基于nRF905的温度传感器网络硬件设计

无线传感器网络零碎一般囊括传感器节点、会聚节点和治理节点。传感器节点用多跳中继的形式将数据传递到货聚节点，而后再通过各族通讯网络道路传递到用户交互的治理节点；治理节点对于整个传感器网络停止配置和对于治理项停止治理，及时地搜集消息数据并公布监测使命。

无线传感器网络技能存正在如次特性：

①基于使用的网络。无线传感器网络是对于每一度使用停止有关的设想的，经过感学问别主观社会的情理量，它能够获取内部消息。

②与情理社会交互。内部条件变迁对于无线传感网络零碎的反应较大，因而，传感器节点必需适逢其会地调动本身任务形态，以顺应条件的变迁。

③自机构网络。为了可以快捷主动地配置调理、监测与治理网络，节点需存正在自机构威力，这是由于网络的内部条件没有稳固，网络本身也有很多没有可展望的中央。

④以数据为核心。无线传感器网络以数据为核心，快捷无效地交融各节点消息，间接将其传递给用户。

⑤网络的合作性。无线传感器网络请求用少量节点停止散布式共同的信号和消息解决，这是由于单个节点打算威力无限。

⑥节点威力无限。无线传感器网络设想时，晤面临电池组能量、打算威力以及存储威力无限的状况。

无线传感器网络存正在许多其余网络所没部分长处，其使用畛域曾经深化到全人类政法的许多场所，相似正在条件、反恐、家族、军事、医疗、救灾以及其余生意、轻工业畛域。

感温传感器网络的构造组成

依据零碎请求，感温传感器网络囊括近程掌握核心和智能节点。近程掌握核心用来发动数据搜罗通知，智能节点用以完成消息的搜罗、数据解决以及传输性能，其构造组成如图1所示，次要由掌握模块、无线收发模块、通信模块、感温搜罗模块、存储模块、电量检测模块、按键模块、液晶显现模块以及GSM模块等组成。根据实践使用背景，正在所设想的感温传感器网络中，一般节点率先经过无线射频将所测感温数据传输给会聚节点，而后会聚节点经过GSM模块将数据传给近程掌握核心。

图1 感温传感器网络构造组成图

感温传感器网络软件设想

掌握模块设想

掌握模块的性能囊括：①丈量并解决传感器模块数据；②读取并解决无线收发模块吸收的数据，停止数据交融，配置零碎参数；③通讯协定解决，实现无线传感器网络通讯中的MAC和路由协定解决。因而，分析思忖掌握模块的解决进度、存储时间、核心接口、性能和功耗等要素，本设想选取D78F0485微掌握器作为掌握模块的中心机件。

D78F0485微掌握器存正在如次特性：①任务电抬高、范畴宽、功耗低：电压为1.8V~5.5V；正在STOP形式雇用务直流电1µA，运用副时钟（32.768kHz）全速任务时直流电仅200µA。②便当的开拓形式，存储定量大：支撑正在线意译，存正在片上调剂性能；外部存储器为60KB，高速RAM为1KB，扩大ROM为1KB，存储时间为64K。③管脚驱动威力强：驱动直流电可达10mA，可间接联接到直流电低于10mA的芯片的电源引脚上，为该署芯片需要电源。④存正在8通道10位AD转换器；内置看门狗定计器。⑤存正在按键中缀性能，便当零碎实时响使用户操作。⑥存正在LCD掌握器/驱动器，可间接驱动液晶显现器。⑦存正在1个16位的定计器/事情验电器，3个8位的定计器/事情验电器，3个8位的定计器，1个实时验电器，定计器可用作完成整个网络的连网定位进程中的延时，实时验电器次要用作完成零碎的时钟同步性能。⑧两通道串行接口等片内资源，能够间接联接GSM模块和USB通信模块。⑨共有62个I/O口，少数接口存正在外部上拉电阻，关于必需运用上拉电阻的通路，可运用外部上拉电阻，以俭省通路板时间。⑩内置蜂鸣器输入掌握器，可完成低电压告警、感温告警等性能。

