【正文】 其他信號線對 SIM卡的干擾。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。自動充電電路見附錄6。同時，由于節(jié)點(diǎn)所放置的位置和其巨大的數(shù)量，也不可能定期更換電池。MC55模塊內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧，提供了連接網(wǎng)絡(luò)的API接口, 可通過AT指令直接對其進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置，降低了設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。初始化完畢后監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)，等候外部事件中斷的產(chǎn)生，并通過判斷響應(yīng)的類型進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)動作。因此，協(xié)調(diào)器可以即時掌握網(wǎng)絡(luò)的所有節(jié)點(diǎn)信息，維護(hù)網(wǎng)絡(luò)信息庫（PIB，PAN Information Base）。由于在設(shè)計(jì)中所有數(shù)據(jù)都發(fā)往協(xié)調(diào)器，如果協(xié)調(diào)器失效，會導(dǎo)致所有數(shù)據(jù)不斷重發(fā)，影響網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行。如果待發(fā)送數(shù)據(jù)的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)是自己的鄰居，直接通信即可；反之，如果不是自己的鄰居時，主動查找到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的最佳路由，它可以通過計(jì)算，判斷該交給數(shù)據(jù)包請自己的父節(jié)點(diǎn)還是某個子節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)；而RFD只能把數(shù)據(jù)交給父節(jié)點(diǎn)，請其轉(zhuǎn)發(fā)。 終端節(jié)點(diǎn)低功耗軟件設(shè)計(jì)流程圖為了提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?網(wǎng)絡(luò)選用網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),即在軟件中設(shè)置本地節(jié)點(diǎn)可以通過其他路由節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信,并可以自行執(zhí)行路由選擇算法,擴(kuò)大了節(jié)點(diǎn)的覆蓋面積,從而確保系統(tǒng)在個別節(jié)點(diǎn)故障的情況下,其他節(jié)點(diǎn)的工作不受影響。　利用組態(tài)王進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)的過程如下:組態(tài)王支持的硬件設(shè)備包括：智能采集模塊、無線通信板卡、智能儀表等。根據(jù)生產(chǎn)操作要求建立自己需要的畫面，可以利用組態(tài)王提供的豐富圖庫及控件，在畫面上生成互相關(guān)聯(lián)的靜態(tài)或動態(tài)圖形對象。在TouchVew環(huán)境下，選擇調(diào)試菜單下用戶需要了解的實(shí)時調(diào)試信息項(xiàng)，如通訊信息，則運(yùn)行過程中組態(tài)王信息窗口將實(shí)時顯示通訊連接狀態(tài)。對不同控制點(diǎn)其實(shí)時曲線是類似的。圖 配置系統(tǒng)用戶畫面 本章小結(jié)本章介紹了化工區(qū)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的總體軟件設(shè)計(jì)思想，為實(shí)現(xiàn)各個功能展開相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)。后續(xù)研究工作可以從以下三個方面深入:(l)基站監(jiān)控中心的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還需要進(jìn)一步的完善，實(shí)現(xiàn)更多的功能，以便化工區(qū)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)能夠方便的推廣應(yīng)用，滿足各種環(huán)境下的實(shí)際監(jiān)測需要；(2)對通信協(xié)議進(jìn)行更深一步的研究，提高通信質(zhì)量；(3)對開發(fā)節(jié)點(diǎn)的功能進(jìn)行優(yōu)化，提高節(jié)點(diǎn)的性能比。