CC2540和SHT11的無線溫濕度采集系統設計

摘要：藍牙無線技術是使用范圍最廣泛的全球短距離無線標準之一，藍牙4．0規范的核心是藍牙低功耗(Bluetooth Low Energy)技術，本設計采用基于BLE技術的CC2540芯片，利用SHT11數字溫濕度傳感器來進行溫濕度的采集，并通過CC2540以無線方式將采集到的數據發送給監控終端。實驗結果表明，本系統具有體積小、功耗低、精度高等優點。
關鍵詞：CC2540；藍牙4．0；BLE；SHT11；無線網絡

引言
在各類民用、工業控制現場等工作人員難以到達的區域，環境溫濕度的狀況是重要的參數，因此，對環境溫濕度的準確、及時監控，具有重要意義。藍牙采用跳頻機制進行數據傳送，故能極大地提高數據傳送的抗干擾性能。對于數據采集系統應用而言，本設計大大簡化了系統的復雜度，且大大降低了功耗和體積。由此帶來的靈活性，使得系統的應用更加廣泛。
本文對系統的總體方案、硬件電路和軟件設計等內容作了詳細介紹，通過使用CC2540芯片所具有的藍牙4．0BLE協議進行設備互聯以及無線數據的發送，實現了一種新型的無線溫濕度數據采集系統。

1 CC2540芯片簡介
CC2540是TI公司推出的完全兼容藍牙4．0低功耗BLE協議的SoC芯片，其內部集成了低功耗的8051MCU內核、高性能2．4 GHz射頻收發器、8 KB RAM和256 KB Flash存儲器。其主要特性：包括1個16位和2個8位通用定時器、2個UART、12位有效位的ADC模／數轉換、21個GPIO、32 kHz休眠定時器，具有5種工作模式，集成AES-128安全協處理器、高性能比較器、精確的數據接收信號強度檢測(RSSI)、功能強大的5通道直接內存訪問(DMA)；在發送模式和外部中斷模式下，電流損耗分別為24 mA和0．4μA。CC2540與TI的藍牙低功耗協議棧相配合，已成為市場上靈活、具有廣闊應用前景的藍牙低功耗解決方案。

2 系統結構
本文設計的無線溫濕度采集系統結構如圖1所示。溫濕度傳感器SHT11與CC2540節點設備相連，由CC2540芯片中集成的8051 MCU來控制溫濕度傳感器進行數據的采集，然后將數據以無線方式發送給藍牙集中器，集中器通過串口將收到的無線數據發送給監控終端。

3 硬件電路
3．1 處理器單元
CC2540芯片中集成的處理器采用兼容8051內核的結構及指令系統，該內核通過3種不同的內存訪問總線(SFR、DATA和CODE／XDATA)對內存進行訪問控制，SFR總線負責將所有的外設同內存仲裁相連接，還負責CPU與射頻寄存器之間的交互。內存仲裁通過SFR總線將CPU、DMA模塊、存儲器以及其他外設連接在一起。CC2540芯片外部接口電路如圖2所示，外圍電路包含1個32 MHz和1個32．768 kHz石英晶振，RF_N和RF_P為射頻天線接口。