基于NRF905的无线网络控制器设计

科技信息　０科教前沿０　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　２０１２年第２３期　０引言　浅谈基于ＭＳＰ４３０和ｎＲＦ９０５的　无线传感器网络设计　邢唱白　（天津南环铁路电务有限责任公司　中国　天津３００３８１）　无线传感器网络已经成为国内外研究的热点，在军事、工农业、城　市管理、生物医疗、环境监测、抢险救灾、远程控制等许多领域都有着　广泛的应用前景。无线传感器网络的设计要遵循微型化、多功能化、智　能化、网络化、无线化，低功耗的原则。利用ＭＳＰ４３０微处理器功耗低　的优势和ｎＲＦ９０５无线收发芯片功耗低、控制简单的优点．ＭＳＰ４３０＋　ｎＲＦ９０５的组合特别适合于低功耗、短距离、小数据量的无线传感器网　络　１硬件设计　１．１网络结构　整个网络主要由一个ｓｉｎｋ（数据汇集点）节点和多个传感器节点　组成。大量的传感器节点分布于被测区域内，并由ｓｉｎｋ节点分配一定　的地址．各节点自行协调并迅速组建通信网络。各传感器节点具有两　个功能：一个是数据的监测、采集；一个是数据的转发。ｓｉｎｋ节点负责　接收传感器节点传来的信息并传送至相应的设备进行分析和处理。　１．２传感器节点设计　传感器节点主要由传感单元、微处理单元、无线传输单元和供电　单元四部分组成。传感单元负责进行监测区域内被测对象的信息采　集．微处理单元实现数据的分析、处理和存储等功能，无线传输单元负　责数据在节点之间的无线收发．供电单元负责为传感器节点提供能　量。　ＭＳＰ４３０的ＵＳＡＲＴ模块可通过寄存器配置为通用异步串行口或　ＳＰＩ模块功能，这里配置为ＳＰＩ模块。　（１）微处理单元　微处理单元采用Ⅱ公司新推出的ＭＳＰ４３０。ＭＳＰ４３０系列单片机　是一种集成度高、功能丰富、功耗极低的１６位单片机，超低功耗的混　合信号控制器、丰富的片内外设、节能考虑的多种工作模式和对Ｃ语　言程序设计的支持．使得ＭＳＰ４３０系列单片机非常适合于应用在嵌入　式系统。其工作电压在１．８～３．６Ｖ之间，正常工作时功耗可控制在２００　Ａ左右，低功耗模式时可实现２１ｘＡ甚至Ｏ．１　Ａ的低功耗，在电池供　电的低功耗应用中具有独特的优势。ＭＳＰ４３０具有非常高的集成度，通　常在单个芯片上集成有１２位的ＭＤ、比较器、多个定时器、片内　ＵＳＡＲＴ、看门狗、片内振荡器、大量的Ｉ／Ｏ端口及大容量的片内存储器，　一般单片就可以满足大多数的应用需要。　ＭＳＰ４３０实现功能如下：　操作无线收发芯片．为ｎＲＦ９０５提供工作状态控制线和两条单向　串行传输数据线　实现传感器的数据采集：　本地数据处理——易Ｉ除冗余数据，以减少网络传输的负载和对无　线传输数据的封装与验证：　应答远控中心查询．完成数据转发与存储；　区域内节点的路由维护功能：　节点电源管理．合理地设置待机状态，以节省能量消耗，延长节点　使用寿命。　（２）无线收发单元　无线收发单元选用挪威ＮｏＭｉｃ公司推出的ｎＲＦ９０５芯片。工作频　道覆盖４３３／８６８／９１５ＭＨｚ三个国际通用的ＩＳＭ（Ｔ业、科学和医学）频　段，具有多个频道（最多１７０个以上），可满足需要多信道工作的特殊　场合：它是ＧＭＳＫ调制，抗干扰能力强，特别适合工业控制场合。采用　ＤＳＳ＋ＰＬＬ频率合成技术．频率稳定性极好；灵敏度高，达到一１００ｄＢｍ；　最大发射功率达＋１０ｄＢｍ．开阔地的使用距离最远可达１０００米。工作　电压低（１．９—３．６Ｖ），功耗小，待机状态仅为１　Ａ，以一１０ｄＢｍ的输出功　率发射时电流只有１ｌｍＡ。工作于接收模式时的电流为１２．５ｍＡ．并且　内建空闲模式与关机模式。易于实现节能。工作速率最高可达１００ｋｂ／ｓ。　