(wú)線(xiàn)模塊具體接線(xiàn)原理圖如圖2所示。系統設計的電源電路可以利用電網(wǎng)供電，也可以使用電池。

2．2 串口通信硬件系統設計
基于PC機與單片機的串口通信系統電路如圖3所示，主要包括單片機、串口通信電路、ISP程序下載接口電路和系統復位電路。本電路基于RS-232接口標準，使用DB-9連接器。由于單片機輸出的TTL電平與PC機的RS-232串口電平的電氣特性不匹配。為了使單片機能與PC機正常通信，采用美信公司的MAX232芯片進(jìn)行電平轉換。MAX232是專(zhuān)門(mén)為電腦的RS-232標準串口設計的接口芯片，功能比較強大。MAX232芯片與計算機連接的端口中有3個(gè)驅動(dòng)端和5個(gè)接收端，因此可以同時(shí)進(jìn)行多路通信。另外MAX232芯片的傳輸速率最高可以達235 kb／s。在所設計的串口通信電路系統中，單片機的數據通過(guò)RXD、TXD與MAX3232相連，經(jīng)MAX3232完成電平轉換后成為RXD1、TXD1信號，再通過(guò)串口線(xiàn)與主機相連。

3 軟件系統設計
軟件主要包括：由微軟公司推出可視化，面向對象的結構化程序設計語(yǔ)言Visual Basic構成的上位機應用軟件與C語(yǔ)言編寫(xiě)的下位機控制程序設計。