無線環(huán)境監(jiān)測裝置的設(shè)計與實現(xiàn)

尹曉翠

（東營職業(yè)學院 山東 257091）

0 引言

本裝置分為監(jiān)測終端和探測節(jié)點兩部分。探測節(jié)點有編號預置功能，編碼預置范圍為00000001B～11111111B。探測節(jié)點能夠探測其環(huán)境溫度和光照信息。溫度測量范圍為 0℃～100℃，絕對誤差小于2℃；光照信息僅要求測量光的有無。探測節(jié)點采用兩節(jié)1.5V干電池串聯(lián)，單電源供電。監(jiān)測終端為手持設(shè)備，可以分別與各探測節(jié)點直接通信，并能顯示當前能夠通信的探測節(jié)點編號及其探測到的環(huán)境溫度和光照信息。無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置的探測時延不大于5s，監(jiān)測終端天線與探測節(jié)點天線的距離D不小于10cm。在0～10cm距離內(nèi)，各探測節(jié)點與監(jiān)測終端應能正常通信。

1 整體設(shè)計方案

圖1 整體框圖

整體設(shè)計如圖1所示。監(jiān)測終端部分和探測節(jié)點采用無線通信進行整個系統(tǒng)間的互相通信，本系統(tǒng)監(jiān)測終端以STC89C52RC單片機為核心，采用外接電源供電的方式。探測節(jié)點采用宏晶的超低功耗單片機 STC89LE52RC（最低電壓可為2.2 V）。監(jiān)測終端主要用來接收探測節(jié)點所采集的溫度和光照信息以及對探測節(jié)點進行尋址。探測節(jié)點主要完成對周邊溫度和光照信息的探測。監(jiān)測終端與探測節(jié)點之間通過無線通信模塊進行數(shù)據(jù)收發(fā)。各探測節(jié)點數(shù)據(jù)采集均通過非接觸式傳感器來完成，通過STC89LE52RC單片機進行數(shù)據(jù)處理后向監(jiān)測終端發(fā)送。

2 主要元器件選型

（1）監(jiān)測終端。采用宏晶的STC89C52單片機作為主控制器，STC89C52單片機具有加密性強，無法解密，超強抗干擾等功能，寬電壓，寬溫度范圍，不怕電源抖動，可以更好的適應外部的環(huán)境。

（2）探測節(jié)點。采用也是宏晶的STC89LE52RC單片機作為主控制器。該單片機是宏晶公司推出的一款低功耗單片機，工作電壓在（2.2V～3.8V），滿足2節(jié)電池供電的要求，且與檢測終端所用單片機為同一公司產(chǎn)品，通信較為方便。

（3）顯示模塊。采用LED數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管能顯示數(shù)字和符號，可以大量減少占用單片機接口的數(shù)目，編程容易，硬件電路調(diào)試簡單，顯示兩部分也比較好控制，且顯示效果直觀，明亮，易于觀察，可實時動態(tài)顯示，并且調(diào)試容易。

（4）無線通信模塊。采用NRF24L01芯片。最高工作速率2Mbps，高效GFSK調(diào)制，抗干擾能力強，125 頻道，滿足多點通信和跳頻通信需要，低電壓1.9～3.6V 工作，低功耗，可直接連接各種單片機使用，軟件編程非常方便滿足設(shè)計要求。

（5）溫度監(jiān)測模塊。采用 DS18B20數(shù)字溫度傳感器。DS18B20為全數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換及輸出，單總線數(shù)據(jù)通信。分辨率最高可達12位，精度可達±0.5攝氏度。檢測溫度范圍為-55℃～+125℃。+3V～+5.5V供電，低功耗，最大工作電流4m A，靜態(tài)電流3μA。并且溫度輸出為數(shù)字信號，不需要A/D轉(zhuǎn)換電路，很容易與單片機連接。

（6）光源檢測模塊。采用光敏電阻。光敏電阻具有入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。屬半導體光敏器件，除具靈敏度高，反應速度快，光譜特性及r值一致性好等特點外，在高溫，多濕的惡劣環(huán)境下，還能保持高度的穩(wěn)定性和可靠性。

3 硬件設(shè)計

該系統(tǒng)主要有監(jiān)測終端電路、探測節(jié)點電路、無線模塊電路和光照信息監(jiān)測電路四部分組成。監(jiān)測終端電路主要包括無線收發(fā)、顯示電路、鍵盤電路等。探測節(jié)點電路主要包括無線收發(fā)電路、關(guān)照檢測電路等。各部分緊密連接形成了一套完善的無線環(huán)境監(jiān)測裝置系統(tǒng)。圖2為無線收發(fā)電路，圖3為光照檢測電路。

圖2 無線收發(fā)電路圖

圖3 光照信息檢測電路圖

4 軟件編程

（1）監(jiān)測終端單片機主要采取輪流發(fā)送編碼、采集探測節(jié)點數(shù)據(jù)的方式，數(shù)據(jù)之間顯示時間間隔1S，流程圖如圖4所示。

圖4 監(jiān)測終端程序設(shè)計流程圖

圖5 探測節(jié)點程序設(shè)計流程圖

（2）探測節(jié)點單片機實時進行數(shù)據(jù)采集并等待檢測終端的指令，待接收到指令后，則判斷是否與自身編號一致，一致則發(fā)送狀態(tài)信息。流程圖如圖5所示。

5 總結(jié)

本文利用兩款單片機實現(xiàn)了超低功耗無線數(shù)據(jù)采集裝置的設(shè)計，該裝置即實現(xiàn)了遠程光照和溫度信息的采集，而且每個探測節(jié)點均可以實現(xiàn)信息的轉(zhuǎn)發(fā)功能。

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