【正文】 通過對本系統(tǒng)的研究，使我們所學(xué)習(xí)的科研知識得到了綜合性應(yīng)用，所掌握的實(shí)踐能力得到了實(shí)質(zhì)性提高，所具有的科學(xué)信念得到了堅(jiān)貞性加深。 環(huán)境監(jiān)測點(diǎn)實(shí)時曲線 電池組狀態(tài)監(jiān)測實(shí)時曲線歷史曲線畫面設(shè)計(jì)歷史曲線可用于查詢以前的氮氧化合物，二氧化硫，二氧化碳，硫化氫變化趨勢,組態(tài)王圖庫里備有完整的歷史趨勢曲線圖片,可對其進(jìn)行移動、縮放,并通過定義筆屬性、填充屬性,調(diào)整跨度、卷動百分比來界定曲線的具體形式,曲線定義的數(shù)據(jù)變量必須是在數(shù)據(jù)庫中已經(jīng)定義的,此功能實(shí)現(xiàn)了歷史狀況的趨勢再現(xiàn)。當(dāng)變量的值改變時，圖形對象可以按動畫連接的要求改變顏色、尺寸、位置、填充百分?jǐn)?shù)等，也可以通過動畫連接輸入數(shù)據(jù)變量的值。采用了多線程、COM組件等新技術(shù),實(shí)現(xiàn)了實(shí)時多任務(wù),軟件運(yùn)行穩(wěn)定可靠。在睡眠狀態(tài)下, 處理器停止工作, 而SRAM、SPI 端口以及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作, 無線模塊處于低電流的接收狀態(tài)。協(xié)調(diào)器首先進(jìn)行信道掃描（Scan），采用一個其他網(wǎng)絡(luò)沒有使用的一個隨機(jī)的個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（Personal Area Network，PAN）ID空閑信道，同時規(guī)定ClusterTree的拓?fù)鋮?shù)，如最大的兒子數(shù)（Cm）、最大層數(shù)（Lm）、路由算法、路由表生存期等，此時就建立了網(wǎng)絡(luò)。同時由于被監(jiān)測區(qū)域面積具有不規(guī)則性和不確定性，要求節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)實(shí)際監(jiān)測區(qū)域靈活布置，因此對系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)展性也提出了要求。當(dāng)電壓輸入15V時，經(jīng)過R13（）及Z1（6B1），降壓至6V，此時驅(qū)動NPN（TB123）的B腳時，E腳輸出6V電壓至D2（4148）及R6（ 10Ω），供應(yīng)BT（電池）充電。MC35i在ZIF連接器上為SIM卡接口預(yù)留了6個引腳，所添加的CCIN引腳用來檢測SIM卡支架中是否插有SIM卡。15 KV人體靜電保護(hù)措施，兼容5 v邏輯輸入，內(nèi)含3路接收、5路發(fā)送串行通信接口，最大數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)250 kbps。即C(0+)=0?！?MC35I GPRS模塊接口40 腳連接；– 電源接口；– SIM 3 V接口； – 標(biāo)準(zhǔn)RS232 雙向接口；50 歐姆天線連接器。～ V，可以工作在900 MHz和1800 MHz兩個頻段，所在頻段功耗分別為2W(900 M)和1W(1800 M)。 、： CC2420模塊設(shè)計(jì)指標(biāo) GPRS模塊設(shè)計(jì)指標(biāo) CC2420模塊設(shè)計(jì) 此節(jié)點(diǎn)的CC2420模塊仍然采用TI公司的CC2420芯片。當(dāng)其要發(fā)送數(shù)據(jù)時 ,先把要發(fā)送的數(shù)據(jù)放入容量為 128字節(jié)的發(fā)送緩沖區(qū)。 功耗低 :由于 Zigbee的傳輸速率低，且采用了休眠式，因此大大降低了功耗。它有自己的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)千個微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)通信。它類似于CDMA和GSM網(wǎng)絡(luò)。這不僅浪費(fèi)了資源還增加了使用成本。一般四節(jié)5號干電池就可以使用一到兩年之久。傳感器節(jié)點(diǎn)的硬件電路連接圖見附錄2。第二章 化工區(qū)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 化工區(qū)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)架本系統(tǒng)采用PC機(jī)作為基站監(jiān)控中心上位機(jī)，基于AVR系列ATmega128處理器的開發(fā)平臺作為下位機(jī)，由傳感器節(jié)點(diǎn)采集化工區(qū)環(huán)境信息，經(jīng)Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，再經(jīng)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)，將所采集的信息通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)傳送到基站的上位機(jī)中，經(jīng)過上位機(jī)軟件的在線監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)對化工區(qū)環(huán)境的實(shí)時監(jiān)視。傳感器能保證數(shù)據(jù)的精確采集，無線通信技術(shù)能保證數(shù)據(jù)的可靠、及時的傳送等，這種技術(shù)能夠很好地解決目前化工區(qū)的環(huán)境監(jiān)測問題。我國是一個化工業(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。 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。目前我國11個最大城市中，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?，F(xiàn)代化、安全可靠、高效的、價格低廉空氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的研制勢在必行。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，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，一定時間后進(jìn)入休眠模式。同時，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?？梢栽谒泄ぷ?，防水防塵，防護(hù)等級達(dá)IP65。 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)可以在一個時鐘周期內(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時性能高達(dá)16MIPS—— 只需兩個時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、可選擇的啟動代碼區(qū)，通過片內(nèi)的啟動程序?