Global Sources
電子工程專輯
 
電子工程專輯 > 測試與測量
 
 
測試與測量  

利用智慧射頻晶片nRF9E5實現溫度、濕度無線測量電路設計

上網時間: 2004年10月01日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:無線通訊  nRF9E5  溫度感測器  濕度感測器  Wireless Commutation 

圖1:nRF9E5晶片內部結構框圖。nRF9E5是一款工作頻率為433/868/915MHz的智慧射頻晶片,整合了8051微控器、4通道10位元A/D轉換以及多通道RF收發。本文介紹採用該射頻晶片、溫度感測器LM71、濕度感測器HS1101實現溫度和濕度無線測量的電路設計方法和編程實現,該設計具有簡單可靠和靈活方便的特點。

nRF9E5是一款工作頻率為433/868/915MHz的智慧射頻晶片,該晶片採用1.9V~3.6V單電源供電,32腳QFN封裝(5×5mm),發射功率為10dBm,接收靈敏度-100dBm,在低功耗時電流僅2.5μA,特別適合採用電池供電,適用於無線鍵盤、無線電話、無線耳機、產業無線感測器、遙控器和無線警報器等。

本文介紹利用nRF9E5、14位元數位溫度感測器LM71和濕度感測器HS1101構成一款無線溫濕度無線感應測量電路的方法。無線感應測量與有線感應測量相較,具有可靠性高、安裝容易、結構簡單、可以重覆使用和系統維護方便等優點。本設計充分利用了各元件的低功耗特點,在無線溫濕度感測器中使用3.6V鋰電池,不僅能延長電池的使用壽命,而且使無線數據傳輸更加方便靈活。

nRF9E5功能介紹圖3: 頻率輸出振盪電路。(萸僻溫湮芞)

圖1所示為nRF9E5的內部結構框圖。nRF9E5是一片嵌入了nRF905無線收發晶片、整合增強型8051微處理器和4個通道的10位元ADC,採樣速率為80ksps,內含1.22V電壓基準、電源管理、PWM輸出、UART非同步串列埠、SPI通訊介面、邏輯介面電路、看門狗電路、多通道可程式喚醒,以及CRC檢驗和多點通訊控制,高頻電感和濾波器等已經全部內建,周邊元件很少,晶片的一致性能好、穩定且不易受干擾。

nRF9E5沒有複雜的通訊協定,完全對用戶透明,同種產品之間可以自由通訊,內建的CRC糾錯硬體電路和協議免去了軟體開發人員的軟體糾錯編程和微控器的糾錯運算,降低了無線應用的開發難度。

圖1下面的EEPROM 25320為nRF9E5的外部程式記憶體(圖2中為U2),容量為4K位元組(4096×8b),用於儲存在nRF9E5上執行的應用程式。當上電時,nRF9E5透過其內部固化的引導程式(Boot loader),透過SPI介面將應用程式導入到片內RAM中執行。

無線溫、濕度感應測量電路設計圖4:上位機的EEPROM讀寫原理框圖。

利用射頻晶片nRF9E5、14位元數位溫度感測器LM71、濕度感測器HS1101構成一款無線溫濕度感測器。

LM71是國家半導體公司生產的低功耗、具有14位元(含1符號位元)的ΔΣADC溫度感測器,測溫範圍為-40℃~150℃,溫度解析度為0.03125℃,測溫精密度在-40℃~150℃範圍內為±1.5℃,電源電壓為2.65V~5.5V,具有三線串列介面SPI/MICROWIRE相容介面,容易和微處理器連接。因此,圖2中U3(LM71)的串列時脈SC、串列輸入輸出SI/O、片選CS分別和U1(nRF9E5)的P02、P01和P00相連,LM71、nRF9E5和單端50Ω天線的RF電路如圖2所示,該電路可以工作於818/915MHz。環境溫度和LM71溫度感測器的輸出如表1所示。

HS1101濕度感測器採用專利設計固態聚合物結構,具有響應時間快、高可靠性和長期穩定性特點,不需要校準的完全互換性。HS1101濕度感測器在電路中等效於一個電容器Cx,其電容器隨所測空氣的濕度增大而增大,在相對濕度為0%-100%RH的範圍內,電容器的容量由160pF變化到200pF,其誤差不大於±2%RH,響應時間小於5s,溫度係數為0.04pF/℃。

如圖3所示,將該濕敏電容器Cx置於555振盪電路之中,將電容器的變化轉換為與之成反比的電壓頻率訊號,該頻率訊號可以直接被微控器採集。振盪電路的兩個暫穩態輸出頻率變化的方波訊號(圖3中U4的3腳輸出)的高電平時間為







輸出低電平時間為







因此輸出方波訊號的周期為













EEPROM編程表1:環境溫度和LM71溫度感測器的輸出對照表

nRF9E5的主程式存放在外部的串列EEPROM中,當晶片開始上電時,其內部固化的廠家引導程式透過SPI介面,將外部EEPROM中的主程式導入nRF9E5的RAM中(4K位元組空間,沒有被主程式佔用的可作為片內RAM使用),接著執行跳轉指令,開始主程式的執行。主程式需要按照表2所示的規則寫入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,011=16MHz,100=20MHz。

nRF9E5內建8051相容微控制器,加上其本身特有的諸多控制暫存器,因此可以用MCS51系列模擬軟體進行編程,最後將程式寫入EEPROM中除錯即可。表2:外部EEPROM程式儲存格式。

採用WAVE6000(偉福)模擬軟體編寫無線射頻通訊、數據採集和數據轉換程式,編譯形成後綴為HEX的數據文件‘XXXXXXXX.HEX’,該數據文件為文本格式:每行的第1個字符固定為‘:’,表示一行的開始;第2、3個字符為本行中的指令數據個數M(16進制),M最大為20H,表示該行共M個雙位元組數據,2M個字符,第4、5、6、7個字符為該行的地址,第8、9個字符為‘00’或‘01’,其餘為依次排列的2M個指令數據字符,最後2個為驗証字符位元。HEX文件的結束為‘:00000001FF’。

採用高級編程語言Delphi 6.0在Windows2000環境下打開該數據文件,依次讀出每一行數據,去掉每行的前9個字符和每一行的最後兩個字符,其餘的就是用戶的主程式文件,將主程式文件前添加上表2中的程式頭,就構成了nRF9E5的外部EEPROM的程式格式。如圖4所示,透過RS232通訊、AT89C2052寫入到EEPROM晶片25320中即可。

作者:朱兆青


南通工學院


Email: zhu.zq@ntit.edu.cn





投票數:   加入我的最愛
我來評論 - 利用智慧射頻晶片nRF9E5實現溫度、濕度...
評論:  
*  您還能輸入[0]個字
*驗證碼:
 
論壇熱門主題 熱門下載
 •   將邁入40歲的你...存款多少了  •  深入電容觸控技術就從這個問題開始
 •  我有一個數位電源的專利...  •  磷酸鋰鐵電池一問
 •   關於設備商公司的工程師(廠商)薪資前景  •  計算諧振轉換器的同步整流MOSFET功耗損失
 •   Touch sensor & MEMS controller  •  針對智慧電表PLC通訊應用的線路驅動器
 •   下週 深圳 llC 2012 關於PCB免費工具的研討會  •  邏輯閘的應用


EE人生人氣排行
 
返回頁首