利用智慧射频晶片nrf9e5实现温度、湿度无线测量电路设计

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1、利用智慧射频晶片nRF9E5实现温度、湿度无线测量电路设计利用智慧射頻晶片nRF9E5實現溫度、濕度無線測量電路設計上網時間:2004年10月01日打印版推薦給同仁發送查詢nRF9E5是一款工作頻率為433/868/915MHz的智慧射頻晶片，整合了8051微控器、4通道10位元A/D轉換以及多通道RF收發。本文介紹採用該射頻晶片、溫度感測器LM71、濕度感測器HS1101實現溫度和濕度無線測量的電路設計方法和編程實現，該設計具有簡單可靠和靈活方便的特點。nRF9E5是一款工作頻率為433/868/91

2、5MHz的智慧射頻晶片，該晶片採用1.9V~3.6V單電源供電，32腳QFN封裝(5×5mm)，發射功率為10dBm，接收靈敏度-100dBm，在低功耗時電流僅2.5μA，特別適合採用電池供電，適用於無線鍵盤、無線電話、無線耳機、產業無線感測器、遙控器和無線警報器等。本文介紹利用nRF9E5、14位元數位溫度感測器LM71和濕度感測器HS1101構成一款無線溫濕度無線感應測量電路的方法。無線感應測量與有線感應測量相較，具有可靠性高、安裝容易、結構簡單、可以重覆使用和系統維護方便等優點。本設計充分利用了各

3、元件的低功耗特點，在無線溫濕度感測器中使用3.6V鋰電池，不僅能延長電池的使用壽命，而且使無線數據傳輸更加方便靈活。nRF9E5功能介紹圖1所示為nRF9E5的內部結構框圖。nRF9E5是一片嵌入了nRF905無線收發晶片、整合增強型8051微處理器和4個通道的10位元ADC，採樣速率為80ksps，內含1.22V電壓基準、電源管理、PWM輸出、UART非同步串列埠、SPI通訊介面、邏輯介面電路、看門狗電路、多通道可程式喚醒，以及CRC檢驗和多點通訊控制，高頻電感和濾波器等已經全部內建，周邊元件很少，晶

4、片的一致性能好、穩定且不易受干擾。nRF9E5沒有複雜的通訊協定，完全對用戶透明，同種產品之間可以自由通訊，內建的CRC糾錯硬體電路和協議免去了軟體開發人員的軟體糾錯編程和微控器的糾錯運算，降低了無線應用的開發難度。圖1下面的EEPROM25320為nRF9E5的外部程式記憶體(圖2中為U2)，容量為4K位元組(4096×8b)，用於儲存在nRF9E5上執行的應用程式。當上電時，nRF9E5透過其內部固化的引導程式(Bootloader)，透過SPI介面將應用程式導入到片內RAM中執行。無線溫、濕度感應

5、測量電路設計利用射頻晶片nRF9E5、14位元數位溫度感測器LM71、濕度感測器HS1101構成一款無線溫濕度感測器。LM71是國家半導體公司生產的低功耗、具有14位元(含1符號位元)的ΔΣADC溫度感測器，測溫範圍為-40℃~150℃，溫度解析度為0.03125℃，測溫精密度在-40℃~150℃範圍內為±1.5℃，電源電壓為2.65V~5.5V，具有三線串列介面SPI/MICROWIRE相容介面，容易和微處理器連接。因此，圖2中U3(LM71)的串列時脈SC、串列輸入輸出SI/O、片選CS分別和U1(

6、nRF9E5)的P02、P01和P00相連，LM71、nRF9E5和單端50Ω天線的RF電路如圖2所示，該電路可以工作於818/915MHz。環境溫度和LM71溫度感測器的輸出如表1所示。HS1101濕度感測器採用專利設計固態聚合物結構，具有響應時間快、高可靠性和長期穩定性特點，不需要校準的完全互換性。HS1101濕度感測器在電路中等效於一個電容器Cx，其電容器隨所測空氣的濕度增大而增大，在相對濕度為0%-100%RH的範圍內，電容器的容量由160pF變化到200pF，其誤差不大於±2%RH，響應時間小

7、於5s，溫度係數為0.04pF/℃。如圖3所示，將該濕敏電容器Cx置於555振盪電路之中，將電容器的變化轉換為與之成反比的電壓頻率訊號，該頻率訊號可以直接被微控器採集。振盪電路的兩個暫穩態輸出頻率變化的方波訊號(圖3中U4的3腳輸出)的高電平時間為輸出低電平時間為因此輸出方波訊號的周期為即EEPROM編程nRF9E5的主程式存放在外部的串列EEPROM中，當晶片開始上電時，其內部固化的廠家引導程式透過SPI介面，將外部EEPROM中的主程式導入nRF9E5的RAM中(4K位元組空間，沒有被主程式佔用的可

8、作為片內RAM使用)，接著執行跳轉指令，開始主程式的執行。主程式需要按照表2所示的規則寫入EEPROM中，其中SPEED(bit3)為EEPROM的最大讀寫速度，0為1MHz，1為0.5MHz。XO_FREQ(bit2,1,0)為nRF9E5的外接晶振的頻率，000=4MHz，001=8MHz，010=12MHz，011=16MHz，100=20MHz。nRF9E5內建8051相容微控制器，加上其本身特有的諸多控制暫存器，因此可以用MCS5