基于射频SOC nRF9E5的粮情检测设计

不至于丢失。系统通讯时，各模块处于正常接收状态：收发使能位TRX_CE=1 且方式选择位TX_EN=0。在运行过程中，可由用户编程修改TX_EN=1 使各其工作于发射状态。

3.1.2 数字温度字传感器

DS18B20 是Dallas 公司开发的微型化、低功耗的可编程单总线数字温度传感器，可直接将测得温度值转换为数字信号输出。并具有以下主要功能特点：（1）独有的单总线通信技术，只需一根信号线与单片机连接即可实现双向通信。（2）电源电压范围3.3-5V，可通过信号线寄生供电或由外电源直接供电。（3）测温范围为-55-125℃，在-10-85℃内可保持±0.5℃的精确度。（4）通过编程可实现9-12 位的数字读数方式，即在温度转化时可选择0.5℃、0.25℃、0.125℃、0.0625℃四种不同的分辨率。（5）可设定非易失性温度报警上下限值TH 和TL，通过报警搜索命令可获取报警信息。

DS18B20 的工作遵循严格的单总线协议。即先初始化，然后发送ROM 命令，最后发送功能命令。初始化包括主机发出复位脉冲（通过将总线拉低至少480μs 来实现）随即主机等待DS18B20 发回的存在脉冲。DS18B20 则从检测到复位脉冲的上升沿开始等待15-16μs 后通过将单总线拉低60-240μs 实现存在脉冲的发送。DS18B20 的读写操作是通过读写时序来实现的。

3.2 软件设计

本系统是一个简单的点对多点通信，所以通信协议分为三层即可。第一层为物理层，由nRF9E5 模块硬件实现；第二层为数据链路层；第三层为应用层。

数据链路层的功能是提供可靠的无线数据传输。发送数据时，将应用层发来的比较长的数据帧拆分为短的数据帧，并加上包头和校验和，重新打包后发送出去。接收数据时，将接收到的数据解包并重新组合成完整的长数据，移交给应用层。数据链路层的数据帧格式为：每帧包括两个字节的起始帧0xFFH和0xAAH，几个字节的地址（字节大小由系统节点数量决定），一个字节的帧类型，一个字节的有效数据长度，两个字节的数据和两个字节的校验和，一个字节的帧停止位0x00H。

由于在整个系统中无线通信的频率采用一个频道433.92MHZ 作为通信载波频率，所以整个系统的通信必须采用分时技术将测控主机与多节点之间的通信变成为测控主机与一节点进行点对点通信的多条链路的组合。也就是说测控主机必须采用扫描的方式逐点采集数据。节点则采用中断方式，对主接收器发出的地址信息进行处理，若与本机地址相符则执行命令。首先，由测控主机向系统中某一节点发出温度转换命令包。接着当节点收到主机发来的命令包时启动DS18B20 进行温度转换，然后上传给主机。最后，当主机收到节点的数据包并校验之后，主机将发送一个确认数据包给节点，以确认节点数据包的正确性。如果数据在传输的过程中有数据丢失，主机将要求节点重新发送数据，直到数据全部正确为止。

图3 和图4 分别为主机和节点的程序流程图
4 试验结果
现将按上述方案设计的温度检测系统与某储备库使用的传统检测系统进行了现场对比试验。其中本系统数字温度传感器DS18B20采用11位的数字读数方式，原系统采用MF-53-1型热敏电阻，水银温度计刻度为0.1℃，读数可到0.05℃ 。测量结果如表2所示。

从实际测量数据可以看出，所设计的系统的测量误差较小，主要是由于传感器本身存在误差，网络传输过程中几乎不会引入误差。

5 结论

传感器网络被认为是影响人类未来生活的重要技术之一，这一新兴技术结合了现有的多种先进技术，为人们提供了一种全新的获取信息、处理信息的途径。因此，基于无线传感器网络的粮情检测系统克服了传统系统存在的不足，试验结果表明系统具有良好的工作稳定性和测量的准确性，系统抗干扰能力强，避免了雷击；网络节点体积小，安装和拆卸方便灵活，而且容易通过其表面涂上防腐材料以达到抗腐蚀能力，延长器件寿命；节点功能扩展性强，通过增加相关的传感器和转换电路，即可实现粮食湿度和虫害密度的检测。同时由于传感器网络本身的特点，使得它与现有的传统网络技术之间存在较大的区别，给人们提出了很多新的挑战，特别是传感器网络节点的能量供给及成本问题，限制了它的应用范围。随着科技的进步和成本的降低，无线传感器网络技术在粮食储藏中的应用将产生重大的经济和社会效益。