本文針對由于農(nóng)作物的不同時期傳感器的空間位置不固定,，布線不方便，可靠性差的問題,，采用無線通信技術(shù)進行數(shù)據(jù)傳輸,。利用微功率RF芯片(nRF24E1)設計了一個體積小、成本低,、性能穩(wěn)定,、功耗低、數(shù)據(jù)傳輸可靠的點對多點的無線射頻數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),，實現(xiàn)了對多個采樣點的實時數(shù)據(jù)無線采集。經(jīng)過實際使用,，DSl8820和單片機AT89S52以及RF芯片組成的測溫系統(tǒng),，完全符合用戶的需要。
1 系統(tǒng)總體設計
本系統(tǒng)要實現(xiàn)的是溫度,、濕度和壓力的采集,、傳輸、顯示和后期處理等功能,。系統(tǒng)的總體構(gòu)想為數(shù)據(jù)采集模塊,，短距離無線通訊模塊,，串口通信模塊，顯示處理模塊幾大部分,。系統(tǒng)方案的確定主要集中在無線通訊模塊的選擇和顯示模塊上,。
硬件系統(tǒng)組成如圖1所示，首先用傳感器將現(xiàn)場信號轉(zhuǎn)換為電信號,，經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC采樣,、量化、編碼后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,，送到單片機進行初步處理,，然后利用nRF2401無線數(shù)據(jù)傳輸芯片通過無線方式將有效數(shù)據(jù)發(fā)送給接收端，接收端在接收到有效數(shù)據(jù)后通過串行口將數(shù)據(jù)送入手機,，手機通過C#語言編寫的控制程序完成數(shù)據(jù)的顯示以及對有效數(shù)據(jù)進一步處理的任務,。
2 系統(tǒng)硬件設計
2.1 系統(tǒng)硬件組成
圖2所示是系統(tǒng)的硬件組成，DSl8820是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器,，可把溫度信號直接轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信號供微機處理,。具有3引腳TO-92小體積封裝形式;溫度測量范圍為-55～+125℃，可編程為9～12 b A/D轉(zhuǎn)換精度,，測溫分辨率可達O.0625℃,，被測溫度用符號擴展的16b數(shù)字量方式串行輸出;其工作電源既可在遠端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生;多個DSl8820可以并聯(lián)到3根或2根線上,，CPU只需1根端口線就能與諸多DS18B20通信,，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路,。從DSl820讀出的信息或?qū)懭隓Sl820的信息,，僅需要1根口線(單線接口)。讀寫及溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線,，總線本身也可以向所掛接的DS1820供電,，而無需額外電源。以上特點使DSl8B20非常適用于遠距離多點溫度檢測系統(tǒng),。DSl820提供九位溫度讀數(shù),，構(gòu)成多點溫度檢測系統(tǒng)而無需任何外圍硬件，DSl820與nRF24E1的連接方式如圖3所示,。
在本系統(tǒng)中,，傳感器采集數(shù)據(jù)后，送到下位機,，下位機和上位機通過無線數(shù)據(jù)通道聯(lián)系,。無線數(shù)據(jù)收發(fā)部分主要由nRF24E1芯片、E2PR-OM、晶振,、傳感器信號輸入和天線組成,。
2.2 芯片nRF24E1內(nèi)部結(jié)構(gòu)
nRF24E1芯片是無線數(shù)據(jù)收發(fā)部分的核心，通過內(nèi)嵌的51單片機內(nèi)核,，控制芯片內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換模塊,，無線收，發(fā)模塊,。將射頻發(fā)射,、接收、GMSK調(diào)制,、解調(diào),、增強型8051內(nèi)核、9輸入12b ADC,、125頻道,、UART、SPI,、PWM,、RTC、WDT全部集成到單芯片中,，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集,，傳輸，處理等功能,。硬件模塊如圖4所示,，芯片主要由以下部分組成：
(1)CPU(微處理器)。帶有增強型805l內(nèi)核,，ADC,、SPI、RF發(fā)射器1個,、RF接收器2個,、喚醒定時器5個中斷源，1個UART以及3個定時器,。
(2)PWM輸出,。可編程確定PWM的輸出工作于6位,、7位或8位,，PWM信號的頻率可由軟件控制。
(3)SPI接口和SPI總線,。
(4)RTC喚醒定時器,、WTD和RC振蕩器。
(5)A/D轉(zhuǎn)換器,。A/D轉(zhuǎn)換器有9個輸入通道可通過軟件進行選擇,。
(6)無線收發(fā)器，通過內(nèi)部并行口或內(nèi)部SPI口與其他模塊進行通信,，工作于全球開放的2.4～2.5 GHz頻段,。
3 無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的軟件設計與實現(xiàn)
本系統(tǒng)在編程時采用模塊化設計思想，各主要功能模塊均編成獨立的函數(shù)在主程序中加以調(diào)用,，程序主要由以下功能模塊組成：上電初始化程序,、無線收發(fā)程序、數(shù)據(jù)包打包拆包程序,、數(shù)據(jù)處理程序,。采集端和接收端在上電后首先調(diào)用初始化程序，完成無線收發(fā)頻率,、工作模式,、發(fā)射速率、A/D轉(zhuǎn)換器精度及其他內(nèi)部寄存器的初始化配置,。
3.1 軟件流程圖
軟件流程圖如圖5～圖7所示,。
3.2 無線通信軟件系統(tǒng)描述
系統(tǒng)軟件設計主要包括兩部分：無線通信模塊和手機端數(shù)據(jù)處理模塊，采用C#語言編寫,。無線通信模塊首先需完成串口配置,、A/D配置和接收器的配置，然后編寫發(fā)送函數(shù)和接收函數(shù)實現(xiàn)無線通信,。由于從機有多個,，采用輪詢的方式，對從機輪流發(fā)給“令牌”,，從機在獲得“令牌”期間才能和主機間進行通信,。采用單工方式通信，首先打開通信配置,，發(fā)送“配置字”,，然后關(guān)閉通信配置，接收方接收到“配置字”后按照地址進行通信,。接收函數(shù)和發(fā)送函數(shù)簡介如下：
3.2.1 接收函數(shù)
接收函數(shù)程序如下：
3.2.2 發(fā)送函數(shù)
發(fā)送函數(shù)程序如下：
4 結(jié)語
該無線系統(tǒng)電路簡單,、性能穩(wěn)定、抗干擾能力強,、可靠性高,、搭建方便、易于擴展,，本系統(tǒng)適用于在短距離對多種環(huán)境溫濕度的監(jiān)測,，有廣闊的應用前景,。無線數(shù)據(jù)傳輸在實驗室的效果是好的，對采集參數(shù)的接收和數(shù)據(jù)的發(fā)送都反應靈敏,。但無線數(shù)據(jù)傳輸還存在著一些問題,，若采用競爭信道的方式可進一步提高系統(tǒng)效率，采用USB接口,，可提高效率,，同時支持即插即用，這些特性都需要進一步改善,。