基于nRF905的温度传感器网络硬件设计

按键模块设计

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。本设计采用的微控制器µPD78F0485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µPD78F0485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。

图4 按健电路图

USB通讯模块设计

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全速功能控制器、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µPD78F0485的异步串行接口UART6与CP2102的异步串行接口相连接。

图5 USB通讯电路图

液晶显示模块设计

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µPD78F0485微控制器带有LCD控制器/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。µPD78F0485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显示器，该显示器可同时显示8个数字、7个小数点、17个常用标号。

温度采集模块设计

本设计温度采集芯片采用数字化温度传感器DS18B20，它由半导体公司Dallas推出，具有如下特点：①测温范围-55℃~+125℃，在-10℃~+85℃范围内的精度为±0.5℃。②测量结果为数字信号，以“一线总线”传给MCU，并且也传送CRC校验码。③具有较高的分辨率，拥有9~12位分辨率可调的功能，所对应的温度分辨率分别为0.5℃、0.25℃、0.125和0.0625℃。④具有寄生电源供电和外部电源供电两种模式，电压范围宽。其中，在外部电源供电模式下，DS18B20工作稳定可靠，抗干扰能力强，因此，本文采用外部供电模式，并将DS18B20的电源引脚连接到µPD78F0485的引脚，当不测量温度时，将其外部电源关闭以降低节点的功耗。⑤体积小，减少了传感器节点体积的大小。网络系统测温电路如图6所示，µPD78F0485的P140引脚与DS18B20的电源引脚相连接，P133引脚与DS18B20的数据引脚相连接。

图6 测温电路图

电量检测模块设计

温度传感器网络采用电池供电，因而必须定时检测电量，以避免节点电量不足而造成节点之间的通信故障，若电量不足，则提示更换电池。本设计采用µPD78F0485微控制器的10位逐次逼近性AD转换器和微功率两端带隙稳压器LM385二极管来实现电量检测，电量检测电路如图7所示，P30引脚连接控制是否测量电量，用以控制是否进行电量检测，P27/ANI连接稳压管LM385的电源端。稳压管LM385可工作在10mA~20mA的电流范围内，具有非常低的温度系数和动态阻抗。

图7 电量检测电路图

电源模块设计

根据系统要求，本设计采用3.6V锂电池供电，锂电池具有容量大、体积小的特点。由于USB通讯模块使用的是5V电压，因此需采用LM1117进行5V到3.6V电压的转换。电源模块电路如图8所示，电源模块提供5V和3.6V的两种电源接口，采用三端稳压器LM1117可将5V电压转换为3.6V电压。

图8 电源模块电路图

结束语

为了实现实时采集房间内的温度信息，本文基于nRF905芯片设计了一款无线温度传感器网络。首先对无线传感器网络进行了概述，然后给出了温度传感器网络的结构组成，最后详细阐述了温度传感器网络的硬件设计。该温度传感器网络具有良好的通用性和可靠性。