【文章內容簡介】 濾波和放大后，直接通過模數(shù)轉換器轉換成數(shù)字信號，后續(xù)的自動增益控制、信道的選擇、解擴及同步等處理都是以數(shù)字信號的形式處理的。當其要發(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)。報頭和起始幀由硬件自動生成。根據(jù) IEEE 802. 15. 4標準，將數(shù) 據(jù)流的每 4個比特擴展為32碼片 ,然后送到 D /A轉換器。最后 ,經(jīng)過低通濾波和變頻混頻 ,并在能量放大器中進行放大后交由天線發(fā)送。 CC2420外圍天線連接電路圖天線對于無線通信網(wǎng)絡來說，是十分重要的。天線的選擇和設置會直接影響整個無線通信網(wǎng)絡的運行質量。本節(jié)點射頻芯片CC2420可以使用金屬倒F型PCB引線天線和單極天線兩種設計方案。PCB引線天線是印制在電路板上的導線，通過它來感應空中電波。 電源模塊設計從成本和性能兩方面考慮，根據(jù)前面三大主要單元的性能和指標，采用電池盒供電方式，來為整個傳感器節(jié)點模塊供電。它的優(yōu)點是價格便宜，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。電池盒采用密封設計，置于傳感器節(jié)點模塊底部。這樣做是為了避免化工區(qū)的污染物質腐蝕電池，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。此外我們還充分考慮到電池用久了電壓會不穩(wěn)定，所以我在電路板上集成了一塊穩(wěn)壓芯片，來滿足核心芯片、發(fā)射模塊及傳感器的需要。 網(wǎng)關節(jié)點設計 網(wǎng)關節(jié)點的系統(tǒng)構架 網(wǎng)關節(jié)點的設計框圖基于無線傳感器網(wǎng)絡的化工區(qū)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的網(wǎng)關節(jié)點是由CC2420模塊、處理器模塊、GPRS模塊和電源模塊四部分組成。為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴⒖煽啃?，CC2420模塊設計同第四章的CC2420模塊的性能參數(shù)一致，負責與傳感器節(jié)點之間的無線通信；處理器模塊是由ATmega128型單片機、內存和應用程序組成，此模塊負責數(shù)據(jù)傳輸，即實現(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)絡協(xié)議單元、MAC接入單元和射頻模塊三個子單元組成，負責向基站監(jiān)控中心傳送數(shù)據(jù)，同時也接收基站發(fā)出的命令。電源模塊負責為網(wǎng)關節(jié)點提供能量，按工作模式可劃分為工作狀態(tài)和休眠狀態(tài)，本節(jié)點是利用太陽能電池板實現(xiàn)可供高效蓄電池充電，這樣可以有效的解決此節(jié)點的能耗大問題，延長了此節(jié)點的有效工作時間。 、： CC2420模塊設計指標 GPRS模塊設計指標 CC2420模塊設計 此節(jié)點的CC2420模塊仍然采用TI公司的CC2420芯片。見附錄CC2420芯片48引腳及其功能介紹。 微處理器模塊的設計此節(jié)點的處理器仍然選擇AT公司的AVR系列的ATmega128型單片機。 GPRS模塊設計隨著信息技術的迅速發(fā)展，無線遠程監(jiān)控技術得到了越來越廣泛的應用，采用先進的GPRS技術的無線傳輸網(wǎng)絡系統(tǒng)，集計算機、通信等多種先進技術于一體，成功實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)的無線遠程傳輸問題。GPRS網(wǎng)絡傳輸?shù)闹饕獌?yōu)點有：永遠在線、高速傳輸、覆蓋范圍內不受限制(傳輸距離、地形、天氣等)、數(shù)據(jù)傳輸可靠等。（1） GPRS概述GPRS（General Packet Radio Service)是通用分組無線服務技術的簡稱，它是GSM移動電話用戶可用的一種移動數(shù)據(jù)業(yè)務。 它經(jīng)常被描述成“”，也就是說這項技術位于第二代（2G）和第三代（3G）移動通訊技術之間。它通過利用GSM網(wǎng)絡中未使用的TDMA信道，提供中速的數(shù)據(jù)傳遞。GPRS突破了GSM網(wǎng)只能提供電路交換的思維方式，只通過增加相應的功能實體和對現(xiàn)有的基站系統(tǒng)進行部分改造來實現(xiàn)分組交換，這種改造的投入相對來說并不大，但得到的用戶數(shù)據(jù)速率卻相當可觀。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)?。