利用智能射頻芯片nRFE實(shí)現(xiàn)溫度濕度無線測(cè)量電路設(shè)計(jì)

1、利用智能射頻芯片nRF9E5實(shí)現(xiàn) 溫度、濕度無線測(cè)量電路設(shè)計(jì)作者:日期:利用智能射頻芯片nRF9E5實(shí)現(xiàn)溫度、濕度無線測(cè)量電路設(shè)計(jì)本文介紹利用nRF9E5、14位數(shù)字溫度傳感器 LM71和濕度傳感器HS1101構(gòu)成一款無線溫濕度無線傳感測(cè)量電路的方法。無線傳感測(cè)量與有線傳感測(cè)量相比，具有可靠性高、安裝容易、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可以重復(fù)使用和系統(tǒng)維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)充分利用了各器件的低功耗特點(diǎn)，在無線溫濕度傳感器中使用3.6V鋰電池，不僅能延長(zhǎng)電池的使用壽命，而且使無線數(shù)據(jù)傳輸更加方便靈活。nRF9E5是一款工作頻率為433/868/915MHZ 的智能射頻芯片，集成了8051微控器、4通道10位A/D

2、轉(zhuǎn)換以及多通道RF收發(fā)。本文介紹采用該射頻芯片、溫度傳感器LM71、濕度傳感器HS1101實(shí)現(xiàn)溫度和濕度無線測(cè)量的電路設(shè)計(jì)方法和編程實(shí)現(xiàn)，該設(shè)計(jì)具有簡(jiǎn)單可靠和靈活方便的特點(diǎn)。nRF9E5是一款工作頻率為 433/868/915MHZ 的智能射頻芯片，該芯片采用1.9V3.6V單電源供電，32腳QFN封裝（5拓mm），發(fā)射功率為10dBm，接收靈敏度-100dBm，在低 功耗時(shí)電流僅2.5特別適合采用電池供電，適用于無線鍵盤、無線電話、無線耳機(jī)、工業(yè)無線傳感器、遙控器和無線報(bào)警器等。本文介紹利用nRF9E5、14位數(shù)字溫度傳感器 LM71和濕度傳感器HS1101構(gòu)成一款 無線溫濕度無線傳感測(cè)量電

3、路的方法。無線傳感測(cè)量與有線傳感測(cè)量相比，具有可靠性高、安裝容易、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可以重復(fù)使用和系統(tǒng)維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)充分利用了各器件的低功耗特點(diǎn)，在無線溫濕度傳感器中使用3.6V鋰電池，不僅能延長(zhǎng)電池的使用壽命，而且使無線數(shù)據(jù)傳輸更加方便靈活。nRF9E5功能介紹HSDDIM 1011 OOOD OOH0011 1110 IODO mil2SDOM UDO IWD 00110000 01110OOM 0000 0000 oom-OJOS42S1111 1111 1111 11111111 0011 1O0Q 0011iifQ uro mro oom圖1所示為nRF9E5的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。nRF9

4、E5是一片嵌入了 nRF905無線收發(fā)芯片、 集成增強(qiáng)型8051微處理器和4個(gè)通道的10位ADC，采樣速率為80ksps，內(nèi)含1.22V電 壓基準(zhǔn)、電源管理、PWM輸出、UART異步串口、SPI通訊接口、邏輯接口電路、看門夠電路、多通道可編程喚醒，以及CRC檢驗(yàn)和多點(diǎn)通信控制，高頻電感和濾波器等已經(jīng)全部?jī)?nèi)置，外圍元件很少，芯片的一致性能好、穩(wěn)定且不易受干擾。nRF9E5沒有復(fù)雜的通訊協(xié)議， 完全對(duì)用戶透明，同種產(chǎn)品之間可以自由通訊， 內(nèi)置的CRC 糾錯(cuò)硬件電路和協(xié)議免去了軟件開發(fā)人員的軟件糾錯(cuò)編程和微控器的糾錯(cuò)運(yùn)算， 降低了無線 應(yīng)用的開發(fā)難度。圖1下面的EEPROM 25320 為nRF9E

5、5的外部程序存儲(chǔ)器（圖2中為U2），容量為4K字節(jié)（4096 X8b），用于存儲(chǔ)在nRF9E5上運(yùn)行的應(yīng)用程序。當(dāng)上電時(shí)，nRF9E5通過其內(nèi)部固化的引導(dǎo)程序（Boot loader），通過SPI接口將應(yīng)用程序?qū)氲狡瑑?nèi)RAM中運(yùn)行。無線溫、濕度傳感測(cè)量電路設(shè)計(jì)利用射頻芯片nRF9E5、14位數(shù)字溫度傳感器 LM71、濕度傳感器HS1101構(gòu)成一款 無線溫濕度傳感器。LM71是國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的低功耗、具有14位（含1符號(hào)位）的工ADC溫度傳感器,測(cè)溫范圍為-40 C 150 C,溫度分辨率為 0.03125 C,測(cè)溫精度在-40 C 150 C范圍內(nèi)為±1.5 C,電源電壓為 2

