3　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　3.1　傳感器節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)

　　一個(gè)完整的傳感器節(jié)點(diǎn)需要有小尺寸、低功耗，短距離通信的特點(diǎn)，因此一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)通常由傳感器模塊、處理器模塊、無(wú)線通信模塊組成。本系統(tǒng)的傳感器節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　傳感器節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)圖

　　溫度傳感器采用DALLAS公司生產(chǎn)的DS18B20，DS18B20具有獨(dú)特的單總線接口，只需一個(gè)接口引腳即可通信，并且多個(gè)DS18B20可以存在于同一條單線總線上，測(cè)量范圍為- 55～125 ℃，以9位數(shù)字值方式讀出溫度，需要的外圍器件很少，體積小，滿足傳感器節(jié)點(diǎn)的要求。

　　單片機(jī)ATmega16L是Atmel公司的基于AVR的增強(qiáng)型R ISC結(jié)構(gòu)的極低功耗的8位CMOS微控制器。

　　Atmega16L數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1M IPS/MHz，從而緩解了系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾，有六種睡眠模式，并且在1MHz， 3V， 25 ℃時(shí)的功耗在正常模式是111mA，在空閑模式是0135mA，適合傳感器節(jié)點(diǎn)的低功耗要求。

　　無(wú)線通信芯片采用Nordic公司的NRF905無(wú)線收發(fā)芯片。NRF905是一款工作在433 /868 /915頻段上的可編程的單片射頻收發(fā)器，體積小，外圍電路簡(jiǎn)單，集成度高。NRF905可以自動(dòng)完成處理字頭和CRC (循環(huán)冗余碼校驗(yàn))的工作，可由片內(nèi)硬件自動(dòng)完成曼徹斯特編碼、解碼，使用SP I接口與微控制器通信。其功耗非常低，以- 10 dBm的輸出功率發(fā)射時(shí)電流只有11 mA，在接收模式時(shí)電流為1215 mA。最主要的特點(diǎn)是可以通過(guò)單片機(jī)編程給每片NRF905分配地址，地址寬度最多可達(dá)4字節(jié)。

　　傳感器節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)溫度的采集和無(wú)線發(fā)送，傳感器DS18B20將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給Atmega16L， At2mega16將數(shù)據(jù)通過(guò)SP I口發(fā)送給NRF905，再由NRF905將數(shù)據(jù)打包后發(fā)送給二級(jí)節(jié)點(diǎn)。

　　3.2　主控節(jié)點(diǎn)和二級(jí)節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)

　　主控節(jié)點(diǎn)和二級(jí)節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示，處理器都是采用了低功耗的單片機(jī)ATmenga16L，發(fā)射芯片采用Nordic公司的NRF905無(wú)線收發(fā)芯片，有區(qū)別的是主控節(jié)點(diǎn)通過(guò)RS232與監(jiān)控計(jì)算機(jī)通信，主控節(jié)點(diǎn)收集的來(lái)自各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)經(jīng)簡(jiǎn)單處理后傳送給監(jiān)控計(jì)算機(jī)，監(jiān)控計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的保存和溫度值的顯示。

圖3　二級(jí)節(jié)點(diǎn)和主控節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)