在此，特別要感謝北華大學(xué)電氣信息工程學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的鼓勵和重視，感謝我們的指導(dǎo)教師郝萬君老師、王鋼老師和孫鐵軍老師對我們的悉心指導(dǎo)和大力支持，可以說沒有你們的指導(dǎo)和支持，我們的本系統(tǒng)研究不能取得今天的成績。我們知道在床上睡覺的滋味，但為了趕進(jìn)度，我們放棄了那種味道，依然走到實(shí)驗(yàn)室，為那失敗的原因、調(diào)試的程序而奮斗著。盡管在化工區(qū)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的研究和開發(fā)上，我們已經(jīng)做了較多的工作，但是由時間倉促、知識儲備有限等原因，使系統(tǒng)從硬件設(shè)計(jì)到軟件開發(fā)上都還存在一些可以改進(jìn)的地方。組態(tài)王提供了豐富的報表函數(shù),能制成實(shí)時報表和歷史報表,表頭信息利用編輯框輸入,下拉菜單通過程序定義,數(shù)據(jù)包括當(dāng)時的或某一歷史時間間隔內(nèi)的氮氧化合物，二氧化硫，二氧化碳，硫化氫參數(shù),可以實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)查詢,實(shí)時報表和歷史報表的保存、打印等功能。定義報警變量時,可以定義報警條件(如氮氧化合物，二氧化硫，二氧化碳，硫化氫的高、低限,壓力的高、低限) 、所在報警組、優(yōu)先級,以描述報警的分類信息和嚴(yán)重程度。工程人員可根據(jù)系統(tǒng)需要設(shè)立1/0服務(wù)器、報警服務(wù)器、登錄服務(wù)器、WEB服務(wù)器和客戶端。在數(shù)據(jù)庫中存放的是變量的當(dāng)前值，變量的集合稱為“數(shù)據(jù)詞典”，數(shù)據(jù)詞典記錄了所有用戶可使用的數(shù)據(jù)變量的詳細(xì)信息。它還負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)的變化用動畫的方式形象地表示出來,同時完成變量報警、操作記錄、趨勢曲線等監(jiān)視功能,并生成歷史數(shù)據(jù)文件。任務(wù)完成后,節(jié)點(diǎn)將再次進(jìn)入睡眠狀態(tài)。它的程序設(shè)計(jì)就是在終端設(shè)備節(jié)點(diǎn)的功能基礎(chǔ)上再加上路由功能。 當(dāng)協(xié)調(diào)器將網(wǎng)絡(luò)建立好之后，協(xié)調(diào)器在網(wǎng)絡(luò)中的作用與路由器相同。同理，一個節(jié)點(diǎn)要離開（Leave）網(wǎng)絡(luò)，只須向其父節(jié)點(diǎn)提出請求即可。 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)主程序流程圖系統(tǒng)上電后，初始化應(yīng)用程序，選定一個PANID作為協(xié)調(diào)器的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識，創(chuàng)建路由表，建立Zigbee網(wǎng)絡(luò)并通知其他節(jié)點(diǎn)加入。應(yīng)用程序主要包括串口數(shù)據(jù)收發(fā)程序和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)處理程序。同時，軟件還應(yīng)該具備可升級性，可擴(kuò)展性，可以根據(jù)不同的需求適應(yīng)不同的工作環(huán)境。由于Q3（TB123），關(guān)閉E腳輸出電壓，停止供應(yīng)電壓給BT（電池）充電。太陽能電池充電器采用MC34063芯片。 在設(shè)計(jì)中為SIM卡布線時，發(fā)現(xiàn)了一個值得引起注意問題：如果將SIM卡的第四腳CCGND直接與印刷電路板的GND相連，不作任何信號的隔離保護(hù)，則通話時音量很小。由于MC35i的接口電路使用了9針串口的全部引腳，使MC35i可以獲得DTR、DSR、DCD和RING控制信號。如果FORCEON和/FORCEOFF引腳均為高電平，那么AutoPowerdown Plus功能失效。數(shù)據(jù)接口配置為8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無校驗(yàn)位，可以在300 bps115 kbps的波特率下運(yùn)行， kbps—115 kbps( kbps除外)。穩(wěn)態(tài)值是根據(jù)“電容相當(dāng)于開路”而確定為Us的。顯然IGT腳在 POWERON腳電壓由低變高時處于低電平，GPRS模塊開機(jī)。 MC35i芯片引腳l 啟動電路啟動電路由開漏極三極管和上電復(fù)位電路組成。