按鍵模塊設(shè)計(jì)

按鍵是無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)為用戶提供的操作接口，可利用按鍵設(shè)置和讀取節(jié)點(diǎn)的參數(shù)，查詢節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行結(jié)果、工作狀態(tài)和歷史記錄。本設(shè)計(jì)采用的微控制器µPD78F0485具有按鍵中斷功能，具有8個(gè)通道，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)使用了KEY1、KEY2、KEY3和KEY4四個(gè)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(shè)計(jì)

利用USB接口可實(shí)現(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)與計(jì)算機(jī)的通信。本設(shè)計(jì)采用了高度集成USB轉(zhuǎn)UART橋接器CP2102，它集成了USB 2.0全速功能控制器、USB轉(zhuǎn)發(fā)器、振蕩器和帶有全部調(diào)制解調(diào)器控制信號(hào)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(shí)，首先將USB電路板一端與傳感器節(jié)點(diǎn)的電路板連接，另一端與計(jì)算機(jī)連接，然后將CP2102的驅(qū)動(dòng)程序安裝在計(jì)算機(jī)上，計(jì)算機(jī)將CP2102虛擬成一個(gè)COM口，最后就能夠以訪問(wèn)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)COM口的硬件方式訪問(wèn)CP2102。USB通訊電路如圖5所示，網(wǎng)絡(luò)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(shè)計(jì)

溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)工作時(shí)，需讀取和設(shè)置節(jié)點(diǎn)的參數(shù)。因此，需采用LCD顯示器來(lái)顯示所需設(shè)置的參數(shù)命令和參數(shù)數(shù)據(jù)。本設(shè)計(jì)采用的µPD78F0485微控制器帶有LCD控制器/驅(qū)動(dòng)器，具有自動(dòng)讀取存儲(chǔ)器顯示數(shù)據(jù)，自動(dòng)輸出COMMON和SEGMENT信號(hào)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(shí)的驅(qū)動(dòng)方式，使用副時(shí)鐘作為L(zhǎng)CD的時(shí)鐘源，采用內(nèi)部分壓的方式來(lái)驅(qū)動(dòng)具有4個(gè)COM端、20個(gè)SEG的LCD顯示器，該顯示器可同時(shí)顯示8個(gè)數(shù)字、7個(gè)小數(shù)點(diǎn)、17個(gè)常用標(biāo)號(hào)。

溫度采集模塊設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)溫度采集芯片采用數(shù)字化溫度傳感器DS18B20，它由半導(dǎo)體公司Dallas推出，具有如下特點(diǎn)：①測(cè)溫范圍-55℃~+125℃，在-10℃~+85℃范圍內(nèi)的精度為±0.5℃。②測(cè)量結(jié)果為數(shù)字信號(hào)，以“一線總線”傳給MCU，并且也傳送CRC校驗(yàn)碼。③具有較高的分辨率，擁有9~12位分辨率可調(diào)的功能，所對(duì)應(yīng)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(qiáng)，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(dāng)不測(cè)量溫度時(shí)，將其外部電源關(guān)閉以降低節(jié)點(diǎn)的功耗。⑤體積小，減少了傳感器節(jié)點(diǎn)體積的大小。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)測(cè)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(cè)溫電路圖

電量檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)

溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)采用電池供電，因而必須定時(shí)檢測(cè)電量，以避免節(jié)點(diǎn)電量不足而造成節(jié)點(diǎn)之間的通信故障，若電量不足，則提示更換電池。本設(shè)計(jì)采用µPD78F0485微控制器的10位逐次逼近性AD轉(zhuǎn)換器和微功率兩端帶隙穩(wěn)壓器LM385二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)電量檢測(cè)，電量檢測(cè)電路如圖7所示，P30引腳連接控制是否測(cè)量電量，用以控制是否進(jìn)行電量檢測(cè)，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(nèi)，具有非常低的溫度系數(shù)和動(dòng)態(tài)阻抗。

圖7 電量檢測(cè)電路圖

電源模塊設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)要求，本設(shè)計(jì)采用3.6V鋰電池供電，鋰電池具有容量大、體積小的特點(diǎn)。由于USB通訊模塊使用的是5V電壓，因此需采用LM1117進(jìn)行5V到3.6V電壓的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換為3.6V電壓。

圖8 電源模塊電路圖

結(jié)束語(yǔ)

為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集房間內(nèi)的溫度信息，本文基于nRF905芯片設(shè)計(jì)了一款無(wú)線溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)。首先對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了概述，然后給出了溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)組成，最后詳細(xì)闡述了溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)的硬件設(shè)計(jì)。該溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)具有良好的通用性和可靠性。