基于低功耗器件的无线环境监测器设计

摘   要： 结合低功耗、低成本电路的设计方法，提出一种基于AVR单片机和无线通信模块nRF24L01的无线环境监测器的设计方案。实现了对环境温度、光照度等参数的实时在线监测。
关键词： 环境监测； 低功耗； 单片机； 无线通信； 温度传感器
       环境问题已经成为人们关注的焦点,如何有效地进行环境监测已经成为时下热门课题。目前,无线环境监测系统中的传感器网络节点分布在监测区域的各个角落，一般采用电池供电，要保证系统的使用寿命必须实现低功耗的设计[1]。本文结合无线传感器网络技术，提出了一种低功耗、低成本的无线环境监测器的设计。
1 总体电路结构及工作原理
1.1 总体电路结构
     无线环境监测器主要由一个监控终端和多个监测节点组成,如图1所示。通过使用由大量分布式的微型监测节点组成的传感网络，用户可以对感兴趣的环境进行不间断的高精度数据采集与监控。监测节点是其基本单元，监控终端是其核心控制端，其稳定运行是整个系统可靠性的基本保证。
   
       系统总体电路结构框图如图2所示，包括两个部分：监测节点控制系统和监控终端控制系统[2]。
   
   1.2 工作原理
     监测节点和监控终端[3]。监控终端控制整个系统的运行,通过无线模块发送控制命令,监测节点收到控制命令并进行处理分析,然后通过温度传感器和光照传感器采集温度和光照的有无信息，接着通过无线模块把采集到的有用数据打包发送给监控终端，监控终端收到节点发送来的数据进行分析和处理，然后通过液晶显示器进行节点温度和有无光照等内容的显示。监控终端还可以通过实时时钟同步环境监测信息，保证采集信息的实时性和有效性，并通过键盘设置单个节点的配置信息，如设置报警温度阈值等。如果检测到节点的温度超过设定值，则启动报警电路工作，并在液晶显示器上显示报警信息。
2 系统的硬件设计
2.1 监测节点电路设计与选择
     监测节点电路原理图如图3所示。
   
   2.1.1 处理器模块
     考虑到产品的性价比、处理器的速度以及供电方式等因素，选择ATMEL公司的AVR系列单片机ATmega8L[3-4]。ATmega8L是一款采用低功耗 CMOS工艺生产的基于AVR RISC（精简指令集）结构的8 bit单片机。其大部分指令的执行时间仅为一个时钟周期，运行速度约1 MIPS/MHz，比普通单片机高出10倍。