◇ MC35I GPRS模塊電氣特性支持電壓范圍： ；電流消耗： mA（睡眠）、 mA（閑置）、300 mA (通話， A) 、100 μA（掉電）；◇ MC35I GPRS模塊輸出功率– 2W，for EGSM 900；– 1W，for GSM 1800；◇ MC35I GPRS模塊機(jī)械特性；尺寸: x 36 x mm；重量。常用工作模式有省電模式、IDLE、TALK等模式。此外，在GSM phase 2 的標(biāo)準(zhǔn)里，GPRS可以提供四種不同的編碼方式，這些編碼方式也分別提供不同的錯誤保護(hù)（Error Protection）能力。 GPRS模塊設(shè)計(jì)隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展，無線遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)得到了越來越廣泛的應(yīng)用，采用先進(jìn)的GPRS技術(shù)的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，集計(jì)算機(jī)、通信等多種先進(jìn)技術(shù)于一體，成功實(shí)現(xiàn)了對數(shù)據(jù)的無線遠(yuǎn)程傳輸問題。這樣做是為了避免化工區(qū)的污染物質(zhì)腐蝕電池，同時避免傳感器長時間暴露在工作區(qū)而被雨淋灌水破壞電路的現(xiàn)象發(fā)生。最后 ,經(jīng)過低通濾波和變頻混頻 ,并在能量放大器中進(jìn)行放大后交由天線發(fā)送。CC2420通過簡單的四線(SI、SO、SCLK、CSn)與SPI兼容串行接口配置，這時CC2420是受控的。 免執(zhí)照頻段：采用直接序列擴(kuò)頻在 ISM (工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療 )頻段 ,2. 4 GHz (全球 )、915 MHz (美國)樹狀和網(wǎng)狀868 MHz(歐洲 ),均為免執(zhí)照頻段。 應(yīng)用層主要為Zigbee技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用提供一些應(yīng)用框架模型等，以便對Zigbee技術(shù)進(jìn)行開發(fā)應(yīng)用。其MAC層的幀格式為：頭幀+數(shù)據(jù)幀+校驗(yàn)幀；PHY層的幀格式為：同步幀+PHY頭幀+MAC幀，幀頭序列的長度可通過設(shè)置寄存器改變，采用16位CRC校驗(yàn)來提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。另? 通過CCA管腳狀態(tài)的設(shè)置可以控制清除通道估計(jì), 通過SFD管腳狀態(tài)的設(shè)置可以控制時鐘/ 定時信息的輸入。zigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)具有微型化、擴(kuò)展性和靈活性、穩(wěn)定性和安全性、低成本等要求。（3）報警指示燈的設(shè)計(jì) 報警指示燈設(shè)計(jì)電路 如上圖所示，我們采用四個不同顏色的指示燈表示四種不同的污染氣體。： 傳感器接口與處理器的硬件電路連接圖 數(shù)據(jù)處理模塊設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)處理模塊是傳感器節(jié)點(diǎn)核心控制器件?！妫?0176。根據(jù)化工區(qū)環(huán)境的主要有害氣體成分，本系統(tǒng)選擇了二氧化氮傳感器、二氧化硫傳感器、二氧化碳傳感器和硫化氫傳感器?？紤]到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在通信方面的功耗問題，本單元采用TI公司的zigbee 無線收發(fā)模塊CC2420芯片?？紤]到傳感器采集到的信息為模擬量，因此需要在傳感器接口與處理器之間增加一片A/D轉(zhuǎn)換芯片，將傳感器接收到的模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，再傳送到數(shù)據(jù)處理單元。傳感器節(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)按照一定的工作模式向上位機(jī)傳送采集的數(shù)據(jù)，上位機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，一方面在主界面顯示傳感器節(jié)點(diǎn)終端的環(huán)境信息，另一方面將此信息數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行存儲。