外围元件少（仅１Ｏ个）．基本无需调试。ｎＲＦｇ０５具有ＳｈｏｅｋＢｕｒｓｔＴＭ工　作模式，自动处理字头和ＣＲＣ循环冗余码校验），使用ＳＰＩ接Ｉ＝Ｉ与微控　制器通信．配置非常方便。ｎＲＦ９０５适用于无线数据通信、无线报警及　安全系统、无线开锁、无线监测、家庭自动化和玩具等诸多领域。　微控制器对ｎＲＦ９０５的所有配置字及数据读取都是通过ＳＰＩ　（ｓｅｒｉａｌ　ｐｍｇｒａｍｍａｂｌｅ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）接口传送的。ＳＰＩ接Ｉ＝Ｉ的工作方式可通过　ＳＰＩ指令进行设置。ｎＲＦ９０５的ＳＰＩ总线包括４个引脚：ＣＳＮ（ＳＰＩ使能）、　ＳＣＫ（ＳＰＩ时钟）、ＭＩＳＯ（：Ｖ／ｋ从出）和ＭＯＳＩ（主出从人）。ＳＰＩ的时钟范围很　宽．可以从１Ｈｚ～ＩＯＭＨｚ．因此ＭＣＵ在写控制程序时不必苛求时间的　准确度。　ｎＲＦ９０５在正常工作前先由微控制器根据需要写好配置寄存器．　或是按照默认配置工作。其后的工作主要是发送数据和接收数据。　典型的ｎＲＦ９０５发送流程分以下几步：　①当微控制器有数据要发送时，按时序通过ＳＰＩ接口将接收机的　地址和数据送传给ｎＲＦ９０５：　②微控制器将ＴＲＸ—ＣＥ和ＴＸ—ＥＮ置高．激活ｎＲＦ９０５的　ＳｈｏｃｋＢｕｒｓｔＴＭ发送模式：　③ｎＲＦ９０５的ＳｈｏｅｋＢｕｒｓｔＴＭ发送，包括射频寄存器自动开启、数　据打包伪Ⅱ字头与ＣＲＣ校验码）发送、数据发送完毕，ＤＲ引脚被置高；　＠ＡＵＴＯ—ＲＥＴＲＡＮ被置高．ｎＲＦ９０５不断重发．直到ＴＲＸ—ＣＥ被　置低：　⑤当ＴＲＸ—ＣＥ被置低．ｎＲＦ９０５发送过程完成．自动进人空闲模　式。ＳｈｏｅｋＢｕｒｓｔＴＭ工作模式中，一旦发送数据的过程开始，无论ＴＲＸ—　ＥＮ和ＴＸ－ＥＮ引脚是高或低，发送过程都会被处理完。只有当前一个　数据包被发送完毕。ｎＲＦ９０５才能开始下一个工作模式。　ｎＲＦ９０５的接收流程如下：　①当ＴＲＸ—ＣＥ为高、ＴＸ—ＥＮ为低时，ｎＲＦ９０５进入ＳｈｏｃｋＢｕｒｓｔＴＭ　接收模式：　②６５Ｏ　ｓ后，ｎＲＦ９０５处于监测状态，等待接收数据；　③当ｎＲＦ９０５检测到同一频段的载波时，载波检测引脚被置高；　④当接收到一个相匹配的地址，地址匹配引脚被置高；　⑤当一个正确的数据包接收完毕，ｎＲＦ９０５自动移去字头、地址和　ＣＲＣ校验位．然后把数据准备好引脚置高；　⑥微控制器把ＴＲＸ—ＣＥ置低，ｎＲＦ９０５进入空闲模式；　⑦微控制器通过ＳＰＩ口。以一定的速率把数据移到微控制器内；　⑧当所有的数据接收完毕，ｎＲＦ９０５把数据准备好引脚和地址匹　配引脚置低：　⑨ｎＲＦｇ０５此时可以进入ＳｈｏｃｋＢｕｒｓｔＴＭ接收模式、ＳｈｏｅｋＢｕｒｓｔＴＭ　发送模式或关机模式　当正在接收一个数据包时．ＴＲＸ—ＣＥ或ＴＸ—ＥＮ引脚的状态发生　改变，ｎＲＦ９０５立即把其工作模式改变，数据包则丢失。当微处理器接　到地址匹配引脚的信号之后，其就知道ｎＲＦ９０５正在接收数据包。其　可以决定是让ｎＲＦ９０５继续接收该数据包还是进入另一个工作模式　（３）传感单元　传感单元的种类很多，可以对监测区域内温度、湿度、振动、声音　和光线等物理信号进行检测．设计时应该根据实际需要选择合适的传　感器。本设计主要是对温度进行监测。传感单元选择了Ｍａｘｉｍ公司的　ＤＳ１８Ｂ２０。ＤＳ１８Ｂ２０是一种数字温度传感器，其主要特点是：　ａ）测温范围一５５Ｔ：．．＋１２５％。在一ＩＯ￣Ｃ　８５℃测量准确度为－ｓＯ．５℃；　ｂ）独特的单线接口方式．ＤＳ１８Ｂ２０在与微处理器连接时仅需要一　条接口线即可实现微处理器与ＤＳ１８Ｂ２０的双向通讯：　ｃ）ＤＳ１８Ｂ２０在使用中不需要任何外围元件；　（下转第５６页）　

