基于NRF905的無線溫度采集系統設計

摘 要： 針對有線溫度采集技術的局限性，設計了一種低功耗多點無線溫度采集系統。對溫度采集系統的設計方案進行了介紹，同時對系統的硬件設計進行了分析，并重點對溫度采集系統的軟件進行設計。編程采用C語言，主要分為主程序、溫度采集和NRF905無線通信三部分。所設計的溫度采集系統具有測量精度高、受環境影響小、成本低等優點。

關鍵詞： NRF905； 無線通信； 溫度采集； C語言

中圖分類號： TN911.7?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）23?0121?03

Design of wireless temperature acquisition system based on NRF905

GU Han， XU Jian， LAO Yi?hao

（School of Physics and Electronic Engineering， Changshu Institute of Technology， Changshu 215500， China）

Abstract： Aiming at the limitation of wired temperature acquisition technology， a low?power multi?point wireless temperature acquisition system is designed. The design scheme of the system is introduced， and the hardware design of the system is analyzed. Heavy stress was laid on the software of the system. C language is used for programming. The program is composed of three sections： main program， temperature acquisition and NRF905 wireless communication. The system has the advantages of high measurement precision， less influence by environment and low cost.

Keywords： NRF905； wireless communication； temperature acquisition； C language

0 引 言

在工業生產過程中，溫度是最為常見、最為重要的物理工藝參數之一。隨著社會的發展，工業中對溫度測量的要求也越來越高，測量數據的范圍也越來越大。溫度采集系統設計時，傳感器模塊的設計將直接影響著數據的測量效果，隨著測量要求的提高，傳感器模塊電路的復雜程度也會越來越高，無疑帶來布線的困難和效率的下降，同時存在著易短路，易老化等隱患，給系統的綜合調試和維護帶來難度。與傳統的有線通信技術相比，無線傳輸技術具有測量精度高、受環境影響小、成本低等優點。本文將傳感器技術與無線通信技術相結合，實現無線溫度采集功能。

1 設計原理和方案

無線溫度采集系統是一種基于射頻技術[1]的無線溫度檢測裝置。系統中由溫度傳感器將溫度采集后輸出的模擬信號逐步送往信號放大電路、低通濾波器以及A/D轉換器（即信號調理電路），然后在單片機的控制下將A/D轉換器輸出的數字信號傳送到無線收發芯片中，并通過芯片的調制處理后由芯片內部的天線發送到上位機，在上位機模塊中，發送來的數據由單片機控制的無線收發芯片接收并解調，最后通過接口芯片發送到PC機中進行顯示和處理。

系統包括無線采集、主機控制和PC機三個通信節點：無線采集節點實現溫度采集和溫度數據的收發；主機控制節點實現簡單通信控制和無線數據收發，并可通過串口傳到上位機；PC機節點為數據采集提供計算機通信方式，為實現更強大功能提供上位機軟件設計平臺，系統設計方案如圖1所示。

圖1 系統方案圖

2 硬件設計

根據設定好的系統方案，進行硬件電路的具體設計，由于主機和從機各模塊的硬件設計原理基本相同，而溫度采集和NRF905無線通信[2]模塊都在從機部分，這里重點分析從機的硬件設計，系統結構圖如圖2所示。

圖2 從機系統結構圖

2.1 溫度采集

溫度采集模塊的主要功能是對模擬量進行數字化，這里選用逐次逼近型[3]模數轉換器ADC0832芯片，該芯片具有8位分辨率，轉換范圍為0～5 V。由于數據的輸入和輸出不在同一時間進行，所以DI和D0可以接到同一個引腳上。ADC0832使用SPI串行接口與單片機進行通信，電源電壓為+5 V，去耦電容[C]為0.1 μF，硬件電路如圖3所示。

圖3 溫度采集模塊

2.2 NRF905無線通信

無線通信模塊采用單片433/868/915 MHz無線收發器NRF905芯片[4]。該芯片與單片機的接口為SPI口，調制采用GFSK高斯頻移鍵控方式，具有很強的抗干擾能力。波段采用ISM免費波段，供電電壓為1.9～3.6 V，選用3.3 V供電，器件選用[5]AMS1117?3.3，發射功率最大為10 dBm，硬件電路如圖4所示。

圖4 NRF905無線通信模塊

3 軟件設計

硬件部分完成后，下面進行軟件的設計，溫度采集系統程序設計主要包括主程序、溫度采集和NRF905無線通信三部分。

3.1 主程序

程序開始后，先進行初始化，然后等待控制命令，即按下所需的溫度采集節點號，然后調用人工控制程序，進行相應的通道切換，同時接收采集數據并調用LCD顯示程序將其顯示，并將數據及時發送給中央單元，設計流程如圖5所示。

