無(wú)線溫濕度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

胡云峰 李飛鵬 陳李勝 文毅 電子科技大學(xué)中山學(xué)院 528402

無(wú)線溫濕度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

胡云峰 李飛鵬 陳李勝 文毅 電子科技大學(xué)中山學(xué)院 528402

本系統(tǒng)由控制部分和采集部分組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫度和濕度數(shù)據(jù)的采集、傳輸和監(jiān)控?？刂撇糠忠訟Tmega16單片機(jī)為核，單片機(jī)接收并處理數(shù)據(jù)，通過(guò)液晶128*64顯示當(dāng)?shù)丨h(huán)境的溫度和溫度。數(shù)據(jù)采集部分由ATmega16單片機(jī)控制傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并通過(guò)nRF905無(wú)線模塊進(jìn)行傳輸，傳感器采用SHT10數(shù)字溫濕度傳感器。測(cè)試表明，該系統(tǒng)具有較強(qiáng)穩(wěn)定性和實(shí)用性。

ATmega16；nRF905；SHT10；無(wú)線傳輸

1 引言

隨著電子科技的發(fā)展，電子系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式發(fā)生了翻天覆地的變化，電子系統(tǒng)元件構(gòu)成由分離元件走向了集成電路，信號(hào)傳輸方式也由有線傳輸走向了無(wú)線傳輸。本文以集成電路為核心，采用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方式，實(shí)現(xiàn)了無(wú)線溫濕度測(cè)量系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

如圖1，圖2所示為低功耗無(wú)線溫濕度測(cè)量系統(tǒng)的發(fā)送和接收模塊的框圖。其中圖1為無(wú)線發(fā)送模塊，以Atmega16L[1]為主控制核心，控制溫濕度傳感器SHT11采集環(huán)境的溫濕度，然后利用nRF905無(wú)線傳輸模塊將采集到的溫濕度數(shù)據(jù)發(fā)送給溫濕度測(cè)量無(wú)線接收模塊進(jìn)行相應(yīng)處理。圖2為溫濕度測(cè)量無(wú)線接收模塊，以Atmega16L為主控制核心，利用nRF905無(wú)線傳輸模塊接收溫濕度數(shù)據(jù)，再通過(guò)PC模塊顯示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括溫濕度測(cè)量和無(wú)線收發(fā)兩個(gè)部分。對(duì)于溫度和濕度，它們并非是急劇變化的物理量，溫濕度的變化往往是緩慢進(jìn)行的，因此針對(duì)這個(gè)特點(diǎn)對(duì)于溫濕度的測(cè)量采集并非需要時(shí)時(shí)刻刻都在進(jìn)行。而是每隔T時(shí)間(T根據(jù)實(shí)際需要而定，本系統(tǒng)選用1 s)采集一次，其余時(shí)間由于低功耗的要求使得MCU處于休眠狀態(tài)。其程序流程如圖3所示。其中Atmega16L進(jìn)入休眠狀態(tài)是通過(guò)對(duì)SE編程休眠使能，并且對(duì)SM 2．0編程后進(jìn)入相應(yīng)的省電模式狀態(tài)，然后通過(guò)定時(shí)器的計(jì)時(shí)中斷將Atmega16L喚醒，再進(jìn)行測(cè)量以及數(shù)據(jù)傳輸。

對(duì)于無(wú)線發(fā)送而言，在測(cè)量發(fā)送數(shù)據(jù)以后，應(yīng)考慮到數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，因此加上校?yàn)功能，并且為防止偶然的發(fā)送失敗帶來(lái)的不良后果，采取定時(shí)等待，超時(shí)后重發(fā)，收到接收主機(jī)命令后才進(jìn)入休眠的模式。具體流程圖如圖4所示。對(duì)于接收端而言，所完成的任務(wù)是時(shí)刻檢測(cè)無(wú)線接收模塊，對(duì)于收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，如果正確收到數(shù)據(jù)則無(wú)線發(fā)送相關(guān)指令告知接收端，使其能夠盡快進(jìn)入休眠省電模式，并且通過(guò)上位機(jī)顯示溫濕度；而接收到錯(cuò)誤數(shù)據(jù)后不做任何處理，等待接收端再次發(fā)送數(shù)據(jù)。

圖1 溫濕度無(wú)線發(fā)送模塊

圖2 溫濕度無(wú)線接收模塊

圖3 溫濕度測(cè)量流程圖

圖4 發(fā)送端程序流程圖

4 系統(tǒng)測(cè)試

本系統(tǒng)分別在A、B、C三個(gè)不同環(huán)境中測(cè)量溫濕度，測(cè)量結(jié)果和參考數(shù)據(jù)誤差小于1%，其測(cè)試結(jié)果和參考數(shù)據(jù)如下表：

表1 溫濕度測(cè)量

5 結(jié)論

該系統(tǒng)采用AVR系列低功耗單片機(jī)ATmega16L作為控制芯片，低功耗芯片nRF905作為無(wú)線收發(fā)模塊，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于數(shù)字溫濕度傳感器SHT11的溫濕度無(wú)線測(cè)量系統(tǒng)，由于SHT11具有數(shù)字式輸出、免調(diào)試、免標(biāo)定、免外圍電路及全互換等特點(diǎn)，不僅節(jié)省了單片機(jī)I/O口資源，使系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)成本下降，還提高了測(cè)量精度，同時(shí)大大簡(jiǎn)化了單片機(jī)的程序編寫(xiě)。SHT11還具有更優(yōu)越的信號(hào)質(zhì)量，更快的反應(yīng)時(shí)間和更靈敏的抗外部干擾能力，所以該系統(tǒng)較傳統(tǒng)溫室測(cè)量系統(tǒng)在性能上有了很大的提高。

這些低功耗產(chǎn)品使得該系統(tǒng)耗電量小，并且又特別適合將該系統(tǒng)小型化，智能化，儀表化。無(wú)線發(fā)射功能又代替了人工抄表的繁瑣，使得本系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用前景。

[1]孫志凱. 基于ATmega16和nRF905的無(wú)線射頻收發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 電子元器件應(yīng)用.2008,(5).

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.16.077

本文受電子科技大學(xué)中山學(xué)院質(zhì)量工程資助，項(xiàng)目編號(hào)：ZLGC2009JXTD01