胡云峰 李飛鵬 陳李勝 文毅 電子科技大學(xué)中山學(xué)院 528402

無線溫濕度測量系統(tǒng)設(shè)計

胡云峰 李飛鵬 陳李勝 文毅 電子科技大學(xué)中山學(xué)院 528402

本系統(tǒng)由控制部分和采集部分組成，實現(xiàn)對環(huán)境溫度和濕度數(shù)據(jù)的采集、傳輸和監(jiān)控?？刂撇糠忠訟Tmega16單片機為核，單片機接收并處理數(shù)據(jù)，通過液晶128*64顯示當(dāng)?shù)丨h(huán)境的溫度和溫度。數(shù)據(jù)采集部分由ATmega16單片機控制傳感器進行數(shù)據(jù)采集并通過nRF905無線模塊進行傳輸，傳感器采用SHT10數(shù)字溫濕度傳感器。測試表明，該系統(tǒng)具有較強穩(wěn)定性和實用性。

ATmega16；nRF905；SHT10；無線傳輸

1 引言

隨著電子科技的發(fā)展，電子系統(tǒng)的實現(xiàn)方式發(fā)生了翻天覆地的變化，電子系統(tǒng)元件構(gòu)成由分離元件走向了集成電路，信號傳輸方式也由有線傳輸走向了無線傳輸。本文以集成電路為核心，采用無線數(shù)據(jù)傳輸方式，實現(xiàn)了無線溫濕度測量系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計

如圖1，圖2所示為低功耗無線溫濕度測量系統(tǒng)的發(fā)送和接收模塊的框圖。其中圖1為無線發(fā)送模塊，以Atmega16L[1]為主控制核心，控制溫濕度傳感器SHT11采集環(huán)境的溫濕度，然后利用nRF905無線傳輸模塊將采集到的溫濕度數(shù)據(jù)發(fā)送給溫濕度測量無線接收模塊進行相應(yīng)處理。圖2為溫濕度測量無線接收模塊，以Atmega16L為主控制核心，利用nRF905無線傳輸模塊接收溫濕度數(shù)據(jù)，再通過PC模塊顯示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)計包括溫濕度測量和無線收發(fā)兩個部分。對于溫度和濕度，它們并非是急劇變化的物理量，溫濕度的變化往往是緩慢進行的，因此針對這個特點對于溫濕度的測量采集并非需要時時刻刻都在進行。而是每隔T時間(T根據(jù)實際需要而定，本系統(tǒng)選用1 s)采集一次，其余時間由于低功耗的要求使得MCU處于休眠狀態(tài)。其程序流程如圖3所示。其中Atmega16L進入休眠狀態(tài)是通過對SE編程休眠使能，并且對SM 2．0編程后進入相應(yīng)的省電模式狀態(tài)，然后通過定時器的計時中斷將Atmega16L喚醒，再進行測量以及數(shù)據(jù)傳輸。

對于無線發(fā)送而言，在測量發(fā)送數(shù)據(jù)以后，應(yīng)考慮到數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，因此加上校驗功能，并且為防止偶然的發(fā)送失敗帶來的不良后果，采取定時等待，超時后重發(fā)，收到接收主機命令后才進入休眠的模式。具體流程圖如圖4所示。對于接收端而言，所完成的任務(wù)是時刻檢測無線接收模塊，對于收到的數(shù)據(jù)進行校驗，如果正確收到數(shù)據(jù)則無線發(fā)送相關(guān)指令告知接收端，使其能夠盡快進入休眠省電模式，并且通過上位機顯示溫濕度；而接收到錯誤數(shù)據(jù)后不做任何處理，等待接收端再次發(fā)送數(shù)據(jù)。

圖1 溫濕度無線發(fā)送模塊

圖2 溫濕度無線接收模塊

圖3 溫濕度測量流程圖

圖4 發(fā)送端程序流程圖

4 系統(tǒng)測試

本系統(tǒng)分別在A、B、C三個不同環(huán)境中測量溫濕度，測量結(jié)果和參考數(shù)據(jù)誤差小于1%，其測試結(jié)果和參考數(shù)據(jù)如下表：

表1 溫濕度測量

5 結(jié)論

該系統(tǒng)采用AVR系列低功耗單片機ATmega16L作為控制芯片，低功耗芯片nRF905作為無線收發(fā)模塊，設(shè)計并實現(xiàn)了基于數(shù)字溫濕度傳感器SHT11的溫濕度無線測量系統(tǒng)，由于SHT11具有數(shù)字式輸出、免調(diào)試、免標(biāo)定、免外圍電路及全互換等特點，不僅節(jié)省了單片機I/O口資源，使系統(tǒng)整體設(shè)計成本下降，還提高了測量精度，同時大大簡化了單片機的程序編寫。SHT11還具有更優(yōu)越的信號質(zhì)量，更快的反應(yīng)時間和更靈敏的抗外部干擾能力，所以該系統(tǒng)較傳統(tǒng)溫室測量系統(tǒng)在性能上有了很大的提高。

這些低功耗產(chǎn)品使得該系統(tǒng)耗電量小，并且又特別適合將該系統(tǒng)小型化，智能化，儀表化。無線發(fā)射功能又代替了人工抄表的繁瑣，使得本系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用前景。

[1]孫志凱. 基于ATmega16和nRF905的無線射頻收發(fā)系統(tǒng)設(shè)計[J]. 電子元器件應(yīng)用.2008,(5).

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.16.077

本文受電子科技大學(xué)中山學(xué)院質(zhì)量工程資助，項目編號：ZLGC2009JXTD01