傳感器節(jié)點(diǎn)主要功能是定時采集化工區(qū)環(huán)境中排放有害氣體的濃度、濕度、溫度等信息，并把該信息經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，發(fā)送到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，最終將此數(shù)據(jù)傳送到基站監(jiān)控中心以便上位機(jī)的實(shí)時監(jiān)控和進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)的功能及特點(diǎn)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)具有信息感知系統(tǒng)，通過在化工區(qū)安裝多種傳感器能夠檢測出污染氣體的種類、污染氣體的含量和溫度再把收集到的信息通過無線傳輸發(fā)送到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳到基站，最后由基站進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、處理、總結(jié)，接著把總結(jié)出來的信息發(fā)布到網(wǎng)上。 人工取樣便攜式氣體分析儀另一種是采用國外進(jìn)口的自動化大氣環(huán)境監(jiān)測進(jìn)行在線監(jiān)測的方法。針對我國化工區(qū)環(huán)境現(xiàn)狀，我們必須得到全面的監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時準(zhǔn)確的監(jiān)測出空氣污染物含量的含量，采取有效地處理措施，在可持續(xù)發(fā)展生產(chǎn)中具有重要的研究意義。2006年1月6日，浙江省紹興市上虞市長征化工有限公司六氯車間一反應(yīng)釜發(fā)生爆炸事故，造成2人死亡。此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成功，不但有效地克服了傳統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的低可靠性問題, 而且增加了新的監(jiān)測功能，很好地解決了化工區(qū)環(huán)境實(shí)時監(jiān)測的問題，在條件惡劣和無人堅(jiān)守的環(huán)境監(jiān)測和事件跟蹤中顯示了很大的應(yīng)用價值。該系統(tǒng)的主要功能是：分布在化工廠區(qū)域的傳感器節(jié)點(diǎn)采集空氣環(huán)境參數(shù)，通過基站傳輸數(shù)據(jù)到中央控制室的數(shù)據(jù)中心進(jìn)行實(shí)時處理與分析，遠(yuǎn)程終端用戶可以通過Internet 實(shí)現(xiàn)對空氣質(zhì)量全天候的實(shí)時監(jiān)測，并對污染等突發(fā)事件和環(huán)境急劇變化所影響的區(qū)域的空氣環(huán)境狀況實(shí)時報警，為空氣環(huán)境污染的防治提供決策支持。化工產(chǎn)業(yè)一方面給我們的社會經(jīng)濟(jì)和人民生活水平起到了巨大的提高和促進(jìn)作用，另一方面也給人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成了極大的威脅。2009年4月24日，沈陽化工集團(tuán)一化工廠一車間在對設(shè)備檢修時，一蒸汽水罐的蓋子突然爆炸，造成4人死亡,所幸的是未造成火災(zāi)或者有毒、有害氣體泄漏，未對環(huán)境造成嚴(yán)重污染或威脅，倘若有氣體泄漏，造成的危害會更加嚴(yán)重?；跓o線傳感器網(wǎng)絡(luò)的化工區(qū)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)采用多項(xiàng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)，通過在化工區(qū)形成了一個立體的監(jiān)測網(wǎng)，為環(huán)保部門工作的展開提供依據(jù)，這對環(huán)境的保護(hù)將起到很大作用。特別是對目前頻發(fā)的有毒有害氣體泄漏等突發(fā)的環(huán)境污染事件的監(jiān)測,自動化空氣環(huán)境監(jiān)測站更是顯得力不從心,面對這樣的突發(fā)化工區(qū)環(huán)境污染事件,環(huán)境監(jiān)測人員就不得不采取在突發(fā)現(xiàn)場進(jìn)行人工采樣實(shí)驗(yàn)室分析的方法進(jìn)行監(jiān)測,這樣不但危害環(huán)境監(jiān)測人員的健康和安全,而且監(jiān)測結(jié)果具有嚴(yán)重的滯后性,難以滿足突發(fā)大氣環(huán)境污染事件應(yīng)急的需要。同時，針對目前我國在化工區(qū)環(huán)境監(jiān)測方面的現(xiàn)狀引入了基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的化工區(qū)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，并做了簡要介紹。 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)是化工區(qū)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的重要模塊，有兩種工作模式，即工作模式和休眠模式，主要負(fù)責(zé)傳感器節(jié)點(diǎn)與基站監(jiān)控中心的信息連接。 