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)—— 兩個具有獨(dú)立的預(yù)分頻器和比較器功能的8位定時器/計(jì)數(shù)器—— 兩個具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時器/計(jì)數(shù)器—— 具有獨(dú)立預(yù)分頻器的實(shí)時時鐘計(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)行選擇的時鐘頻率—— 全局上拉禁止功能?I/O和封裝—— 53個可編程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。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。 網(wǎng)絡(luò)層主要用于建立和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)連接。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。它的優(yōu)點(diǎn)是價格便宜，兩節(jié)5號干電池就可以使用一到兩年的時間，而且在前面提到的傳感器的使用時間也是一到兩年，二者更換周期一致也就方便了使用和維護(hù)。GPRS和以往連續(xù)在頻道傳輸?shù)姆绞讲煌?，是以封包（Packet）式來傳輸?shù)摹Ｏ到y(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。當(dāng)POWER ON腳電壓由高變低時。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。才能完成電平轉(zhuǎn)換功能。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€閾值時,控制太陽能電池板給充電電池充電,直到電壓高于某值時,切斷太陽能電池板對充電電池的充電。 軟件設(shè)計(jì)功能分析本軟件是無線傳感通信節(jié)點(diǎn)的一部分，其主要作用是對無線傳感通信節(jié)點(diǎn)硬件電路提供軟件支持，使節(jié)點(diǎn)可以達(dá)到項(xiàng)目所規(guī)定的需求。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。協(xié)調(diào)器不休眠，它會一直處于正常工作狀態(tài)。若入網(wǎng)成功,且無其他任務(wù)需要執(zhí)行,則進(jìn)入睡眠狀態(tài),此時接收器處于監(jiān)聽狀態(tài)。己配置的I/0設(shè)備在工程瀏覽器的設(shè)備節(jié)點(diǎn)中分類列出，用戶可隨時查詢和修改。報(bào)警窗口畫面設(shè)計(jì)運(yùn)行報(bào)警和事件記錄是控制軟件必不可少的功能。在開展課題的最初幾個月里，我們小組成員查閱了國內(nèi)外相關(guān)的文獻(xiàn)資料，學(xué)習(xí)研究了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用在監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和實(shí)現(xiàn)方案，又在根據(jù)我國目前的環(huán)境現(xiàn)狀，在環(huán)境監(jiān)測方面的不足，實(shí)地考察化工區(qū)的生產(chǎn)情況的基礎(chǔ)上，我們提出了基礎(chǔ)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的化工區(qū)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想。 北華大學(xué)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新綜合實(shí)驗(yàn)室 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的化工區(qū)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)研究小組 2009年4月21日附錄1 目前化工區(qū)在線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng) 目前我國化工區(qū)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)圖附錄2 傳感器節(jié)點(diǎn)總體硬件設(shè)計(jì)圖附錄3 CC2420芯片48引腳及其功能介紹48個引腳功能介紹：PinPin NamePin typePin DescriptionAGNDGround (analog)Exposed die attach pad. Must be connected to solid ground plane1VCO_GUARDPower (analog)Connection of guard ring for VCO (to AVDD) shielding2AVDD_VCOPower (analog) V Power supply for VCO3AVDD_PREPower (analog) V Power supply for Prescaler4AVDD_RF1Power (analog) V Power supply for RF frontend5GNDGround (analog)Grounded pin for RF shielding6RF_PRF I/OPositive RF input/output signal to LNA/from PA in receive/transmit mode7TXRX_SWITCHPower (analog)Common supply connection for integrated RF frontend. Must be connected to RF_P and RF_N externally through a DC path8RF_NRF I/ONegative RF input/output signal to LNA/from PA in receive/transmit mode9GNDGround (analog)Grounded pin for RF shielding10AVDD_SWPower (analog) V Power supply for LNA / PA switch11NCNot Connect12NCNot Connect13NCNot Connect14AVDD_RF2Power (analog) V Power supply for receive and transmit mixers15AVDD_IF2Power (analog) V Power supply for transmit / receive IF chain16NCNot Connect17AVDD_ADCPower (analog) V Power supply for analog parts of ADCs and DACs18DVDD_ADCPower (digital) V Power supply for digital parts of receive ADCs19DGND_GUARDGround (digital)Ground connection for digital noise isolation20DGUARDPower (digital) V Power supply connection for digital noise isolation21RESETnDigital InputAsynchronous, active low digital reset22DGNDGround (digital)Ground connection for digital core and pads23DSUB_PADSGround (digital)Substrate connection for digit