由ATmega324p实现的数字化无线温度传感器设计方案

IA4421的支持天线直接驱动，设计相当简单方便并且通信距离长。一个50 Ω的外接螺旋天线和对应的差分电路就可以实现数据的发送和接收。本系统设计的天线是用1.17 cm的单芯铜导线实现，导线的直径是0.6 mm，用螺丝刀的金属棒饶制7圈成螺旋状。经过实验，实际有效的通信距离能达到200 m左右，满足了系统需要。

　　3 系统软件设计

　　3.1 单片机软件设计

　　单片机软件部分主要包括主程序、中断子程序、测温子程序、LCD的转换显示，蜂鸣器报警子程序，按键子程序以及SPI子程序等。为了降低功耗，使用中断来唤醒单片机进行测温等工作，因此主程序部分比较简单，主要负责系统各部分初始化和中断的调用，在系统初始化完成后就直接进入睡眠模式，当中断到来时单片机退出睡眠模式，调用中断子程序实现测温、转换显示、温度数据的传输等功能。单片机控制程序流程图如图4所示。

　　3.2 IA4421应用程序设计

　　本系统是基于无线收发芯片IA4421和单片机ATmega324p的增强型串行外设接口SPI来实现无线数据的传输，在核心协议栈上编写自己的上层应用程序。发送接收数据的程序流程图如图5所示。

　　3.3 低功耗设计

　　作为无线传感器，低功耗运行可以最大限度地延长设备的有效使用时间，本系统是采用电池供电，功耗肯定就是一个不得不考虑的问题。为了获得最佳性能，设计时在电源损耗和可用性方面必须根据情况权衡使用，除了选用低功耗器件外，还从以下几个方面设计电源管理程序以尽量减少无线温度传感器的功耗：

　　（1）由于无线温度传感器负责向控制终端传输数据，因此何时进行数据采集、何时进行数据传输可以由上位机的控制终端决定，非常适合使用休眠模式和呼吸模式，通过减少IA4421在微微网中的活动达到节电的目的。把控制终端作为主设备，将电源管理程序设计在终端的应用控制层中，并由控制终端完成设备的查询、配对、建链等工作，当无线传感器与控制终端配对成功并连接后进入休眠模式，此时主从设备仍然保持着信道，只是不能发送和接收数据。当需要进行数据传输时，退出休眠模式进入呼吸模式，通过呼吸时隙发送数据，呼吸间隔可设为20～40 ms，间隔过大会带来明显延迟，当数据传输结束后再次进入休眠模式，从而尽可能地降低能耗。

　　（2）应用单片机的睡眠模式达到节能目的。当IA4421退出待机状态，发送指令进行数据采集时，IA4421的中断请求标志位nIRQ产生低电平，通过中断标志位上电平的变化产生外部中断来唤醒单片机进入工作状态。

　　4 结 语

　　所设计的数字化无线温度传感器可应用到各种需要无接触的测温场合，实现对现场温度的"先知先觉"。设计中充分利用各芯片的低功耗特性，有效地延长了电池使用寿命。无线数据传输方式使用方便灵活。系统完全可以扩充为一个网络系统，形成温度采集网，以满足现场控制及测控系统的各种需求，这将是作者下步所研究开发的课题。