所謂的封包（Packet）就是將Date封裝成許多獨立的封包，再將這些封包一個一個傳送出去，形式上有點類似寄包裹，采用包交換的好處是只有在有資料需要傳送時才會占用頻寬，而且可以以傳輸?shù)馁Y料量計價，這對用戶來說是比較合理的計費方式，因為象Internet這類的數(shù)據(jù)傳輸大多數(shù)的時間頻寬是間置的。此外，在GSM phase 2 的標準里，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（Error Protection）能力。（2） GPRS模塊選型GPRS單元采用MC35i模塊。MC35I模塊屬于無線通訊核心模塊，是結合語音、數(shù)據(jù)傳輸、簡訊服務及傳真等功能的高科技產(chǎn)品。此模塊功能強大，利用此無線模塊的通訊產(chǎn)品便能夠很好地在客戶端進行系統(tǒng)整合的規(guī)劃。MC35i是Siemens公司推出的新一代無線通信GPRS模塊，可以快速安全可靠地實現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)、語音傳輸、短消息服務 (Short Message Service)和傳真。～ 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)。該模塊包括了前期版本TC35的所有功能，同時新增加了快速的GPRS技術，采用GPRS分時復用的CLASS 8標準， kb/s，通信傳輸時延較小，最長不超過3s。模塊有AT命令集（見附錄5）接口，支持文本和PDU模式的短消息、第三組的二類傳真、。常用工作模式有省電模式、IDLE、TALK等模式。通過獨特的40引腳的ZIF連接器，實現(xiàn)電源連接、指令、數(shù)據(jù)、語音信號、及控制信號的雙向傳輸。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。： 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。作為MC35i的核心，基帶處理器主要處理GSM終端內的語音、數(shù)據(jù)信號，并涵蓋了蜂窩射頻設備中的所有的模擬和數(shù)字功能。在不需要額外硬件電路的前提下，可支持FR、HR 和EFR語音信道編碼。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模塊技術特點體積小、重量輕；GPRS多通道類別8；低功耗；支持數(shù)據(jù)、語音、短消息和傳真；SIM 應用工具包；AT 命令集控制；Ramp。TTE 認證、GCF認證；SMS:MT/MO/CB/PDU模式。◇ 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模塊機械特性；尺寸: x 36 x mm；重量。17g；環(huán)境溫度: –20176。C to +55176。C （GSM ）；數(shù)據(jù)特征: CSD kbps、 USSD、 不透明模式；譯碼方式。 CS 1,2,3,4； GPRS: 最大 kbps。◇ MC35I GPRS模塊接口40 腳連接；– 電源接口；– SIM 3 V接口； – 標準RS232 雙向接口；50 歐姆天線連接器。（3） GPRS模塊外圍電路設計MC35i模塊的正常運行需要相應的外圍電路與其配合。MC35i共有40個引腳（），通過ZIF連接器分別與電源電路、啟動與關機電路、數(shù)據(jù)通信電路、SIM卡電路、指示燈電路等連接。 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位電路組成。模塊上電10 ms后(電池電壓須大于3 V)，為使之正常工作，必須在15腳(/IGT)加時長至少為100ms的低電平信號，且該信號下降沿時間小于1 ms。啟動后，15腳的信號應保持高電平。，為啟動電路產(chǎn)生的信號，從中可以看出10 ms的延時和100 ms的低電平。 啟動信號下降根據(jù)上面的分析，設計啟動部分的參考電路如下： 啟動電路圖，當Power ON腳電壓由低變高時，電容C1被充電左負右正。電流方向為逆時針方向，此時電阻R1的電壓上正下負(當UR1≥ V時)使Q1的發(fā)射結正偏，晶體管處于導通狀態(tài)，IGT腳處于低電平。當POWER ON腳電壓由高變低時。電容C1開始放電，此時電阻R1的電壓上負下正使Q1的發(fā)射結反偏，晶體管截止，IGT腳處于高電平。顯然IGT腳在 POWERON腳電壓由低變高時處于低電平，GPRS模塊開機。根據(jù)引腳要求IGT腳電平在處于下降沿并保持低電平100 ms≤t≤1s后跳到高電平。所以這里對C1的容值，RRR3的阻值就有要求了，這時需要調整C1的電容值，RR2的阻值以滿足開機條件。為了方便說明，模塊開機電路電路圖可以簡化如下：，開關由a投向b，并在t=0前開關與a端相連時間足夠長達到穩(wěn)態(tài)，即Uc(0)=0。由于電容電壓不能跳變，在開關投到b的瞬間，電容電壓仍為零。即C(0+)=0。