CC2540和SHT11的無線溫濕度采集系統(tǒng)設計
摘要:藍牙無線技術(shù)是使用范圍最廣泛的全球短距離無線標準之一,藍牙4.0規(guī)范的核心是藍牙低功耗(Bluetooth Low Energy)技術(shù),本設計采用基于BLE技術(shù)的CC2540芯片,利用SHT11數(shù)字溫濕度傳感器來進行溫濕度的采集,并通過CC2540以無線方式將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控終端。實驗結(jié)果表明,本系統(tǒng)具有體積小、功耗低、精度高等優(yōu)點。
關(guān)鍵詞:CC2540;藍牙4.0;BLE;SHT11;無線網(wǎng)絡
引言
在各類民用、工業(yè)控制現(xiàn)場等工作人員難以到達的區(qū)域,環(huán)境溫濕度的狀況是重要的參數(shù),因此,對環(huán)境溫濕度的準確、及時監(jiān)控,具有重要意義。藍牙采用跳頻機制進行數(shù)據(jù)傳送,故能極大地提高數(shù)據(jù)傳送的抗干擾性能。對于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應用而言,本設計大大簡化了系統(tǒng)的復雜度,且大大降低了功耗和體積。由此帶來的靈活性,使得系統(tǒng)的應用更加廣泛。
本文對系統(tǒng)的總體方案、硬件電路和軟件設計等內(nèi)容作了詳細介紹,通過使用CC2540芯片所具有的藍牙4.0BLE協(xié)議進行設備互聯(lián)以及無線數(shù)據(jù)的發(fā)送,實現(xiàn)了一種新型的無線溫濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
1 CC2540芯片簡介
CC2540是TI公司推出的完全兼容藍牙4.0低功耗BLE協(xié)議的SoC芯片,其內(nèi)部集成了低功耗的8051MCU內(nèi)核、高性能2.4 GHz射頻收發(fā)器、8 KB RAM和256 KB Flash存儲器。其主要特性:包括1個16位和2個8位通用定時器、2個UART、12位有效位的ADC模/數(shù)轉(zhuǎn)換、21個GPIO、32 kHz休眠定時器,具有5種工作模式,集成AES-128安全協(xié)處理器、高性能比較器、精確的數(shù)據(jù)接收信號強度檢測(RSSI)、功能強大的5通道直接內(nèi)存訪問(DMA);在發(fā)送模式和外部中斷模式下,電流損耗分別為24 mA和0.4μA。CC2540與TI的藍牙低功耗協(xié)議棧相配合,已成為市場上靈活、具有廣闊應用前景的藍牙低功耗解決方案。
2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本文設計的無線溫濕度采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。溫濕度傳感器SHT11與CC2540節(jié)點設備相連,由CC2540芯片中集成的8051 MCU來控制溫濕度傳感器進行數(shù)據(jù)的采集,然后將數(shù)據(jù)以無線方式發(fā)送給藍牙集中器,集中器通過串口將收到的無線數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控終端。
3 硬件電路
3.1 處理器單元
CC2540芯片中集成的處理器采用兼容8051內(nèi)核的結(jié)構(gòu)及指令系統(tǒng),該內(nèi)核通過3種不同的內(nèi)存訪問總線(SFR、DATA和CODE/XDATA)對內(nèi)存進行訪問控制,SFR總線負責將所有的外設同內(nèi)存仲裁相連接,還負責CPU與射頻寄存器之間的交互。內(nèi)存仲裁通過SFR總線將CPU、DMA模塊、存儲器以及其他外設連接在一起。CC2540芯片外部接口電路如圖2所示,外圍電路包含1個32 MHz和1個32.768 kHz石英晶振,RF_N和RF_P為射頻天線接口。
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