CC2540和SHT11的無(wú)線溫濕度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：藍(lán)牙無(wú)線技術(shù)是使用范圍最廣泛的全球短距離無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)之一，藍(lán)牙4．0規(guī)范的核心是藍(lán)牙低功耗(Bluetooth Low Energy)技術(shù)，本設(shè)計(jì)采用基于BLE技術(shù)的CC2540芯片，利用SHT11數(shù)字溫濕度傳感器來(lái)進(jìn)行溫濕度的采集，并通過(guò)CC2540以無(wú)線方式將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控終端。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本系統(tǒng)具有體積小、功耗低、精度高等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：CC2540；藍(lán)牙4．0；BLE；SHT11；無(wú)線網(wǎng)絡(luò)

引言
在各類民用、工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)等工作人員難以到達(dá)的區(qū)域，環(huán)境溫濕度的狀況是重要的參數(shù)，因此，對(duì)環(huán)境溫濕度的準(zhǔn)確、及時(shí)監(jiān)控，具有重要意義。藍(lán)牙采用跳頻機(jī)制進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，故能極大地提高數(shù)據(jù)傳送的抗干擾性能。對(duì)于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)用而言，本設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的復(fù)雜度，且大大降低了功耗和體積。由此帶來(lái)的靈活性，使得系統(tǒng)的應(yīng)用更加廣泛。
本文對(duì)系統(tǒng)的總體方案、硬件電路和軟件設(shè)計(jì)等內(nèi)容作了詳細(xì)介紹，通過(guò)使用CC2540芯片所具有的藍(lán)牙4．0BLE協(xié)議進(jìn)行設(shè)備互聯(lián)以及無(wú)線數(shù)據(jù)的發(fā)送，實(shí)現(xiàn)了一種新型的無(wú)線溫濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

1 CC2540芯片簡(jiǎn)介
CC2540是TI公司推出的完全兼容藍(lán)牙4．0低功耗BLE協(xié)議的SoC芯片，其內(nèi)部集成了低功耗的8051MCU內(nèi)核、高性能2．4 GHz射頻收發(fā)器、8 KB RAM和256 KB Flash存儲(chǔ)器。其主要特性：包括1個(gè)16位和2個(gè)8位通用定時(shí)器、2個(gè)UART、12位有效位的ADC模／數(shù)轉(zhuǎn)換、21個(gè)GPIO、32 kHz休眠定時(shí)器，具有5種工作模式，集成AES-128安全協(xié)處理器、高性能比較器、精確的數(shù)據(jù)接收信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)(RSSI)、功能強(qiáng)大的5通道直接內(nèi)存訪問(wèn)(DMA)；在發(fā)送模式和外部中斷模式下，電流損耗分別為24 mA和0．4μA。CC2540與TI的藍(lán)牙低功耗協(xié)議棧相配合，已成為市場(chǎng)上靈活、具有廣闊應(yīng)用前景的藍(lán)牙低功耗解決方案。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本文設(shè)計(jì)的無(wú)線溫濕度采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。溫濕度傳感器SHT11與CC2540節(jié)點(diǎn)設(shè)備相連，由CC2540芯片中集成的8051 MCU來(lái)控制溫濕度傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，然后將數(shù)據(jù)以無(wú)線方式發(fā)送給藍(lán)牙集中器，集中器通過(guò)串口將收到的無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控終端。

3 硬件電路
3．1 處理器單元
CC2540芯片中集成的處理器采用兼容8051內(nèi)核的結(jié)構(gòu)及指令系統(tǒng)，該內(nèi)核通過(guò)3種不同的內(nèi)存訪問(wèn)總線(SFR、DATA和CODE／XDATA)對(duì)內(nèi)存進(jìn)行訪問(wèn)控制，SFR總線負(fù)責(zé)將所有的外設(shè)同內(nèi)存仲裁相連接，還負(fù)責(zé)CPU與射頻寄存器之間的交互。內(nèi)存仲裁通過(guò)SFR總線將CPU、DMA模塊、存儲(chǔ)器以及其他外設(shè)連接在一起。CC2540芯片外部接口電路如圖2所示，外圍電路包含1個(gè)32 MHz和1個(gè)32．768 kHz石英晶振，RF_N和RF_P為射頻天線接口。