本文基于DSP和nRF24L01設計了一種無線環境監測系統。該系統操作簡便、測量迅速、造價低廉、便于攜帶，能滿足一定靈敏度和準確度的要求，且采用無線數據通信作為傳輸載體，可應用于蔬菜大棚、生產車間、溫室、礦井等場所的溫度、光度監測與控制系統。

　　例如，在蔬菜大棚中，蔬菜生長的適宜溫度為20～30℃，大棚內白天增溫快，當棚外平均氣溫為15℃時，棚內可達40～50℃，不利于蔬菜生長。同樣，適當的光照強度對植物體內的硝酸鹽代謝起極為重要的作用，是決定植株硝酸鹽含量的主要因素之一，但過弱或過強的光照也不利于蔬菜的生長。因此，需要根據監測值適時調節棚內溫度，以有效地避免不當的溫度、光照對蔬菜的危害。

　　1、方案論證

　　本無線環境監測系統是由一個主站和兩個分站組成。主站由無線收發模塊、信息處理模塊、顯示模塊構成，功能是無線發送分站的編號和命令，并無線接收分站發送的信息，同時顯示這些信息及分站的編號；分站由傳感器模塊、編碼模塊、信息處理模塊、顯示模塊和無線收發模塊構成，功能是采集溫度、光照信息，顯示所測信息，并將這些信息和自己的編號無線傳輸給主站。系統結構圖如圖1所示。

　　1．1、主控模塊

　　本方案中主控模塊選擇TI公司的DSP芯片TMS320LF2407。TMS320LF2407內置10位（雙8路或單16路）A／D轉換器、看門狗定時器模塊；有41個可獨立編程的數字I／O引腳，絕大部分有復用功能；外設接口有串行通信SCI（SerialCommunicationInterface）與串行外設SPI（SerialPeriphera1Interface）；2個事件管理器EVA、EVB可為所有類型電機提供控制技術，為工業自動化方面的應用奠定了基礎；2個16位通用定時器，3個具有死區功能的全比較單元。

　　較MCS-51系列單片機而言，TMS320LF2407內部有32KB的Flash程序存儲器和2．5KB的SRAM，更能滿足軟件對空間的要求，且方便在線調試。利用其內置的10位A／D轉換器，可以直接接溫度、光度傳感器模塊，將測得的溫度值、光照強度值等模擬量轉換為TMS320LF2407可以處理的數字信息，避免了用MCS51進行A／D擴展帶來的麻煩。另外，TMS320LF2407有41個可獨立編程的數字I／O引腳，絕大部分有復用功能，更能滿足硬件對I／O口的需求。使用TMS320LF2407的串行外設接口SPI，可以直接和無線傳輸模塊nRF24L01提供的SPI接口相連，不需要軟件模擬SPI。使用的開發環境是CCS3．0，完全支持C語言，方便程序編寫。

　　1．2、傳感器模塊

　　選用光敏電阻來測量光照。較光敏二極管，光敏電阻更能顯示出光的強弱；而且，它能夠和熱敏電阻應用到同一電路中。傳感器模塊電路如圖2所示。

　　1.3、編碼模塊

　　選用跳線開關組成編碼模塊。與普通開關組成編碼模塊相比較，成本更加低廉。用兩列排針（各8位）：一列排針接到TMS320LF2407的I／O口，并經過10kΩ電阻接+5V電源VCC，另一列排針接地。兩列排針對應的位用跳線帽相連時置0，否則為1。這樣可以設置分站的編號0～255，即本系統最多可以擴展256個分站，用來監測不同地點的當前環境溫度、光度值。

　　1．4、無線傳輸模塊

　　選用無線傳輸模塊nRF24L01。它是一款工作在2．4～2．5GHz世界通用ISM頻段的單片無線收發器芯片，采用FSK調制，內部集成自己的協議，有自動應答及自動重發功能、地址及CRC檢驗功能，可實現點對點或1對6的無線通信，無線通信速度可達2Mbps；而且，電流消耗極低，當工作在發射模式下發射功率為-6dBm時電流消耗為9mA，接收模式下為12．3mA。nRF24L01與PT2262／2272相比，不需要編碼和解碼，程序簡單；與nRF905相比，外圍元件更少，不需要曼徹斯特編碼；與nRF401相比，價位更低。

　　TMS320LF2407只需為nRF24L01模塊預留6個I／O口，分別與其6個控制和數據信號CSN、SCK、MISO、MOSI、IRQ、CE相連。TMS320LF2407與nRF24L01的連接電路如圖3所示。

　　1．5、顯示模塊

　　選用型號為LG5011BSR的共陽極數碼管，與液晶顯示器相比，價格低廉。它由7段發光二極管組成，共有10只引腳。其中，3、8引腳為共陽極，其他引腳加低電平時對應的二極管就會亮，從而控制數碼管顯示相應的數值。

　　1．6、系統硬件結構

　　傳感器模塊是信息采集的樞紐。如圖2所示，電源電壓經穩壓管TL431穩壓到2．5V，提供給由普通電阻和熱敏電阻組成的分壓電路，以及普通電阻和光敏電阻組成的分壓電路。熱敏電阻分得的電壓通過TO輸出，接TMS320LF2407的ADCIN0；光敏電阻分得的電壓通過LO輸出，接TMS320LF2407的ADCIN1。利用讀取A／D轉換后的結果，并計算出對應的溫度值和光線強度值，經查表輸出顯示。

　　無線傳輸模塊是數據傳輸的核心。如圖3所示，TMS320LF2407通過6個I／O端口（IOPC0，IOPC1，SPISIMO，SPISOMI，SPICLK，SPISTE），依次與nRF24L01模塊的6個控制和數據信號IRQ、CE、MOSI、MISO、SCK、CSN相連。其中，CSN為芯片的片選線，CSN為低電平時芯片工作；SCK為芯片控制的時鐘線；SOMI為芯片控制數據線；MOSI為芯片控制數據線；IRQ為中斷信號，無線通信過程中DSP主要是通過SPI接口的SPISIM-O、SPISOMI與nRF24L01進行通信。CE為芯片的模式控制線，在CSN為低的情況下，CE協同nRF24L01的CONFIG寄存器共同決定nRF24L01的狀態。

　　顯示模塊用TMS320LF2407的IOPB0、IOPB1來模擬串行發送數據的過程，外接串入并出移位寄存器74LS164構成。當需要顯示信息時，數據從IOPB0端在移位脈沖（由IOPB1輸出）的控制下逐位移入74LS164，74LS164能將輸入的串行數據轉換為并行數據輸出到數碼管。這樣的設計不僅節省I／O口，而且不占用串口資源。編碼模塊通過IOPA0～IOPA7與DSP相連。

　　2、軟件設計

　　系統的主站、分站程序流程如圖4所示。主站程序主要包括初始化、無線發射、無線接收、數碼管顯示等部分；分站程序主要包括初始化、無線發射、無線接收、數據采集、數碼管顯示等部分。