【文章內(nèi)容簡介】 UMIREL 專利電容HS1101LF 設(shè)計制造，溫度依賴性比較低 ,帶防護棒式封裝 ,抗靜電 ,防灰塵 ,有效抵抗各種腐蝕性氣體物質(zhì) 。5VDC 恒壓供電 ,14VDC 放大線性電壓輸出 ,便于客戶使用 。應(yīng)用領(lǐng)域 :本產(chǎn)品廣泛用于 :溫濕度儀表 ,糧情監(jiān)控 ,動力環(huán)境監(jiān)控等行業(yè) . 煙霧傳感器 煙霧傳感器 MS5100是一種 半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器 具有 高靈敏度、響應(yīng)時間快、長期穩(wěn)定性好 ， 檢測煙霧、 HC 氣體和揮發(fā)性有機氣體 ， 電路設(shè)計簡單 ， 價格便宜，可應(yīng)用于 各種家用煙霧報警器 ， 該傳感器可以探測0~2021ppm 范圍的煙氣，也可以探測 HC、有機揮發(fā)氣體等成分 。 [5] [6] 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 毒氣傳感器 有毒 氣體傳感器 MS6100 具有 高靈敏度、選擇性強、長期穩(wěn)定性好 ，采用塑料外殼，測量范圍寬，抗酒精干擾，具有非常好的抗中毒特性 ， [7]檢測甲烷等可燃氣體，最大檢測濃度在 13000ppm 以上 ， 可替換多種同種原理的傳感器，電路調(diào)整非常容易 ， 價格便宜，可應(yīng)用于各種家用可燃氣體報警器等產(chǎn)品 。 幾種無線傳輸芯片的比較 無線通訊作為一種交叉學(xué)科，新型的高技術(shù)，廣泛的應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)測、災(zāi)后重建、軍事、醫(yī)療、工業(yè)控制和其他領(lǐng)域。 [8]在家居安防系統(tǒng)中使用無線通訊可是避免室內(nèi)布線的麻煩，節(jié)約資源并保持室內(nèi)的美觀。 檢測節(jié)點檢測到的信號通過無線方式傳輸?shù)絽R聚節(jié)點，信號的無線傳輸需要通過無線傳輸模塊實現(xiàn)，目前較常見的無線傳輸芯片主要是A7105 、 CWF86B 、 NRF905 、 NRF9E5 、 NRF401 、 NRF2401 、MAX163BCWG 等。比較幾種常見的無線傳輸芯片各自的特點，選擇最適合于家安防系統(tǒng)的芯片類型： 無線傳輸芯片 NRF401 NRF401[9]是一個為 433MHz ISM 頻段設(shè)計的真正單片 UHF 無線收發(fā)芯片，它采用 FSK 調(diào)制解調(diào)技術(shù)。 NRF401 最高工作速率可達 20K，發(fā)射功率可以調(diào)整，最大發(fā)射功率為 +10dBm。天線接口設(shè)計為差分天線，以便于使用低成本的 PCB 天線， NRF401 還具有待機模式，這樣可以更省電和高效，其工作電壓范圍可以從 。 NRF401 滿足歐洲電信工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（ ETSI） EN300 。 NRF401 非常少的外圍設(shè)備， 無需進行初始化和配置，不需要對數(shù)據(jù)進行曼徹斯特編碼，有 2 個工作頻道。主要應(yīng)用在報警和安全系統(tǒng)、自動哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 測試系統(tǒng)、家 庭自動化控制、遙控裝置、車輛安全系統(tǒng)、工業(yè)控制、無線通信和電信終端。 無線傳輸芯片 NRF2401 NRF2401[10]工作在 頻段 ，有 125個頻道 ， 高速率 1Mbps，需要 極少的外圍元件 (一個晶振和一個電阻 )， 發(fā)射功率、工作頻率通過軟件設(shè)置完成 ， ～ 供電， 低功耗 ， 內(nèi)置 CRC 糾檢錯 ， DuoCeiver 同時接收兩個nRF2401的數(shù)據(jù)。應(yīng)用：手持終端 PDA、無線耳機、數(shù)字音頻、無線鼠標(biāo)、無線鍵盤、玩具、無線游戲機控制器和 PC 外設(shè)、互動教育裝備、運動休閑、建筑智能及其他短距離高速無 線應(yīng)用 。 無線傳輸芯片 NRF9E5 nRF9E5[11]是 Nordic VLSI 公司于 2021 年 2 月 5 日推出的系統(tǒng)級 RF 芯片，其內(nèi)置 nRF905 433/868/915MHz 收發(fā)器、 8051 兼容微控制器和 4 輸入 10 位 80ksps A/D 轉(zhuǎn)換器，是真正的系統(tǒng)級芯片。 nRF9E5 符合美國通信委員會和歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。內(nèi)置 nRF905 收發(fā)器與 nRF905芯片的收發(fā)器一樣，可以工作于 ShockBurst(自動處理前綴、地址和 CRC)方式。