目前，大多采用的是有线多点温度采集系统，通过安装温度节点来实现对室内外温度监控。这种传统的多点采集系统需要用导线与每个温度采集节点连接，其技术成熟，制作成本相对较低。但是，在许多场合需要将传感器节点直接放置在目标地点进行现场的数据采集，这就要求传感器节点具有无线通信的能力。同时，由于无线传感器通常使用电池作为能源，所以，它对能耗要求非常高。
本设计主要是基于433 MHz ISM频段，无需申请就可以使用。该设计方案有许多明显的优点：传输速度快、距离远、数据稳定；采用低功耗模式，延长电池使用时间；能保证任何时候数据不丢失，提高系统的强健度。
所设计的无线温度传感器主要由以下几部分组成：温度测量、发射部分、接收部分、LCD显示部分以及操控部分。系统结构图如图1所示。
在温度测量电路中采用Dallas公司生产的1-Wire总线B20是3引脚TO-92小体积封装形式；温度测量范围为-55～125℃，可编程为9-12位A／D转换精度，测温分辨率可达0.062 5℃，被测温度以带符号扩展的16位数字方式串行输出。
DS18B20内部结构主要由4部分组成：64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和 TL及配置寄存器。ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码，每个DS18B20的64位序列号均不相同。 ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线中的温度传感器完成对温度的测量，用16位符号扩展的二进制补码形式提供，以0.062 5℃／LSB形式表达。例如+25.062 5℃的数字输出为0191H，-25.062 5℃的数字输出为FF6FH。
R1和R0决定温度转换的精度位数：R1R0=“00”，9位精度，最大转换时间为93.75 ms；R1R0=“01”，10位精度，最大转换时间为187.5 ms；R1R0=“10”，11位精度，最大转换时间为375 ms；R1R0；“11”，12位精度，最大转换时间为750 ms；未编程时默认为12位精度。设计取R1R0=“11”。
ATmega324p内置的增强型串行外设接口SPI提供访问一个全双工同步串行总线的能力。SPI所使用的4个信号为MOSI，MISO，SCK 和SS。MOSI用于从主器件到从器件的串行数据传输；MISO用于从器件到主器件的串行数据传输；SCK用于同步主器件和从器件之间在MOSI和 MISO线上的串行数据传输。
1.2.2 无线的发送方式为发送寄存器缓冲数据传输方式，由配置设置命令的第7位el来使能，图1可以看出，IA4421共有2个8位的数据寄存器，发送的数据首先被锁存到其中一个数据寄存器中，当电源管理命令的第5位et被置1，则发送器开始以设置的码率从第一个寄存器向外发送数据。
1.2.3 无线的接收方式有两种：一种是一直接收；另一种是FIFO模式。前一种方式并不推荐，会引起较高的误码率。本设计采用后一种模式。在相应的控制字都设置好之后，数据已进入缓冲器中，若引脚nIRQ变成低电平，则表示IA4421准备好接收数据，这时发送FIFO读命令字，开始接收。
1.3 外围天线的支持天线直接驱动，设计相当简单方便并且通信距离长。一个50 的外接螺旋天线和对应的差分电路就可以实现数据的发送和接收。本系统设计的天线 mm，用螺丝刀的金属棒饶制7圈成螺旋状。经过实验，实际有效的通信距离能达到200 m左右，满足了系统需要。
单片机软件部分主要包括主程序、中断子程序、测温子程序、LCD的转换显示，蜂鸣器报警子程序，按键子程序以及SPI子程序等。为了降低功耗，使用中断来唤醒单片机进行测温等工作，因此主程序部分比较简单，主要负责系统各部分初始化和中断的调用，在系统初始化完成后就直接进入睡眠模式，当中断到来时单片机退出睡眠模式，调用中断子程序实现测温、转换显示、温度数据的传输等功能。单片机控制程序流程图如图4所示。
作为无线传感器，低功耗运行可以最大限度地延长设备的有效使用时间，本系统是采用电池供电，功耗肯定就是一个不得不考虑的问题。为了获得最佳性能，设计时在电源损耗和可用性方面必须根据情况权衡使用，除了选用低功耗器件外，还从以下几个方面设计电源管理程序以尽量减少无线温度传感器的功耗：
（1）由于无线温度传感器负责向控制终端传输数据，因此何时进行数据采集、何时进行数据传输可以由上位机的控制终端决定，非常适合使用休眠模式和呼吸模式，通过减少IA4421在微微网中的活动达到节电的目的。把控制终端作为主设备，将电源管理程序设计在终端的应用控制层中，并由控制终端完成设备的查询、配对、建链等工作，当无线传感器与控制终端配对成功并连接后进入休眠模式，此时主从设备仍然保持着信道，只是不能发送和接收数据。当需要进行数据传输时，退出休眠模式进入呼吸模式，通过呼吸时隙发送数据，呼吸间隔可设为20～40 ms，间隔过大会带来明显延迟，当数据传输结束后再次进入休眠模式，从而尽可能地降低能耗。
