nRF905实现无线温度采集系统

　　本文利用STC12LE5630AD单片机和nRF905设计了一个无线温度采集系统。一般传统的温度传感器的输出信号均为模拟信号，需经过放大电路和A/D转换后才能与单片机连接，系统结构比较复杂。笔者因此采用带有A/D转换功能的单片机STC12LE5630AD简化了系统外围电路。nRF905是Nordic公司推出的单片射频发射器芯片，可以自动完成处理字头和CRC，配置简单方便，功耗低。本文的系统不仅克服了温度采集系统在使用空间上的局限性，而且大大简化了系统硬件电路。本文设计的无线节点温度采集系统能够用于实际多点温度采集，结果也表明系统工作稳定，数据可靠，可以应用于室内和室外的温度监测。

　　1 系统介绍

　　多点温度监测系统由测量装置、无线传输终端、上位机控制中心组成。如图1为系统结构框图。下位机(监测器)利用温度传感器将相应温度值转换成模拟电压值，直接由单片机进行A/D转换，再将自己的地址值即转换的数据值打包送至无线模块(nRF905)。上位机无线模块将下位机发送来的地址值即采集值送至单片机，在由串口通信方式送至PC。由PC进行相应的判断、采集值数据的修正最后显示数据并画图。因此系统设计包括了硬件和软件设计。

　　2 系统硬件设计

　　系统硬件主要包含：由LM35芯片构成的温度采集电路、nRF905芯片构成的无线节点模块与PC与单片机的串口通信系统。

　　2.1 温度采集电路及无线模块设计

　　温度传感器采用由National Semiconductol所生产的LM35，其输出电压与摄氏温标呈线性关系，转换公式如式(1)，0时输出0 V，每升高1°，输出电压增加10 mV。在常温下，LM35不需要额外的校准处理即可达到±1/4℃准确率。本文采用单电源模式，其在25°下静默电流约50μA。

　　Vout_LM35(T)=10 mV/℃xT℃ (1)

　　通信模块为nRF905，该芯片工作在433/868/915 MHz的ISM频段。由一个完全集成的频率调制器，一个带解调器的接收器，一个功率放大器，一个晶体震荡器和一个调节器组成。数据传输速率可达100 kb/s，支持点对点传输模式和广播传输模式。nRF905工作电压1.9～3.6 V。功耗很低，该芯片处于接受模式时工作电流为12.5 mA，但在掉电模式下工作电流仅为25μA。nRF905采用Nordic公司的VLSI ShockBurst技术，该技术使得nRF905在没有高速MCU下，也能实现高速数据传输。

　　STC12CE5620AD系列单片机工作电压为3.6～2.2 V，每个I/O驱动能力可达到20 mA，是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，代码与传统8051兼容但速度快8～12倍，内部集成8路高速10位的A/D转换。无线模块具体接线原理图如图2所示。系统设计的电源电路可以利用电网供电，也可以使用电池。

　　2.2 串口通信硬件系统设计

　　基于PC机与单片机的串口通信系统电路如图3所示，主要包括单片机、串口通信电路、ISP程序下载接口电路和系统复位电路。本电路基于RS-232接口标准，使用DB-9连接器。由于单片机输出的TTL电平与PC机的RS-232串口电平的电气特性不匹配。为了使单片机能与PC机正常通信，采用美信公司的MAX232芯片进行电平转换。MAX232是专门为电脑的RS-232标准串口设计的接口芯片，功能比较强大。MAX232芯片与计算机连接的端口中有3个驱动端和5个接收端，因此可以同时进行多路通信。另外MAX232芯片的传输速率最高可以达235 kb/s。在所设计的串口通信电路系统中，单片机的数据通过RXD、TXD与MAX3232相连，经MAX3232完成电平转换后成为RXD1、TXD1信号，再通过串口线与主机相连。

　　 3 软件系统设计

　　软件主要包括：由微软公司推出可视化，面向对象的结构化程序设计语言Visual Basic构成的上位机应用软件与C语言编写的下位机控制程序设计。

　　3.1 下位机软件设计

　　nRF905突出的优点就是收发模块电路设计简单，所需要的外围器件少。nRF905在正常工作前应由STC11L60XE先根据需要写好配置寄存器，其后的工作主要是两个：发送数据和接收数据。通过TRX-CE，TX-EN，PWN-UP的设置来实现nRF905不同的工作模式，模式设置如表1所示。

1)发送流程 当微控制器有数据要发送时，STC11L60XE先把PWR_UP引脚置为电平、TRX_CE引脚置为低电平。从而使nRF905置于待机模式;然后按时序通过SPI总线把发送地址和待发送的数据都写入nRF905相应寄存器中。SPI接口的速率在通信协议和器件配置时确定。微控制器将PWR_UP、TRX_CE和，TX_EN全置高电平，激发nRF905的ShockBurstTM发送模式。nRF905的ShockBurstTM发送包括以下步骤：射频寄存器自动开启;