溫濕度的測(cè)量在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的大棚管理,，倉(cāng)庫(kù)糧食存儲(chǔ)管理,，生產(chǎn)制造行業(yè)，氣象觀測(cè),，恒溫恒濕的空調(diào)房科研及日常生活中被廣泛應(yīng)用,。可以說(shuō)溫濕度是影響日常的生產(chǎn)生活以及科研的一個(gè)很重要的因素,。目前我國(guó)許多領(lǐng)域例如農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等仍采用測(cè)溫儀器與人工抄錄,、管理相結(jié)合的傳統(tǒng)方法，這不僅效率低,，而且會(huì)由于判斷失誤和管理不力造成很多嚴(yán)重?fù)p失,。
系統(tǒng)以自帶SPI和兩線串行接口的低功耗單片機(jī)ATmega16L為控制芯片，采用nRF905芯片組成的無(wú)線收發(fā)節(jié)點(diǎn),，利用數(shù)字溫濕度傳感器SHT11完成對(duì)環(huán)境的溫濕度測(cè)量系統(tǒng),。同時(shí)該系統(tǒng)留出MAX232接口以方便與PC機(jī)通訊，實(shí)現(xiàn)溫濕度的實(shí)時(shí)顯示以及監(jiān)測(cè)功能,。
1系統(tǒng)描述
如圖1,，圖2所示為低功耗溫濕度無(wú)線測(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),，然后利用MAX3232上傳給PC機(jī),，利用相關(guān)上位機(jī)軟件實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
2硬件電路設(shè)計(jì)
2.1 3.3 V供電電源模塊
本設(shè)計(jì)所需的電壓為3.3 V,，故采用LM1117-3.3電源供電系統(tǒng),，如圖3所示。無(wú)線發(fā)送模塊以及溫濕度測(cè)量模塊使用的器件皆為低功耗器件,。對(duì)發(fā)送端而言,，可以采用5 V電池供電，很適合在野外等環(huán)境進(jìn)行溫濕度測(cè)量采集,。而接收端可以采用5 V開(kāi)關(guān)電源供電,。其核心部件LM1117-3.3是一個(gè)低壓差電壓調(diào)節(jié)器系列。壓差在1.2 V輸出,，此時(shí)相應(yīng)的負(fù)載電流為800 mA,。
2.2單片機(jī)控制電路
本設(shè)計(jì)采用高性能、低功耗的8位AVR微處理器ATmega16L作為控制芯片,。
首先對(duì)于ATmega16L具有先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu),，大多數(shù)指令執(zhí)行時(shí)間為單個(gè)時(shí)鐘周期,，是具有最高M(jìn)IPS／mW能力的8位單片機(jī)。此外它還具有512 B的E2PROM,，可在掉電時(shí)存儲(chǔ)用戶信息,，并采用FLASH存儲(chǔ)技術(shù)，可使單片機(jī)的內(nèi)部存儲(chǔ)單元能夠在線重復(fù)擦寫(xiě)1 000次以上,。
其次,，Atmega16L的工作電壓范圍為2.7～5.5 V，具有睡眠模式,，空閑模式,，掉電模式以及省電模式，這些多樣的模式也使得Atmega16L成為低功耗產(chǎn)品的最佳控制芯片之一,。
最后,，Atmega16L提供二線數(shù)字串行接口SDA和SCL，接口簡(jiǎn)單,。支持主機(jī)和從機(jī)操作器件可以工作于發(fā)送器模式或接收器模式,，并且支持多主機(jī)仲裁。
2.3無(wú)線收發(fā)模塊
無(wú)線收發(fā)芯片采用挪威Nordic公司的單片無(wú)線收發(fā)器芯片NRF905,。工作電壓為1.9～3.6 V,，工作于433／868／915 MHz三個(gè)ISM頻道，最大數(shù)據(jù)速率為100 Kb／s,。芯片內(nèi)部集成了頻率合成器,、接收解調(diào)器、功率放大器,、晶體振蕩器和調(diào)制器,。其主要特點(diǎn)是能夠自動(dòng)處理報(bào)頭和CRC冗余校驗(yàn)，而且可以直接通過(guò) SPI接口來(lái)進(jìn)行軟件配置,。此外,，其功耗非常低，以-10 dBm的輸出功率發(fā)射時(shí)電流只有11 mA,，工作于接收模式時(shí)的電流為12.5 mA,，并內(nèi)建有空閑模式與關(guān)機(jī)模式,，易于實(shí)現(xiàn)節(jié)能,。
NRF905的應(yīng)用電路如圖4所示。電路主要利用NRF905與外圍器件構(gòu)成的電路組成無(wú)線發(fā)送接收電路,，圖4展示的是用NRF905差分連接的環(huán)形天線圖,。其中，NRF905模塊的SPI接口引腳MOSI,，MISO,，SEK引腳分別接Atmega16L的SPI接口引腳：PB5(MOSI),，PB6(MISO)，PB7(SCK),。NRF905的 SPI接口工作于從機(jī)模式,，并且利用環(huán)形天線發(fā)射信號(hào)。
為了充分利用能量,，NRF905分別設(shè)定了兩種工作模式和兩種節(jié)能模式,，分別由TRX_CE，TX_EN和PWR_UP三個(gè)引腳決定,。因此,，設(shè)計(jì)使用Atmega16L的PA2～PA7連接至NRF905的控制檢測(cè)，用于切換模式以及配合通信,。表1為NRF905的工作模式及相應(yīng)功能,。
2.4溫濕度測(cè)量模塊
本設(shè)計(jì)的溫濕度測(cè)量所采用的是瑞士Sensiri2on公司生產(chǎn)的具有二線串行接口的單片全校準(zhǔn)數(shù)字式新型相對(duì)濕度和溫度傳感器SHT11，SHT11可用來(lái)測(cè)量相對(duì)濕度,、溫度和露點(diǎn)等參數(shù),，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)。