一种无线数据采集模块的设计

摘要 介绍一种以P89LPC933单片机为处理器的空气温／湿度厦光照度采集模块，包括其硬件结构厦软件流程。模块可完成空气温／湿度及光照度的参数采集、存储，并通过无线模块PTR8000实现数据的无线收发；模块集成度高、结构简单、成本低、功耗低，适用于野外环境监测传感嚣节点厦便携式多参数采集仪器中使用。
关键词 P89LPC933 数据采集 无线模块 低功耗

引 言
人们在日常生产、生话中，对于采集数据的传输大多数采用有线方式，因为有线方式的传输距离、数据传输速率以及抗干扰能力都要优于无线方式；而对于在野外或者不便于铺设线缆的地区进行数据传输时，采用有线方式就受到了限制。针对这一特点，设计了采用无线传输方式的无线数据采集模块。模块选用Philips公司的P89LPC933单片机作为微控制器，单元集参数采集、数据存储、无线传输为一体，其整体结构框图如图l所示。

1 采集单元硬件电路的设计
由于模块采用电池供电，其能量是有限的，所以模块应选用低的工作电压以及低功耗的外围电路器件。
1．1 单片机的选取
采集模块选用Philips公司的P89LPC933单片机作为微控制器，其工作电压为2．4～3．6V。P89LPC933单片机采用了高性能的处理器结构，指令执行时间只需2～4个时钟周期，6倍于标准80C51器件；以抗干扰能力强、功耗低等优点而被应用于多种嵌入式系统中。同时P89LPC933集成了许多系统级的功能，如1个8位、4路逐步逼近式模／数转换模块和1个DAC模块，400 kHz字节方式I2C通信端口，SPI接口，键盘中断，片内看门狗定时器。这样可大大减少元件的数目，减小电路板面积，并降低系统的成本，因此适合于许多要求高集成度、低成本的场合，可以满足多方面的性能要求。
为降低微控制器的功耗，模块采用低频外部32．768kHz的晶体振荡器，工作电压为3V。在采集工作完成后，控制器关闭A／D使能进入空闲模式。
1．2 传感器的选取
模块以采集空气温／湿度及光照度数据为例，实际应用中可以根据需要采集的参数更换传感器。
①温度传感器。选用美国Dallas公司的可编程单总线数字式温度传感器DS18820实现空气温度信号的采集。该传感器体积小，外形如普通三极管，其内部集成有测温传感器及逻辑控制电路。DSl8820有很多优点，例如：直接输出数字信号，省去了后继的信号放大及模／数转换部分；外围电路简单，成本低；单总线接口，只有一根信号线作为单总线与CPU连接，且每一只都有自己唯一的64位系列号存储在其内部的ROM存储器中，故在一根信号线上可以挂接多个DSl8820，便于多点测量且易于扩展。
②湿度传感器。选用法国Humirel公司的HSll01电容式相对湿度传感器。此传感器与其他产品相比。有着显著的优点：不需要校准的完全互换性，高可靠性和长期稳定性，响应时间快，适用于线性电压输出和频率输出两种电路；模块中选用频率输出电路，经CMOS TLC555振荡器输出稳定的频率信号，经单片机采集后可以转换成湿度值。湿度值与输出频率关系如表l所列。

③光照度传感器。采用硅光敏二极管3DU050C，光谱范围为450 nm～1150 nm，用于可见光、红外光检测，光电流IL(10001x，10V)≥5 mA，暗电流Id(Olx，10V)≤O．1μA，击穿电压VCEO>30 V，耗散功率Pd=150 mW，封装φ5黑胶。
通过运算放大器输出电压信号，经单片机内部A／D转换电路，将电压转换成数字信号，计算出光照强度。运算放大器选用TI公司的TLC2272CP。该运放具有低功耗、低电压、高精度等优点，适用于电池供电的设备中(硬件电路参见图4)。图2为输出电压与光照强度的关系曲线。

1．3 无线收发单元
采用PTR8000无线收发模块，带有外置天线，可直接与单片机连接，无须外接其他器件，实现数据的无线转发；最大发射功率为+10 dBm，高抗干扰的GFSK调制，传输频率为5O kHz。该模块使用nRF905收发芯片，可工作在433／868／915MHz频段，专为点对多点无线通信设计；工作电压为1．9～3．6V，待机功耗为2μA，适用于低电压、低功耗系统中；内置完整的通信协议和CRC，只需通过SPI即可完成所有的无线收发传输。
1.4 存储单元
FM24CL64是Ramtron公司的一款低电压铁电存储器芯片，用于存储采集的数据。其工作电压为2．7～3．6V，适合在低功耗的单片机系统中应用。由于采用了铁电体技术，该芯片的数据交换速度极高，数据线可以支持的频率最高达到l MHz，因此单片机向FM24CL64写入数据时一般无须加延时，并且使用寿命没有限制。FM24CL64芯片的引脚排列如图3所示。

其中SDA和SCL引脚是数据交换线，用作CPU与FM24CL64之间的数据交换和命令写入；WP为写保护口，