无线收发模块与单片机相结合的无线温度监测系统

目前，我国绝大多数的温度监测系统都是传统方式，主要有就地进行数据采集的方式和有线通信的实时温度监测系统，前者测量方法单一，测量数据不连续且时效性差，后者缺少灵活性且适用环境有限。随着信息通信与电子技术的迅猛发展，使得传统的数据采集方式已不能满足需求，严重地制约了现代化监测系统发展的进程。例如在监测区域环境复杂，且监测点的位置分布较分散的情况下，布线复杂而且慢，人力物力成本较大，不适合与控制中心进行有线通信。无线监测系统是无线技术发展至今最重要的应用之一，采用无线网络可增强监测系统的灵活性和可扩充性，省去网络布线的麻烦。

因此，本文尝试研究一种无线温度监测系统，此系统将无线收发模块与单片机相结合，采用抗干扰能力强的射频发射模块及接收模块实现无线通信，提高系统的可靠性。该监测系统具有结构简单、使用方便、成本低、工作稳定可靠等优点。

1、无线传感器节点硬件设计

1.1单片机选择方案

无线传感器节点要实现对温度信息的采集、处理和无线传输。无线传感器节点内的单片机对节点起管理、控制作用，并进行信号处理。在选择单片机时，主要参考以下标准：首先，要求单片机的功耗要很小，由于它消耗的是节点中电池的电量，并且长期处在工作状态，所以必须具有功耗低的特点。其次，要求单片机的价格适中，不能使成本太高。此外单片机的运行速度和程序存储空间大小，对以后节点功能的扩展很重要。本无线传感器节点采用STC12C5A60S2单片机去控制nRF24L01射频芯片和DS18B20温度传感器，其硬件结构与功能模块的对应关系如图1所示。

图1无线传感器节点新一代STC12C5A60S2与传统的MCS-51系列单片机指令完全兼容，具有高速、低功耗及抗干扰性能强等优点。该单片机拥有60K的程序存储器和1280字节RAM，完全能满足单片机系统的软件设计要求;且该单片机是新一代单时钟/机器周期（1T），其处理速度是传统51单片机的8到12倍，便于以后进行功能扩展，例如：可以快速处理其所在节点的路由算法。故STC12C5A60S2单片机是构建本监测节点理想的选择

1.2无线收发模块

nRF24L01是一款工业级内置硬件链路层协议的低成本无线收发器。该器件工作于2。4 GHz全球开放ISM频段，内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块，可直接与单片机I/O连接。nRF24L01功耗低，以-6 dBm的功率发射时，工作电流仅9 mA;接收时，工作电流仅12。3 mA，多种低功率工作模式（掉电和空闲模式）更利于节能设计。与nRF24L01的SPI接口连接时，可以利用单片机硬件的SPI口，也可以用单片机I/O口进行模拟。该收发模块内部有FIFO可以与各种高低速微处理器接口，便于使用低成本单片机。

1.3温度采集芯片

DS18B20结构简单，采用一根I/O数据线既可供电又可传输数据。在现场采集温度数据时，将数据直接转换成数字量输出。测量温度范围为-55～125℃，在-10～85℃时精度为±0。5℃;可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0。5、0。25、0。125、0。062 5℃，可实现高精度测温;在9位分辨率时最多在93。75 ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750 ms内把温度值转换为数字，速度很快;测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行传送给处理器，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。