仓库温湿度监测与nRF905无线传输系统的设计

　　0　引　言

　　温度和湿度是仓库环境的2个重要参数,以前的温湿度检测系统多采用分离的传感器分别测量温度和湿度,再由A/D转换成数字信号。通过铺设大量的电缆采集仓库各点的温度、湿度,安装拆卸不便,且测量点不易移动。本文提出的系统采用数字式温湿度一体SHT芯片,能够一次性测量温度、湿度,直接输出数字信号。低功耗MSP430芯片通过nRF905无线模块发送到接收端,进而通过上位机软件分析数据。这种测量系统功耗低,硬件结构简单,便于移动监测。基本上适应了现代仓库管理系统的需要。

    　1　系统的总体结构和工作原理

　　如图1所示,整个系统由两大部分组成,顶层系统由上位机PC、MSP430微控器、无线模块组成,底层由STH71温度湿度传感器组成的采集点组、MSP430微控器、无线模块组成。

　　系统工作原理是:安置在仓库里的N只SHT71传感器采集环境参数———温度和湿度,微控器把得到的参数经

　　nRF905无线模块发射出去。监控室里的无线模块接收到信号后传输给上位机微控器,再通过RS—232传输给PC机,PC机通过上位机软件分析、管理数据,进而做出相应的控制。

　　2　系统的硬件设计

　　2.1　微控器的选择

　　MSP430系列[1]是美国TI公司生产的超低功耗型微控制器,有“绿色微控制器”的称号,其存储器模块是目前业界所有内部集成Flash存储器产品中功耗最低的一种:掉电模式电流0. 1μA,等待模式电流0. 8μA,MSP430具有强大的处理能力(16位RISC结构指令)、高性能的模拟技术与丰富的片上外围资源、系统稳定工作方便高效的开发环境[2]。

　　2.2　温湿度传感器

　　SHT71传感器[3]除了湿度、温度敏感元件以外,还包括一个放大器,A/D转换器,OTP内存和数字接口。两线制的串行接口与内部的电压调整,使外围系统集成变得快速而简单。

　　2. 2. 1　温湿度测量原理[4]

　　SHT71与MCU的接口如图2所示。首先,用一组启动传输时序来完成数据传输的初始化。它包括:当SCK时钟高电平时DATA翻转为低电平,紧接着SCK变为低电平,随后是在SCK时钟高电平时DATA翻转为高电平。后续命令包含3个地址位和5个命令位。SHT71会以下述方式表示已正确地接收到指令:在第8个SCK时钟的下降沿之后,将DATA下拉为低电平(ACK位)。在第9个SCK时钟的下降沿之后,释放DATA(恢复高电平)。发布一组测量命(’00000101’表示相对湿度RH,’00000011’表示温度T)后,控制器要等待测量结束。这个过程需要20/80/320ms,分别对应8/12/14 bit测量。确切的时间随内部晶振速度,最多可能有-30%的变化。SHT71通过下拉DATA至低电平并进入空闲模式,表示测量的结束。控制器在再次触发SCK时钟前,必须等待这个“数据备妥”信号来读出数据。接着传输2个字节的测量数据和1个字节的CRC奇偶校验(可选择读取)。uC需要通过下拉DATA为低电平,以确认每个字节。所有的数据从MSB开始,右值有效。在收到CRC的确认位之后,表明通信结束。如果不使用CRC-8校验,控制器可以在测量值LSB后,通过确保在测量和通信结束后, SHT71自动转入休眠模式。