无线环境监测装置的设计与实现

尹晓翠

（东营职业学院 山东 257091）

0 引言

本装置分为监测终端和探测节点两部分。探测节点有编号预置功能，编码预置范围为00000001B～11111111B。探测节点能够探测其环境温度和光照信息。温度测量范围为 0℃～100℃，绝对误差小于2℃；光照信息仅要求测量光的有无。探测节点采用两节1.5V干电池串联，单电源供电。监测终端为手持设备，可以分别与各探测节点直接通信，并能显示当前能够通信的探测节点编号及其探测到的环境温度和光照信息。无线环境监测模拟装置的探测时延不大于5s，监测终端天线与探测节点天线的距离D不小于10cm。在0～10cm距离内，各探测节点与监测终端应能正常通信。

1 整体设计方案

图1 整体框图

整体设计如图1所示。监测终端部分和探测节点采用无线通信进行整个系统间的互相通信，本系统监测终端以STC89C52RC单片机为核心，采用外接电源供电的方式。探测节点采用宏晶的超低功耗单片机 STC89LE52RC（最低电压可为2.2 V）。监测终端主要用来接收探测节点所采集的温度和光照信息以及对探测节点进行寻址。探测节点主要完成对周边温度和光照信息的探测。监测终端与探测节点之间通过无线通信模块进行数据收发。各探测节点数据采集均通过非接触式传感器来完成，通过STC89LE52RC单片机进行数据处理后向监测终端发送。

2 主要元器件选型

（1）监测终端。采用宏晶的STC89C52单片机作为主控制器，STC89C52单片机具有加密性强，无法解密，超强抗干扰等功能，宽电压，宽温度范围，不怕电源抖动，可以更好的适应外部的环境。

（2）探测节点。采用也是宏晶的STC89LE52RC单片机作为主控制器。该单片机是宏晶公司推出的一款低功耗单片机，工作电压在（2.2V～3.8V），满足2节电池供电的要求，且与检测终端所用单片机为同一公司产品，通信较为方便。

（3）显示模块。采用LED数码管显示。数码管能显示数字和符号，可以大量减少占用单片机接口的数目，编程容易，硬件电路调试简单，显示两部分也比较好控制，且显示效果直观，明亮，易于观察，可实时动态显示，并且调试容易。

（4）无线通信模块。采用NRF24L01芯片。最高工作速率2Mbps，高效GFSK调制，抗干扰能力强，125 频道，满足多点通信和跳频通信需要，低电压1.9～3.6V 工作，低功耗，可直接连接各种单片机使用，软件编程非常方便满足设计要求。

（5）温度监测模块。采用 DS18B20数字温度传感器。DS18B20为全数字温度转换及输出，单总线数据通信。分辨率最高可达12位，精度可达±0.5摄氏度。检测温度范围为-55℃～+125℃。+3V～+5.5V供电，低功耗，最大工作电流4m A，静态电流3μA。并且温度输出为数字信号，不需要A/D转换电路，很容易与单片机连接。

（6）光源检测模块。采用光敏电阻。光敏电阻具有入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。属半导体光敏器件，除具灵敏度高，反应速度快，光谱特性及r值一致性好等特点外，在高温，多湿的恶劣环境下，还能保持高度的稳定性和可靠性。

3 硬件设计

该系统主要有监测终端电路、探测节点电路、无线模块电路和光照信息监测电路四部分组成。监测终端电路主要包括无线收发、显示电路、键盘电路等。探测节点电路主要包括无线收发电路、关照检测电路等。各部分紧密连接形成了一套完善的无线环境监测装置系统。图2为无线收发电路，图3为光照检测电路。

图2 无线收发电路图

图3 光照信息检测电路图

4 软件编程

（1）监测终端单片机主要采取轮流发送编码、采集探测节点数据的方式，数据之间显示时间间隔1S，流程图如图4所示。

图4 监测终端程序设计流程图

图5 探测节点程序设计流程图

（2）探测节点单片机实时进行数据采集并等待检测终端的指令，待接收到指令后，则判断是否与自身编号一致，一致则发送状态信息。流程图如图5所示。

5 总结

本文利用两款单片机实现了超低功耗无线数据采集装置的设计，该装置即实现了远程光照和温度信息的采集，而且每个探测节点均可以实现信息的转发功能。

[1]程玉伟.基于串行接口方式单片机通用数据采集系统设计[J].黑龙江科技信息.2008.3.

[2]吴学军.基于低功耗器件的无线环境监测器设计[J].电子技术应用.2011.5.

[3]林仕钦.无线环境监测模拟装置的研究[J].才智.2010.8.

[4]杨加国，董秀成.单片机原理与应用及C51程序设计.清华大学出版社.2008.