基于无线射频通信技术的气象数据采集系统

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1、基于无线射频通信技术的气象数据采集系统基于无线射频通信技术的气象数据采集系统1.引言　　自然环境时刻影响着人们的日常生活，而随着气候和环境问题的日益严峻，人们对于温度、湿度、PM2.5等基本气象环境要素愈加关注，更希望可以实时获知一定范围内具体位置的要素信息。现今人们对于气象环境信息的了解多来源于公共天气预报，很难自己时刻了解具体位置的相关信息，而对于基本气象数据的采集系统往往较为复杂，成本较高，不便于我们在日常生活中应用。所以，设计一种适合普通人使用的简易高效气象数据采集系统就变得十分有意义。　　本文提出了一种简易的基于无线射频通信技术的气象数据采集系统，该系

2、统以单片机MSP430F149为控制核心，采用nRF905实现无线射频通信，主要目的是扩大信息监测范围，并提高整个系统的实用性与高效性。同时，在传感器的选择上，首先是最基本的温度、湿度、气压传感器，然后针对现实情况，重点选择了粉尘传感器、噪声传感器用来监测倍受关注的雾霾天气与噪声污染。　　2.系统整体设计　　该系统的整体结构框图如图1所示，为实现利用无线射频通信进行信息采集，系统包含采集端、显示端两个部分。采集端置于检测位置，通过相关传感器进行数据采集，传感器包括温度传感器、气压传感器、湿度传感器、粉尘传感器以及噪声传感器，并且可以根据需要进行扩展。传感器的输出

3、信息由MSP430F149进行处理，处理后的数据信息通过nRF905模块的发射端进行信息发送输出。显示端先由nRF905模块接收端接收来自发射端的无线传输信号，再把信息传给MSP430F149单片机进行处理，之后测量结果在液晶LCD12864上进行显示。　　图1系统总体结构框图　　3.系统硬件设计　　3.1无线通信模块设计　　本系统主要是本文由.L.收集整理利用无线射频通信技术进行采集数据传输，选用的是无线射频通信模块nRF905。nRF905是Nordic公司推出的一款单片射频芯片，具有三个工作频段433、868、915MHz[1]，本系统采用433MHz频段

4、。nRF905采用的是VLSIShockBrust技术，使得nRF905能够实现数据的高速传输，如此就不需使用昂贵的单片机进行数据处理/时钟覆盖[2]，同时速率可以由自己设定。在ShockBrust工作模式下，芯片可以自动产生前导码和CRC[3]，所以通信具有较高的准确性。nRF905模块采用SPI接口通信，而本设计中nRF905与单片机的通信采用模拟SPI接口代替硬件接口，这样既简化了电路结构又降低了系统成本。nRF905具有很低的电流消耗，在发射功率为-10dBm时，具有11mA的发射电流和12.5mA的接收电流[4]，在POCU成本，实现了系统低功耗的特点

5、，无线传输的质量与距离也能满足实际需求。本系统的nRF905管脚图及与单片机的连接如图2所示。　　图2nRF905管脚及单片机连接图　　3.2微处理器模块设计　　本系统中的微处理器模块主要由MSP430F149单片机、DS1302时钟、LCD12864液晶组成。该模块控制着整个系统的运行，并且实现时间与测试数据的同时显示。　　MSP430F169单片机是TI公司开发的16位总线的带FLASH的单片机，具有很高的性价比和集成度。该单片机内置有12位的AD转换器，在本系统设计中方便地把传感器采集的模拟信号转化为数字信号。MSP430F169单片机最突出的优势在于它的

6、超低功耗，尤其适合在使用电池供电下的场合工作[5]。本系统中最终的供电来源于电池，且用于自然环境中的长期使用，所以超低功耗是选择该单片机的重要因素。　　同时，该系统选用时钟DS1302模块实现计时，选用LCD12864液晶进行数据显示。DS1302由美国DALLAS推出，具有功耗低、性能高的特点，数据通信采用SPI接口，既可提供精准的时间，又可实现自动调整。LCD12864液晶作为显示终端也具有高效、低成本的特点。　　3.3传感器模块部分　　为实现多项气象数据的采集，本系统采用了多种传感器。传感器的选择依照高效能、实用性高、成本及功耗低的原则。本文仅简单介绍最符

7、合原则的几种传感器：DS18B20、DHT21、BMP085、DSM501A、噪声传感器。除了本文介绍的几种传感器，该系统还可以按照实际需求添加相应的传感器。DS18B20是最常用的温度传感器，具有体积小、成本低、抗干扰、精度高的特点，测温范围为-55℃～+125℃。使用时采用单线接口方式，使用一条线实现双向通信，无论是硬件还是软件设计都十分方便。　　DHT21是一款准数字输出的电容式温湿度传感器，本系统中采用它进行湿度的测量。DHT21可以测量20%-95%的湿度范围，同样是单线串行输出，与单片机只需一条线连接，节省IO口，而且DHT21具有极高的可靠性与长期

8、稳定性，十分适合自然环境