【正文】 技術、嵌入式計算技術、現(xiàn)代網(wǎng)絡及無線通信技術、分布式信息處理技術等，就是由部署在檢測區(qū)域內(nèi)大量的廉價衛(wèi)星傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網(wǎng)絡系統(tǒng)，目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域中感知的對象信息，并發(fā)送給觀察者。最近，利用耦合振蕩器的同步技術實現(xiàn)網(wǎng)絡無狀態(tài)自然同步方法也倍受關注，這是一種高效的、可無限擴展的時間同步新技術。傳感器網(wǎng)絡更多采用混合定位方法手動部署少量的錨節(jié)點(攜帶GPS模塊)，其他節(jié)點根據(jù)拓撲和距離關系進行間接位置估計。監(jiān)測任務通過分布式數(shù)據(jù)庫的查詢語言下達給目標區(qū)域的節(jié)點。傳感器網(wǎng)絡由于部署環(huán)境和傳播介質(zhì)的開放性，很容易受到各種攻擊。從目前發(fā)展狀況來看，TinyOS是最成功的WSN專用操作系統(tǒng)。2007年在無線能量傳遞方面有了新的研究成果，通過磁場的共振傳遞技術將使遠程能量傳遞。 第4章 詳細設計 在數(shù)據(jù)處理模塊，我們使用單片機進行數(shù)據(jù)的處理，數(shù)據(jù)處理單元作為系統(tǒng)的核心部分之一，本系統(tǒng)采用美國ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS8位微控制器，由AT89S52擔任的主控制器構(gòu)成了系統(tǒng)的主控模塊，它用于設計的硬件實現(xiàn)，并控制報警系統(tǒng)和換氣裝置能否正常工作。
第一代單片機（1974—1976年）單片機發(fā)展的起步階段。最典型的產(chǎn)品有Intel公司的MCS48系列單片機。 目前單片機正朝著高速度、高性能和多品種方向發(fā)展單片機的發(fā)展趨勢具體體現(xiàn)在以下四個方面 (1) 4位、8位、16位、32位單片機共存并各有自己的生存空間。 AT89S52單片機是一種低功耗高性能的CMOS8位微控制器內(nèi)置8KB可在線編程閃存。 AT89S52具有以下標準功能 8k字節(jié)Flash256字節(jié)RAM32 位I/O 口線看門狗定時器2 個數(shù)據(jù)指針三個16 位定時器/計數(shù)器一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)全雙工串行口片內(nèi)晶振及時鐘電路。它的應用范圍廣可用于解決復雜的控制問題且成本較低。 ①P0端口該口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。在對Flash存儲器進行編程時P0用于接收代碼字節(jié)在校驗時則輸出代碼字節(jié)此時需要外加上拉電阻。在對Flash編程和程序校驗時P1口接收低8位地址。P2口作輸入口使用時因為有內(nèi)部的上拉電阻那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。對端口寫“1”時通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位此時可用作輸入口。 RST 復位輸入端。DISRTO位的默認狀態(tài)是復位高電平輸出功能使能。一般情況下ALE是振蕩器頻率的6分頻信號可用于外部定時或時鐘。 程序存儲器允許信號。 /Vpp外部存取允許信號。在對Flash存儲器編程時這條引腳接收12V編程電壓Vpp。 由于AT89S52單片機芯片內(nèi)有時鐘振蕩電路因此本系統(tǒng)單片機采用內(nèi)部時鐘方式只要在單片機的XTAL1和XTAL2引腳外接石英晶體和微調(diào)電容就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機內(nèi)部產(chǎn)生時鐘信號脈沖信號。 （3）時鐘電路模塊的設計：單片機的時鐘信號用來為單片機芯片內(nèi)部的各種操作提供時間基準。當在MCS51系列單片的RST引腳處引入高電平并保持2個機器周期，單片機內(nèi)部就執(zhí)行復位操作。當要使用第二種供電方式時，J8斷開。 串口通信模塊， 在數(shù)據(jù)接收端有下面兩種方法供選擇， RS232是在任何時候都常用的接口之一。 RS232主要是處理兩臺設備之間的通信的距離限制為50到100f這決定于波特率和電纜類型。盡管一個非平衡的狀態(tài)聽起來像是一些應該避免的東西在這里它僅僅是指導線中信號的電氣特性。每一臺PC機都有一個或更多的RS232端口。大多數(shù)的外設接口都不會用于太長的距離。 對于一個雙向連接你只需要3條導線。但是利用一個UART這很容易實現(xiàn)。其中。 很長的連接需要一個不同的接口。 SG：信號地。換言之，信號使用負邏輯，在這種邏輯中，負的電壓為邏輯1。在一個UART的輸出引腳，一個邏輯1 數(shù)據(jù)位或者一個關控制信號接近于5V，它在RS232的接口產(chǎn)生一個負電壓。一個比+3V高得多的輸入在RD處是一個邏輯0，或者在一個控制輸入處是一個開。RS232的大電壓波動導致一個比5V TTL邏輯寬得多的噪聲容限。這些都導致更寬的噪聲容限。這兩個術語是多年以前機械記錄儀二進制數(shù)據(jù)的，他們分別代表物理標記和空白。旋轉(zhuǎn)率是當輸出切換時電壓變化的快慢的量度并且描述了一個輸出的電壓變化的瞬間速度。在30V/us的速度下+5V切換到5V。 除了有一個最大的切換速度之外RS232 驅(qū)動器還必須符合最低標準以確保信號不在邏輯狀態(tài)之間的未定義區(qū)域停留。 (4) 在5V邏輯和RS232之間轉(zhuǎn)換 很多微控制器有異步串口但是它們的輸出和輸入使用5V邏輯而不是使用RS232電壓。而一個邏輯高輸入必須至少為2V。 大多數(shù)的CMOS芯片定義了不同的邏輯電平并且有更寬的噪聲容限。 有的CMOS芯片有TTL兼容輸出。 它不僅已經(jīng)被內(nèi)置于每臺PC，而且已被內(nèi)置于從微控制器到主機的多種類型的電腦和與它們連接的設備。而且不同處理器工作頻率不同，在不同狀態(tài)下消耗功率也不相同，因此不同處理器的選用也在一定程度上影響了節(jié)點的整體能耗和節(jié)點的工作壽命。設計中因為是sink節(jié)點故只需一路輸入輸出， VDD需要接電源并用C19接地。 該器件作為 USB，RS232 雙向轉(zhuǎn)換器，一方面從主機接收 USB 數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換為 RS232 信息流格式發(fā)送給外設另一方面從 RS232 外設接收數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 USB數(shù)據(jù)格式傳送回主機。每一臺PC機都有一個或更多的RS232端口。大多數(shù)的外設接口都不會用于太長的距離。對于一個雙向連接，你只需要3條導線。 ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡的實現(xiàn) ，該網(wǎng)絡由若干個ZigBee終端節(jié)點和一個中心節(jié)點構(gòu)成一個星型網(wǎng)絡，終端節(jié)點主要負責各個傳感器模塊的信息采集和傳送。由于擴展了2個串口可以根據(jù)實際需要方便、快捷地擴展其他類型的傳感器模塊。 實質(zhì)上熱釋電傳感器是對溫度敏感的傳感器。熱釋電效應所產(chǎn)生的電荷ΔQ會被空氣中的離子所結(jié)合而消失即當環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時ΔT=0則傳感器無輸出。 熱釋電紅外探測器，Passive Infared DetectorPIR，, 即探測器本身。所以這種傳感器也稱為人體運動傳感器。在環(huán)境溫度有ΔT的變化時由于有熱釋電效應在兩個電極上會產(chǎn)生電荷ΔQ即在兩電極之間產(chǎn)生一微弱的電壓ΔV。