（2）应用单片机的睡眠模式达到节能目的。当IA4421退出待机状态，发送指令进行数据采集时，IA4421的中断请求标志位nIRQ产生低电平，通过中断标志位上电平的变化产生外部中断来唤醒单片机进入工作状态。
控制模块的功能包括：①测量并处理传感器模块数据；②读取并处理无线收发模块接收的数据，进行数据融合，配置系统参数；③通信协议处理，完成无线传感器网络通信中的MAC和路由协议处理。因此，综合考虑控制模块的处理速度、存储空间、外围接口、功能和功耗等因素，本设计选取PD78F0485微作为控制模块的核心器件。
本设计在考虑调制方式、功耗、传输距离、功率等因素的基础上，选取Nordic VLSI公司的无线是一款低功耗无线MHz ISM频段，GFSK调制，本设计采用433MHz为中心频率。该收发芯片由功率放大器、频率合成器、晶体振荡器、接收解调器和调制器组成，片内自动完成曼彻斯特编码和解码，广泛应用于无线数据通信、无线报警及安全系统、无线开锁、无线监测和家庭自动化等领域。
nRF905通过SPI与微进行通信，可自动处理字头和CRC（循环冗余码校验）。发送数据时，微只需将配置寄存器信息、所要发送的数据和接收地址通过SPI传送给nRF905，它会自动完成数据的打包和发送。接收数据时，nRF905自动检测载波并进行地址匹配，接收到正确数据后自动移去字头、地址和CRC校验码，再通过SPI将数据传送到微。nRF905具有四种工作模式：掉电模式、待机模式、Shock Burst接收模式和Shock Burst发送模式。在掉电模式中，电流仅为2.5A，易于实现节能。当nRF905处于掉电模式时，SPI接口仍可以保持在工作状态；通过Shock Burst收发模式进行无线数据传输，收发可靠，使用方便。因此，nRF905在诸多领域都具有广阔的应用前景，这些特点决定了nRF905芯片非常适合应用于无线传感器网络中。
无线所示。控制引脚TX_EN、TRX_EN、PWR_UP直接与微的P44、P45、P46相连；状态引脚DR与微的中断引脚P120/INTP0相连，状态引脚CD、AM直接与微P47、P10相连；由于系统没有SPI总线，因此采用I/O引脚模拟SPI总线的SCK、MOSI、MISO连接；微的P14与SPI的控制端口CSN连接。 nRF905通过电容和电感与天线带有外部时钟输出引脚uPCLK，能够输出四种不同频率的时钟，采用示波器连接uPCLK引脚可测试nRF905是否工作正常。
传感器节点需存储用户设定的参数以及运行记录等大量数据。本设计选择AT24C256作为存储芯片，它是ATMEL公司推出的低功耗256K串行 EEPROM芯片，具有如下特点：①具有三种工作电压，分别为5.0V、2.7V、1.8V；②具有64字节页写模式；③符合双向数据传送协议；④具有硬件写保护和软件数据保护功能；⑤采用斯密特触发，可抑制输入噪声；⑥采用2线串行接口；⑦内部可以组织成32K×8存储单元。
按键是无线传感器节点为用户提供的操作接口，可利用按键设置和读取节点的参数，查询节点的运行结果、工作状态和历史记录。本设计采用的微PD78F0485具有按键中断功能，具有8个通道，网络系统使用了KEY1、KEY2、KEY3和KEY4四个按键引脚，它们分别与PD78F0485的P40引脚、P41引脚、P42引脚和P43引脚相连接，按键电路如图4所示。
利用USB接口可实现传感器节点与计算机的通信。本设计采用了高度集成USB转UART桥接器CP2102，它集成了USB 2.0全速功能、USB转发器、振荡器和带有全部调制解调器控制信号的串行数据总线（UART）接口；外围元件较少，可以节约PCB成本和空间。使用USB通讯时，首先将USB电路板一端与传感器节点的电路板连接，另一端与计算机连接，然后将CP2102的驱动程序安装在计算机上，计算机将 CP2102虚拟成一个COM口，最后就能够以访问一个标准COM口的硬件方式访问CP2102。USB通讯电路如图5所示，网络系统将PD78F0485的异步串行接口UART6与CP2102的异步串行接口相连接。
温度传感器网络工作时，需读取和设置节点的参数。因此，需采用LCD显示器来显示所需设置的参数命令和参数数据。本设计采用的PD78F0485微带有LCD/驱动器，具有自动读取存储器显示数据，自动输出COMMON和SEGMENT信号的功能。PD78F0485具有6种显示模式，每种显示模式具有6种不同的帧频率，本文选用1/3分压、1/4分时的驱动方式，使用副时钟作为LCD的时钟源，采用内部分压的方式来驱动具有4个 COM端、20个SEG的LCD显示。
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