一種低成本無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的設計

測斜度時，采用查表與計算相結(jié)合的方法(器件手冊中給出了參考方法)。單片機模擬的波形如圖4所示。圖4(a)是單片機RA1口模擬PT2262發(fā)出的一串數(shù)列。圖4(b)是從MXC6202器件中讀出的一幀數(shù)據(jù)，為便于觀察，將兩組波形重疊在一起，高的為總線數(shù)據(jù)線信號，低的為總線時鐘信號。

圖4 單片機模擬的波形

3 無線網(wǎng)關(guān)設計

無線網(wǎng)關(guān)由主控單片機、GSM模塊和超外差接收模塊J05U等組成，負責傳感器網(wǎng)絡的管理與控制，接收節(jié)點傳來的數(shù)據(jù)并在必要時通過網(wǎng)絡等方式告知用戶。網(wǎng)關(guān)選用PIC18F6621單片機，GSM模塊選用的是EM310模塊。網(wǎng)關(guān)主要部分原理圖如圖5所示。

圖5 網(wǎng)關(guān)主要部分原理圖

PIC18F6621單片機有：兩個串口，使用串口2與EM310通信，串口1用于外部接口，如作為GPRS DTU、連接上位機、串口攝像頭等；傳送速率最高為10MIPS；4KB RAM、64KB Flash；內(nèi)部集成有AD、WDT等外設。

EM310的1~6管腳與SIM卡電路連接。PIC18F6621有55個IO口，空余的I/O口可以接1602液晶進行顯示。DS12C887時鐘芯片作為整個無線網(wǎng)絡的時基。需要注意的是，EM310在接通網(wǎng)絡的瞬間會產(chǎn)生一個接近2A的峰值電流，因此電源部分需有冗余，因此推薦使用開關(guān)電源。

網(wǎng)關(guān)的功能主要有三個：對接收到的節(jié)點數(shù)據(jù)進行解碼、判斷是哪個節(jié)點傳來的信號及是否需要報警、控制EM310向設定手機發(fā)送短信及撥打電話等。

解碼是編碼的逆過程，關(guān)鍵是將發(fā)射節(jié)點編碼的600μs 、200μs寬窄脈沖正確識別。當單片機偵聽到開始碼(即連接J05U模塊的DATA引腳RD0產(chǎn)生第一個上升沿)時，開始分析數(shù)據(jù)，舍棄第一幀數(shù)據(jù)，對第二幀、第三幀、第四幀進行解碼。利用PIC單片機內(nèi)部定時器0計時，當有電平高低變化時，記錄下TMR0數(shù)值，并清零，重新開始計數(shù)。這樣可以把每一個高低電平寬度記錄下來；然后比較解碼，180μs~250μs之間為窄脈沖，550μs~650μs之間為寬脈沖；并將數(shù)據(jù)幀中的前8個數(shù)據(jù)與EEPROM中預存的地址碼進行比對，當有兩次相同時即表明正確解碼，將節(jié)點ID 4bit數(shù)值，X、Y軸各12bit數(shù)據(jù)儲存起來并進行處理。

EM310是一款兼容型GSM/GPRS通信模塊，硬件兼容MC55，廣泛用于數(shù)據(jù)采集、遠程測試等；內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議，具有低價位、使用方便的特點。選用該模塊是為了方便系統(tǒng)GPRS功能擴展(如加接串口攝像頭實現(xiàn)現(xiàn)場攝像、傳輸視頻等功能)。EM310進行信號傳輸時(尤其是進行GPRS傳輸時)，會產(chǎn)生一個2A左右的尖峰電流，因此網(wǎng)關(guān)供電需要采用2A以上的電源(如開關(guān)電源等)。EM310的所有命令、數(shù)據(jù)傳輸均通過串口，支持最高波特率為115200b/s，數(shù)據(jù)包包長可以達到2KB，可以傳輸圖像數(shù)據(jù)，便于系統(tǒng)以后擴展圖像監(jiān)控功能。

EM310與PIC18F6621之間接口非常簡單，只占用RX、TX、GND三根線，采用AT指令進行通信，除個別指令外，每條指令均以回車符作為結(jié)束標志。本設計中用到了發(fā)送短信與撥打電話功能。發(fā)送短信AT指令為：at+cmgs="139XXXXXXXX"，在EM310應答后，發(fā)送短信內(nèi)容，并以“0x1A” 結(jié)束短信內(nèi)容。撥打電話AT指令如下：ATD139XXXXXXXX；， 其中“139XXXXXXXX” 為預先設定的用戶手機號碼。

本文提出了一種低成本的無線加速度傳感器方案，采用通用單片機模仿成熟的編解碼方案，降低了開發(fā)難度與風險，有明顯的價格優(yōu)勢，適合對成本敏感、而對速度要求不高的場合，如工地器材防盜、智能家居網(wǎng)絡等。節(jié)點選用的芯片均為低功耗芯片，采用大容量鋰電池就可以使節(jié)點長期工作。I2C接口的傳感器種類有很多，更換傳感器就可以實現(xiàn)磁場強度分布檢測、糧食倉庫溫濕度檢測等，而且PIC單片機內(nèi)集成有A/D，也可以與其他模擬輸出的傳感器結(jié)合，因此本方案有通用性。使用GPRS網(wǎng)關(guān)可以實現(xiàn)遠程監(jiān)控測試。

參考文獻

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