基于nRF24L01的远程温度检测系统设计

通信与信息处理　《自动化技术与应用》２０１　０年第２９卷第５期　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｌｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｐ　ｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　作于２．４　２．５ＧＨｚ世界通用ＩＳＭ频段，工作电压为１．９　３．　态，ＭＣＵ打开传感器的供电电源，定时读取传感器采集　６Ｖ。可通过ＳＰＩ写人数据，最高可达１　０Ｍｂｉｔ／ｓ，数据传输　到的数据并进行计算处理。定时打开射频模块，与接收　速率最陕可达２Ｍｂｉｔ／ｓ，并且具有自动应答和自动再发射　站进行定时联络以及发送和接收温度数据。　功能。芯片融进了增强式ＳｈｏｃｋＢｕｒｓｔ技术，其中输出功　３．２温度检测模块软件设计　率和通信频道可通过程序进行配置。该芯片功耗低，一　ＤＳ１　８Ｂ２０的测温原理遵循严格的单总线协议，以确保　６ｄＢｍ功率发射时，工作电流９ｍＡ，接收时工作电流只有　通信数据的准确性，单片机通过时序来写入和读出　ｌ　２．３ｍＡ，可选择的掉电模式和空闲模式使其应用设计更　ＤＳ１８Ｂ２０中的数据，包括初始化、读１、读０、写１、写０　为方便　『ｆ６Ｊ。模块中ｎＲＦ２４Ｌ０　１和ＭＳＰ４３０Ｆ４４９通过　等操作。传感器复位后，接收应答信号，跳过读ＲＯＭ中　ＭＯＳＩ、ＭＩＳＯ和ＳＣＫ组成ＳＰＩ接口，单片机接３２．７６８ＫＨｚ　序列号后，启动温度转换，等待温度转换完毕后，保存数　的低频晶振工作，ｎＲＦ２４Ｌ０１外接晶振为１６ＭＨｚ，由低速　据。如此反复，完成所有操作，其流程图如图３所示。　的单片机控制高速收发的射频芯片，结构如图２所示。　图２　无线收发模块硬件结构图　２．３　ＬＥＤ显示模块　温度数据显示是体现整个系统功能的部分，ＬＥＤ显　示成本低廉，配置灵活，与单片机连接方便。ＬＥＤ显示　块具有亮度高、结构简单、全天候的特点，因此在单片　机应用系统中应用最广，本系统的显示采用的就是四位　七段共阳极ＬＥＤ数码管作为显示部件。　２．４主控制模块　本系统设计采用ＭＳＰ４３０Ｆ４４９作为主控芯片，该芯片　具有超低功耗的优点：活动模式２８０“Ａ＠１ＭＨｚ，２．２Ｖ；　待机模式１．１　ｕ　Ａ｛掉电模式（ＲＡＭ数据保持）０．１　Ａ。并　且有１２位Ａ／Ｄ转换器，带有内部参考源、采样保持、自　动扫描特性等［５１。串行通信时可软件选择ＵＡＲＴ／ＳＰＩ模　式，驱动液晶能力最多可达１６０段。　整个系统采用了３．３Ｖ供电，考虑到硬件系统的低功　耗等特点，该硬件系统的电源部分采用ＴＩ公司的ＴＰＳ７６０３３　图３　温度检测流程图　芯片。为了使输出电源的纹波小，在输出部分采用了一个　３．３无线发射模块软件设计　２．２　Ｆ和０．１　ｕ　Ｆ的电容，另外在芯片的输入端也设置一　首先进行初始化操作，初始化包括设置单片机Ｉ／Ｏ　个０．１　Ｆ的滤波电容，减小输入端受到的干扰。　和ＳＰＩ相关寄存器两部分使其可以和ｎＲＦ２４Ｌ０　１通信，　通过ＳＰＩ总线配置射频芯片使其进入正确的工作模式。　３　软件设计　发射数据时，首先将ｎＲＦ２４Ｌ０１配置为发射模式。