本文基于DSP和nRF24L01設(shè)計(jì)了一種無線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便、測(cè)量迅速、造價(jià)低廉、便于攜帶，能滿足一定靈敏度和準(zhǔn)確度的要求，且采用無線數(shù)據(jù)通信作為傳輸載體，可應(yīng)用于蔬菜大棚、生產(chǎn)車間、溫室、礦井等場(chǎng)所的溫度、光度監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)。

　　例如，在蔬菜大棚中，蔬菜生長的適宜溫度為20～30℃，大棚內(nèi)白天增溫快，當(dāng)棚外平均氣溫為15℃時(shí)，棚內(nèi)可達(dá)40～50℃，不利于蔬菜生長。同樣，適當(dāng)?shù)墓庹諒?qiáng)度對(duì)植物體內(nèi)的硝酸鹽代謝起極為重要的作用，是決定植株硝酸鹽含量的主要因素之一，但過弱或過強(qiáng)的光照也不利于蔬菜的生長。因此，需要根據(jù)監(jiān)測(cè)值適時(shí)調(diào)節(jié)棚內(nèi)溫度，以有效地避免不當(dāng)?shù)臏囟取⒐庹諏?duì)蔬菜的危害。

　　1、方案論證

　　本無線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是由一個(gè)主站和兩個(gè)分站組成。主站由無線收發(fā)模塊、信息處理模塊、顯示模塊構(gòu)成，功能是無線發(fā)送分站的編號(hào)和命令，并無線接收分站發(fā)送的信息，同時(shí)顯示這些信息及分站的編號(hào)；分站由傳感器模塊、編碼模塊、信息處理模塊、顯示模塊和無線收發(fā)模塊構(gòu)成，功能是采集溫度、光照信息，顯示所測(cè)信息，并將這些信息和自己的編號(hào)無線傳輸給主站。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

　　1．1、主控模塊

　　本方案中主控模塊選擇TI公司的DSP芯片TMS320LF2407。TMS320LF2407內(nèi)置10位（雙8路或單16路）A／D轉(zhuǎn)換器、看門狗定時(shí)器模塊；有41個(gè)可獨(dú)立編程的數(shù)字I／O引腳，絕大部分有復(fù)用功能；外設(shè)接口有串行通信SCI（SerialCommunicationInterface）與串行外設(shè)SPI（SerialPeriphera1Interface）；2個(gè)事件管理器EVA、EVB可為所有類型電機(jī)提供控制技術(shù)，為工業(yè)自動(dòng)化方面的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)；2個(gè)16位通用定時(shí)器，3個(gè)具有死區(qū)功能的全比較單元。

　　較MCS-51系列單片機(jī)而言，TMS320LF2407內(nèi)部有32KB的Flash程序存儲(chǔ)器和2．5KB的SRAM，更能滿足軟件對(duì)空間的要求，且方便在線調(diào)試。利用其內(nèi)置的10位A／D轉(zhuǎn)換器，可以直接接溫度、光度傳感器模塊，將測(cè)得的溫度值、光照強(qiáng)度值等模擬量轉(zhuǎn)換為TMS320LF2407可以處理的數(shù)字信息，避免了用MCS51進(jìn)行A／D擴(kuò)展帶來的麻煩。另外，TMS320LF2407有41個(gè)可獨(dú)立編程的數(shù)字I／O引腳，絕大部分有復(fù)用功能，更能滿足硬件對(duì)I／O口的需求。使用TMS320LF2407的串行外設(shè)接口SPI，可以直接和無線傳輸模塊nRF24L01提供的SPI接口相連，不需要軟件模擬SPI。使用的開發(fā)環(huán)境是CCS3．0，完全支持C語言，方便程序編寫。

　　1．2、傳感器模塊

　　選用光敏電阻來測(cè)量光照。較光敏二極管，光敏電阻更能顯示出光的強(qiáng)弱；而且，它能夠和熱敏電阻應(yīng)用到同一電路中。傳感器模塊電路如圖2所示。

　　1.3、編碼模塊

　　選用跳線開關(guān)組成編碼模塊。與普通開關(guān)組成編碼模塊相比較，成本更加低廉。用兩列排針（各8位）：一列排針接到TMS320LF2407的I／O口，并經(jīng)過10kΩ電阻接+5V電源VCC，另一列排針接地。兩列排針對(duì)應(yīng)的位用跳線帽相連時(shí)置0，否則為1。這樣可以設(shè)置分站的編號(hào)0～255，即本系統(tǒng)最多可以擴(kuò)展256個(gè)分站，用來監(jiān)測(cè)不同地點(diǎn)的當(dāng)前環(huán)境溫度、光度值。