第３３卷第３期　２０１４年６月　兰州交通大学学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｌａｎｚｈｏｕ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｖｏ１．３３　Ｎｏ．３　Ｊｕｎｅ　２０１４　

文章编号：１００１—４３７３（２０１４）０３—０１３３—０６　ＩＸ）Ｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｒＬ　１００１—４３７３．２０１４．０３，０２７　

基于ｎＲＦ９　Ｏ　５的无线环境监控系统设计　

郭少雄，　苏海海　

（兰州交通大学光电技术与智能控制教育部重点实验室，甘肃兰州７３００７０）　

摘要：温度、湿度和烟雾度作为最基本的环境参数，它们的测量方法和装置对现实生活和生产具有重要意义．通　过利用无线通信模块ｎＲＦ９０５和微处理器ＳＴＣ１２Ｃ５ＡＯ８ＡＤ设计了无线环境监控系统，主要包括数据采集子系统　和数据接收监控子系统．数据采集子系统由数字传感器ＤＳＩ８Ｂ２０构成的温度测试单元，数字传感器ＤＨＴ１１构成　的湿度测试单元及模拟传感器ＭＱ２构成的烟雾度测试单元组成，通过单片机ＳＴＣ１２Ｃ５Ａ０８ＡＤ分别对温度、湿度　和烟雾度采集处理；然后通过无线通信模块ｎＲＦ９０５构成的通信主体单元传输到数据接收监控子系统，实现对环境　的夹时监控．　关键词：ｎＲｌ　Ｏ５；无线传输；Ｓ１、Ｃ１２　ＡＯ８ＡＤ；环境监控　中图分类号：ＴＮ８３９　文献标志码：Ａ　

Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｌｆｌｌＦ９０５　

ＧＵＯ　Ｓｈａｏ—ｘｉｏｎｇ，　ＳＵ　Ｈａｌ—ｈａｉ　

（Ｋｅｙ　１．ａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｏｐｔｏ～Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｍｉｎｉｓｔｒｙ　ｏｆ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｌａｎｚｈｏｕ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ　７３００７０，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｈｕｍｉｄｉｔｙ，ａｎｄ　ｓｍｏｋｅ　ｄｅｇｒｅｅ　ａｒｅ　ｔｈｅ　ｍｏｓｔ　ｂａｓｉｃ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，　ａｎｄ　ｔｈｅｉｒ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ａｎｄ　ａｐｐａｒａｔｕｓ　ａｒｅ　ｏｆ　ｇｒｅａｔ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｒｅａｌ　ｌｉｆｅ　ａｎｄ　ｐｒｏ—　

第３５卷第２期　２０１４年４月　大连交通大学学报　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＤＡＬＩＡＮ　ＪＩＡＯＴＯＮＧ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ　Ｖｏ１．３５　Ｎｏ．２　Ａｐｒ．２０１４　