傳感器模塊 傳感器模塊傳感器模塊傳感器模塊 紅外傳感器的原理 熱釋電紅外傳感器通過目標與背景的溫差來探測目標其工作原理是利用熱釋電效應即在鈦酸鋇一類晶體的上、下表面設置電極在上表面覆以黑色膜若有紅外線間歇地照射其表面溫度上升△T其晶體內(nèi)部的原子排列將產(chǎn)生變化引起自發(fā)極化電荷在上下電極之間產(chǎn)生電壓△U。傳感器模塊采用51單片機控制通過擴展串口與采集模塊相連其主要負責接收和處理采集數(shù)據(jù)。所有的導線和更大的連接器使得價格累計起來就比較高了。但是RS232可以使用更長的電纜。 在微控制器中，接口芯片使得將一個5V串口轉(zhuǎn)換成RS232變得很容易。
通過利用USB塊傳輸模式，利用龐大的數(shù)據(jù)緩沖器和自動流量控制，PL2303HX能夠?qū)崿F(xiàn)更高的吞吐量比傳統(tǒng)的 UART通用異步收發(fā)器，端口,高達 115200 bps的波特率可用于更高的性能使用。
(6)usb轉(zhuǎn)232 PL2303 是 Prolific 公司生產(chǎn)的一種高度集成的RS232USB 接口轉(zhuǎn)換器，可提供一個 RS232 全雙工異步串行通信裝置與 USB 功能接口便利聯(lián)接的解決方案。為了方便監(jiān)測網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼?，需要串口來連接單片機AT89S52，獲取節(jié)點內(nèi)部的數(shù)據(jù)。你也可以將RS232用在任何類型得計算機之間的簡單連接中，在無線傳感器節(jié)點各單元中，核心單元為處理器單元以及射頻單元。遵循這個慣例的芯片包括74HCT邏輯系列和大多數(shù)的微控制器。而一個邏輯高輸入必須至少達到電源電壓的70%。 這些邏輯電平應用在初期的標準的7400系列的TTL邏輯和他的派生系列包括74LS74F和74ALS TTL。 利用5V邏輯我假定了TTL或者CMOS邏輯芯片使用的邏輯電平這些芯片是由一個單一的+5V電源供電信號電平以接地電平作為參考。傳送區(qū)域對于其他數(shù)據(jù)和時間信號這個限制是4%的位寬或者在20bps下為2us。 事實上因為UART在位的中間附近讀取輸入數(shù)據(jù)并且還因為大多數(shù)的時間參考時鐘是非常準確的你可以安全的使用短到5到10倍的切換時間的位的寬度。 限制旋轉(zhuǎn)速度的好處是它通過事實上消除由于電壓偏轉(zhuǎn)引發(fā)的問題來改進信號質(zhì)量電壓偏移發(fā)生在傳輸有著快速上升和下降節(jié)拍的信號的長距離連線上。所有的RS232接口芯片都符合這個規(guī)定。 使用的另外兩個與RS232有關的術語是Mark和Space。很多RS232輸出有更寬的電壓波動177。根據(jù)這個標準，在3V和+3V之間的一個輸入的邏輯電平?jīng)]有定義。 因為一個RS232接收器可能位于一條長電線纜的末端，等到信號到達接收者的時候，它的電壓可能已經(jīng)削弱了或者加載了噪聲信號。一個正的電壓表示這項功能為開，而一個負的電壓表示這個功能為關。 (2) 電壓 RS232的邏輯電平用正負電壓表示，而不是只用5V TTL和CMOS邏輯的正電壓信號表示。 RD：將數(shù)據(jù)從DCE傳輸?shù)紻TE。 指定的最大數(shù)據(jù)傳輸速率是每秒20000位。PC機可以有多個串口但是一個系統(tǒng)可能無法為每一個串口分配一個唯一的中斷請求信號。所有的導線和更大的連接器使得價格累計起來就比較高了。但是RS232可以使用更長的電纜。 在微控制器中接口芯片使得將一個5V串口轉(zhuǎn)換成RS232變得很容易。這種類型的接口的另一個術語是單端。例如一個簡單的回路將一個RS232端口轉(zhuǎn)換成一個RS485端口這個端口可以和多臺設備相連并且可以使用更長的導線連線。RS232的最平常得用處是連接到一個Modem其他擁有RS232接口的設備包括打印機數(shù)據(jù)采集模塊測試裝置和控制回路。