基于無線通信的溫度監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

　　3　系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　3.1　傳感器節(jié)點的硬件設(shè)計

　　一個完整的傳感器節(jié)點需要有小尺寸、低功耗，短距離通信的特點，因此一個傳感器節(jié)點通常由傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊組成。本系統(tǒng)的傳感器節(jié)點硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　傳感器節(jié)點硬件結(jié)構(gòu)圖

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

　　單片機(jī)ATmega16L是Atmel公司的基于AVR的增強(qiáng)型R ISC結(jié)構(gòu)的極低功耗的8位CMOS微控制器。

　　Atmega16L數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1M IPS/MHz，從而緩解了系統(tǒng)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 ℃時的功耗在正常模式是111mA，在空閑模式是0135mA，適合傳感器節(jié)點的低功耗要求。

　　無線通信芯片采用Nordic公司的NRF905無線收發(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，外圍電路簡單，集成度高。NRF905可以自動完成處理字頭和CRC (循環(huán)冗余碼校驗)的工作，可由片內(nèi)硬件自動完成曼徹斯特編碼、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)射時電流只有11 mA，在接收模式時電流為1215 mA。最主要的特點是可以通過單片機(jī)編程給每片NRF905分配地址，地址寬度最多可達(dá)4字節(jié)。

　　傳感器節(jié)點主要負(fù)責(zé)溫度的采集和無線發(fā)送，傳感器DS18B20將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給Atmega16L， At2mega16將數(shù)據(jù)通過SP I口發(fā)送給NRF905，再由NRF905將數(shù)據(jù)打包后發(fā)送給二級節(jié)點。

　　3.2　主控節(jié)點和二級節(jié)點硬件設(shè)計

　　主控節(jié)點和二級節(jié)點的硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示，處理器都是采用了低功耗的單片機(jī)ATmenga16L，發(fā)射芯片采用Nordic公司的NRF905無線收發(fā)芯片，有區(qū)別的是主控節(jié)點通過RS232與監(jiān)控計算機(jī)通信，主控節(jié)點收集的來自各個傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)經(jīng)簡單處理后傳送給監(jiān)控計算機(jī)，監(jiān)控計算機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的保存和溫度值的顯示。

圖3　二級節(jié)點和主控節(jié)點硬件結(jié)構(gòu)