无线收发模块设想

本设想正在思忖调制形式、功耗、传输间隔、功率等要素的根底上，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，可任务于433/868/915MHz ISM频段，GFSK调制，本设想采纳433MHz为核心频次。该收发芯片由功率缩小器、频次分解器、结晶体振荡器、吸收抽调器和调制器组成，片内主动实现曼彻斯特补码和解码，宽泛使用于无线数据通讯、无线告警及保险零碎、无线开锁、无线监测和家族主动化等畛域。

nRF905经过SPI与微掌握器停止通讯，可主动解决字根和CRC（重复冗余码校验）。发送数据时，微掌握器只要将配置存放器消息、所要发送的数据和吸收地点经过SPI传递给nRF905，它会主动实现数据的打包和发送。吸收数据时，nRF905主动检测载波并停止地点婚配，吸收到准确数据后主动移去字根、地点和CRC校验码，再经过SPI将数据传递到微掌握器。nRF905存正在四种任务形式：掉电形式、待机形式、Shock Burst吸收形式和Shock Burst发送形式。正在掉电形式中，直流电仅为2.5µA，易于完成节能。当nRF905在于掉电形式时，SPI接口仍能够维持正在任务形态；经过Shock Burst收发形式停止无线数据传输，收发牢靠，运用便当。因而，nRF905正在诸多畛域都存正在狭小的使用前途，该署特性决议了nRF905芯片无比适宜使用于无线传感器网络中。

无线收发模块的通路如图2所示。掌握引脚TX_EN、TRX_EN、PWR_UP间接与微掌握器的P44、P45、P46相连；形态引脚DR与微掌握器的中缀引脚P120/INTP0相连，形态引脚CD、AM间接与微掌握器P47、P10相连；因为零碎没有SPI总线，因而采纳I/O引脚模仿SPI总线通讯。微掌握器的P11、P12、P13辨别与nRF905的SCK、MOSI、MISO联接；微掌握器的P14与SPI的掌握端口CSN联接。nRF905经过库容和电感与地线J2相联接。nRF905带有内部时钟输入引脚uPCLK，可以输入四种没有同频次的时钟，采纳示波器联接uPCLK引脚可测试nRF905能否任务畸形。

图2 无线收发模块通路图

存储模块设想

传感器节点需存储用户设定的参数以及运转记载等少量数据。本设想取舍AT24C256作为存储芯片，它是ATMEL公司推出的低功耗256K串行EEPROM芯片，存正在如次特性：①存正在三种任务电压，辨别为5.0V、2.7V、1.8V；②存正在64字节页写形式；③相符双向数据传递协定；④存正在软件写掩护和硬件数据掩护性能；⑤采纳斯密特触发，可抑止输出噪音；⑥采纳2线串行接口；⑦外部能够机构成32K×8存储单元。

AT24C256存储器通路如图3所示，AT24C256的A0引脚和A1引脚接地。因为D78F0485微掌握器没有I2C接口，因而采纳D78F0485的I/O引脚模仿I2C总线通讯。采纳D78F0485的I/O引脚板握EEPROM的供电，将存储器的电源引脚VCC与D78F0485的P12引脚相联接。运用存储器时，需安装P12引脚输入高电平，以完成为存储器供电；没有运用存储器时，可将存储器电源关掉，俭省电量，这也保障了电源没有稳固时没有能拜访EEPROM，预防EEPROM读写涌现谬误。D78F0485的P13和P14与AT24C256的SCL引脚和SDA引脚相联接。

图3 AT24C256存储器通路图

按键模块设想

按键是无线传感器节点为用户需要的操作接口，可应用按键安装和读取节点的参数，查问节点的运转后果、任务形态和历诗经载。本设想采纳的微掌握器D78F0485存正在按键中缀性能，存正在8个通道，网络零碎运用了KEY1、KEY2、KEY3和KEY4四个按键引脚，它们辨别与D78F0485的P40引脚、P41引脚、P42引脚和P43引脚相联接，按键通路如图4所示。