文章编号：１６７３—９５９０（２０１４）０２—０１０８—０４　

基于ｎＲＦ９０５的无线温度测量系统设计　

雷子浩　，张丽艳　，费继友　，李兆鹏　

（１大连交通大学电气信息学院，辽宁大连１１６０２８；２．大连交通大学动车运输与维护工程学院，辽宁　大连１１６０２３）粜　

摘要：针对温度数据有线传输容易受到电磁环境的影响和现场条件的制约等问题，本文给出一种基于　ｎＲＦ９０５射频模块的无线温度测量系统．主控芯片采用Ａｔｍｅｌ生产的ａｔｍｅｇａｌ６单片机，无线传输模块为　ｎＲＦ９０５，采用ＶＢ语言和Ａｃｃｅｓｓ数据库对接收到的数据做相应的处理，从而实现对温度数据的方便，有　效的测量和监视．　关键词：无线传输；温度传感器；ｎＲＦ９０５　文献标识码：Ａ　

０引言　１　系统结构　

温度是直接影响生产、化学反应、发酵等很多　

物理和化学过程的一个非常重要的物理量．温度　控制失误就可能引起生产安全、产品质量等一系　

列问题．因此对温度进行方便，有效的测量就显得　十分必要．传统的温度测量系统一般采用有线的　

方式进行数据传输时，这种方式容易受到电磁信　号的干扰，从而造成信号的大幅衰减．同时在一些　

比较危险或者封闭的场合，有线传输会受到很多　因素的限制．因此，本文给出了一种基于ｎＲＦ９０５　

射频模块的无线温度测量系统，该系统采用ａｔ—　

ｍｅｇａｌ６单片机主控芯片，采用的ＤＳＩ８Ｂ２０温度传　感器，并采用ＶＢ语言结合Ａｃｃｅｓｓ数据库技术实　

现对接收到的温度数据做相应的数据处理．　系统结构整体上可以分三部分：温度数据采　

集，数据传输和数据处理．温度采集部分是通过单　片机对温度传感器进行控制而获得．数据传输包　

括数据发送和数据接收．在数据发送端，单片机将　采集到的温度数据以无线传输模块特定的传输协　

１＼Ｔ网络与通信Ｔ程ｉ　上　ｅｔｗｏｒｋ　ａｎｄ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　基于ＮＲＦ９０５的智能农业无线通信系统设计　葛付伟，毛建新　（南开大学滨海学院，天津３００２７０）　摘要：智能农业是农业领域推出的第一代拥有自主知识产权的远程环境监测系统。它是通过光照、温度、湿　度等无线传感器，对农作物温室内的温度、湿度信号以及光照、土壤含水量、Ｃ０２浓度、叶面湿度、露点温度等环　境参数进行实时采集，自动开启或者关闭指定设备（如远程控制浇灌，开关卷帘等）。同时在温室现场布置摄像头　等监控设备，实时采集视频信号。用户通过电脑或智能手机终端，随时随地观察现场情况，查看现场温湿度等数据　和远程智能调节指定设备的运行状态。现场采集的数据，为农业综合生态信息检测，对环境进行自动控制和智能化　管理提供科学依据。前端设备支持多种传感器的接口，同时支持音频，视频功能，可以有效的为农业专家提供第一　手的现场专业数据。　关键词：智能农业；无线传感器；远程监控；实时采集　中图分类号：ＴＰ２７３　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７４—７７１２（２０１４）０４－０１０５—０２　一、物联网概述　（一）物联网技术的背景　物联网被称为继计算机、互联网之后世界信息产业的第　三次浪潮，物联网技术被誉为全球一个新的经济增长点，国　家和政府部门非常注重物联网产业的发展，据新华社报道，　在各省启动的十二五规划中，有２３个省份将物联网作为重要　的发展目标。　物联网（Ｔｈｅ　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ｏｆ　ｔｈｉｎｇｓ）是指通过射频识别　（ＲＦＩＤ）、传感器、全球定位系统（ＧＰＳ）、二维码等信息感　知设备，按约定的协议连接起来，通过有线或无线网络的组　织模式进行信息交换和通信，以实现智能化识别、数据采集、　智能控制、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。　