無線溫濕度測(cè)試系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

　　在當(dāng)今的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，需要進(jìn)行溫濕度采集的場(chǎng)合越來越多，準(zhǔn)確方便地測(cè)量溫度變得至關(guān)重要。傳統(tǒng)的有線測(cè)溫方式存在著布線復(fù)雜，線路容易老化，線路故障難以排查，設(shè)備重新布局要重新布線等問題。特別是在有線網(wǎng)絡(luò)不通暢或由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境因素的限制而不便架設(shè)線路的情況下，給溫濕度的數(shù)據(jù)采集帶來了很大的麻煩。要想監(jiān)測(cè)到實(shí)時(shí)的溫濕度數(shù)據(jù)，就必須采用無線傳輸?shù)姆绞綄?duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、發(fā)送、接收并對(duì)無線采集來的數(shù)據(jù)通過上位機(jī)進(jìn)行處理，以控制并監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行情況，減少不必要的線路設(shè)備開支。

　　溫濕度采集電路設(shè)計(jì)

　　DHT11是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。該傳感器應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。圖2所示為其溫度采集電路。DHT11傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC 測(cè)溫元件，可與高性能8位單片機(jī)相連接。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲(chǔ)存在OTP 內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測(cè)信號(hào)的過程中可調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口可使系統(tǒng)集成變得簡易而快捷，而且信號(hào)傳輸距離可達(dá)20m 以上。當(dāng)連接線長度短于20m 時(shí)，應(yīng)使用5kΩ上拉電阻，大于20m 時(shí)，應(yīng)根據(jù)情況使用合適的上拉電阻。

　　無線發(fā)射、接收電路設(shè)計(jì)

　　nRF24L01是NORDIC 公司生產(chǎn)的一款無線通信芯片，采用FSK 調(diào)制方式，內(nèi)部集成有NORDIC 自己的Enhanced Short Burst 協(xié)議?？梢詫?shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或是1對(duì)6的無線通信。無線通信速度可以達(dá)到2 Mb/s.NORDIC 無線發(fā)射、接收芯片nRF24L01的電路原理圖如圖3所示。

　　nRF24L01是單片射頻收發(fā)芯片，工作于2.4~2.5 GHz 的ISM 頻段，芯片內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置。nRF24L01芯片的能耗非常低，以-5 dBm 的功率發(fā)射時(shí)，工作電流只有10.5 mA，接收時(shí)的工作電流只有18 mA，它具有多種低功率工作模式，節(jié)能環(huán)保，設(shè)計(jì)方便。nRF24L01無線收發(fā)模塊的各管腳功能如表1所列，圖4所示是nRF24L01與單片機(jī)連接時(shí)的電路圖。

　　本無線發(fā)射接收模塊需要的電源為1.9~3.6 V，本系統(tǒng)中采用3.3 V 直流電源來直接對(duì)無線發(fā)射接收模塊供電，5 V 電源經(jīng)。ASM1117-3.3芯片轉(zhuǎn)換后可得到穩(wěn)定的直流電源，其電源轉(zhuǎn)換電路如圖5所示。  

　　串行通信模塊

　　主機(jī)單片機(jī)接收到nRF24L01的數(shù)據(jù)后，經(jīng)MAX232電平轉(zhuǎn)換可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)程序下載與升級(jí)，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC 機(jī)(上位機(jī))的通信，以便將顯示數(shù)據(jù)信息通過此電路傳送到PC 機(jī)，并存PC 機(jī)上顯示，其串行通信電路如圖6所示。

　　本文提出了一種針對(duì)無線數(shù)據(jù)傳輸問題的解決方案，該方案基于nRF24L01來設(shè)計(jì)無線溫度采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用低功耗、高性能單片機(jī)STC12C5A08S2和溫濕度傳感器DHT11來構(gòu)成多點(diǎn)、實(shí)時(shí)溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，最后在PC 機(jī)上完成配置、顯示和報(bào)警等功能。該系統(tǒng)使用方便，擴(kuò)展十分容易，可廣泛應(yīng)用于各種工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和養(yǎng)殖等場(chǎng)合。