图4 按健通路图

USB通信模块设想

应用USB接口可完成传感器节点与电脑的通讯。本设想采纳了高低集成USB转UART桥接器CP2102，它集成了USB 2.0全速性能掌握器、USB转发器、振荡器和带有全副调制抽调器掌握信号的串行数据总线（UART）接口；核心部件较少，能够浪费PCB利润和时间。运用USB通信时，率先将USB通路板一端与传感器节点的通路板联接，另一端与电脑联接，而后将CP2102的驱动顺序装置正在电脑上，电脑将CP2102虚构成一度COM口，最初就可以以拜访一度规范COM口的软件形式拜访CP2102。USB通信通路如图5所示，网络零碎将D78F0485的异步串行接口UART6与CP2102的异步串行接口相联接。

图5 USB通信通路图

液晶显现模块设想

感温传感器网络任务时，需读取和安装节点的参数。因而，需采纳LCD显现器来显现所需安装的参数通知和参数数据。本设想采纳的D78F0485微掌握器带有LCD掌握器/驱动器，存正在主动读取存储器显现数据，主动输入COMMON和SEGMENT信号的性能。D78F0485存正在6种显现形式，每种显现形式存正在6种没有同的帧频次，本散文用1/3分压、1/4分时的驱动形式，运用副时钟作为LCD的时钟源，采纳外部分压的形式来驱动存正在4个COM端、20个SEG的LCD显现器，该显现器可同声显现8个数目字、7个小数点、17个罕用番号。

感温搜罗模块设想

本设想感温搜罗芯片采纳数目字化感温传感器DS18B20，它由半超导体公司Dallas推出，存正在如次特性：①测温范畴-55℃~+125℃，正在-10℃~+85℃范畴内的精密度为±0.5℃。②丈量后果为数目字信号，以“一线总线”传给MCU，况且也传递CRC校验码。③存正在较高的区分率，占有9~12位区分率可调的性能，所对于应的感温区分率辨别为0.5℃、0.25℃、0.125和0.0625℃。④存正在寄生电源供电和内部电源供电两种形式，电压范畴宽。内中，正在内部电源供电形式下，DS18B20任务稳固牢靠，抗搅扰威力强，因而，白文采纳内部供电形式，并将DS18B20的电源引脚联接到D78F0485的引脚，当没有丈量感温时，将其内部电源开放以升高节点的功耗。⑤容积小，缩小了传感器节点容积的大小。网络零碎测温通路如图6所示，D78F0485的P140引脚与DS18B20的电源引脚相联接，P133引脚与DS18B20的数据引脚相联接。

图6 测温通路图

电量检测模块设想

感温传感器网络采纳电池组供电，因此必需定计检测电量，以防止节点电量有余而形成节点之间的通讯毛病，若电量有余，则提醒改换电池组。本设想采纳，D78F0485微掌握器的10位逐级迫近性AD转换器和微功率两端带隙稳压器LM385两极管来完成电量检测，电量检测通路如图7所示，P30引脚联接掌握能否丈量电量，用以掌握能否停止电量检测，P27/ANI联接稳压管LM385的电源端。稳压管LM385可任务正在10mA~20mA的直流电范畴内，存正在无比低的感温系数和静态阻抗。

图7 电量检测通路图

电源模块设想

依据零碎请求，本设想采纳3.6V锂电池组供电，锂电池组存正在定量大、容积小的特性。因为USB通信模块运用的是5V电压，因而需采纳LM1117停止5V到3.6V电压的转换。电源模块通路如图8所示，电源模块需要5V和3.6V的两种电源接口，采纳三端稳压器LM1117可将5V电压转换为3.6V电压。

图8 电源模块通路图

终了语

为了事实实时搜罗房间内的感温消息，白文基于nRF905芯片设想了一款无线感温传感器网络。率先对于无线传感器网络停止了概述，而后给出了感温传感器网络的构造组成，最初细致论述了感温传感器网络的软件设想。该感温传感器网络存正在优良的通用性和牢靠性。