利用射頻無線片上系統(tǒng) nRF9E5，容易 實現(xiàn)小尺寸、高穩(wěn)定性的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)， 433/868/915MHz 三個工作頻段可根據(jù)使用需要進行選擇。nRF9E5 片內(nèi)的 UART 方便于實現(xiàn)與 PC 機間的串行通信，其片內(nèi)的 A/D 轉(zhuǎn)換器方便于進行數(shù)據(jù)采集。 nRF9E5 的 ShockBurst 技術(shù)和電源監(jiān)管技術(shù)，使得無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的功耗更低，設(shè)計中為節(jié)約用電而編寫的程序代碼也更少。 內(nèi)置電壓調(diào)整模塊，最大限度地抑制噪音，為系統(tǒng)提供 ～ 的工作電壓， QFN5 5mm 封裝，載波檢測。 通信協(xié)議是通信雙方為實現(xiàn)信息交換而制定的規(guī)則。本系 統(tǒng)采用時分多路訪問通信技術(shù)（ TDMA），將點對多點的通信方式轉(zhuǎn)化為點對點的通信，因此必然涉及信源與信宿之間建立通信連接時的地址匹配問題。由于哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 主接收器與數(shù)據(jù)終端之間的通信可能會受到其它數(shù)據(jù)終端或外界環(huán)境的干擾而發(fā)生錯誤，因此，需要通信協(xié)議來保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴? nRF9E5 只有一種協(xié)議格式，其中的前綴也就是數(shù)據(jù)，設(shè)備地址包括本機的地址和主接收器的地址， CRC 校驗可進行選 8 位或 16 位。 . 4 無線傳輸芯片 NRF905 nRF905[12]是挪威 Nordic VLSI 公司推出的單片射頻收發(fā)器， 工作電壓為 ～ ， 32 引腳 QFN 封裝 (5 5mm)，工作于 433/868/915MHz 三個 ISM(工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué) )頻道，頻道之間的轉(zhuǎn)換時間小于 650us。 nRF905 由頻率合成器、接收解調(diào)器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器組成，不需外加聲表濾波器， ShockBurstTM 工作模式，自動處理字頭和 CRC(循環(huán)冗余碼校驗 )，使用 SPI 接口與微控制器通信，配置非常方便。此外，其功耗非常低，以 10dBm 的輸出功率發(fā)射時電流只有 11mA，工作于接收模式時的電流為 ，內(nèi)建空閑模式與關(guān)機模式，易于實現(xiàn)節(jié)能。 nRF905 適用于無線數(shù)據(jù)通信、無線報警及安全系統(tǒng)、無線開鎖、無線監(jiān)測、家庭自動化和玩具等諸多領(lǐng)域。 通過對各無線通訊芯片功耗、最大發(fā)射功率、傳輸距離、頻道轉(zhuǎn)換時間、工作頻段及價格等的比較， NRF905 具有低功耗，傳輸距離遠，頻道之間的轉(zhuǎn)換時間小于 650us，工作于 433/868/915MHz 三個 ISM(工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué) )頻道，抗干擾能力強，內(nèi)置 A/D 采集和 SPI 等優(yōu)點，而且價格便宜。故本系統(tǒng)使用 NRF905 的無線通訊模塊 本章小結(jié) 本章 對各 節(jié)點傳感器的選擇和傳感器的性能特點進行了介紹，分析比較了濕度測量的兩種方案和煙霧毒氣測量的兩種方案，并確定了合適的測量方案。同時介紹了系統(tǒng)整體的設(shè)計方案。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 第 3 章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 系統(tǒng)的硬件設(shè)計按照節(jié)點的劃分進行設(shè)計，即 匯聚節(jié)點、 溫 濕度檢測節(jié)點、煙霧毒氣檢測節(jié)點 和 人體檢測節(jié)點四部分。 匯聚節(jié)點的硬件設(shè)計 匯聚節(jié)點接收各檢測節(jié)點的無線信號，并對接收到的信號作出顯示和報警處理。主要包括 MSP430 單片機、無線通訊模塊、液晶顯示和聲光報警四部分。 MSP430 單片機與無線通訊模塊之間的接口為 SPI 接口。 NRF905 無線通訊模塊 圖 31 NRF905 無線通訊模塊管腳圖 表 31 無線通訊模塊管腳和單片機管腳的連接 VCC TRX_CE TX_EN PWR_UP CD AM 電源 DR MISO MOSI SCK CSN GND 接地 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 表 32 nRF905 工作模式的設(shè)定 PWR_UP TRX_CE TX_EN 工作模式 0 X X 掉電和 SPI 編程 1 0 X Standby 和 SPI 編程 1 1 0 ShockBurst RX（發(fā)送） 1 1 1 ShockBurst TX（接收） ShockBurstTM 收發(fā)模式下，使用片內(nèi)的先入先出堆棧區(qū)，數(shù)據(jù)低速從微控制器送入，但高速發(fā)射，這樣可以盡量節(jié)能，因此，使用低速的微控制器也能得到很高的射頻數(shù)據(jù)發(fā)射速率。