　　1．4、無線傳輸模塊

　　選用無線傳輸模塊nRF24L01。它是一款工作在2．4～2．5GHz世界通用ISM頻段的單片無線收發(fā)器芯片，采用FSK調(diào)制，內(nèi)部集成自己的協(xié)議，有自動(dòng)應(yīng)答及自動(dòng)重發(fā)功能、地址及CRC檢驗(yàn)功能，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或1對(duì)6的無線通信，無線通信速度可達(dá)2Mbps；而且，電流消耗極低，當(dāng)工作在發(fā)射模式下發(fā)射功率為-6dBm時(shí)電流消耗為9mA，接收模式下為12．3mA。nRF24L01與PT2262／2272相比，不需要編碼和解碼，程序簡(jiǎn)單；與nRF905相比，外圍元件更少，不需要曼徹斯特編碼；與nRF401相比，價(jià)位更低。

　　TMS320LF2407只需為nRF24L01模塊預(yù)留6個(gè)I／O口，分別與其6個(gè)控制和數(shù)據(jù)信號(hào)CSN、SCK、MISO、MOSI、IRQ、CE相連。TMS320LF2407與nRF24L01的連接電路如圖3所示。

　　1．5、顯示模塊

　　選用型號(hào)為LG5011BSR的共陽極數(shù)碼管，與液晶顯示器相比，價(jià)格低廉。它由7段發(fā)光二極管組成，共有10只引腳。其中，3、8引腳為共陽極，其他引腳加低電平時(shí)對(duì)應(yīng)的二極管就會(huì)亮，從而控制數(shù)碼管顯示相應(yīng)的數(shù)值。

　　1．6、系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

　　傳感器模塊是信息采集的樞紐。如圖2所示，電源電壓經(jīng)穩(wěn)壓管TL431穩(wěn)壓到2．5V，提供給由普通電阻和熱敏電阻組成的分壓電路，以及普通電阻和光敏電阻組成的分壓電路。熱敏電阻分得的電壓通過TO輸出，接TMS320LF2407的ADCIN0；光敏電阻分得的電壓通過LO輸出，接TMS320LF2407的ADCIN1。利用讀取A／D轉(zhuǎn)換后的結(jié)果，并計(jì)算出對(duì)應(yīng)的溫度值和光線強(qiáng)度值，經(jīng)查表輸出顯示。

　　無線傳輸模塊是數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮诵?。如圖3所示，TMS320LF2407通過6個(gè)I／O端口（IOPC0，IOPC1，SPISIMO，SPISOMI，SPICLK，SPISTE），依次與nRF24L01模塊的6個(gè)控制和數(shù)據(jù)信號(hào)IRQ、CE、MOSI、MISO、SCK、CSN相連。其中，CSN為芯片的片選線，CSN為低電平時(shí)芯片工作；SCK為芯片控制的時(shí)鐘線；SOMI為芯片控制數(shù)據(jù)線；MOSI為芯片控制數(shù)據(jù)線；IRQ為中斷信號(hào)，無線通信過程中DSP主要是通過SPI接口的SPISIM-O、SPISOMI與nRF24L01進(jìn)行通信。CE為芯片的模式控制線，在CSN為低的情況下，CE協(xié)同nRF24L01的CONFIG寄存器共同決定nRF24L01的狀態(tài)。

　　顯示模塊用TMS320LF2407的IOPB0、IOPB1來模擬串行發(fā)送數(shù)據(jù)的過程，外接串入并出移位寄存器74LS164構(gòu)成。當(dāng)需要顯示信息時(shí)，數(shù)據(jù)從IOPB0端在移位脈沖（由IOPB1輸出）的控制下逐位移入74LS164，74LS164能將輸入的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)輸出到數(shù)碼管。這樣的設(shè)計(jì)不僅節(jié)省I／O口，而且不占用串口資源。編碼模塊通過IOPA0～I(xiàn)OPA7與DSP相連。

　　2、軟件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)的主站、分站程序流程如圖4所示。主站程序主要包括初始化、無線發(fā)射、無線接收、數(shù)碼管顯示等部分；分站程序主要包括初始化、無線發(fā)射、無線接收、數(shù)據(jù)采集、數(shù)碼管顯示等部分。