一種低成本無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

測(cè)斜度時(shí)，采用查表與計(jì)算相結(jié)合的方法(器件手冊(cè)中給出了參考方法)。單片機(jī)模擬的波形如圖4所示。圖4(a)是單片機(jī)RA1口模擬PT2262發(fā)出的一串?dāng)?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(xiàn)數(shù)據(jù)線(xiàn)信號(hào)，低的為總線(xiàn)時(shí)鐘信號(hào)。

圖4 單片機(jī)模擬的波形

3 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)

無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)由主控單片機(jī)、GSM模塊和超外差接收模塊J05U等組成，負(fù)責(zé)傳感器網(wǎng)絡(luò)的管理與控制，接收節(jié)點(diǎn)傳來(lái)的數(shù)據(jù)并在必要時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)等方式告知用戶(hù)。網(wǎng)關(guān)選用PIC18F6621單片機(jī)，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(jī)有：兩個(gè)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(jī)、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(shè)。

EM310的1~6管腳與SIM卡電路連接。PIC18F6621有55個(gè)IO口，空余的I/O口可以接1602液晶進(jìn)行顯示。DS12C887時(shí)鐘芯片作為整個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)基。需要注意的是，EM310在接通網(wǎng)絡(luò)的瞬間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)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(kāi)關(guān)電源。

網(wǎng)關(guān)的功能主要有三個(gè)：對(duì)接收到的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼、判斷是哪個(gè)節(jié)點(diǎn)傳來(lái)的信號(hào)及是否需要報(bào)警、控制EM310向設(shè)定手機(jī)發(fā)送短信及撥打電話(huà)等。

解碼是編碼的逆過(guò)程，關(guān)鍵是將發(fā)射節(jié)點(diǎn)編碼的600μs 、200μs寬窄脈沖正確識(shí)別。當(dāng)單片機(jī)偵聽(tīng)到開(kāi)始碼(即連接J05U模塊的DATA引腳RD0產(chǎn)生第一個(gè)上升沿)時(shí)，開(kāi)始分析數(shù)據(jù)，舍棄第一幀數(shù)據(jù)，對(duì)第二幀、第三幀、第四幀進(jìn)行解碼。利用PIC單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器0計(jì)時(shí)，當(dāng)有電平高低變化時(shí)，記錄下TMR0數(shù)值，并清零，重新開(kāi)始計(jì)數(shù)。這樣可以把每一個(gè)高低電平寬度記錄下來(lái)；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(gè)數(shù)據(jù)與EEPROM中預(yù)存的地址碼進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)有兩次相同時(shí)即表明正確解碼，將節(jié)點(diǎn)ID 4bit數(shù)值，X、Y軸各12bit數(shù)據(jù)儲(chǔ)存起來(lái)并進(jìn)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(yuǎn)程測(cè)試等；內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議，具有低價(jià)位、使用方便的特點(diǎn)。選用該模塊是為了方便系統(tǒng)GPRS功能擴(kuò)展(如加接串口攝像頭實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)攝像、傳輸視頻等功能)。EM310進(jìn)行信號(hào)傳輸時(shí)(尤其是進(jìn)行GPRS傳輸時(shí))，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)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(kāi)關(guān)電源等)。EM310的所有命令、數(shù)據(jù)傳輸均通過(guò)串口，支持最高波特率為115200b/s，數(shù)據(jù)包包長(zhǎng)可以達(dá)到2KB，可以傳輸圖像數(shù)據(jù)，便于系統(tǒng)以后擴(kuò)展圖像監(jiān)控功能。

EM310與PIC18F6621之間接口非常簡(jiǎn)單，只占用RX、TX、GND三根線(xiàn)，采用AT指令進(jìn)行通信，除個(gè)別指令外，每條指令均以回車(chē)符作為結(jié)束標(biāo)志。本設(shè)計(jì)中用到了發(fā)送短信與撥打電話(huà)功能。發(fā)送短信AT指令為：at+cmgs="139XXXXXXXX"，在EM310應(yīng)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(huà)AT指令如下：ATD139XXXXXXXX；， 其中“139XXXXXXXX” 為預(yù)先設(shè)定的用戶(hù)手機(jī)號(hào)碼。

本文提出了一種低成本的無(wú)線(xiàn)加速度傳感器方案，采用通用單片機(jī)模仿成熟的編解碼方案，降低了開(kāi)發(fā)難度與風(fēng)險(xiǎn)，有明顯的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，適合對(duì)成本敏感、而對(duì)速度要求不高的場(chǎng)合，如工地器材防盜、智能家居網(wǎng)絡(luò)等。節(jié)點(diǎn)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(diǎn)長(zhǎng)期工作。I2C接口的傳感器種類(lèi)有很多，更換傳感器就可以實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)強(qiáng)度分布檢測(cè)、糧食倉(cāng)庫(kù)溫濕度檢測(cè)等，而且PIC單片機(jī)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控測(cè)試。

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