ATmega8单片机温室环境多参数测控系统无线节点软硬件设计(10)
1）电路设计中相应措施
为电源去耦，在电路板电源入口处的电源线和地线之间并接去耦电容，并接的电容为100μF/25V的电解电容。为防止电路中数字信号电平转换过程中产生的尖峰电流在信号传输线上和其他芯片内阻上产生的较大压降而造成干扰，为每个集成芯片都安置一个0.1μF的陶瓷电容。
2）电路板设计注意的问题
在布线时，电源线要尽量的宽，接地线则构成闭环路，形成梳子状，这样能降低阻抗，从而减少干扰。对于同一功能的电路，可将同一功能的元器件集中于一点接地，经过以上的设计，硬件电路板实物如图3.7所示。
图3.7 硬件实物图
3.7 本章小结
本章依次介绍了系统硬件电路的各个部分的电路设计方案，其中包括了单片机最小系统、信号电平转换电路、温湿度传感器接口电路、无线传输模块、电源模块部分以及电路板设计并给出了电路原理图和实物图。
4 节点软件设计4.1 主程序
当系统的节点端运行程序时，首先执行主程序。它开始要完成各项初始化操作如串口的初始化，关闭中断等操作。然后向SHT11发送启动命令，启动温湿度传感器，单片机调用SHT11测量子程序部分，SHT11进行温湿度的测量工作。此时单片机等待SHT11测量结束，当单片机检测到传感器测量结束后，立即读取测量值和检验值。读取完成之后单片机监测数据是否正确，如若发生错误，单片机重新调用SHT11测量子程序，进行重新测量，若正确则将所测得数据转换成物理量，也就是调用温湿度补偿函数，使数据变成直观的物理量。数据处理完成后，节点向接收端发送自己的地址信息，用来确定节点位置，接下来发送刚刚处理好的物理量，将数据发送至接收端，最后为避免数据传输错误节点端计算数据校验和并发送至接收端。发送完后单片机以及无线模块进入休眠模式30s，然后返回至开始，程序循环运行。主程序流程图如图4.1所示。
图4.1 主程序流程图4.2 无线传输通信协议
在节点与接收端进行数据传输的过程中需要一个通信协议，它规定了双方实体完成通信所必须遵循的规则和约定。协议定义了节点单元数据使用的格式，信息单元应该包含的信息与含义，连接方式，信息发送和接收的时序，从而确保网络中数据顺利地。
本系统定义的通信协议如表4.1所示。
图4.1 通信协议
内容 字节数 取值范围
地址 1 0-127（1位奇偶校验位）
湿度 2 0-65535
温度 2 0-65535
校验和 1 0-255
协议中首先要设置网络节点单元地址。在整个系统中有很多节点单元，这些节点在温室的不同方位，每个的节点所发送的数据就代表其所在方位周围的温湿度，为区别不同节点发来的数据，因此需要在每个节点发送数据前首先发送一个自身的地址信息。这个地址信息由一个字节组成，其中高7位用来设定节点自身地址，最后一位用来作为奇偶校验位。由于地址编码由7位二进制数组成，因此本系统最多支持27即128个节点个数，如若需要更多节点数量那么就需要使用更多的字节来设定地址编码。最后一位的奇偶校验位用来判断地址信息在传输过程中是否有错误产生。奇偶校验是一种校验代码传输正确性的方法。根据被传输的一组二进制代码的数位中“1”的个数是奇数或偶数来进行校验。采用奇数的称为奇校验，反之，称为偶校验，采用何种校验是事先规定好的。在本系统的节点中采用奇校验的方法，首先判断高7位中“1”的个数是否为奇数，若为奇数则将这一位设定为1，反之为0。在接收端收到这组地址时，会进行判断，首先判断高7位“1”的数量，然后得出奇偶校验位的值，若与所发送过来的校验位一致，就认为地址在传输过程没有错误产生，该组数据可以使用，否则认为地址传送错误，丢弃数据不进行处理。