无线温湿度数据采集系统的设计

无线温湿度数据采集系统的设计

岳鹏霞

(陕西邮电职业技术学院　陕西咸阳　712000)

摘　要:无线通信技术不断进步,低功耗、体积小的无线数据采集系统成为无线通信技术的一个重要发展方向。在此介绍一种以ATmega128L单片机为控制核心,基于无线收发芯片CC1100的通信模块系统。对其工作原理和工作方式进行分析,给出设计思路和硬件电路,并重点阐述通信模块的接口实现过程。

关键词:无线通信;数据采集;射频芯片;温湿度传感器

中图分类号:TP393　　　　　文献标识码:B　　　　　文章编号:10042373X(2010)022166203

DesignofWirelessHumidity&TemperatureDataCollectionSystem

YUEPengxia

(ShaanxiPostandTelecommunicationCollege,Xianyang,712000,China)

Abstract:Thewirelesscommunicationtechnologyunceasinglymakeprogresses,thelowpowerandsmallsizewirelessdatacollectionsystembecomeanimportantaspectofwirelesscommunication.AwirelessdatacollectionsystembasedonATmega128LandCC1100isintroduced.Thedesignofhardwaresoftwareisgiven,theworkprincipleofthissystemisana2lysed.TheRFmoduleisintroducedemphatically.

Keywords:wirelesscommunication;datacollection;RFchip;humidity&temperaturesensor

　　温湿度的测量在仓储管理、生产制造、科学研究以及日常生活中被广泛应用。传统的温湿度测量采用有线测控系统,需要实施网络布线工程,铺设光纤或者电缆,大大增加了系统成本,降低了系统的灵活性、可维护性与可扩展性。把无线通信技术应用到温湿度测量系统中,由传感器实时采集各节点处温湿度的信息,经处理后通过无线数据采集系统将温湿度信息传输到监控终端,从而实现集成化、低成本和易操作的目的。目前,这种微功率短距离无线数据传输技术在工业、民用等领域得到了广泛应用。

1　无线温湿度数据采集系统结构

块和射频模块的使用需要;采用两节5号高能电池

供电。

图1　无线温湿度数据采集系统结构

2.1　处理器单元

ATmega128L单片机[1,2]是基于AVRRISC结构

微功率短距离无线数据传输技术作为一种无线通信实用技术,一般使用单片射频收发芯片,加上微控制器和少量外围器件构成专用或通用无线通信模块,采集系统结构如图1所示。只要依据命令字进行操作即可实现基本的数据无线传输功能。2　系统硬件研制

的8位低功耗CMOS微处理器,由于其先进的指令集

以及单周期指令执行时间,ATmega128L的数据吞吐率高达1MIPS/MHz,可以减缓系统功耗和处理速度之间的矛盾,并且具有比较丰富的内部资源和外部接口,可以较好的满足传感器节点对处理器模块的要求。另外,在电源管理方面,ATmega128L设计了六种不同的睡眠模式,特别适合有能量的应用。2.2　射频收发单元

无线通信模块选用CHIPCON公司专门为低功耗无线通信设计的CC1100芯片[3]。该芯片体积小,功耗低,数据速率支持1.2～500Kb/s的可编程控制,可以工作在915MHz,868MHz,433MHz,315MHz四个

该系统选择支持省电工作模式的ATmega128L单片机作为处理器,CC1100作为射频模块,数字温湿度传感器SHT11作为数据采集模块;使用8MHz,26MHz和32768Hz三种不同的晶振以满足处理器模

收稿日期:2009210224

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《现代电子技术》2010年第2期总第313期

波段,在所有频段提供-30～+10dBm输出功率。CC1100的RF收发器集成了支持不同调制格式的调制

　󰃞新型元器件󰃜

如图2所示,CC1100通过4线SPI兼容接口(SI,

SO,SCLK和CSn)配置,这个接口同时用作写和读缓存数据。SPI接口是一种同步串行通信接口,CSn是芯片选择管脚,当该管脚为低电平时,SPI接口可以通信,反之不能通信。SI和SO为数字传输管脚,SI用于数据输入,SO用于数据输出。SCLK为同步时钟,在时钟的上升沿或下降沿数字数据被写入或读出。

解调器,并且为数据包处理、数据缓冲、突发数据传输、清晰信道评估、连接质量指示和电磁波激活提供广泛的硬件支持,使其更加适用于无线环境恶劣的地方。这里CC1100工作在433MHz的频率上,采用FSK调制方式,数据速率为250Kb/s,信道间隔为200kHz。

