數(shù)字化無線溫度傳感器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.2.3 無線接收時(shí)序

IA4421的接收方式有兩種：一種是一直接收；另一種是FIFO模式。前一種方式并不推薦，會(huì)引起較高的誤碼率。本設(shè)計(jì)采用后一種模式。在相應(yīng)的控制字都設(shè)置好之后，數(shù)據(jù)已進(jìn)入緩沖器中，若引腳nIRQ變成低電平，則表示IA4421準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)，這時(shí)發(fā)送FIFO讀命令字，開始接收。

2.3 外圍天線設(shè)計(jì)

IA4421的支持天線直接驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)相當(dāng)簡單方便并且通信距離長。一個(gè)50 Ω的外接螺旋天線和對應(yīng)的差分電路就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的天線是用1.17 cm的單芯銅導(dǎo)線實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)線的直徑是0.6 mm，用螺絲刀的金屬棒饒制7圈成螺旋狀。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，實(shí)際有效的通信距離能達(dá)到200 m左右，滿足了系統(tǒng)需要。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)

單片機(jī)軟件部分主要包括主程序、中斷子程序、測溫子程序、LCD的轉(zhuǎn)換顯示，蜂鳴器報(bào)警子程序，按鍵子程序以及SPI子程序等。為了降低功耗，使用中斷來喚醒單片機(jī)進(jìn)行測溫等工作，因此主程序部分比較簡單，主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)各部分初始化和中斷的調(diào)用，在系統(tǒng)初始化完成后就直接進(jìn)入睡眠模式，當(dāng)中斷到來時(shí)單片機(jī)退出睡眠模式，調(diào)用中斷子程序實(shí)現(xiàn)測溫、轉(zhuǎn)換顯示、溫度數(shù)據(jù)的傳輸?shù)裙δ?。單片機(jī)控制程序流程圖如圖4所示。

3.2 IA4421應(yīng)用程序設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)是基于無線收發(fā)芯片IA4421和單片機(jī)ATmega324p的增強(qiáng)型串行外設(shè)接口SPI來實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)的傳輸，在核心協(xié)議棧上編寫自己的上層應(yīng)用程序。發(fā)送接收數(shù)據(jù)的程序流程圖如圖5所示。

3.3 低功耗設(shè)計(jì)

作為無線傳感器，低功耗運(yùn)行可以最大限度地延長設(shè)備的有效使用時(shí)間，本系統(tǒng)是采用電池供電，功耗肯定就是一個(gè)不得不考慮的問題。為了獲得最佳性能，設(shè)計(jì)時(shí)在電源損耗和可用性方面必須根據(jù)情況權(quán)衡使用，除了選用低功耗器件外，還從以下幾個(gè)方面設(shè)計(jì)電源管理程序以盡量減少無線溫度傳感器的功耗：

(1)由于無線溫度傳感器負(fù)責(zé)向控制終端傳輸數(shù)據(jù)，因此何時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、何時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸可以由上位機(jī)的控制終端決定，非常適合使用休眠模式和呼吸模式，通過減少IA4421在微微網(wǎng)中的活動(dòng)達(dá)到節(jié)電的目的。把控制終端作為主設(shè)備，將電源管理程序設(shè)計(jì)在終端的應(yīng)用控制層中，并由控制終端完成設(shè)備的查詢、配對、建鏈等工作，當(dāng)無線傳感器與控制終端配對成功并連接后進(jìn)入休眠模式，此時(shí)主從設(shè)備仍然保持著信道，只是不能發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。當(dāng)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，退出休眠模式進(jìn)入呼吸模式，通過呼吸時(shí)隙發(fā)送數(shù)據(jù)，呼吸間隔可設(shè)為20～40 ms，間隔過大會(huì)帶來明顯延遲，當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后再次進(jìn)入休眠模式，從而盡可能地降低能耗。

(2)應(yīng)用單片機(jī)的睡眠模式達(dá)到節(jié)能目的。當(dāng)IA4421退出待機(jī)狀態(tài)，發(fā)送指令進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，IA4421的中斷請求標(biāo)志位nIRQ產(chǎn)生低電平，通過中斷標(biāo)志位上電平的變化產(chǎn)生外部中斷來喚醒單片機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)。

4 結(jié) 語

所設(shè)計(jì)的數(shù)字化無線溫度傳感器可應(yīng)用到各種需要無接觸的測溫場合，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場溫度的“先知先覺”。設(shè)計(jì)中充分利用各芯片的低功耗特性，有效地延長了電池使用壽命。無線數(shù)據(jù)傳輸方式使用方便靈活。系統(tǒng)完全可以擴(kuò)充為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，形成溫度采集網(wǎng)，以滿足現(xiàn)場控制及測控系統(tǒng)的各種需求，這將是作者下步所研究開發(fā)的課題。