基于DSP和nRF24L01的無線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：設(shè)計(jì)基于DSP(Digital Signal Processor)和nRF24L01的無線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)的主控部件選用的是TMS320LF2407，無線通信模塊選用的是nRF24L01。文中論述了系統(tǒng)各硬件模塊的選擇方案，給出了各部分的軟件設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫度、光照強(qiáng)度等的無線監(jiān)測(cè)。
關(guān)鍵詞：DSP；nRF24L01；無線傳輸；溫度傳感器；光度傳感器

引言
目前，我國環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備已經(jīng)有了長足的發(fā)展，例如應(yīng)用衛(wèi)星遙感技術(shù)進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)，采用GPRS系統(tǒng)對(duì)地下水監(jiān)測(cè)等，各種環(huán)境采樣器也更加精確。但是大部分監(jiān)測(cè)站的儀器裝備技術(shù)含量較低，功能單一，穩(wěn)定性和可靠性差，多數(shù)小型儀器采用有線通信方式，亟待更新?lián)Q代。而且，我國在環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器方面的自主開發(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法實(shí)現(xiàn)本地化生產(chǎn)，主要依靠進(jìn)口，這就導(dǎo)致了價(jià)格非常昂貴。
本文基于DSP和nRF24L01設(shè)計(jì)了一種無線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)操作簡便、測(cè)量迅速、造價(jià)低廉、便于攜帶，能滿足一定靈敏度和準(zhǔn)確度的要求，且采用無線數(shù)據(jù)通信作為傳輸載體，可應(yīng)用于蔬菜大棚、生產(chǎn)車間、溫室、礦井等場(chǎng)所的溫度、光度監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)。
例如，在蔬菜大棚中，蔬菜生長的適宜溫度為20～30℃，大棚內(nèi)白天增溫快，當(dāng)棚外平均氣溫為15℃時(shí)，棚內(nèi)可達(dá)40～50℃，不利于蔬菜生長。同樣，適當(dāng)?shù)墓庹諒?qiáng)度對(duì)植物體內(nèi)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，但過弱或過強(qiáng)的光照也不利于蔬菜的生長。因此，需要根據(jù)監(jiān)測(cè)值適時(shí)調(diào)節(jié)棚內(nèi)溫度，以有效地避免不當(dāng)?shù)臏囟?、光照?duì)蔬菜的危害。

1 方案論證
本無線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是由一個(gè)主站和兩個(gè)分站組成。主站由無線收發(fā)模塊、信息處理模塊、顯示模塊構(gòu)成，功能是無線發(fā)送分站的編號(hào)和命令，并無線接收分站發(fā)送的信息，同時(shí)顯示這些信息及分站的編號(hào)；分站由傳感器模塊、編碼模塊、信息處理模塊、顯示模塊和無線收發(fā)模塊構(gòu)成，功能是采集溫度、光照信息，顯示所測(cè)信息，并將這些信息和自己的編號(hào)無線傳輸給主站。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(nèi)置10位(雙8路或單16路)A／D轉(zhuǎn)換器、看門狗定時(shí)器模塊；有41個(gè)可獨(dú)立編程的數(shù)字I／O引腳，絕大部分有復(fù)用功能；外設(shè)接口有串行通信SCI(Serial Communication Interface)與串行外設(shè)SPI(Serial Periphera1 Interface)；2個(gè)事件管理器EVA、EVB可為所有類型電機(jī)提供控制技術(shù)，為工業(yè)自動(dòng)化方面的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)；2個(gè)16位通用定時(shí)器，3個(gè)具有死區(qū)功能的全比較單元。
較MCS-51系列單片機(jī)而言，TMS320LF2407內(nèi)部有32 KB的Flash程序存儲(chǔ)器和2．5 KB的SRAM，更能滿足軟件對(duì)空間的要求，且方便在線調(diào)試。利用其內(nèi)置的10位A／D轉(zhuǎn)換器，可以直接接溫度、光度傳感器模塊，將測(cè)得的溫度值、光照強(qiáng)度值等模擬量轉(zhuǎn)換為TMS320LF2407可以處理的數(shù)字信息，避免了用MCS51進(jìn)行A／D擴(kuò)展帶來的麻煩。另外，TMS320LF2407有41個(gè)可獨(dú)立編程的數(shù)字I／O引腳，絕大部分有復(fù)用功能，更能滿足硬件對(duì)I／O口的需求。使用TMS320LF2407的串行外設(shè)接口SPI，可以直接和無線傳輸模塊nRF24L01提供的SPI接口相連，不需要軟件模擬SPI。使用的開發(fā)環(huán)境是CCS3．0，完全支持C語言，方便程序編寫。