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正文內(nèi)容

基于zigbee無線溫濕度采集單元硬件設(shè)計(參考版)

2025-07-17 19:43本頁面
  

【正文】 2003.[28] Sensirion.?dāng)?shù)字溫濕度傳感器.2007[29] Texas Instruments.A true systemonchip solution for IEEE 802.15.4/ZigBee.2006.[30] 李文鋒,.計算機技術(shù)與發(fā)展.2006。參考文獻[1] 施承,宋鐵成,[2] 李剛,[3] [4] 孫榮高,孫德超. 數(shù)字溫濕度數(shù)據(jù)記錄儀的設(shè)計. .7[5] 楊永杰,馮軍. 數(shù)字式溫濕度傳感器SHT11 在塵埃檢測儀中的應(yīng)用. 電子工程師,2005 [6] 李敏,孟臣. 數(shù)字式溫/ 濕度傳感器及其應(yīng)用技術(shù). 電子元器件應(yīng)用. 2004 .11 [7] 孫榮高,呂昂. 微控制器溫室環(huán)境溫濕度程序控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計. [8] CC2430中文使用手冊 成都無線龍通訊科技有限公司. [9] [l0] 東南大學(xué) [l1] [l2] 崔莉,鞠海玲,苗勇,李天璞,劉巍,趙澤,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究進展明計算機研究與發(fā)展 [l3] 任豐原, 軟件學(xué)報.[l4] 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)[15] 浙江大學(xué)[16] 西北工業(yè)大學(xué)[17] 武漢理工大學(xué).[18] 周賢偉,韋煒, 傳感技術(shù)學(xué)報[19] Tsung—Hsien Lin,William J.Kaiser,Gregory J.Pottie.Integrated power municationsystem design for wireless sensor networks.IEEE Communications Magazine.December 2004 [20] 畢艷忠,孫利民.傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)融合.計算機科學(xué).2004[21] De S,Qiao C M,Wu H Y.Meshed multiplth routing with selective forwarding:an efficientstrategy in wireless sensor networks.Computer Networks.2003[22] Sasikanth Avancha,Jeffrey Under coffer,Anupom Joshi et a1.Secure sensor networks for perimeter protection.Computer Networks.2003[23] ZigBee Alliance.ZigBee specification..[24] 彭瑜.低功耗、低成本、高可靠性、低復(fù)雜度的無線電通信協(xié)議一ZigBee.自動化儀表.2005[25] 馮莉,董桂梅,林玉池.短距離無線通信技術(shù)及其在儀器通信中的應(yīng)用.儀表技術(shù)與傳感器.2007[26] 蔡型,張思全.短距離無線通信技術(shù)綜述.現(xiàn)代電子技術(shù).2004.170(3):6567。以它為核心組成的溫濕采集系統(tǒng)性能可靠,測量精度高,在溫室環(huán)境參數(shù)測試中,起到了關(guān)鍵的作用。另外,SHT11數(shù)字式溫濕度傳感器由于將溫度傳感器、濕度傳感器、信號調(diào)理、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、標(biāo)定參數(shù)及總線接口全部集成到傳感器內(nèi)部。該無線溫濕度傳感器網(wǎng)絡(luò)以低成本、低功耗無線單片機CC2430為核心,采用數(shù)字溫濕度傳感器SHT11獲取數(shù)據(jù)。通過串口觀測,表明終端節(jié)點的數(shù)據(jù)通過此網(wǎng)絡(luò)可以順利到達顯示端。首先,從ZigBee網(wǎng)絡(luò)設(shè)備入網(wǎng)流程等關(guān)鍵點上突破,深入研究ZigBee技術(shù)的組網(wǎng)方式。接收數(shù)據(jù)則是發(fā)送數(shù)據(jù)的逆過程,CC2430先接收到數(shù)據(jù)信號,然后經(jīng)過MAX232將TTL電平轉(zhuǎn)換位RS232的標(biāo)準(zhǔn)電平,在通過RS232向上位機輸入數(shù)據(jù)。 