6、.65V5.5V，具有三線串行接口 SPI/MICROWIRE 兼容接口，容易和 微處理器連接。因此，圖 2中U3(LM71)的串行時(shí)鐘SC、串行輸入輸出 SI/O、片選CS分 別和U1(nRF9E5)的P02、P01和P00相連，LM71、nRF9E5和單端50Q天線的RF電路 如圖2所示，該電路可以工作于 818/915MHZ 。環(huán)境溫度和LM71溫度傳感器的輸出如表 1 所示。HS1101濕度傳感器采用專利設(shè)計(jì)的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，具有響應(yīng)時(shí)間快、高可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性特點(diǎn)，不需要校準(zhǔn)的完全互換性。HS1101濕度傳感器在電路中等效于一個(gè)電容器Cx，其電容隨所測(cè)空氣的濕度增大而增大，在相對(duì)濕度

7、為0%-100%RH的范圍內(nèi)，電容的容量由160pF變化到200pF，其誤差不大于 %RH，響應(yīng)時(shí)間小于5s，溫度系數(shù)為 0.04pF/ C。T |S5432 1 0版廉(00)探留<00)5PEIP融.嗣)晶疣或龜從此更主穩(wěn)序的歸移畫圭程序的256字節(jié)區(qū)用戶的優(yōu)化歡捋引導(dǎo)程序?qū)Υ瞬贿J行解釋亠生程序頤驀一宇節(jié)*裝入HRF9E5的倔國(guó)元0*0000 1王程序的弟二字眄叢入加聒的眈3無30001 n12如圖3所示，將該濕敏電容Cx置于555振蕩電路之中，將電容的變化轉(zhuǎn)換為與之成反比的 電壓頻率信號(hào)，該頻率信號(hào)可以直接被微控器采集。 振蕩電路的兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)輸出頻率變化的 方波信號(hào)(圖3中U4的3

8、腳輸出)的高電平時(shí)間為N+1:王程序的躬二宇節(jié)，走入価溯5的眈印兀*0001ALT="表2 :外部EEPROM 程序存儲(chǔ)格式。">切=0.693( Rt + R2輸出低電平時(shí)間為J =0.693/?;C(因此輸出方波信號(hào)的周期為Tf 十匚=0.693( +22<:X1.44曲2"EEPROM編程nRF9E5的主程序存放在外部的串行EEPROM中，當(dāng)芯片開始上電時(shí)，其內(nèi)部固化的廠家引導(dǎo)程序通過 SPI接口，將外部 EEPROM中的主程序?qū)?nRF9E5的RAM中（4K字節(jié)空間，沒有被主程序占用的可作為片內(nèi)RAM使用），接著執(zhí)行跳轉(zhuǎn)指令，開始主程序的運(yùn)行

9、。主程序需要按照表2所示的規(guī)則寫入 EEPROM中，其中SPEED（bit3）為EEPROM的最大讀寫速度，0為1MHz，1為0.5MHz 。 XO_FREQ（bit2,1,0） 為nRF9E5的外接晶振 的頻率，000=4MHz，001=8MHz，010=12MHz ，01 仁16MHz，100=20MHz。I El" >MFCnRF9E5內(nèi)置8051兼容微控器，加上其本身特有的諸多控制寄存器，因此可以用MCS51系列仿真軟件進(jìn)行編程，最后將程序?qū)懭隕EPROM中調(diào)試即可。采用WAVE6000（偉福）仿真軟件編寫無線射頻通訊、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序，編譯形成后綴為HEX的數(shù)據(jù)文件“XXXXXXXX.HEX，該數(shù)據(jù)文件為文本格式：每行的第1個(gè)字符固定為：“”，表示一行的開始；第 2、3個(gè)字符為本行中的指令數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)M（16進(jìn)制），M最大為20H，表示該行共 M個(gè)雙字節(jié)數(shù)據(jù)，2M個(gè)字符，第4、5、6、7個(gè)字符為該行的地 址，第8、9個(gè)字符為“00或 “01；'其余為依次排列的2M個(gè)指令數(shù)據(jù)字符，最后 2個(gè)為驗(yàn) 證字符位。HEX文件的結(jié)束為 “:0000000仆F"。采用高級(jí)編程語(yǔ)言 Delphi 6.0在Window