上位機(jī)數(shù)據(jù)處理流程圖、 本章小結(jié) 本章首先對化工區(qū)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了闡述，然后圍繞總體框架結(jié)構(gòu)，對每一個子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，即傳感器節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)和上位機(jī)控制中心進(jìn)行了總體描述和簡要說明。處理器采用的是AT公司的AVR系列ATmega128型芯片。電源模塊，主要功能是給以上三個功能單元提供電能。傳感器的多層結(jié)構(gòu)對應(yīng)用環(huán)境的不利因素，諸如潮濕、灰塵、污垢、油類和環(huán)境中常見的化學(xué)品具有最佳的抗力，因此可認(rèn)定它能適用礦下環(huán)境。那么傳感器就需要定期更換。（1）處理器的選擇 處理器的選型要求和指標(biāo)是功耗低，保證長時間不更換電源也能順利工作，供給電壓小于5 V，有較快的處理速度和能力，由于節(jié)點(diǎn)是需要大量安置的，所以價格也要相對便宜。 zigbee無線數(shù)據(jù)傳輸模塊設(shè)計(jì) 本節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)是基于Zigbee無線傳輸系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)傳輸單元模塊支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸率高達(dá)250 Kb／s，即可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)對多點(diǎn)的快速組網(wǎng)，系統(tǒng)體積小、成本低、功耗小，適于電池長期供電，具有硬件加密、安全可靠、組網(wǎng)靈活、抗毀性強(qiáng)等特點(diǎn)。Zigbee是一種新興的短距離、低速率的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。主要功能是啟動和關(guān)閉無線收發(fā)器、能量監(jiān)測、鏈路質(zhì)量監(jiān)測、信道選擇、清除信道評估以及通過物理介質(zhì)對數(shù)據(jù)包進(jìn)行發(fā)送和接收。Zigbee協(xié)議技術(shù)的特點(diǎn)如下：數(shù)據(jù)傳輸速率低：只有 20～250 kbit/ s,專注于低傳輸速率的應(yīng)用。 可靠性高：采用了 CSMA 2CA技術(shù)來避免發(fā)送數(shù)據(jù)的競爭和沖突。因此，在SH通信時，應(yīng)在SPI接口初始化，它是由程序控制SS，將其拉為低電平，此后，當(dāng)把數(shù)據(jù)寫入主機(jī)的SPI數(shù)據(jù)寄存器后，主機(jī)接口將自動啟動時鐘發(fā)生器，在硬件電路的控制下，移位傳送，通過MOSI將數(shù)據(jù)移出ATmega128，并同時從CC2420由MISO移人數(shù)據(jù)，8位數(shù)據(jù)全部移出時，兩個寄存器就實(shí)現(xiàn)了一次數(shù)據(jù)交換。本節(jié)點(diǎn)射頻芯片CC2420可以使用金屬倒F型PCB引線天線和單極天線兩種設(shè)計(jì)方案。為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?、可靠性，CC2420模塊設(shè)計(jì)同第四章的CC2420模塊的性能參數(shù)一致，負(fù)責(zé)與傳感器節(jié)點(diǎn)之間的無線通信；處理器模塊是由ATmega128型單片機(jī)、內(nèi)存和應(yīng)用程序組成，此模塊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸，即實(shí)現(xiàn)了CC2420芯片數(shù)據(jù)和GPRS模塊的數(shù)據(jù)傳輸；GPRS模塊由網(wǎng)絡(luò)協(xié)議單元、MAC接入單元和射頻模塊三個子單元組成，負(fù)責(zé)向基站監(jiān)控中心傳送數(shù)據(jù)，同時也接收基站發(fā)出的命令。 它經(jīng)常被描述成“”，也就是說這項(xiàng)技術(shù)位于第二代（2G）和第三代（3G）移動通訊技術(shù)之間。此模塊功能強(qiáng)大，利用此無線模塊的通訊產(chǎn)品便能夠很好地在客戶端進(jìn)行系統(tǒng)整合的規(guī)劃。： ZIF連接框圖MC35i模塊主要由GSM基帶處理器、GSM射頻模塊、供電模塊(ASIC)、閃存、ZIF連接器、天線接口六部分組成。C （GSM ）；數(shù)據(jù)特征: CSD kbps、 USSD、 不透明模式；譯碼方式。為啟動電路產(chǎn)生的信號，從中可以看出10