圖5 主程序流程圖

3.2 溫度采集

溫度采集可分為系統初始化、等待NRF905接收和接收主機命令三部分。結合硬件設計，接收主機命令時，應采用通道0（CH0）來進行溫度采集，具體程序如下：

void main（）

{

/*----系統初始化----*/

CSN=1；

SCK=0；

DR=1；

AM=1；

PRW_UP=1； //NRF905上電

TRX_CE=0； //設置standby模式

TX_EN=0； //設置接收模式

buzzer=0； //關閉蜂鳴器

Config905（ ）； //設置NRF905模塊

SetTxMode（ ）； //設置發送模式

TxPacket（ ）； //發送數據包

led1=0；

Delay（500）； //延時

led1=1；

SetRxMode（ ）； //設置NRF905接收模式

while（1） //等待NRF905接收

{

if（DR） //若接收到數據

{RxPacket（ ）；} //接收數據包

if（RxBuf[0]==0xaa） //接收主機命令

{temp1=ADC0832（CH0）； _nop_（ ）；}

}

}

3.3 NRF905無線通信

NRF905無線通信分為發送和接收兩部分，以數據發送為例進行分析。NRF905數據發送可以分為確定數據和地址、確定發送模式、數據發送和發送完成四步。當有數據提出發送請求時，從機地址和待發送的數據按時序經SPI接口傳送給NRF905，SPI接口的速率由器件引腳配置信息決定。同時，TRX_CE和TX_EN被置成高電平，激發NRF905的ShockBurstTM發送模式[6]，數據由NRF905不斷發送，直至TRX_CE被置低。TRX_CE被置低后，數據發送過程完成，系統自動進入待機模式等待下次數據請求，具體設計流程如圖6所示。

圖6 NRF905發送程序流程圖

4 數據實測

數據測量時為了驗證設計效果，選擇了五種不同溫度環境，首先在實驗室搭建了溫度采集硬件電路，接著用KeiluVision4軟件編程和編譯得到[.hex]文件，最后用STC_ISP_V483軟件對芯片進行燒寫。把實驗電路和蘇州領航測控技術有限公司生產的SHWD?T486型無線多點溫度計測量的溫度值作對比，由表1數據可知有兩組值和SHWD?T486型測量數據一樣，剩余三組數據的相對測量精度也都在0.18%以下，測量精度較高，且受環境影響較小。

表1 不同環境下溫度采集數據

[型號＼E.v1＼E.v2＼E.v3＼E.v4＼E.v5＼實驗電路 /℃＼4.5＼13.2＼32.6＼54.8＼78.9＼SHWD?T486型 /℃＼4.50＼13.22＼32.60＼54.71＼78.83＼相對測量精度 /%＼0＼0.15＼0＼0.165＼0.089＼]

5 結 語

對溫度采集系統的設計方案進行了介紹，同時對系統的硬件設計進行了分析，并重點對溫度采集系統的軟件進行設計，編程采用C語言，主要分為主程序、溫度采集和NRF905無線通信三部分。設計的溫度采集系統與采用傳統設計方法相比具有測量精度高、受環境影響小、成本低等優點，在工業生產過程中具有實際應用和推廣價值。

參考文獻

[1] 黃智偉.無線數字收發電路設計[M].北京：電子工業出版社，2003.

[2] 鄭明惠.溫室環境數字化監測儀表的設計與研制[J].計算機測量與控制，2010（12）：45?48.

[3] 楊子文.單片機原理及應用[M].西安：西安電子科技大學出版社，2011.

[4] 顧江，魯宏.電子電路基礎實驗與實踐[M].南京：東南大學出版社，2008.

[5] 周長吉.現代溫室工程[M].北京：化學工業出版社，2011.

[6] 楊慧，于宏波，王平.LM75A數字溫度傳感器的應用[J].中北大學學報：自然科學版，2007（z1）：8?10.

作者簡介：顧 涵 男，1985年出生，江蘇蘇州人，碩士，實驗師。研究方向為集成電路設計，磁性功能材料制備與性能表征。

徐 健 男，1981年出生，江蘇常熟人，碩士，講師。研究方向為單片機技術與智能控制。

勞裔豪 女，1991年出生，江蘇蘇州人，專業為電子科學與技術。