【正文】 用，2022(1):1922.[7] 溫泉,李炳煜, GPRS 的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)解決方案[J].北京:現(xiàn)代電子技術(shù)，2022,29(23):1517,20.[8] 凌潔, 基于 GPRS 網(wǎng)絡的電力流動收費系統(tǒng)解決方案[J].安徽:安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學院學報, 2022 年 1 月.[9] 于洋，基于無線射頻通信及 GPRS 技術(shù)的熱網(wǎng)監(jiān)控系[J].北京：儀表技術(shù)與傳感器，2022 年 03 月.[10] 蓋成志，基于 GPRS 的遠程水文監(jiān)測[J].西安:中國西部科技，2022/09.三、進度要求第一周：搜集資料，規(guī)劃方案，準備開題答辯第二周：電路設計方案的確定，采購元器件第三周：熟悉單片機的集成開發(fā)環(huán)境第四周：單片機外圍電路設計第五周：數(shù)據(jù)采集電路設計第六周：熟悉通信網(wǎng)絡協(xié)議第七周：完成編寫單片機串口與通信模塊程序的源代碼和調(diào)試第八周：完成串口的調(diào)試，總結(jié)查看前一段的畢設工作，準備期中檢查第九周：節(jié)點系統(tǒng)程序設計第十周：完成對軟件部分的調(diào)試第十一周：基本實現(xiàn)節(jié)點的功能第十二周：完成總體調(diào)試并實現(xiàn)各種功能第十三周：完成論文初稿第十四周：修改論文查找錯誤第十五周：修改論文準備答辯第十六周：畢業(yè)設計答辯摘 要無線傳感網(wǎng)絡是一種以通信為中心無線網(wǎng)絡。整個設計采用了仿真電路和程序編寫。1 緒論傳感器的定義根據(jù)國家標準GB766587是：“能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。所以將多種傳感器構(gòu)建成網(wǎng)絡已經(jīng)成為研究的熱點。這些裝置互相幫助，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭慌_監(jiān)控計算機。所以，在傳感器網(wǎng)絡方面采用有線傳輸模式并不是最好的選擇。所以構(gòu)造一個萬能的傳感器網(wǎng)絡技術(shù)上非常復雜，代價也很高。傳統(tǒng)計算機網(wǎng)絡技術(shù)中業(yè)已成熟的解決方案可以借鑒到無線傳感器網(wǎng)絡中來。（3）網(wǎng)絡的自動管理和高度協(xié)作性：在無線傳感器網(wǎng)絡中，數(shù)據(jù)處理由節(jié)點自身完成，這樣做的目的是減少無線鏈路中傳送的數(shù)據(jù)量，只有與其他節(jié)點相關(guān)的信息才在鏈路中傳送。以數(shù)據(jù)為中心的特點要求傳感器網(wǎng)絡的設計必須以感知數(shù)據(jù)管理和處理為中心。由于網(wǎng)絡中節(jié)點通信距離有限，如果希望與其射頻覆蓋范圍之外的節(jié)點進行通信，則需要通過中間節(jié)點進行路。20世紀80年代，隨著相關(guān)學科的不斷發(fā)展和進步，傳感器網(wǎng)絡同時具有了獲取多種信息的綜合處理能力，并可通過串行或并行等接口與控制器相關(guān)聯(lián)，組成了有信息綜合和處理能力的傳感器網(wǎng)絡，這是第二代傳感器網(wǎng)絡。最早的代表性論述出現(xiàn)在1999年，題為“傳感器走向無線時代”。2022年，美國《技術(shù)評論》雜志在論述未來新興十大技術(shù)時，無線傳感器網(wǎng)絡被列為第一項未來新興技術(shù)。在國內(nèi)，現(xiàn)代意義的無線傳感器網(wǎng)絡及其應用研究首次正式出現(xiàn)在1999年中國科學院《知識創(chuàng)新工程試點領(lǐng)域方向研究》的“信息與自動化領(lǐng)域研究報告”中，并作為該領(lǐng)域提出的5個重大項目之一。我國國家自然科學基金2022年將網(wǎng)絡傳感器中的基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)列入計劃，2022年國家自然科學基會將水下移動傳感器網(wǎng)絡的關(guān)鍵技術(shù)列為研究重點。醫(yī)療護理，羅徹斯特大學的科學家使用無線傳感器創(chuàng)建了一個智能醫(yī)療房間，使用微塵來測量居住者的重要征兆(血壓、脈搏和呼吸)、睡覺姿勢以及每天24小時的活動狀況。美國英特爾公司目前正在研制家庭護理的無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)。系統(tǒng)實時地把人體因行動而產(chǎn)生的三維加速度信息進行提取、融合、分類，并在監(jiān)控界面顯示受測人的行為模式。另外軍事應用方面與災難預警的應用有相似之處，只是傳感器的監(jiān)測對象是敵軍情況而非意外災難。本課題在對傳感器網(wǎng)絡進行科學分類的基礎(chǔ)上展開針對性研究，進而根據(jù)各種應用特點，設計出高效率的系統(tǒng)，充分發(fā)揮傳感器網(wǎng)絡的潛能?？蓴U展性也是傳感器節(jié)點設計中必須考慮的問題，傳感器節(jié)點應當在具備通用處理器和通信模塊的基礎(chǔ)上擁有完整、規(guī)范的外部接口，以適應不同的組件。