圖9 串口通信接口電路接口電路如圖9所示,該電路由C1和C2兩個電容接MAX232的1(C1+)、3(C1)、5(C2)、4(C2+)腳,為耦合電容;后MAX232的14(T1OUT)、13(R1IN)、7(T2OUT)、8(R2IN)分別接DB9的3(TXD)、2(RXD)、8(CTS)、7(RTS),實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和傳送;(U)、15(GND)分別通過電容接地;MAX232的11(T1IN)、12(R1OUT)、10(T2IN)、9(R2OUT)分別接CC2430的P1P1P1P13,實現(xiàn)和上位機的通信;16(UCC)接5V的電源來使芯片工作。 (3)接口使用一根信號線和一根信號返回線而構(gòu)成共地的傳輸形式, 這種共地傳輸容易產(chǎn)生共模干擾,所以抗噪聲干擾性弱。 接口電路設(shè)計 由于其傳輸特性的局限,其標(biāo)準(zhǔn)有其固有的缺點:(1)接口的信號電平值較高,易損壞接口電路的芯片,又因為與TTL電平不兼容故需使用電平轉(zhuǎn)換電路方能與TTL電路連接。接收器典型的工作電平在+3~+12V與3~12V。典型的RS232信號在正負(fù)電平之間擺動,在發(fā)送數(shù)據(jù)時,發(fā)送端驅(qū)動器輸出正電平在+5~+15V,負(fù)電平在5~15V電平。圖8顯示了9針通訊的接口管腳名稱,表2是各管腳的說明。RS232被定義為一種在低速率串行通訊中增加通訊距離的單端標(biāo)準(zhǔn)。因此現(xiàn)在都把RS232接口叫做DB9。它是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備(DCE)之間串行二進制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用一個25個腳的DB25連接器,對連接器的每個引腳的信號內(nèi)容加以規(guī)定,還對各種信號的電平加以規(guī)定。在高溫環(huán)境下使用,會加速傳感器的老化。(12)禁止將傳感器長期暴露在強光和紫外線照射下,以免早期失效。(10)假如必須把傳感器與發(fā)熱的電子元器件安裝在同一塊印制板上,傳感器應(yīng)裝在熱源的背面并且保證通風(fēng)良好。必要時可插入一個低通濾波器將波紋濾掉。(9)進行遠距離測量時,該電容應(yīng)盡量靠近芯片引腳。(8)數(shù)據(jù)線和時鐘線不要相互平行且靠得太近,否則當(dāng)引線長度超過10cm時就容易引起耦合干擾,導(dǎo)致信號丟失。方法:通過軟件驅(qū)動傳感器內(nèi)部的加熱器,打破冷凝條件。SHT系列溫濕度傳感器在結(jié)露和浸水情況下,其本身的性能和質(zhì)量不會受到任何損壞,但是由于水滴對敏感元件的影響,會導(dǎo)致傳感器測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確,此時讀出的數(shù)據(jù)不具有實際意義。SCK 的最低頻率沒有限制。建議SCK的頻率范圍為4~6MHz,最高頻率不得超過10MHz。具體情況由用戶根據(jù)自己的單片機類型進行實際調(diào)整。因為有很多用戶由于不加上拉電阻或者阻值選用不當(dāng),給應(yīng)用帶來麻煩,提醒用戶注意。因此,在使用過程中,傳感器要遠離塑料、硅膠、香水等大分子材料和物質(zhì)。由于焊接時傳感器局部受熱過高,可能導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確,(溫度偏高,濕度偏低),因此,傳感器焊接以后,需在2030℃(7090℉) 和74%RH的濕度條件下保持48小時(重新水合)。區(qū)分使用引腳和非使用引腳,并注VCC、GND、DATA、SCK 四個引腳的具體位置(2)SHT11焊接溫度要求:使用標(biāo)準(zhǔn)的波動焊爐,在最高250℃的溫度條件下不超過30 秒;手動焊接,在最高350℃的溫度條件下接觸時間須少于5秒。SHT11與CC2430的接口電路如圖7所示,使用CC2430的I/O口來模擬總線,使用P0_0來虛擬數(shù)據(jù)線DATA,使用P0_1來虛擬時鐘線SCK,并在數(shù)據(jù)線端口連接一個10K的上拉電阻,以此來進行溫濕度數(shù)據(jù)采集后把數(shù)據(jù)傳輸給主處理芯片。 芯片接口 SHT11 溫濕度傳感器采用SMD(LCC) 表面貼片封裝形式,其引腳說明如下:(1) GND:接地端; (2) DATA:雙向串行數(shù)據(jù)線;(3) SCK:串行時鐘輸入;(4) ~5. 5V電源端;芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖6所示: 圖6 SHT11內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 電路設(shè)計SHT11的濕度檢測運用電容式結(jié)構(gòu),采用具有不同保
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