【正文】 D3（4148）至OP（LM358）第5只腳正端。雖然它的效率還不算很高，但電路簡單、成本低廉、溫升低，所以被廣泛應(yīng)用在許多電源轉(zhuǎn)換用途上。由于存在太陽能的非連續(xù)性和節(jié)點(diǎn)工作連續(xù)性的矛盾,不能直接利用太陽能對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行供電,所以采用充電電池給節(jié)點(diǎn)充電,并用電池電壓測量單元對充電電池電壓進(jìn)行監(jiān)測,當(dāng)?shù)陀谀硞€(gè)閾值時(shí),控制太陽能電池板給充電電池充電,直到電壓高于某值時(shí),切斷太陽能電池板對充電電池的充電。這樣為SIM卡構(gòu)成了一個(gè)隔離地，屏蔽了其他信號線對 SIM卡的干擾。當(dāng)插入SIM卡，該引腳置為高電平，系統(tǒng)方可進(jìn)入正常工作狀態(tài)。通過AT指令，可以設(shè)置MC35i的不同運(yùn)行模式。才能完成電平轉(zhuǎn)換功能。 V， V～ V的時(shí)間小于30 us，則/INVALID(15腳)引腳為高電平(數(shù)據(jù)有效)。該芯片的最大特點(diǎn)是，在串行口無數(shù)據(jù)輸入的情況下，可以靈活的進(jìn)行電源管理，即當(dāng)FORCEON為低電平、/FORCEOFF為高電平時(shí)，AutoPowerdown Plus功能有效。數(shù)據(jù)通信電路以MAXIM公司的MAX3238芯片為核心，實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換及串口通信功能。l 數(shù)據(jù)通信電路數(shù)據(jù)通信電路主要完成GPRS數(shù)據(jù)流傳輸、短消息收發(fā)、與PC機(jī)通信、軟件流控制等功能。UR1=i(t)R1 (2)由式2得：= 5/(200103)e1/200200103。且t≥0時(shí)RC電路與電源相接，因此可以認(rèn)為是求零狀態(tài)響應(yīng)的問題。所以這里對C1的容值，RRR3的阻值就有要求了，這時(shí)需要調(diào)整C1的電容值，RR2的阻值以滿足開機(jī)條件。當(dāng)POWER ON腳電壓由高變低時(shí)。啟動(dòng)后，15腳的信號應(yīng)保持高電平。（3） GPRS模塊外圍電路設(shè)計(jì)MC35i模塊的正常運(yùn)行需要相應(yīng)的外圍電路與其配合。C to +55176。系統(tǒng)介紹：產(chǎn)品介紹： 西門子MC35I GPRS模塊產(chǎn)品類型： 無線通訊模塊◇ MC35I GPRS模塊技術(shù)特點(diǎn)體積小、重量輕；GPRS多通道類別8；低功耗；支持?jǐn)?shù)據(jù)、語音、短消息和傳真；SIM 應(yīng)用工具包；AT 命令集控制；Ramp。通過ZIF連接器及50Ω天線連接器，可分別連接SIM卡支架和天線。該模塊包括了前期版本TC35的所有功能，同時(shí)新增加了快速的GPRS技術(shù)，采用GPRS分時(shí)復(fù)用的CLASS 8標(biāo)準(zhǔn)， kb/s，通信傳輸時(shí)延較小，最長不超過3s。MC35I模塊屬于無線通訊核心模塊，是結(jié)合語音、數(shù)據(jù)傳輸、簡訊服務(wù)及傳真等功能的高科技產(chǎn)品。GPRS和以往連續(xù)在頻道傳輸?shù)姆绞讲煌且苑獍≒acket）式來傳輸?shù)?。?） GPRS概述GPRS（General Packet Radio Service)是通用分組無線服務(wù)技術(shù)的簡稱，它是GSM移動(dòng)電話用戶可用的一種移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。見附錄CC2420芯片48引腳及其功能介紹。 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)構(gòu)架 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)框圖基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的化工區(qū)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)是由CC2420模塊、處理器模塊、GPRS模塊和電源模塊四部分組成。它的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜，兩節(jié)5號干電池就可以使用一到兩年的時(shí)間，而且在前面提到的傳感器的使用時(shí)間也是一到兩年，二者更換周期一致也就方便了使用和維護(hù)。天線的選擇和設(shè)置會直接影響整個(gè)無線通信網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行質(zhì)量。報(bào)頭和起始幀由硬件自動(dòng)生成。當(dāng)ATmega128的SPI接口設(shè)為主機(jī)工作方式時(shí)，其硬件電路不會自動(dòng)控制SS引腳。CC2420芯片除了擁有以上 Zigbee的所有優(yōu)點(diǎn)外 ,還具有與微控制器的接口配置容易 (四線 SP I串行口 )、接收與發(fā)送采用不同存儲空間、所需外部元件較少以及采用 QLP248封裝 ,外形尺寸只有 7 mm 7 mm等性能特征。由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)管理若干子節(jié)點(diǎn) ,最多一個(gè)主節(jié)點(diǎn)可管理 254個(gè)子節(jié)點(diǎn)；同時(shí)，主節(jié)點(diǎn)還可由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理,最多可組成 65 000個(gè)節(jié)點(diǎn)的大網(wǎng)。單靠兩節(jié) 5號電池便可維持 6到24個(gè)月，這是其他無線通信技術(shù)望塵莫及的。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的不同應(yīng)用都是由基本應(yīng)用組成，如加入網(wǎng)絡(luò)、脫離網(wǎng)絡(luò)、發(fā)送數(shù)據(jù)等。 