大量傳感器節(jié)點隨機部署在監(jiān)測區(qū)(SensorField)內(nèi)部或附近，能夠通過自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡。傳感器節(jié)點通常是一個微型的嵌入式系統(tǒng)，它的處理能力、存儲能力和通信能力相對較弱，通過攜帶能量有限的電池供電。匯聚節(jié)點既可以是一個具有增強功能的傳感器節(jié)點，有足夠的能量供給和更多的內(nèi)存與計算資源，也可以是沒有監(jiān)測功能僅帶有無線通信接口的特殊網(wǎng)關(guān)設備。圖22 無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點的基本組成 無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點設計方案論證 方案展示①單片機電路單元處理器單元是傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的核心，和其他單元一起完成數(shù)據(jù)的采集、處理和收發(fā)。該類節(jié)點的處理能力較弱，但是能量消耗功率也很小。MSP430系列單片機采用了RISC接口，具有豐富的尋址的方式，大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器都可參加多種運算，還有高效的查表處理指令，有較高的處理速度，在8MHZ晶體驅(qū)動下指令周期為125ns。方案三：AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器。為低功耗無線應用而設計。方案二：采用n RF2401， nRF2401是 單 片 射 頻 收 發(fā) 芯 片 ， 工 作 于 ～ ISM頻 段 ，芯 片 內(nèi) 置 頻 率 合 成 器 、 功 率 放 大 器 、 晶 體 振 蕩 器 和 調(diào) 制 器 等 功 能 模 塊 ， 輸 出 功 率和 通 信 頻 道 可 通 過 程 序 進 行 配 置 。方 案 三 ：采用TI公司的CC1100。無線射頻收發(fā)芯片的工作頻段有433MHz，968MHz，以及ZigBee使用的2．4GHz等等。（2）功耗。有些芯片似乎比較便宜，可是外圍元件使用很多昂貴的元件，如變?nèi)莨?、聲表濾波器等；還有些芯片收發(fā)分別需要兩根天線，會增加成本。（5）收發(fā)芯片的封裝和管腳數(shù)。它的開關(guān)頻率為1．2 MHz，效率最高可達92％。相對于常規(guī)的傳感器，課題的設計中更多的會涉及到的是現(xiàn)成的集成設計的微型傳感器，至于傳感器的具體工作原理，我們并不關(guān)心，我們只要知道用就可以了。對于小電流工作的傳感器，可由處理器 I/O 口直接驅(qū)動，可以減少能量消耗。AT89C51 CC2500LTC3400+5V +~DS18B20+ 最終確定的方案由 AT89C51 構(gòu)成的無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點由五部分組成：DS18B20 溫度傳感器、AT89C5LTC3400 電源、CC2500 射頻單元。因此，它是現(xiàn)代監(jiān)測系統(tǒng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。DSl8820是是美國DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器。單總線系統(tǒng)是由掛在一對雙絞線(一根信號線，一根地線)上的單總線器件芯片，專門的通信協(xié)議組成，該系統(tǒng)中只有一個總線命令者，從者可以有多個。與其它傳感器相比，DSl8820具有以下技術(shù)特性：（1）具有獨特的單總線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需一條I/O口線就可實現(xiàn)微處理器與它的雙向通信；（2）支持多點組網(wǎng)功能，一條總線上可以同時掛接多個DSl8B20，很方便地實現(xiàn)多點溫度的檢測；（3）數(shù)字信號輸出，不需要信號放大和A/D轉(zhuǎn)換等外圍電路；（4）測溫范圍55~+125℃，在1~+85℃時測溫準確度為177。DSl8820只有三根外部引腳，其中VDD和GND為電源引腳，另一根DQ則作為I/O總線，因此稱為一線式數(shù)據(jù)總線。開漏單總線接口引腳。 DS18B20的使用方法由于 DS18B20 采用的是 1－Wire 總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對 AT89C51 單片機來說，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，我們必須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時序來完成對 DS18B20 芯片的訪問。所有時序都是將主機作為主設備，單總線器件作為從設備。C64 位ROM和單線接口高速緩存存儲器與控制邏輯溫度傳感器高溫觸發(fā)器 TH低溫觸發(fā)器 TL配置寄存器8 位 CRC 發(fā)生器VDD圖 26 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)I/O64 位 ROM 的結(jié)構(gòu)開始８位是產(chǎn)品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號，共有 48 位，最后８位是前面 56 位的 CRC 檢驗碼，這也是多個 DS18B20 可以采用一線進行通信的原因。