CN201955887U - 基于mcf51qe128超低功耗无线温湿度节点 - Google Patents

基于mcf51qe128超低功耗无线温湿度节点 Download PDF

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张明慧
陈烨锦
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Abstract

一种基于MCF51QE128超低功耗无线温湿度节点，属于微控制技术领域。该节点包括微处理器、温湿度传感器和无线收发模块；其中微处理器型号为MCF51QE128；温湿度传感器连接微处理器MCF51QE128，微处理器与无线收发模块通过SPI接口连接。本实用新型的优点：实现远距离通信，安装方便，用电池供电且不需要更换电池，低功耗，通过低功耗温湿度传感器测量温度和湿度，并将一段时间内的测量数据存储，通过实时时钟的定时中断启动低功耗无线通信模块，完成数据包传输的超低功耗无线温湿度节点。

Description

基于MCF51QE128超低功耗无线温湿度节点
技术领域
本实用新型属于微控制技术领域，特别涉及一种基于MCF51QE128超低功耗无线温湿度节点。
背景技术
目前常见的温度湿度测量，其中微控制器主要采用TI的MSP430、Microchip的PIC18、ATMEL的ATmega128L；使用这些微处理器实时采集温度和湿度数据，产生较大的功耗，没有记忆功能，容易丢失数据；而采用蓝牙等传输方式，不能实现远距离传输，传输效果差。同时温度传感器和湿度传感器不能兼容，使用非常不方便。
发明内容
针对现有技术的不足，本实用新型提供一种基于MCF51QE128超低功耗无线温湿度节点。
该节点包括微处理器、温湿度传感器和无线收发模块；其中微处理器型号为MCF51QE128；
温湿度传感器连接微处理器MCF51QE128，微处理器与无线收发模块通过SPI接口连接，
该节点的工作过程：在各个检测地点设置该节点，每个节点通过温湿度传感器采集信号，经过微处理器处理之后传输到无线收发模块，各个节点的无线收发模块与连接着PC机的一台无线收发模块通过无线传输的方式传输测量数据，无线收发模块将测量的数据传入PC机进行监测。
本实用新型的优点：实现远距离通信，安装方便，用电池供电且不需要更换电池，低功耗，通过低功耗温湿度传感器测量温度和湿度，并将一段时间内的测量数据存储，通过实时时钟的定时中断启动低功耗无线通信模块，完成数据包传输的超低功耗无线温湿度节点。
附图说明
图1本实用新型的方框图；
图2本实用新型的温湿度传感器模块原理图；
图3本实用新型的无线模块原理图；
图4本实用新型的微控制器原理图；
图5本实用新型微控制器电源管理模块原理图；
图6本实用新型微控制器程序调试下载模块原理图；
图7本实用新型微控制器复位模块原理图。
具体实施方式
本实用新型结合实施例及附图加以详细说明。
本实施例中微控制器为MCF51QE128，用于信号处理；微控制器内部存储器，用于存储一段时间内的温湿度传感器的测量结果；微控制器内部的实时时钟定时中断启动，将存储的测量结果打包并送给无线模块发射。
温湿度传感器选用SHT71，用于完成温度和湿度信号测量，
所述无线收发模块选用nRF905，采用短时即时通信模式，工作频率为433MHz，用于将微控制器处理后的温度和湿度信号向外发送或接收外部控制信号。
由图1-图3所示，该节点包括温湿度传感器、微控制器和无线收发模块；
温湿度传感器，如图2所示，温湿度测量采用瑞士Sensirion公司的集成温湿度传感器SHT71。SHT71的串行时钟线SCK实现微控制器与SHT71之间的通信同步，SCK与微控制器的PTH6相连；SHT71的串行数据线DATA用于内部数据的输出和外部数据的输入，DATA与微控制器MCF51QE128的PTH7相连；由于DATA引脚是三态门结构，DATA线上加一个10KΩ的上拉电阻。DATA在SCK时钟下降沿之后改变状态，并仅在SC K时钟上升沿后有效，所以微控制器可以在SCK高电平时读取数据，而当微控制器向SHT71发送数据时则必须保证DA TA线上的电平状态在SCK高电平段稳定；为了避免信号冲突，微控制器仅驱动DA TA在低电平，在需要输出高电平的时候，微控制器将引脚置为高阻态，由外部的上拉电阻将信号拉至高电平，从而实现高电平输出。用SHT71测量温度和湿度，具有低功耗、测量精度高、响应速度快、互换性好、重现性好等特点。