網(wǎng)絡(luò)層主要用于建立和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)連接。PHY層由射頻收發(fā)器以及底層的控制模塊組成，定義了物理無線信道和MAC層之間的接口。這些傳感器只需要很少的能量，以接力的方式通過無線電波將數(shù)據(jù)從一個(gè)傳感器傳到另一個(gè)傳感器，所以它們的通信效率非常高。Zigbee的基礎(chǔ)是IEEE ，但I(xiàn)EEE僅處理低級MAC層和物理層協(xié)議，因此Zigbee聯(lián)盟擴(kuò)展了IEEE，對其網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和API進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。通過控制FIFO和FIFOP管腳接口的狀態(tài)可設(shè)置發(fā)射/ 接收緩存器。該器件只需極少外部元件，即可確保短距離通信的有效性和可靠性。Zigbee的節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間可以互相通信，接力傳輸。當(dāng)數(shù)據(jù)處理單元處理數(shù)據(jù)后，判斷該數(shù)據(jù)為超標(biāo)數(shù)據(jù)，即此節(jié)點(diǎn)處于環(huán)境污染狀態(tài)中，處理器會發(fā)出命令，使相應(yīng)的報(bào)警指示燈變亮。 ATmega128的主要性能如下：?高性能、低功耗的AVR 8位微處理器?先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)—— 133條指令一大多數(shù)可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成—— 32x8通用工作寄存器+外設(shè)控制寄存器—— 全靜態(tài)工作—— 工作于16MHz時(shí)性能高達(dá)16MIPS—— 只需兩個(gè)時(shí)鐘周期的硬件乘法器?非易失性的程序和數(shù)據(jù)存儲器—— 128K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash，壽命:10, 000次寫/擦除周期—— 具有獨(dú)立鎖定位、可選擇的啟動(dòng)代碼區(qū)，通過片內(nèi)的啟動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程真正的讀一修改一寫操作—— 4K字節(jié)的EEPROM，壽命:100, 000次寫/擦除周期—— 4K字節(jié)的內(nèi)部SRAM—— 多達(dá)64K字節(jié)的優(yōu)化的外部存儲器空問—— 可以對鎖定位進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)軟件加密—— 可以通過SPI實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程—— JTAG接口(與IEEE )—— 遵循JTAG標(biāo)準(zhǔn)的邊界掃描功能—— 支持?jǐn)U展的片內(nèi)調(diào)試—— 通過JTAG接口實(shí)現(xiàn)對Flash, EEPROM，熔ALL位和鎖定位的編程外設(shè)特點(diǎn)—— 兩個(gè)具有獨(dú)立的預(yù)分頻器和比較器功能的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器—— 兩個(gè)具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器—— 具有獨(dú)立預(yù)分頻器的實(shí)時(shí)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器—— 兩路8位PWM—— 6路分辨率可編程(2到16位)的PWM—— 兩個(gè)可編程的串行USART—— 可工作于主機(jī)/從機(jī)模式的SPI串行接口—— 片內(nèi)模擬比較器?特殊的處理器特點(diǎn)—— 6種睡眠模式:空閑模式、ADC噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式、Standby模式以及擴(kuò)展的Standby模式—— 可以通過軟件進(jìn)行選擇的時(shí)鐘頻率—— 全局上拉禁止功能?I/O和封裝—— 53個(gè)可編程I/O口線—— 64引腳TQFP與64引腳MLF} J裝?工作電壓—— ATmega128?速度等級—— 16MHz ATmega128（2）處理器外圍電路設(shè)計(jì)ATmega128主要與傳輸單元中的CC2420芯片以及數(shù)據(jù)采集單元中的AD芯片連接。因此數(shù)據(jù)處理模塊的設(shè)計(jì)性能，關(guān)系到傳感器節(jié)點(diǎn)的工作效率。所以在對傳感器電路設(shè)計(jì)時(shí)，本系統(tǒng)考慮將傳感器與電路板的連接處設(shè)計(jì)成接口式，這樣就方便了更換傳感器，使設(shè)備維護(hù)變得簡單易行，同時(shí)也避免了資源的浪費(fèi)降低了成本。C范圍內(nèi)）測溫范圍 55℃～+125℃溫度分辨率 912位(℃)測溫速度 750ms(12位分辨率)電源要求 通訊電纜 三芯電纜支持通訊電纜長度 ＞100m運(yùn)行環(huán)境 55℃～+80℃外型尺寸 φ6mm 長度25mm,30mm可選（2） 傳感器電路設(shè)計(jì)考慮到傳感器長期暴露在空氣中，空氣中的污染物質(zhì)本身具有一定的腐蝕性，比如二氧化硫等?？梢栽谒泄ぷ?，防水防塵，防護(hù)等級達(dá)IP65。RH傳感器可用在二引線間有間距的配量中，它是一個(gè)熱固塑料型電容傳感元件，其內(nèi)部具有信號處理功能。這樣節(jié)約了成本，而且更換電池的周期和更換傳感器的周期一致，方便了設(shè)備的維護(hù)，減少了工作人員的工作量。如果此節(jié)點(diǎn)收到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)傳送的命令時(shí)，會將此命令轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)處理單元，并等待處理單元的相應(yīng)命令。