與射頻協(xié)議相關(guān)的所有高速信號處理都在片內(nèi)進行，這種做法有三大好處：盡量節(jié)能；低的系統(tǒng)費用 (低速微處理器也能進行高速射頻發(fā)射 )；數(shù)據(jù)在空中停留時間短，抗干擾性高。ShockBurstTM 技術(shù)同時也減小了整個系統(tǒng)的平均工作電流。在ShockBurstTM 收發(fā)模式下， RF905 自動處理字頭和 CRC 校驗碼。在接收數(shù)據(jù)時，自動把字頭和 CRC 校驗碼移去。在發(fā)送數(shù)據(jù)時，自動加上字頭和CRC 校驗碼，當(dāng)發(fā)送過程完成后， DR 引腳通知微處理器數(shù)據(jù)發(fā)射完畢。 典型的 RF905 發(fā)送流程： A. 當(dāng)微控制器有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，通過 SPI 接口，按時序把接收機的地址和要發(fā)送的數(shù)據(jù)送傳給 RF905， SPI 接口的速率在通信協(xié)議和器件配置時確定； B. 微控制器置高 TRX_CE 和 TX_EN，激發(fā) RF905 的 ShockBurstTM 發(fā)送模式； C. RF905 的 ShockBurstTM 發(fā)送： (1) 射頻寄存器自動開啟； (2) 數(shù)據(jù)打包 (加字頭和 CRC 校驗碼 )； (3) 發(fā)送數(shù)據(jù)包； (4) 當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送完成，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳被置高； D. AUTO_RETRAN 被置高， RF905 不斷重發(fā)，直到 TRX_CE 被置低； E. 當(dāng) TRX_CE 被置低， RF905 發(fā)送過程完成，自動進入空閑模式。 注意： ShockBurstTM 工作模式保證，一旦發(fā)送數(shù)據(jù)的過程開始，無哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 TRX_EN 和 TX_EN 引腳是高或低，發(fā)送過程都會被處理完。只有在前一個數(shù)據(jù)包被 發(fā)送完畢， RF905 才能接受下一個發(fā)送數(shù)據(jù)包。 典型的 RF905 接收流程： A. 當(dāng) TRX_CE 為高、 TX_EN 為低時， RF905 進入 ShockBurstTM 接收模式； B. 650us 后， RF905 不斷監(jiān)測，等待接收數(shù)據(jù)； C. 當(dāng) RF905 檢測到同一頻段的載波時，載波檢測引腳被置高； D. 當(dāng)接收到一個相匹配的地址， AM 引腳被置高； E. 當(dāng)一個正確的數(shù)據(jù)包接收完畢， RF905 自動移去字頭、地址和 CRC 校驗位，然后把 DR 引腳置高 F. 微控制器把 TRX_CE 置低， nRF905 進入空閑模式； G. 微控制器通過 SPI 口，以一定的速率把數(shù)據(jù)移到微控制器內(nèi)； H. 當(dāng)所有的數(shù)據(jù)接收完畢， nRF905 把 DR 引腳和 AM 引腳置低； I. nRF905 此時可以進入 ShockBurstTM 接收模式、 ShockBurstTM 發(fā)送模式或關(guān)機模式。當(dāng)正在接收一個數(shù)據(jù)包時， TRX_CE 或 TX_EN 引腳的狀態(tài)發(fā)生改變， RF905 立即把其工作模式改變，數(shù)據(jù)包則丟失。當(dāng)微處理器接到 AM 引腳的信號之后， 其就知道 RF905 正在接收數(shù)據(jù)包，其可以決定是讓 RF905 繼續(xù)接收該數(shù)據(jù)包還是進入 另一個工作模式。 SPI 接口 SPI(Serial Peripheral Interface串行外設(shè)接口 )總線系統(tǒng)是一種同步串行外設(shè)接口，它可以使 MCU 與各種外圍設(shè)備以串行方式進行通信以交換信息。 SPI 有三個寄存器分別為：控制寄存器 SPCR，狀態(tài)寄存器 SPSR，數(shù)據(jù)寄存器 SPDR。外圍設(shè)置 FLASHRAM、 網(wǎng)絡(luò)控制器 、 LCD 顯示驅(qū)動器、A/D 轉(zhuǎn)換器 和 MCU 等。 SPI 總線系統(tǒng)可直接與各個廠家生產(chǎn)的多種標(biāo)準(zhǔn)外