图2　CC1100与ATmega128L应用电路连接图

2.3　数据采集单元

电路如图3所示。3　系统软件研制3.1　总体流程图

设计中采用了瑞士Sensirion公司生产的具有I2C

总线接口的数字温湿度传感器SHT11[4]。SHT11温湿度传感器是高度集成的芯片,提供全量程标定的数字输出。通过该传感器对监测区域内温度和湿度进行数据采集工作,具有极高的安全性、可靠性和长期稳定性。

SHT11包括一个电容性聚合体湿敏元件和一个用能隙材料制成的温敏元件,这两个敏感元件与一个14位的A/D转换器以及一个串行接口电路设计在同一个芯片上面。SHT11的供电电压为2.4～5.5V,能够直接提供温度在-40～+120℃范围内、湿度在0～100%RH范围内的数字输出,在温度为25℃时测温精度为±0.4℃,测湿精度为±3.0%RH,其封装形式采用了SMD(LCC)贴片封装。由于其具有数字式输出、免调试、免标定、一致性好的特点,非常适合于单片机温湿度测量与控制系统。SHT11温湿度传感器典型应用

软件采用模块化程序设计方法,总体流程图如图4

所示。

图3　SHT11温湿度传感器典型应用电路

3.2　射频收发芯片CC1100驱动程序

CC1100提供了一个4线SPI接口(SI,SO,SCLK

和CSn)与微处理器连接[3],通过这个接口完成设置和

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元器件与应用岳鹏霞:无线温湿度数据采集系统的设计

value=SPIGet();

SPIDisable();returnvalue;}

//读出寄存器值

//禁用SPI//返回寄存器值

收发数据两方面的任务。这些接口可以同时用作写和读缓存数据。SPI接口上所有的地址和数据转换被最先在重要的位上处理。SPI接口上的所有处理都包含一个读/写位,一个突发访问位和一个6位地址的头字节一起作用。

地址和数据转换时,CSn引脚(低电平有效)必须保持低电平。如果在转换过程中CSn变为高电平,则转换取消。当CSn变低,在开始转换头字节之前,MCU必须一直等待,直到SO引脚变低。SO变低表明电压调制器已达到稳定,晶体正在工作中。除非器件处在SLEEP或XOFF状态,SO引脚在CSn变低之后总会立即变低[3,5]。

图5和图6为利用CC1100进行数据收发的流程图。

图6　数据接收过程

4　结　语

由ATmega128L单片机和CC1100构成的无线温

湿度数据采集系统,可以实现低功耗近距离的无线数据传输,具有成本低、通用性强、可扩展性强、操作灵活简单的特点,可以应用在各种无线遥测系统中。

参　考　文　献

[1]陈东云,杜敬仓,任柯燕.ATmega128单片机原理与开发指

导[M].北京:机械工业出版社,2006.

[2]ATmega128单片机产品手册[EB/OL].http://www.at2

mel.com.

[3]CC1100Datasheet[EB/OL].http://www.chipcon.com/

图4　总体流程图

图5　数据发送过程

files/CC1100DataSheet11.pdf.

(1)往CC1100指定寄存器写入一个数值

voidSPIWriteReg(unsignedcharaddr,unsignedchardata){

SPIEnable();//CS置低,SPI口可以写入数据while(SPIPxIN&SPISOMI);//等待CC1100准备SPIPut(addr);//SPI输入要写的寄存器地址SPIPut(data);//SPI输入要写的数据SPIDisable();//CS置高,SPI口不能使用}

[4]蓝月科技.数字温湿度传感SHT1x/SHT7x[EB/OL].

http://www.bmoon2tech.com,2005.

[5]孙维明,石江宏,陈岳林.可编程RF收发器CC1100的原理

与开发[J].国外电子元器件,2007(9):40242.

[6]MicbaelBarr.C/C++嵌入式系统编程[M].北京:中国电力

出版社,2001.

[7]沈文,EagleLee,詹卫前.AVR单片机C语言开发入门指导

[M].北京:清华大学出版社,2003.

[8]文俊峰,乔晓军,张文爱.基于CC1020的无线通信模块设计

[J].电子设计应用,2007(1):1172119.

[9]蒋博.nRF905的无线数据传输系统[J].工业仪表与自动化

(2)读单个寄存器值

unsignedcharSPIReadReg(unsignedcharaddr){unsignedcharvalue;SPIEnable();//启用SPIwhile(SPIPxIN&SPISOMI);//等待CC1100准备SPIPut(addr|CC1100READSINGLE);

//写入寄存器地址

装置,2006(3):59260.

[10]丁化成,耿德根,李君凯.AVR单片机应用设计[M].北京:

北京航空航天大学出版社,2002.

作者简介　岳鹏霞　女,1966年出生,陕西咸阳人,硕士研究生。研究方向为通信工程。

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