无线收发模块，如图3所示，无线通信选用挪威Nordic公司推出的单片无线收发一体的低功耗芯片nRF905。nRF905工作电压可以是1.9V-3.6V，这里选用3.3V；采用短时即时通信模式，工作频率在433MHz，天线采用50Ω单端天线。微控制器MCF51QE128的PTC0～PTC2与nRF905的输出DR、AM、CD相连，通过中断方式实现状态信息传送，进而决定nRF905是否发送或接收数据；MCF51QE128的PTC7和PTC6与nRF905的TX_EN、TRX_CE相连，实现nRF905的接收或发送模式的控制；MCF51QE128的PTC5与nRF905的PWR_UP相连，控制nRF905是否为掉电模式；MCF51QE128的SPI接口与nRF905的SPI接口相连，实现微控制器与nRF905的数据传输。为了减少电路板噪声对无线射频通信的干扰，无线模块是单独的电路板，在主电路板上留出插槽，无线模块电路板插在插槽上与主电路板的微控制器进行通信，这样既减少了电路干扰对无线通信的影响，又方便了在无线模块发生故障时更换无线模块。nRF905特点是低功耗，在-10dBm的输出功率发射时电流只有9mA，工作于接收模式时的电流为12.5mA，待机模式下仅为2.5uA。
微控制器，如图4所示。微控制器选用Freescale公司推出的32位超低功耗微控制器MCF51QE128，它有2种超低功耗的停止模式Stop2与Stop3，电流分别为370nA与520nA；在正常运行模式、工作频率8MHz与50MHz下电流分别为13.2mA与27mA；低功耗待机模式下电流为3.2uA。工作电压可以是1.8V-3.6V，如图5所示，电源管理模块将输入的电压转化为3.3V芯片工作电压，这里选用3.3V。MCF51QE128片内有128KB的Flash存储器，16KB为一页，共有8页；其中32KB为程序存储区，96KB为数据存储区，用于存储测量的温度和湿度数据。由于温度和湿度是缓慢变化的信号，因此每60秒采集存储一次数据。用MCF51QE128片内实时时钟实现每60秒一次中断，启动温度和湿度测量，并存储数据。通过与上位机的通信设置无线通信的定时启动时间，为了降低功耗尽量减少通信模块的启动次数；用MCF51QE128片内的定时器实现无线通信模块的中断定时启动。无线通信采用短时即时通信方式，在待机情况下，微控制器进入低功耗待机模式下，无线通信模块进入掉电模式；在工作情况下，微控制器使无线通信模块处于接收状态，当接收到广播数据后，对数据进行分析，如果不是本节点地址，关闭无线通信模块，再次进入待机情况。如果是本节点地址，无线通信模块进入发射状态，将要发射的数据打包发射。
如图6所示，程序调试下载模块为程序进行下载调试。
如图7所示，复位模块用于当系统出现错误时，进行系统恢复。
为了便于安装，电源采用电池供电。这是由于MCF51QE128微控制器、SHT71温湿度传感器和nRF905无线模块所需电压是3.3V，因此，可采用LM1117-3.3电源芯片供电。LM1117是个低压差电压调节器，压差在1.2V输出，负载电流为800mA。采用3节5号充电电池供电，输入电压在4.5V-5V之间，可满足LM1117芯片的要求。

Claims (2)

1.一种基于MCF51QE128超低功耗无线温湿度节点，其特征在于：该节点包括微处理器、温湿度传感器和无线收发模块；温湿度传感器连接微处理器MCF51QE128，微处理器与无线收发模块通过SPI接口连接。
2.采用权利要求1所述的基于MCF51QE128超低功耗无线温湿度节点，其特征在于：所述的微处理器型号为MCF51QE128。
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CN102938194A (zh) * 2012-11-09 2013-02-20 昆山北极光电子科技有限公司 一种高速运动体的温度测量方法
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