溫濕度的測量在農業(yè)生產的大棚管理，倉庫糧食存儲管理，生產制造行業(yè)，氣象觀測，恒溫恒濕的空調房科研及日常生活中被廣泛應用?？梢哉f溫濕度是影響日常的生產生活以及科研的一個很重要的因素。目前我國許多領域例如農業(yè)生產等仍采用測溫儀器與人工抄錄、管理相結合的傳統(tǒng)方法，這不僅效率低，而且會由于判斷失誤和管理不力造成很多嚴重損失。

　　系統(tǒng)以自帶SPI和兩線串行接口的低功耗單片機ATmega16L為控制芯片，采用nRF905芯片組成的無線收發(fā)節(jié)點，利用數字溫濕度傳感器SHT11完成對環(huán)境的溫濕度測量系統(tǒng)。同時該系統(tǒng)留出MAX232接口以方便與PC機通訊，實現溫濕度的實時顯示以及監(jiān)測功能。

　　1系統(tǒng)描述

　　如圖1，圖2所示為低功耗溫濕度無線測量系統(tǒng)的發(fā)送和接收模塊的框圖。

　　其中圖1為無線發(fā)送模塊，以Atmega16L為主控制核心，控制溫濕度傳感器SHT11采集環(huán)境的溫濕度，然后利用NRF905無線傳輸模塊將采集到的溫濕度數據發(fā)送給溫濕度測量無線接收模塊進行相應處理。

　　圖2為溫濕度測量無線接收模塊，以Atmega16L為主控制核心，利用NRF905無線傳輸模塊接收溫濕度數據，然后利用MAX3232上傳給PC機，利用相關上位機軟件實時監(jiān)測。

　　2硬件電路設計

　　2.1 3.3 V供電電源模塊

　　本設計所需的電壓為3.3 V，故采用LM1117-3.3電源供電系統(tǒng)，如圖3所示。無線發(fā)送模塊以及溫濕度測量模塊使用的器件皆為低功耗器件。對發(fā)送端而言，可以采用5 V電池供電，很適合在野外等環(huán)境進行溫濕度測量采集。而接收端可以采用5 V開關電源供電。其核心部件LM1117-3.3是一個低壓差電壓調節(jié)器系列。壓差在1.2 V輸出，此時相應的負載電流為800 mA。

　　2.2單片機控制電路

　　本設計采用高性能、低功耗的8位AVR微處理器ATmega16L作為控制芯片。

　　首先對于ATmega16L具有先進的RISC結構，大多數指令執(zhí)行時間為單個時鐘周期，是具有最高MIPS／mW能力的8位單片機。此外它還具有512 B的E2PROM，可在掉電時存儲用戶信息，并采用FLASH存儲技術，可使單片機的內部存儲單元能夠在線重復擦寫1 000次以上。

　　其次，Atmega16L的工作電壓范圍為2.7～5.5 V，具有睡眠模式，空閑模式，掉電模式以及省電模式，這些多樣的模式也使得Atmega16L成為低功耗產品的最佳控制芯片之一。

　　最后，Atmega16L提供二線數字串行接口SDA和SCL，接口簡單。支持主機和從機操作器件可以工作于發(fā)送器模式或接收器模式，并且支持多主機仲裁。

　　2.3無線收發(fā)模塊

　　無線收發(fā)芯片采用挪威Nordic公司的單片無線收發(fā)器芯片NRF905。工作電壓為1.9～3.6 V，工作于433／868／915 MHz三個ISM頻道，最大數據速率為100 Kb／s。芯片內部集成了頻率合成器、接收解調器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器。其主要特點是能夠自動處理報頭和CRC冗余校驗，而且可以直接通過 SPI接口來進行軟件配置。此外，其功耗非常低，以-10 dBm的輸出功率發(fā)射時電流只有11 mA，工作于接收模式時的電流為12.5 mA，并內建有空閑模式與關機模式，易于實現節(jié)能。

　　NRF905的應用電路如圖4所示。電路主要利用NRF905與外圍器件構成的電路組成無線發(fā)送接收電路，圖4展示的是用NRF905差分連接的環(huán)形天線圖。其中，NRF905模塊的SPI接口引腳MOSI，MISO，SEK引腳分別接Atmega16L的SPI接口引腳：PB5(MOSI)，PB6(MISO)，PB7(SCK)。NRF905的 SPI接口工作于從機模式，并且利用環(huán)形天線發(fā)射信號。

　　為了充分利用能量，NRF905分別設定了兩種工作模式和兩種節(jié)能模式，分別由TRX_CE，TX_EN和PWR_UP三個引腳決定。因此，設計使用Atmega16L的PA2～PA7連接至NRF905的控制檢測，用于切換模式以及配合通信。表1為NRF905的工作模式及相應功能。

　　2.4溫濕度測量模塊

　　本設計的溫濕度測量所采用的是瑞士Sensiri2on公司生產的具有二線串行接口的單片全校準數字式新型相對濕度和溫度傳感器SHT11，SHT11可用來測量相對濕度、溫度和露點等參數，具有數字式輸出、免調試、免標定、免外圍電路及全互換等特點。