基于无线通信的点对多点温度传感器网络 原作者(2)

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本硬件结构。下面对主要硬件的特点及系统的总体结构分别进行介绍。

1.1 单线智能温度传感器DS18B20

DS18B20美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比,它能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现9-12位的数字值读数方式。测温范围为-55℃到+125℃，在-10 ℃到+85 ℃范围内，精度为±0.5℃。可以分别在93.75ms和750ms内完成9位和12位的A/D转换[1],并且仅需要一根口线(单线接口)即可完成信息的读写,温度变换功率来源于数据总线,而无需额外电源。这种结构称为“一线总线”，不仅简单、经济，数字方式传输还大大提高了系统的抗干扰性，适合于恶劣环境的现场温度测量。DS18B20独特的结构，决定了它特别适合于大型多路温度测控系统的温度检测。 1.2 nRF2401AG芯片

本系统通过无线收发模块传输现场采集的数据，系统所处环境较为恶劣，对数据传输的可靠性要求较高。综合考虑以上因素，采用以nRF2401AG为核心芯片的无线数传模块PTR4000PA。nRF2401AG是挪威Nordic 公司推出的单片无线收发一体的芯片nRF2401AG。模块工作电压为2.7 V- 3.6 V，内置天线；采用全球开放的2.4 GHz ISM频段,免许可证使用；采用高效GMSK调制,最高传输速率达到1 Mbit/s, 抗干扰能力强；有125个频道, 可满足多频及跳频需要；内置硬件CRC检错， 支持点对多点通信地址控制[2]。

模块可以通过软件设置地址, 只有收到本机地址时才会输出数据, 可直接连接各种MCU使用, 软件编程非常方便。nRF2401AG可通过软件设置40bit的地址，适合点对多点的数据传输; CRC纠检错硬件电路和协议，提高了系统的可靠性，且不再需要用软件对传输数据进行差错控制编码，简化了软件编程。 PTR4000PA是PTR4000的功率加强型产品，传输距离更远，开阔地约300-400米，室内约50-100米。nRF2401AG最突出的特点是具有一种ShockBurstTMMode(突发模式)的通信模式。

ShockBurstTMMode使用芯片内部的先入先出堆栈区，数据可以从低速微控制器送入，高速(1Mb/s)发射出去，字头和校验码由硬件自动添加和去除，其优点是：功耗低，抗干扰能力强。

1.3系统的总体结构

从机N

图1 系统结构框图

在强电磁干扰的恶劣环境下，一方面为了能够及时的采集到多点的温度，另一方面为了避免引导线过长而引起的数据丢失，我们采用了点对多点的通信系统。常见的点对多点通信系统多采用环型和星型两种模式。星型系统特别适合于数据量较大且实时性要求较高的场合。因此，本系统采用星型模式。系统结构如图1所示。

系统工作时，主机循环访问从机，向从机发送命令。从机接收到命令，验证命令正确后开始通过DS18B20采集温度，然后将温度数据通过无线收发模块发射出去。主机接收到温度数据后读出温度数据并确定是来源于哪个从机，通过电脑串口将温度数据上传给PC机。在PC机上通过监控软件可以实现接收端无线模块与PC机的数据通信以及温度数据的显示、整理、查询、绘制曲线、制作和打印报表等功能。

在系统的从机端，我们使用母线取电与充电电池配合为从机提供3.3V电源。母线取电的不足在于它的不稳定性，当母线取电出现不稳定电压时，用充电电池为从机端供电。当充电电池电量不足时，可以通过母线取电为其充电。这种供电方式极大的延长了从机端电源的寿命。

2 系统的硬件设计

nRF2401AG与单片机的硬件连接如图2所示。在主机端，我们使用工作电压为2.7-6V的低压型单片机AT89LV51，可以直

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接与nRF2401AG直接相连，无需电平转换[3]

，简化了电路。AT89LV51通过RS232与PC机的串口相连。在从机端，为了减小从机的体积和功耗，使用了20个管脚的AT89C2051。DS18B20只需一个I/O与AT89C2051相连。为了防止从机程序跑飞，还在AT89C2051上设置了看门狗电路。系统工作时，两种单片机均使用+3.3V电源供电。

图2 nRF2401AG与单片机连接图

单片机通过PWM_UP，CE， CS三个管脚设置nRF2401AG工作模式，表1列出nRF2401AG的四种工作模式。配置模式时单片机通过CLKI和DATA端向nRF2401AG发送配置字，发送数据时通过CLK1和DATA端向nRF2401AG发送地址和数据，接收数据时通过CLK1和DATA端从nRF2401AG读取数据，DR1是nRF2401AG通知单片机已经接收到数据并且可以读取的状态信号。CLK2、DOUT 和DR2端为通道二保留使用。

表1 nRF2401AG的工作模式

3

在无线系统应用中，通信协议非常重要。无线通信协议的好坏直接影响到通信的安全性、误码率以及数据的传输速率。

本系统采用nRF2401AG的ShockBurstTM Mode收发模式。在此模式下，数据帧格式如图3所示。

其中，在ShockBurstTMMode模式下nRF2401AG自动处理字头和CRC校验码。即在发送数据时，自动加上字头和CRC校验码。在接收数据时，一旦检测到符合本机硬件地址的数据帧，便自动把字头、接收方地址和CRC校验码移去。接收方地址的长度和数据长度均可以通过nRF2401AG的配置字设定[4]。由此可见，工作在突发模式时，nRF2401AG的上述特点可大大简化通信协议的设计 …… 此处隐藏：978字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……