摘要：設(shè)計(jì)基于DSP（Digital Signal Processor）和nRF24L01的無(wú)線(xiàn)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)的主控部件選用的是TMS320LF2407，無(wú)線(xiàn)通信模塊選用的是nRF24L01。文中論述了系統(tǒng)各硬件模塊的選擇方案，給出了各部分的軟件設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫度、光照強(qiáng)度等的無(wú)線(xiàn)監(jiān)測(cè)。
　　關(guān)鍵詞：DSP；nRF24L01；無(wú)線(xiàn)傳輸；溫度傳感器；光度傳感器
　　引言
　　目前，我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備已經(jīng)有了長(zhǎng)足的發(fā)展，例如應(yīng)用衛(wèi)星遙感技術(shù)進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)，采用GPRS系統(tǒng)對(duì)地下水監(jiān)測(cè)等，各種環(huán)境采樣器也更加精確。但是大部分監(jiān)測(cè)站的儀器裝備技術(shù)含量較低，功能單一，穩(wěn)定性和可靠性差，多數(shù)小型儀器采用有線(xiàn)通信方式，亟待更新?lián)Q代。而且，我國(guó)在環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器方面的自主開(kāi)發(fā)能力較弱，精密儀器的技術(shù)含量和工藝要求都比較高，使得目前大量的精密儀器無(wú)法實(shí)現(xiàn)本地化生產(chǎn)，主要依靠進(jìn)口，這就導(dǎo)致了價(jià)格非常昂貴。
　　本文基于DSP和nRF24L01設(shè)計(jì)了一種無(wú)線(xiàn)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(mǎn)足一定靈敏度和準(zhǔn)確度的要求，且采用無(wú)線(xiàn)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(chē)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(zhǎng)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(zhǎng)。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(guò)弱或過(guò)強(qiáng)的光照也不利于蔬菜的生長(zhǎng)。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(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊、信息處理模塊、顯示模塊構(gòu)成，功能是無(wú)線(xiàn)發(fā)送分站的編號(hào)和命令，并無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)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(mén)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（Serial Communication Interface）與串行外設(shè)SPI（Serial Periphera1 Interface）；2個(gè)事件管理器EVA、EVB可為所有類(lèi)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32 KB的Flash程序存儲(chǔ)器和2．5 KB的SRAM，更能滿(mǎn)足軟件對(duì)空間的要求，且方便在線(xiàn)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T(mén)MS320LF2407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(lái)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(mǎn)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(wú)線(xiàn)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(kāi)發(fā)環(huán)境是CCS3．0，完全支持C語(yǔ)言，方便程序編寫(xiě)。
　　1．2 傳感器模塊
　　選用熱敏電阻來(lái)測(cè)量溫度。其值較為準(zhǔn)確，靈敏度較高；配合電橋使用，工作溫度范圍寬、體積小，使用方便；電阻值可在0．1～100 kΩ間任意選擇。與熱電偶相比，熱敏電阻價(jià)格低廉；與DS18B20相比，熱敏電阻需要編寫(xiě)的程序更加簡(jiǎn)單。
　　選用光敏電阻來(lái)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(xiàn)開(kāi)關(guān)組成編碼模塊。與普通開(kāi)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(guò)10 kΩ電阻接+5 V電源VCC，另一列排針接地。兩列排針對(duì)應(yīng)的位用跳線(xiàn)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(lái)監(jiān)測(cè)不同地點(diǎn)的當(dāng)前環(huán)境溫度、光度值。