在當(dāng)今的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,需要進行溫濕度采集的場合越來越多,準(zhǔn)確方便地測量溫度變得至關(guān)重要。傳統(tǒng)的有線測溫方式存在著布線復(fù)雜,線路容易老化,線路故障難以排查,設(shè)備重新布局要重新布線等問題。特別是在有線網(wǎng)絡(luò)不通暢或由于現(xiàn)場環(huán)境因素的限制而不便架設(shè)線路的情況下,給溫濕度的數(shù)據(jù)采集帶來了很大的麻煩。要想監(jiān)測到實時的溫濕度數(shù)據(jù),就必須采用無線傳輸?shù)姆绞綄?shù)據(jù)進行采集、發(fā)送、接收并對無線采集來的數(shù)據(jù)通過上位機進行處理,以控制并監(jiān)測設(shè)備的運行情況,減少不必要的線路設(shè)備開支。
溫濕度采集電路設(shè)計
DHT11是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。該傳感器應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù),具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。圖2所示為其溫度采集電路。DHT11傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC 測溫元件,可與高性能8位單片機相連接。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲存在OTP 內(nèi)存中,傳感器內(nèi)部在檢測信號的過程中可調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口可使系統(tǒng)集成變得簡易而快捷,而且信號傳輸距離可達20m 以上。當(dāng)連接線長度短于20m 時,應(yīng)使用5kΩ上拉電阻,大于20m 時,應(yīng)根據(jù)情況使用合適的上拉電阻。
無線發(fā)射、接收電路設(shè)計
nRF24L01是NORDIC 公司生產(chǎn)的一款無線通信芯片,采用FSK 調(diào)制方式,內(nèi)部集成有NORDIC 自己的Enhanced Short Burst 協(xié)議??梢詫崿F(xiàn)點對點或是1對6的無線通信。無線通信速度可以達到2 Mb/s.NORDIC 無線發(fā)射、接收芯片nRF24L01的電路原理圖如圖3所示。
nRF24L01是單片射頻收發(fā)芯片,工作于2.4~2.5 GHz 的ISM 頻段,芯片內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器等功能模塊,輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。nRF24L01芯片的能耗非常低,以-5 dBm 的功率發(fā)射時,工作電流只有10.5 mA,接收時的工作電流只有18 mA,它具有多種低功率工作模式,節(jié)能環(huán)保,設(shè)計方便。nRF24L01無線收發(fā)模塊的各管腳功能如表1所列,圖4所示是nRF24L01與單片機連接時的電路圖。
[page]本無線發(fā)射接收模塊需要的電源為1.9~3.6 V,本系統(tǒng)中采用3.3 V 直流電源來直接對無線發(fā)射接收模塊供電,5 V 電源經(jīng)。ASM1117-3.3芯片轉(zhuǎn)換后可得到穩(wěn)定的直流電源,其電源轉(zhuǎn)換電路如圖5所示。
串行通信模塊
主機單片機接收到nRF24L01的數(shù)據(jù)后,經(jīng)MAX232電平轉(zhuǎn)換可實現(xiàn)單片機程序下載與升級,同時可實現(xiàn)單片機與PC 機(上位機)的通信,以便將顯示數(shù)據(jù)信息通過此電路傳送到PC 機,并存PC 機上顯示,其串行通信電路如圖6所示。
本文提出了一種針對無線數(shù)據(jù)傳輸問題的解決方案,該方案基于nRF24L01來設(shè)計無線溫度采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用低功耗、高性能單片機STC12C5A08S2和溫濕度傳感器DHT11來構(gòu)成多點、實時溫濕度監(jiān)測系統(tǒng),最后在PC 機上完成配置、顯示和報警等功能。該系統(tǒng)使用方便,擴展十分容易,可廣泛應(yīng)用于各種工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和養(yǎng)殖等場合。