同時(shí)，本單元可以數(shù)據(jù)傳輸單元接收到經(jīng)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的上位機(jī)控制命令，進(jìn)行命令處理判斷，使此節(jié)點(diǎn)進(jìn)入工作模式，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，向上級發(fā)送采集的信息。此單元由處理器、內(nèi)存、應(yīng)用程序及報(bào)警指示燈構(gòu)成。數(shù)據(jù)采集單元：主要功能是采集空氣污染物濃度信息，其中包括采集氮氧化合物（NO2）、二氧化硫（SO2）、二氧化碳(CO2)、硫化氫(H2S)等幾種有害氣體污染物。主界面的傳感器節(jié)點(diǎn)終端列表定時(shí)更新傳感器節(jié)點(diǎn)終端的具體信息。當(dāng)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)收到基站控制中心發(fā)來的命令時(shí)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入工作模式，經(jīng)處理器處理后，將命令發(fā)送給相應(yīng)的傳感器節(jié)點(diǎn)，等待接收傳感器節(jié)點(diǎn)的信息數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)發(fā)給基站監(jiān)測中心，一定時(shí)間后進(jìn)入休眠模式。當(dāng)采集數(shù)據(jù)比數(shù)據(jù)設(shè)定值高時(shí)，即數(shù)據(jù)超標(biāo)出現(xiàn)污染事故時(shí)，不論此節(jié)點(diǎn)處于何種工作模式下，此節(jié)點(diǎn)會立即進(jìn)入工作模式，向上級發(fā)送超標(biāo)數(shù)據(jù)，以便基站監(jiān)控中心采取有效措施進(jìn)行處理，同時(shí)此節(jié)點(diǎn)也有相應(yīng)的報(bào)警指示電路，提示有污染事件發(fā)生，提醒工作人員給予及時(shí)的處理。 化工區(qū)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)框圖基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的化工區(qū)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)由三部分組成：無線網(wǎng)絡(luò)的傳感器節(jié)點(diǎn)、無線傳輸?shù)木W(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)和進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測的基站監(jiān)控中心。 本章小結(jié)本章通過對國內(nèi)化工區(qū)環(huán)境污染事故造成的嚴(yán)重危害，展開了關(guān)于化工區(qū)環(huán)境監(jiān)測的論述，闡述了此項(xiàng)目的研發(fā)背景和研究意義?，F(xiàn)代化、安全可靠、高效的、價(jià)格低廉空氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的研制勢在必行。同時(shí)其工作環(huán)境苛刻,一旦建站地點(diǎn)確定后就很難再次移動(dòng),這就限制了工廠的擴(kuò)建、改建等發(fā)展的要求，對化工區(qū)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測具有不靈活性。 化工區(qū)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展前景環(huán)境監(jiān)測是環(huán)境保護(hù)的基礎(chǔ),其目的是為環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)決策的依據(jù),目前我國對化工區(qū)環(huán)境的監(jiān)測主要采用兩種方法:一種是傳統(tǒng)人工取樣實(shí)驗(yàn)室分析的方法。因此研制一種能在突發(fā)空氣污染物泄漏或惡劣環(huán)境下，替代工作人員執(zhí)行環(huán)境監(jiān)測，同時(shí)能得到準(zhǔn)確及時(shí)數(shù)據(jù)等的系統(tǒng)顯得尤為的迫切而必要。目前我國11個(gè)最大城市中，空氣中的煙塵和細(xì)顆粒物每年使5萬人夭折，40萬人感染上慢性支氣管炎。爆炸事故造成16人死亡（其中有2人身份無法確定，可能是失去聯(lián)系人員），另有6人失去聯(lián)系，醫(yī)院收治傷員60人。2005年11月13日，中石油吉林石化分公司雙苯廠苯胺二車間操作人員違反操作規(guī)程，發(fā)生爆炸事故，造成8人死亡。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速增長，化學(xué)工業(yè)也在飛速發(fā)展，隨之而來的是化工事故發(fā)生的頻率不斷增大，造成了大量的人員傷亡和嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，甚至造成不良的政治影響。 傳感器節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)是組建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一，本文首先研究了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法，分別闡述了傳感器板和基站節(jié)點(diǎn)板的硬件設(shè)計(jì)，并詳細(xì)討論了基于ATmega128和CC2420芯片數(shù)據(jù)采集電路、通信電路設(shè)計(jì)和監(jiān)控軟件結(jié)構(gòu)等構(gòu)成，最后給出了I/O擴(kuò)展接口的設(shè)計(jì)；基站與上位機(jī)的通信采用GPRS無線收發(fā)模塊，有效地解決了數(shù)據(jù)傳輸距離的限制；設(shè)計(jì)了一種太陽能自供電的ZigBee無線傳感器監(jiān)測節(jié)點(diǎn), 可以為系統(tǒng)無限制的提供能量；, 有效的提高傳輸?shù)姆€(wěn)定性及可靠性。