摘要：简要介绍了TinyOS操作系统基本架构和ncsC语言组件编程方法，并剖析了SHTxx温湿度传感器的物理特性、温湿度计算原理、硬件电路设计；详细介绍了在TinyOS2．x操作系统下，SHTxx型温湿度传感器底层组件驱动程序的设计过程，并在集成有CC2530的硬件平台上验证了此驱动的可行性以及温湿度传感器的数据采集的系统方法。

关键词：操作系统；底层驱动；温湿度；采集；系统方法

引言

    无线传感网络可以用一个简单的数学等式概括：传感器+片上系统+无线通信=宽广应用。传感器将检测到的信号按一定规律变换成为电信号或其他信息形式传输至无线传感网络，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。本文研究了在TinyOS2．x操作系统上，SHTxx型温湿度传感器底层驱动的应用研究，并且通过硬件平台的设计，验证了应用的可行性。

1 TinyOS系统与nesC语言

    TinyOS是美国加州大学伯克利分校开发的一种基于事件驱动的操作系统，其目标是用*少的硬件支持网络传感器的并发密集型操作。Tin yOS操作系统把底层硬件封装成组件架构，通过组件的层递结构对应用层提供与硬件无关的接口，它的这种分层架构易于操作系统的移植。

    TinyOS构建成一种自下而上的树状结构，如图1所示。**层的组件直接与硬件交互，同时向上层报告事件的发生，上层组件收到信号向下发送指令。TinyOS是专为低功耗微控制器设计的一种微型操作系统。此外，它还有非常环保的省电制度和机制。

1．2 nesC语言

    nesC(network embeded system C)语言由C语言扩展而来，用来描述TinyOS的执行模型和结构；nesC语言是TinyOS的编程语言，也是Tiny OS应用程序的开发工具。nesC程序主要由配置组件、模块组件和编译文件组成，如图2所示。

1．3 组件与程序

    TinyOS组件分为配置和模块两种组件。一般来说，上层组件可以调用底层组件的命令，下层组件通过触发信号的方式通知上层组件及其事件的发生，**层的组件直接和硬件交互，从而自上到下形成一种树状结构。接口的提供者必须实现接口中的命令函数，而接口的使用者必须实现接口的事件函数，如图3所示。一个组件可以使用或提供多个接口，以及实现同一个接口的多个命令。

    模块提供应用程序代码，实现一个或多个接口；配置则是通过配线将其他组件装配起来的组件，将各个组件所使用的接口与其他组件提供的接口连接在一起。

2 SHTxx温湿度传感器介绍

    SHTxx系列单芯片传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。SHTxx传感器包括一个电容式聚合体测湿元件和一个能隙式测温元件，并与一个14位的A／D转换器以及串行接口电路在同一芯片上实现无缝连接。

2．1 SHTxx温湿度传感器的硬件接口

    SHTxx的串行接口与I2C总线相似，但与I2C总线接口并不兼容，图4为SHTxx温湿度传感器的硬件接口电路图。SCK用于微处理器与SHTxx之间的时钟同步通信。由于SHTxx内部接口包含了完全静态逻辑，因此不存在*小SCK频率。DATA为三态逻辑门，主要用于数据的读取。DATA在SCK时钟下降沿之后改变状态，并仅在SCK时钟上升沿有效。数据传输期间，在SCK时钟高电平时，DATA必须保持稳定。为避免信号冲突，微处理器应驱动DATA在低电平。需要一个外部的上拉电阻(例如10 kΩ)将信号提拉至高电平。

2．2 SHTxx温湿度传感器的工作时序

    SHTxx温湿度传感器用一组“启动传输”时序来表示数据传输的初始化。当SCK时钟为高电平时，DATA翻转为低电平，紧接着SCK变为低电平，随后在SCK时钟为高电平时，DATA翻转为高电平。