按鍵模塊設計

按鍵是無線傳感器節(jié)點為用戶提供的操作接口，可利用按鍵設置和讀取節(jié)點的參數(shù)，查詢節(jié)點的運行結果、工作狀態(tài)和歷史記錄。本設計采用的微控制器µPD78F0485具有按鍵中斷功能，具有8個通道，網絡系統(tǒng)使用了KEY1、KEY2、KEY3和KEY4四個按鍵引腳，它們分別與µPD78F0485的P40引腳、P41引腳、P42引腳和P43引腳相連接，按鍵電路如圖4所示。

圖4 按健電路圖

USB通訊模塊設計

利用USB接口可實現(xiàn)傳感器節(jié)點與計算機的通信。本設計采用了高度集成USB轉UART橋接器CP2102，它集成了USB 2.0全速功能控制器、USB轉發(fā)器、振蕩器和帶有全部調制解調器控制信號的串行數(shù)據(jù)總線（UART）接口；外圍元件較少，可以節(jié)約PCB成本和空間。使用USB通訊時，首先將USB電路板一端與傳感器節(jié)點的電路板連接，另一端與計算機連接，然后將CP2102的驅動程序安裝在計算機上，計算機將CP2102虛擬成一個COM口，最后就能夠以訪問一個標準COM口的硬件方式訪問CP2102。USB通訊電路如圖5所示，網絡系統(tǒng)將µPD78F0485的異步串行接口UART6與CP2102的異步串行接口相連接。

圖5 USB通訊電路圖

液晶顯示模塊設計

溫度傳感器網絡工作時，需讀取和設置節(jié)點的參數(shù)。因此，需采用LCD顯示器來顯示所需設置的參數(shù)命令和參數(shù)數(shù)據(jù)。本設計采用的µPD78F0485微控制器帶有LCD控制器/驅動器，具有自動讀取存儲器顯示數(shù)據(jù)，自動輸出COMMON和SEGMENT信號的功能。µPD78F0485具有6種顯示模式，每種顯示模式具有6種不同的幀頻率，本文選用1/3分壓、1/4分時的驅動方式，使用副時鐘作為LCD的時鐘源，采用內部分壓的方式來驅動具有4個COM端、20個SEG的LCD顯示器，該顯示器可同時顯示8個數(shù)字、7個小數(shù)點、17個常用標號。

溫度采集模塊設計

本設計溫度采集芯片采用數(shù)字化溫度傳感器DS18B20，它由半導體公司Dallas推出，具有如下特點：①測溫范圍-55℃~+125℃，在-10℃~+85℃范圍內的精度為±0.5℃。②測量結果為數(shù)字信號，以“一線總線”傳給MCU，并且也傳送CRC校驗碼。③具有較高的分辨率，擁有9~12位分辨率可調的功能，所對應的溫度分辨率分別為0.5℃、0.25℃、0.125和0.0625℃。④具有寄生電源供電和外部電源供電兩種模式，電壓范圍寬。其中，在外部電源供電模式下，DS18B20工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強，因此，本文采用外部供電模式，并將DS18B20的電源引腳連接到µPD78F0485的引腳，當不測量溫度時，將其外部電源關閉以降低節(jié)點的功耗。⑤體積小，減少了傳感器節(jié)點體積的大小。網絡系統(tǒng)測溫電路如圖6所示，µPD78F0485的P140引腳與DS18B20的電源引腳相連接，P133引腳與DS18B20的數(shù)據(jù)引腳相連接。

圖6 測溫電路圖

電量檢測模塊設計

溫度傳感器網絡采用電池供電，因而必須定時檢測電量，以避免節(jié)點電量不足而造成節(jié)點之間的通信故障，若電量不足，則提示更換電池。本設計采用µPD78F0485微控制器的10位逐次逼近性AD轉換器和微功率兩端帶隙穩(wěn)壓器LM385二極管來實現(xiàn)電量檢測，電量檢測電路如圖7所示，P30引腳連接控制是否測量電量，用以控制是否進行電量檢測，P27/ANI連接穩(wěn)壓管LM385的電源端。穩(wěn)壓管LM385可工作在10mA~20mA的電流范圍內，具有非常低的溫度系數(shù)和動態(tài)阻抗。

圖7 電量檢測電路圖

電源模塊設計

根據(jù)系統(tǒng)要求，本設計采用3.6V鋰電池供電，鋰電池具有容量大、體積小的特點。由于USB通訊模塊使用的是5V電壓，因此需采用LM1117進行5V到3.6V電壓的轉換。電源模塊電路如圖8所示，電源模塊提供5V和3.6V的兩種電源接口，采用三端穩(wěn)壓器LM1117可將5V電壓轉換為3.6V電壓。

圖8 電源模塊電路圖

結束語

為了實現(xiàn)實時采集房間內的溫度信息，本文基于nRF905芯片設計了一款無線溫度傳感器網絡。首先對無線傳感器網絡進行了概述，然后給出了溫度傳感器網絡的結構組成，最后詳細闡述了溫度傳感器網絡的硬件設計。該溫度傳感器網絡具有良好的通用性和可靠性。