在模塊中，BT+為電池正極，BT為電池負極，為指示電量是否正常設置了發(fā)光二級管，當電壓正常時，發(fā)光二極管亮。本系統(tǒng)采用按鍵復位方式。MCS51系列單片的時鐘信號可以由兩種方式產(chǎn)生一種是內(nèi)部時鐘方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路另一種方式為外部時鐘方式。（2）電源電路：電源電路模塊為系統(tǒng)板上的其他模塊提供+5V電源。 XTAL2 振蕩器的反相放大器輸出。但是如果鎖定位1被編程則EA在復位時被鎖存。當AT89S52在執(zhí)行來自外部存儲器的指令時每一個機器周期PSEN被激活2次。在需要時可以把地址8EH中的SFR寄存器的0位置為“1”從而屏蔽ALE的工作而只有在MOVX或MOVC指令執(zhí)行時ALE才被激活。在存取外部存儲器時這個輸出信號用于鎖存低字節(jié)地址。看門狗定時器，Watchdog，溢出后該引腳會保持98個振蕩周期的高電平。 在AT89S52中同樣P3口還用于一些復用功能如表42所列。在對Flash編程和程序校驗期間,P2口也接收高位地址或一些控制信號。
③ P2端口該口是帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口P2口的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫“1”時通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位此時可用作輸入口。當把“1”寫入P0時則它的引腳可用作高阻抗輸入。
(1)多功能I/O口 AT89S52共有四個8位的并行I/O口P0、PPP3端口共32根I/O線?？臻e模式下CPU停止工作允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。片內(nèi)程序存儲器允許重復在線編程允許程序存儲器在系統(tǒng)內(nèi)通過SPI串行口改寫或用通用的非易失性存儲器改寫。 (3) 內(nèi)部資源增多增加存儲器容量、片內(nèi)外設如AD、DA、LEDLCD驅(qū)動、DMA、PWM、WDT 。代表產(chǎn)品有Intel公司的MCS51系列機、Motorola公司的MC6801系列機、Zilog公司的Z8系列機等。代表產(chǎn)品有Fairchild公司的F8和Mostek公司的3870等。 1974年12月，美國仙童（Fairchild）公司推出了世界上第一臺8位單片機F8。在能量存儲技術方面，高容量電池技術是延長節(jié)點壽命，全面提高節(jié)點能力的關鍵性技術。 (6)能量工程 能量工程包括能量的獲取和存儲兩方面。鑒于此，研究人員一方面探討在不同組網(wǎng)形式、網(wǎng)絡協(xié)議設計中可能遭到的各種攻擊形式，另一方面設計安全強度可控的簡化算法和精巧協(xié)議，滿足傳感器網(wǎng)絡的現(xiàn)實需求。 信息融合技術是指節(jié)點根據(jù)類型、采集時間、地點、重要程度等信息標度，通過聚類技術將收集到的數(shù)據(jù)進行本地的融合和壓縮，一方面排除信息冗余，減小網(wǎng)絡通信開銷，節(jié)省能量，另一方面可以通過貝葉斯推理技術實現(xiàn)本地的智能決策。
(3)分布式數(shù)據(jù)管理和信息融合 分布式動態(tài)實時數(shù)據(jù)管理是以數(shù)據(jù)中心為特征的WSN網(wǎng)絡的重要技術之一。節(jié)點自定位是指確定網(wǎng)絡中節(jié)點自身位置，這是隨機部署組網(wǎng)的基本要求。 WSN的核心技術 (1)WSN網(wǎng)絡的時間同步技術 時間同步技術是完成實時信息采集的基本要求，也是提高定位精度的關鍵手段。所以，應該保證系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的運行。所以設計過程中，要對系統(tǒng)網(wǎng)絡預留足夠的拓展空間。2，系統(tǒng)功能個性化社會的不斷發(fā)展，人們開始追求個性化的設計