接　３。１总体实现　着把发送端待发射数据的目标地址ＴＸ—ＡＤＤＲ和数据　本系统中温度检测端是以纽扣电池供电，ＭＣＵ采　ＴＸＰＬＤ写入ｎＲＦ２４Ｌ０１缓冲区，延时后发射数据；若自　用定时休眠、定时唤醒的工作方式。在唤醒后的工作状　动应答开启，那么ｎＲＦ２４Ｌ０　１在发射数据后立即进入接　收模式，接收应答信号。如果收到应答，则认为此次通信　自动化技术与应用　２０１　０年第２９卷第５期　通１言与１言息处理　ＬＥＤ显示的最高位被点亮，其余熄灭，依此类推。　成功，状态寄存器中的ＴＸ—ＤＳ位置１，同时ＴＸ—ＰＬＤ从　发射堆栈中清除；若未收到应答，则自动重新发射该数　据，若重发次数达到上限，状态寄存器中的ＭＡＸ—ＲＴ位　置１，ＴＸ　ＰＬＤ不会被清除，如图４所示。　ｌ配置为ＰＲｘ　Ｉ　ｌ　ＣＥ＝ｉ　　ｌｌ　上　延时ｌ３ｏｌＩ　Ｓ　ｌ　工　读取ＳＴＡＴＵＳ　一　发读数指令　清ＳＤＴＡＴＵＳ中断标志位　‘　巾断返回　图５　温度数据无线接收流程图　４　结束语　基于ｎＲＦ２４Ｌ０　１的温度检测系统拥有性能稳定、成　本低、低功耗等特点，能够广泛应用于各类对温度要求　较为特殊的环境下温度数据的检测。　图４　温度数据无线发射流程图　３。４无线接收模块软件设计　接收数据时，首先将ｎＲＦ２４Ｌ０１配置为接收模式。　接着延迟ｌ　３０　Ｓ进入接收状态等待数据的到来。当接　参考文献：　【ｌ】张迎春等．基于ＧＳＭ模块的ＤＳ１８Ｂ２０组网多点巡回测　温系统的研究和设计［Ｊ］．电气自动化，２００９，３１（１）：５９－６０．　【２］王学梅，金广锋．数字温度传感器ＤＳ１　８Ｂ２０在粮仓温度　智能控制系统中的应用［Ｊ】．科技广场，２００９，（５）：２１７－２１８．　［３】时志云，盖建平，王代华，张志杰．新型高速无线射频器　件ｎＲＦ２４Ｌ０１及其应用［Ｊｊ．国外电子元器件，２００７，（８）：４２－４４．　收方检测到有效地址和Ｃ　Ｒ　Ｃ时，就将数据包储存在接　收堆栈中，同时状态寄存器中的中断标志位Ｒｘ—ＤＲ置　高，产生中断使ＩＲＱ引脚变为低电平，以便通知ＭＣＵ去　取数据。若此时自动应答开启，接收方则同时进入发射　状态回传应答信号。最后接收成功时，若Ｃ　Ｅ变低，则　ｎＲＦ２４Ｌ０１进入空闲模式ｌ，如图５所示。　【４】朱颖莉．基于ｎＲＦ２４Ｌ０１的矿井无线传输系统的设计［Ｊ］．　科技广场，２００８，（１０）：１９４　１９６．　［５］沈建华．ＭＳＰ４３０系列ｌ６位超低功耗单片机实践与系统　设计【Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００５：１２３－１２５．　［６］樊祥现，袁平．ｎＲＦ２４０１无线通信数据传输可靠性技术　应用…．自动化技术与应用，２００８，２７（７）：７１－７３．　３。５显示模块软件设计　ＬＥＤ温度显示电路色黼４只ＬＥＤ，共阳极，显示采用逐　位扫描的方式。Ｐ３．０＂Ｐ３．７为ＬＥＤ的显示代码输入，依次对应　Ｉ，ｂＴ）的ａ、ｄ、ｄｐ、Ｃ、ｇ、ｂ、ｆ、ａ，Ｐ４．０＂Ｐ４．３为—ｌ，ｇ—ｌ３的位选控　——制输入，依次对应Ｄ３、Ｄ２、Ｄ１、１３０。从左到右依次为Ｄ３＂Ｄ０，　其中Ｄ３为最高位。当Ｐ４．３为高０ｇ￣Ｐ４．１－＇１：）４．３为低电平时，　作者简介：朱玉颖（１　９　７　７一），女，讲师，研究方向：智能控制、　人工智能。