基于無線通信的溫度監測系統的設計

　　3　系統硬件設計

　　3.1　傳感器節點的硬件設計

　　一個完整的傳感器節點需要有小尺寸、低功耗，短距離通信的特點，因此一個傳感器節點通常由傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊組成。本系統的傳感器節點硬件結構如圖2所示。

圖2　傳感器節點硬件結構圖

　　溫度傳感器采用DALLAS公司生產的DS18B20，DS18B20具有獨特的單總線接口，只需一個接口引腳即可通信，并且多個DS18B20可以存在于同一條單線總線上，測量范圍為- 55～125 ℃，以9位數字值方式讀出溫度，需要的外圍器件很少，體積小，滿足傳感器節點的要求。

　　單片機ATmega16L是Atmel公司的基于AVR的增強型R ISC結構的極低功耗的8位CMOS微控制器。

　　Atmega16L數據吞吐率高達1M IPS/MHz，從而緩解了系統在功耗和處理速度之間的矛盾，有六種睡眠模式，并且在1MHz， 3V， 25 ℃時的功耗在正常模式是111mA，在空閑模式是0135mA，適合傳感器節點的低功耗要求。

　　無線通信芯片采用Nordic公司的NRF905無線收發芯片。NRF905是一款工作在433 /868 /915頻段上的可編程的單片射頻收發器，體積小，外圍電路簡單，集成度高。NRF905可以自動完成處理字頭和CRC (循環冗余碼校驗)的工作，可由片內硬件自動完成曼徹斯特編碼、解碼，使用SP I接口與微控制器通信。其功耗非常低，以- 10 dBm的輸出功率發射時電流只有11 mA，在接收模式時電流為1215 mA。最主要的特點是可以通過單片機編程給每片NRF905分配地址，地址寬度最多可達4字節。

　　傳感器節點主要負責溫度的采集和無線發送，傳感器DS18B20將采集的數據發送給Atmega16L， At2mega16將數據通過SP I口發送給NRF905，再由NRF905將數據打包后發送給二級節點。

　　3.2　主控節點和二級節點硬件設計

　　主控節點和二級節點的硬件結構如圖3所示，處理器都是采用了低功耗的單片機ATmenga16L，發射芯片采用Nordic公司的NRF905無線收發芯片，有區別的是主控節點通過RS232與監控計算機通信，主控節點收集的來自各個傳感器節點的數據經簡單處理后傳送給監控計算機，監控計算機負責數據的保存和溫度值的顯示。

圖3　二級節點和主控節點硬件結構