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引言
传感器技术与通信技术、计算机技术相结合构成的智能传感器以其较高的精度、良好的可靠性、功能的多样性等特点在过程控制以及信号监测中得到人们的关注, 已成为当今国内外研究的一大热点。本文设计了一种用于对环境信息进行实时监测的无线传感器系统, 在实际应用中能够对环境参数进行准确的测量并可靠传输, 体现了传感器系统数字化、智能化、无线化的优点。
该系统以MSP430F149 超低功耗微控制器为核心, 配置新式的微型低功耗传感器, 可实时地对所测环境的温度、湿度、光照强度、有害气体浓度等参数进行测量处理。采用电池供电,无线传输, 避免了布线的烦琐, 而且具有良好的便携性。
系统硬件设计
整个传感器系统包括微处理器模块( 16 位单片机MSP430F149、日历时钟芯片、复位电路及外围电路) 、传感器测量模块( 温湿度传感器、光照强度传感器、半导体型可燃气体敏感元件MQ306A) 、存储器模块( Flash 存储器SST25VF020) 、数据通信模块( 串口通信、无线通信) 、电源模块( LT1962EMS83.3、LT1761ES5- 5、LTC3459ES6) , 系统框图如图1。
传感器技术与通信技术、计算机技术相结合构成的智能传感器以其较高的精度、良好的可靠性、功能的多样性等特点在过程控制以及信号监测中得到人们的关注, 已成为当今国内外研究的一大热点。本文设计了一种用于对环境信息进行实时监测的无线传感器系统, 在实际应用中能够对环境参数进行准确的测量并可靠传输, 体现了传感器系统数字化、智能化、无线化的优点。
该系统以MSP430F149 超低功耗微控制器为核心, 配置新式的微型低功耗传感器, 可实时地对所测环境的温度、湿度、光照强度、有害气体浓度等参数进行测量处理。采用电池供电,无线传输, 避免了布线的烦琐, 而且具有良好的便携性。
系统硬件设计
整个传感器系统包括微处理器模块( 16 位单片机MSP430F149、日历时钟芯片、复位电路及外围电路) 、传感器测量模块( 温湿度传感器、光照强度传感器、半导体型可燃气体敏感元件MQ306A) 、存储器模块( Flash 存储器SST25VF020) 、数据通信模块( 串口通信、无线通信) 、电源模块( LT1962EMS83.3、LT1761ES5- 5、LTC3459ES6) , 系统框图如图1。
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无线通信模块采用挪威Nordic 公司研制的nRF401 无线收发器件, nRF401 可工作在433.92MHz/434.33 MHz ISM频段。它采用FSK 调制解调技术, 抗干扰能力强, 并采用PLL 频率合成技术, 频率稳定性好, 发射功率可达10dB, 接收灵敏度达-105dB, 数据传输速率可达20 kb/s, 工作电压范围为+3V～5V。nRF401 无线收发器外围电路简单,并可直接与单片机串口连接, 设计中工作频率锁定在434.33 MHz。
nRF401 的ANT1 和ANT2 引脚分别是接收时低噪声接收放大器LNA 的输入, 以及发送时发射功率放大器( PA) 的输出。天线可以以差分方式连接到nRF401, 一个50 Ω的单端天线也可以通过一个差分转换匹配网络连接到nRF401, 目前实际应用中距离可达300 m 左右。
本系统用RS232 串口实现PC 机与传感器系统间的串行通信, 利用MAX3232 进行驱动。
系统采用3节5号电池供电, 利用LT1962、LT1761、LTC3459ES6 电源器件为单片机、传感器等提供合适的工作电压。
系统软件设计
单片机测控软件设计
测控程序利用MSP430 系列单片机配套的开发环境IAR Embedded Workbench 开发, 它同时支持汇编语言和C 语言编写。本系统采用C 语言来开发测控程序, 利用MSP430 系列单片机的JTAG 接口,通过TI 公司所带的仿真器FET 可以方便的进行程序调试和代码下载。所有程序采用模块化设计, 主流程如图6 所示。
上位机控制软件使用VC++6.0 和Access2002进行编程设计, 按其功能主要分为数据处理模块和数据库模块, 如图7。
结束语
本系统实现了计算机在有线系统不能或者难以控制受控对象的场合( 特别是恶劣环境下的作业现场) 下, 对传感器系统采集数据的实时无线监测。系统具有较低的功耗, 能在各种环境下进行数据的采集与处理。
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