引 言
人們在日常生產、生話中，對于采集數據的傳輸大多數采用有線方式，因為有線方式的傳輸距離、數據傳輸速率以及抗干擾能力都要優于無線方式；而對于在野外或者不便于鋪設線纜的地區進行數據傳輸時，采用有線方式就受到了限制。針對這一特點，設計了采用無線傳輸方式的無線數據采集模塊。模塊選用Philips公司的P89LPC933單片機作為微控制器，單元集參數采集、數據存儲、無線傳輸為一體，其整體結構框圖如圖l所示。

1 采集單元硬件電路的設計
由于模塊采用電池供電，其能量是有限的，所以模塊應選用低的工作電壓以及低功耗的外圍電路器件。
1．1 單片機的選取
采集模塊選用Philips公司的P89LPC933單片機作為微控制器，其工作電壓為2．4～3．6V。P89LPC933單片機采用了高性能的處理器結構，指令執行時間只需2～4個時鐘周期，6倍于標準80C51器件；以抗干擾能力強、功耗低等優點而被應用于多種嵌入式系統中。同時P89LPC933集成了許多系統級的功能，如1個8位、4路逐步逼近式模／數轉換模塊和1個DAC模塊，400 kHz字節方式I2C通信端口，SPI接口，鍵盤中斷，片內看門狗定時器。這樣可大大減少元件的數目，減小電路板面積，并降低系統的成本，因此適合于許多要求高集成度、低成本的場合，可以滿足多方面的性能要求。
為降低微控制器的功耗，模塊采用低頻外部32．768kHz的晶體振蕩器，工作電壓為3V。在采集工作完成后，控制器關閉A／D使能進入空閑模式。
1．2 傳感器的選取
模塊以采集空氣溫／濕度及光照度數據為例，實際應用中可以根據需要采集的參數更換傳感器。
①溫度傳感器。選用美國Dallas公司的可編程單總線數字式溫度傳感器DS18820實現空氣溫度信號的采集。該傳感器體積小，外形如普通三極管，其內部集成有測溫傳感器及邏輯控制電路。DSl8820有很多優點，例如：直接輸出數字信號，省去了后繼的信號放大及模／數轉換部分；外圍電路簡單，成本低；單總線接口，只有一根信號線作為單總線與CPU連接，且每一只都有自己唯一的64位系列號存儲在其內部的ROM存儲器中，故在一根信號線上可以掛接多個DSl8820，便于多點測量且易于擴展。
②濕度傳感器。選用法國Humirel公司的HSll01電容式相對濕度傳感器。此傳感器與其他產品相比。有著顯著的優點：不需要校準的完全互換性，高可靠性和長期穩定性，響應時間快，適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路；模塊中選用頻率輸出電路，經CMOS TLC555振蕩器輸出穩定的頻率信號，經單片機采集后可以轉換成濕度值。濕度值與輸出頻率關系如表l所列。

③光照度傳感器。采用硅光敏二極管3DU050C，光譜范圍為450 nm～1150 nm，用于可見光、紅外光檢測，光電流IL(10001x，10V)≥5 mA，暗電流Id(Olx，10V)≤O．1μA，擊穿電壓VCEO>30 V，耗散功率Pd=150 mW，封裝φ5黑膠。
通過運算放大器輸出電壓信號，經單片機內部A／D轉換電路，將電壓轉換成數字信號，計算出光照強度。運算放大器選用TI公司的TLC2272CP。該運放具有低功耗、低電壓、高精度等優點，適用于電池供電的設備中(硬件電路參見圖4)。圖2為輸出電壓與光照強度的關系曲線。

1．3 無線收發單元
采用PTR8000無線收發模塊，帶有外置天線，可直接與單片機連接，無須外接其他器件，實現數據的無線轉發；最大發射功率為+10 dBm，高抗干擾的GFSK調制，傳輸頻率為5O kHz。該模塊使用nRF905收發芯片，可工作在433／868／915MHz頻段，專為點對多點無線通信設計；工作電壓為1．9～3．6V，待機功耗為2μA，適用于低電壓、低功耗系統中；內置完整的通信協議和CRC，只需通過SPI即可完成所有的無線收發傳輸。
1.4 存儲單元
FM24CL64是Ramtron公司的一款低電壓鐵電存儲器芯片，用于存儲采集的數據。其工作電壓為2．7～3．6V，適合在低功耗的單片機系統中應用。由于采用了鐵電體技術，該芯片的數據交換速度極高，數據線可以支持的頻率最高達到l MHz，因此單片機向FM24CL64寫入數據時一般無須加延時，并且使用壽命沒有限制。FM24CL64芯片的引腳排列如圖3所示。

其中SDA和SCL引腳是數據交換線，用作CPU與FM24CL64之間的數據交換和命令寫入；WP為寫保護口，WP為高時寫禁止，WP為低時寫允許；A2、Al、A0是器件地址選擇引腳，在同一總線上允許同時掛接8個同類器件。整個采集模塊的電路簡圖如圖4所示。

2 系統軟件設計
為了降低系統的能量消耗，軟件設計是至關重要的，簡潔的程序能有效地節省單片機的運行時間，從而降低能耗；使CPU工作在掉電或者空閑模式下，也能有效降低功耗。掉電模式時功耗要比空閑模式更低，但由于掉電模式需要硬件復位喚醒，所以設計中選用CPU空閑模式。
軟件整體設計流程：上電后單片機初始化各個設置，進入節能模式；定時時間到喚醒處理器，依次使能內部A／D轉換模塊，配置無線模塊，執行數據采集程序，進行數據處理和存儲，轉發數據，結束后關A／D，設置無線模塊進入待機模式，最后單片機進入空閑模式。這樣使能量消耗降到最低。
在測量程序中，如果某一項參數出現異常，就調用參數報警程序，通過無線模塊發送報警信息。程序在Keil的uVision2環境下編譯調試通過。程序流程如圖5和圖6所示。

結語
本采集模塊能夠監測參數，當某一項或多項參數出現異常時，處理器調用報警程序通過無線收發模塊發送報警信息。通過使處理器處于空閑模式及無線收發模塊處于待機狀態，有效地降低了模塊的功耗。采集單元每隔特定時間采集一次參數信息進行存儲和轉發。對于整個采集系統，上位機可以通過無線模塊發送指令，實現實時數據的觀測。本文只涉及單個采集模塊。
本模塊單元有較強的可移植能力，通過更換測量單元傳感器的類型，可以應用于工業數據采集、無線抄表、智能家電等領域。