基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的化工區(qū)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)研究報(bào)告 摘 要基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的化工區(qū)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)研究報(bào)告摘 要本文針對當(dāng)前環(huán)境監(jiān)測中面臨的監(jiān)測點(diǎn)分散、布線困難和實(shí)時(shí)性差等特點(diǎn)，研制了一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks ,WSN）的化工區(qū)空氣環(huán)境遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)。在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上采用傳感器節(jié)點(diǎn)、基站節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)處理監(jiān)控中心的三層結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵詞：環(huán)境監(jiān)測 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 低功耗 GPRS 組態(tài)軟件不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印 69 第五章 工作總結(jié)目錄摘 要 I第一章 緒 論 5 項(xiàng)目研發(fā)及背景意義 5 化工區(qū)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展前景 6 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)的功能及特點(diǎn) 7 本章小結(jié) 8第二章 化工區(qū)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 9 化工區(qū)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)架 9 傳感器節(jié)點(diǎn) 10 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn) 10 上位機(jī)監(jiān)控中心 11 本章小結(jié) 12第三章 化工區(qū)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 13 傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 13 傳感器節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)構(gòu)架 13 數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì) 15 數(shù)據(jù)處理模塊設(shè)計(jì) 19 zigbee無線數(shù)據(jù)傳輸模塊設(shè)計(jì) 22 電源模塊設(shè)計(jì) 26 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 27 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)構(gòu)架 27 CC2420模塊設(shè)計(jì) 28 微處理器模塊的設(shè)計(jì) 28 GPRS模塊設(shè)計(jì) 28 電源模塊設(shè)計(jì) 35 本章小結(jié) 38第四章 化工區(qū)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 39 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 39 軟件開發(fā)環(huán)境介紹 39 軟件設(shè)計(jì)功能分析 39 網(wǎng)關(guān)的軟件設(shè)計(jì) 39 終端設(shè)備節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì) 42 路由器節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì) 43 終端節(jié)點(diǎn)低功耗軟件設(shè)計(jì) 44 上位機(jī)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì) 45 監(jiān)控軟件開發(fā)環(huán)境介紹 45 45 上位機(jī)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì) 47 本章小結(jié) 52第五章 工作總結(jié) 53參考文獻(xiàn) 54致 謝 55附錄1 目前化工區(qū)在線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng) 56附錄2 傳感器節(jié)點(diǎn)總體硬件設(shè)計(jì)圖 57附錄3 CC2420芯片48引腳及其功能介紹 58附錄4 AT指令集指令簡編 61附錄5 采用MC35i模塊的GPRS 67附錄6 太陽能電池電路 68第一章 緒 論 項(xiàng)目研發(fā)及背景意義化工生產(chǎn)的出現(xiàn)是社會發(fā)展、科技進(jìn)步、人類文明提高到一定程度的標(biāo)志，是現(xiàn)代化生產(chǎn)的重要領(lǐng)域，也是當(dāng)今工業(yè)發(fā)達(dá)的重要體現(xiàn)。我國是一個(gè)化工業(yè)發(fā)展大國，由于工作設(shè)備相對落后，管理水平水平欠缺，環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)未完善等原因，引起的化工事故頻繁發(fā)生，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，環(huán)境問題也日益惡化。2008年8月26日，廣西宜州一家化