无线温度传感器设计方案集锦

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。

　　2.2 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。

　　2.3 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。
基于nRF905的无线温度传感器网络硬件设计#e#

　　基于nRF905的无线温度传感器网络硬件设计

　　图1 温度传感器网络结构组成图

　　控制模块设计

　　控制模块的功能包括：①测量并处理传感器模块数据；②读取并处理无线收发模块接收的数据，进行数据融合，配置系统参数；③通信协议处理，完成无线传感器网络通信中的MAC和路由协议处理。因此，综合考虑控制模块的处理速度、存储空间、外围接口、功能和功耗等因素，本设计选取µPD78F0485微控制器作为控制模块的核心器件。

　　无线收发模块设计

　　本设计在考虑调制方式、功耗、传输距离、功率等因素的基础上，选取Nordic VLSI公司的无线射频芯片nRF905。nRF905是一款低功耗无线收发芯片，可工作于433/868/915MHz ISM频段，GFSK调制，本设计采用433MHz为中心频率。该收发芯片由功率放大器、频率合成器、晶体振荡器、接收解调器和调制器组成，片内自动完成曼彻斯特编码和解码，广泛应用于无线数据通信、无线报警及安全系统、无线开锁、无线监测和家庭自动化等领域。

　　nRF905通过SPI与微控制器进行通信，可自动处理字头和CRC（循环冗余码校验）。发送数据时，微控制器只需将配置寄存器信息、所要发送的数据和接收地址通过SPI传送给nRF905，它会自动完成数据的打包和发送。接收数据时，nRF905自动检测载波并进行地址匹配，接收到正确数据后自动移去字头、地址和CRC校验码，再通过SPI将数据传送到微控制器。nRF905具有四种工作模式：掉电模式、待机模式、Shock Burst接收模式和Shock Burst发送模式。在掉电模式中，电流仅为2.5µA，易于实现节能。当nRF905处于掉电模式时，SPI接口仍可以保持在工作状态；通过Shock Burst收发模式进行无线数据传输，收发可靠，使用方便。因此，nRF905在诸多领域都具有广阔的应用前景，这些特点决定了nRF905芯片非常适合应用于无线传感器网络中。

无线收发模块的电路如图2所示。控制引脚TX_EN、TRX_EN、PWR_UP直接与微控制器的P44、P45、P46相连；状态引脚DR与微控制器的中断引脚P120/INTP0相连，状态引脚CD、AM直接与微控制器P47、P10相连；由于系统没有SPI总线，因此采用I/O引脚模拟SPI总线通信。微控制器的P11、P12、P13分别与nRF905的SCK、MOSI、MISO连接；微控制器的P14与SPI的控制端口CSN连接。 nRF905通过电容和电感与天线J2相连接。nRF905带有外部时钟输出引脚uPCLK，能够输出四种不同频率的时钟，采用示波