ZigBee技術(shù)在鋼鐵車間中的數(shù)據(jù)采集應(yīng)用
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2 硬件電路設(shè)計(jì)
2．1 處理器模塊
本文的硬件采用JENNIC公司的JN5139芯片。作為JENNIC公司生產(chǎn)的業(yè)界領(lǐng)先的兼容于IEEE 802．15．4的低功耗Soc芯片，芯片集成了一個(gè)32位RISC處理器，可以做性能非常強(qiáng)大的MCU使用，其中包含了16 MHz的32位RISC CPU，同時(shí)內(nèi)含有96 kB RAM、192 kB ROM，4個(gè)輸入端口，2個(gè)比較器，12位的ADC，兩個(gè)11位DAC，2個(gè)應(yīng)用級定時(shí)器／計(jì)數(shù)器，3個(gè)系統(tǒng)定時(shí)器，2個(gè)串口，其中有一個(gè)用于系統(tǒng)的在線調(diào)試。一個(gè)SPI接口，帶有5個(gè)片選線。同時(shí)含有一個(gè)2線串行接口。此MCU含有21個(gè)GPIO口，每個(gè)GPIO端口可通過軟件分別配置成輸入或輸出，并提供推挽式輸出或漏極開路輸出。本文采用的是對溫度和濕度數(shù)據(jù)量進(jìn)行監(jiān)測，在實(shí)際中可在GPIO口外接各種煤氣的專用傳感器，從而實(shí)現(xiàn)對鋼鐵工廠里的環(huán)境量的全面監(jiān)測。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/155316.htm
JN5139模塊內(nèi)部電路圖如圖2所示，該模塊為開發(fā)人員提供了訪問JN5139芯片的全部數(shù)字和模擬接口能力，包括ADC、DAC、比較器、定時(shí)器、UART、串行口及GPIO。其I／O訪問確保模塊可以單獨(dú)使用，而不必增加額外的電路去實(shí)現(xiàn)許多低功耗無線系統(tǒng)所需要的功能。每一個(gè)模塊都配備了IEEE802．15．4 MAC層軟件或ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧。
2．2 射頻部分
JN5139工作電壓為2．7～3．6V，模塊提供高達(dá)97dBm的接收敏感，大大提高了工作范圍，尤其是在多干擾源的惡劣環(huán)境中越顯強(qiáng)固，對載波的偏移和EVM有更大的容忍度。發(fā)射功率也增強(qiáng)到+3dBm。JNS139模塊是目前市面上唯一單芯片無線微控制器，擁有100dB Link budget，同時(shí)支持工業(yè)溫度標(biāo)準(zhǔn)及大工作電源電壓范圍。當(dāng)產(chǎn)品在等待外在事件激發(fā)，并進(jìn)入深層休眠方式的時(shí)候，芯片功耗僅400 nA，幾乎沒有消耗任何電力。若內(nèi)建芯片振蕩器和通信協(xié)議定時(shí)器啟動(dòng)工作，休眠電流消耗也在2μA以下。這些休眠功耗方式與無線收發(fā)、通信協(xié)議軟件、硬件緊密地結(jié)合在單芯片無線微控制器上，滿足無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的電池壽命要求。
內(nèi)建存儲(chǔ)器增加到192 kB ROM和96 kB RAM，可以充分發(fā)揮32位RISC單芯片處理機(jī)的超強(qiáng)運(yùn)算能力，完美地實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜的應(yīng)用與ZigBee或其他mesh通信協(xié)定軟件的結(jié)合。芯片上的ROM已內(nèi)含多種軟件，包含全球首推IEEE802．15．4版本B的MAC層，支持多種不同廠家的EEPROM裝置，JN5139提供了IEEE 802．15．4B和ZigBee版本。
每個(gè)出廠的芯片皆有專屬唯一的網(wǎng)絡(luò)地址(MAC address)識別碼，如此可節(jié)省外接的Flash存儲(chǔ)器。另有256位一次可編程的只讀存儲(chǔ)器供客戶直接燒錄AES安全加密金鑰或其他專屬的識別碼。
2．3 數(shù)據(jù)采集模塊
節(jié)點(diǎn)的傳感器模塊部分主要包含有高精度溫濕度傳感器SHT10，SHT10是一款高度集成的溫濕度傳感器芯片，采用LCC封裝，提供全量程標(biāo)定的數(shù)字輸出。傳感器包括一個(gè)電容性聚合體濕度敏感元件和一個(gè)用能隙材料制成的溫度敏感元件，這兩個(gè)敏感元件與一個(gè)14位的A／D轉(zhuǎn)換器，以及一個(gè)串行接口電路設(shè)計(jì)在同一個(gè)芯片上面。SHT10在25℃下，測濕精度為±4．5，測溫精度為±0．5℃。
該傳感器品質(zhì)卓越、響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比高。每個(gè)傳感器芯片都在極為精確的恒溫室中進(jìn)行標(biāo)定，以鏡面冷凝式露點(diǎn)儀作為參照。通過標(biāo)定得到的校準(zhǔn)系數(shù)以程序形式存儲(chǔ)固化在芯片本身的OTP內(nèi)存中。通過兩線制的串行接口與內(nèi)部的電壓調(diào)整，使外圍系統(tǒng)集成變得快速而簡單。體積微小、功耗極低等優(yōu)點(diǎn)使其成為各類應(yīng)用中的首選。
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