物联网技术在农业中的应用，既能改变粗放的农业经营　管理方式，也能提高动植物疫情疫病防控能力，确保农产品　质量安全，引领现代农业发展。　农业物联网是将大量的传感器节点构成监控网络，通　过各种传感器采集信息，以帮助农民及时发现问题，并且准　确地确定发生问题的位置，这样农业将逐渐地从以人力为重　心、依赖于孤立机械的生产模式转向以信息和技术为中心，　大规模地使用各种自动化、智能化、远程控制的设备的生产　模式。　短距离无线数据通信系统一般情况下由终端节点、通信　系统节点及管理器节点组成，其系统结构框图如图１所示。　（二）智能农业系统的功能介绍　物联网智能农业平台系统由前端数据采集系统、无线传　输系统、远程监控系统、数据处理系统和专家系统组成，其　各部分系统功能介绍如下：　１．智能农业数据采集系统　数据采集管理系统主要负责温室内部光照、温度、湿度　和土壤含水量等传感器采集的数据以及视频监控数据的采集　和管理。可为用户在电脑与手机终端上实时、直观的展示采　集到的数据。用户可以在平台上查看自己需要的数据，包括　实时数据采集、历史数据管理，以及为用户提供自定义打印　报表，提供各种汇总统计信息，对数据库备份等服务，从而　１０５葛费电子２０１ｑ　方便的得到数据信息，辅助决策等。　实时采集的数据主要为各类传感器采集的数据和视频监　控采集的现场视频数据。温度包括空气温度、浅层土壤温度　（土下２ｃｍ）、深层土壤温度（土下５ｃｍ）：湿度主要包括空　气的湿度、浅层土壤含水量（土下２ｃｍ）、深层土壤含水量（土　下５ａｍ）。传感器采集数据的上传采用ＺｉｇＢｅｅ无线传输模式，　ＺｉｇＢｅｅ发送模块将传感器的采集数据传送到ＺｉｇＢｅｅ节点上。　用户可以在农业物联网平台上或通过手机终端等查看现　场的实时采集的数据，并且在界面上可显示实时采集数据的　曲线图。　２．智能农业视频监控系统　视频监控系统采用高精度摄像机对农田或大棚等进行视　频监控，系统清晰度和稳定性等参数均符合国内相关标准。　在大棚内安装视频监控系统，平台将视频监控文件进行　处理传给后台管理子系统，可在微机终端进行查看，后台管　理系统将视频监控文件进行处理通过ＷＡＰ方式利用手机终端　进行查看。企业管理层或相关管理结构负责人可通过手机视　频来了解农业示范区现场动态情况。系统可以通过视频监控　植物的成长过程（实时、录像）供远程学习。　３．智能农业预警系统　当采集数据超过系统预先设置的限制是，将开启系统报　警功能，并发送短信告知相关管理人员，便于对农作物生产　的管理。　４．智能农业设备远程控制系统　设备远程控制系统主要有控制设备和相应的继电器控制　器控制电路组成，通过继电器可以自由控制各种农业生产设　备，包括喷淋、滴灌等喷水系统和卷帘、风机等空气调节系　统等。用户可通过电脑或手机终端对设备直接操控，完成日　常工作。　二、ＮＲＦ９０５的概述　（一）ＮＲＦ９０５概述　ＮＲＦ９０５单片无线收发器是挪威Ｎｏｒｄｉｃ公司推出的单片　射频发射器芯片，工作电压为１．９－３．６Ｖ，３２引脚ＱＦＮ封装　（５ｍｍ×５ｍｍ），工作于４３３／８６８／９１５ＭＨｚ　３个ＩＳＭ频道，频道　之间的转换时间小于６５０ｕｓ．自动产生前导码和ＣＲＣ校验码，　可以很容易通过ＳＰＩ接口进行编程配置。　外围器件连接简　单，无需外部ＳＡＷ滤波器。芯片内部本身附带功率放大器、　频率合成器、调制器和晶体振荡器等部分，其中输出功率以　及通信频道可通过编写程序进行配置。从ＮＲＦ９０５的芯片手册　中查到，其功耗十分小，当以ｌＯｄＢｍ的功率发射时，工作电　流仅有３０ｍＡ，同时支持多种低功率工作模式，待机模式下电　流仅为１２．５　ｕ　Ａ，节能设计更加方便。