頭２個字節(jié)包含測得的溫度信息，第３和第４字節(jié)ＴＨ和ＴＬ的拷貝，是易失的，每次上電復位時被刷新。低５位一直為１，ＴＭ是工作模式位，用于設置DS18B20 在工作模式還是在測試模式，DS18B20 出廠時該位被設置為０，用戶要去改動，R1 和Ｒ0 決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來設置分辨率。第９字節(jié)讀出前面所有８字節(jié)的 CRC 碼，可用來檢驗數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。當符號位 S=0 時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進制位轉(zhuǎn)換為十進制；當符號位 S=1 時，表示測得的溫度值為負值，要先將補碼變成原碼，再計算十進制數(shù)值。DS18B20 有嚴格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。DS18B20 器件要求采用嚴格的通信協(xié)議，以保證數(shù)據(jù)的完整性。①復位和應答脈沖時隙每個通信周期起始于微控制器發(fā)出的復位脈沖，其后緊跟 DS18B20 發(fā)出的應答脈沖，在寫時隙期間，主機向 DS18B20 器件寫入數(shù)據(jù)，而在讀時隙期間，主機讀入來自 DS18B20 的數(shù)據(jù)。在寫 0 時隙期間，微控制器在整個時隙中將總線拉低；而寫 1 時隙期間，微控制器將總線拉低，然后在時隙起始后 15us 釋放總線。每個讀時隙都由主機發(fā)起，至少拉低總線 1us。因而主機在讀時隙期間，必須釋放總線。DS18B20 在完成一個讀時序過程，至少需要 60us 才能完成。AT89C51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 4K bytes 的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和 128bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)通用 8 位中央處理器（CPU）和 Flash 存儲單元，功能強大 AT89C51 單片機可為您提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領(lǐng)域。② — ( 18 ) 通用 I/O 口 P1③ — (2128) 通用 I/O 口 P2 / A8A15④ — (1017) 通用 I/O 口 P3 / 第二功能 （10）：RXD 串行口數(shù)據(jù)接收 （11）：TXD 串行口數(shù)據(jù)發(fā)送 （12）：INT0 外中斷 0 （13）：INT1 外中斷 1 （14）： T0 計數(shù)/定時器 0 的外部計數(shù)脈沖輸入 （15）： T1 計數(shù)/定時器 1 的外部計數(shù)脈沖輸入 （16）： WR 外部數(shù)據(jù)存儲器寫控制信號 （17）： RD 外部數(shù)據(jù)存儲器讀控制信號具體的電路設計如圖213：圖213 AT89C51具體電路設計 電源模塊由于節(jié)點的電源由兩節(jié) 5 號電池供電，節(jié)點芯片工作在 3．3 v 的電壓下，所以采 Linear 公司的 LTC3400 開關(guān)型升壓芯片。LTC3400 輸出 外圍電路如圖 214：圖214 射頻模塊 無線射頻芯片CC2500CC2500芯片是Chipcon公司的第四代產(chǎn)品，工作頻率為2．4GHz，符合IEEE802．1 5．4規(guī)范。自動消除通道評價功能(CCA)使其更適用于載波偵聽（ListenBeforeTalk，LBT）系統(tǒng)。CC2500從天線接收到射頻信號時，首先經(jīng)過低噪聲放大器(Low Noise Amplifier，LNA)，然后在正交下變頻到2MHz的中頻上，形成中頻信號的同向分量和正交分量。接收到的數(shù)據(jù)存放在128字節(jié)的接收FIFO緩存區(qū)中，幀的CRC校驗由硬件完成。基帶信號的同相分量和正交分量直接被數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬信號，通過低通濾波器后，直接變頻到設定的信道上。CC2500射頻信號的收發(fā)采用差分方式傳送，其最佳差分負載是115+jl80歐姆，阻抗匹配電路應該根據(jù)這個數(shù)值進行調(diào)整。設計中使用內(nèi)部晶體振蕩器，晶體接在XOSCl6_Q1和XOSCl6_Q2引腳之間，但是需要如果使用外部時鐘，直接從XOSCl6_Ql引腳引入，XOSCl6_Q2引腳保持懸空。所謂通信協(xié)議，就是通信雙方必須共同遵守的一種約定，約定包括數(shù)據(jù)的格式、同步的方式、傳送的步驟等。（3）控制數(shù)據(jù)的傳輸速率接口應具備對數(shù)據(jù)傳輸速率（波特率）的控制選擇能力，即應具有波特率發(fā)生器。假如異步傳送數(shù)據(jù)的速率每秒為120個字符，每個字符由1個起始位、8個數(shù)據(jù)位和1個停止位組成，則其傳送波