且t≥0時RC電路與電源相接，因此可以認為是求零狀態(tài)響應的問題。 啟動電路簡介圖當開關投向b后電容電壓從零值開始充電，電壓逐漸上升，最后應趨于穩(wěn)態(tài)值。穩(wěn)態(tài)值是根據(jù)“電容相當于開路”而確定為Us的。根據(jù)這樣的考慮，得出 (1)電容上的電壓上升，而電阻上的電壓逐漸下降， V時，三極管將截止， V時的時間。UR1=i(t)R1 (2)由式2得：= 5/(200103)e1/200200103。解得：t=255 ms。其中：r=R總C+；R總=R1+R2=200Ω ；r=R總C+=200103 106=200 ms。可知100 ms≤255 ms≤1s符合系統(tǒng)要求。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機通信、軟件流控制等功能。MC35i的數(shù)據(jù)接口采用串行異步收發(fā)，符合 ，工作在CMOS電平( V)。數(shù)據(jù)接口配置為8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無校驗位，可以在300 bps115 kbps的波特率下運行， kbps—115 kbps( kbps除外)。MC35i模塊還支持RTS0/CTS0的硬件握手和XON/XOFF的軟件流控制。數(shù)據(jù)通信電路以MAXIM公司的MAX3238芯片為核心，實現(xiàn)電平轉換及串口通信功能。 V，符合TIA/。具有獨特的177。15 KV人體靜電保護措施，兼容5 v邏輯輸入，內含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250 kbps。該芯片的最大特點是，在串行口無數(shù)據(jù)輸入的情況下，可以靈活的進行電源管理，即當FORCEON為低電平、/FORCEOFF為高電平時，AutoPowerdown Plus功能有效。在正常運行模式下，約30秒時間內若芯片在接收和發(fā)送引腳沒有檢測到有效信號，將自動進入Powerdown模式，此時耗電1uA。如果FORCEON和/FORCEOFF引腳均為高電平，那么AutoPowerdown Plus功能失效。在AutoPowerdown Plus功能有效的時，如果檢測到接收或發(fā)送引腳有信號輸入，該芯片自動被激活，轉入正常工作狀態(tài)。 V， V～ V的時間小于30 us，則/INVALID(15腳)引腳為高電平(數(shù)據(jù)有效)。 V～ V的時間大于30 us，則/INVALID(15腳)引腳為低電平(數(shù)據(jù)無效)。 該芯片的以上特性，滿足了MC35i作為移動終端的3路接收、5路發(fā)送電路連接要求。在MAX3238與ZIF連接器相應引腳連接時，要注意發(fā)送、接收引腳連接正確。，才能完成電平轉換功能。MC35i模塊通過RS232接口各引腳輸出的信號有RXD、 CTS、DSR、DCD、RING，輸入的信號為TXD、RTS、DTR。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。信號RING用來向蜂窩設備指示接收到Unsolicited Result Code(URC)。通過AT指令，可以設置MC35i的不同運行模式。l SIM卡電路基帶處理器集成了一個與ISO 78163 IC Card標準兼容的SIM接口。為了適合外部的SIM接口，該接口連接到主接口(ZIF連接器)。，MC35i在ZIF連接器上為SIM卡接口預留了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。當插入SIM卡，該引腳置為高電平，系統(tǒng)方可進入正常工作狀態(tài)。但是目前移動運營商所提供的SIM卡均無CCIN引腳，所以在設計電路時將引腳CCIN與CCVCC相連。 在設計中為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，則通話時音量很小?？紤]到設計中的電磁兼容和靜電保護等因素，為了達到最佳的通話效果，采用在SIM支架下，即印刷電路板的頂層敷設一層銅隔離網(wǎng)，該層敷銅與 SIM卡的CCGND引腳相連，CCGND和電路板的GND之間通過兩個并聯(lián)的電容和電感耦合。這樣為SIM卡構成了一個隔離地，屏蔽了其他信號線對 SIM卡的干擾。再進行語音通話時，話音清晰。： MC35i與SIM卡的連接電路圖 電源模塊設計通過本節(jié)點的設計指標參數(shù)可知，本節(jié)點的耗能較大，如果按照傳統(tǒng)做法采用普通干電池供電,由于電池容量有限,即使節(jié)點本身功耗極小,電池漏電流的存在也將大大縮短電池的壽命,特別是在較潮濕的環(huán)境中使用而未采用一定保護措施,或電池本身的質量問題等造成電池的自身放電,節(jié)點也將由于能量耗盡而很快失效。考慮到在化工區(qū)污染區(qū)域環(huán)境中或多或少地總有直射光或反射光,這就使得利用太陽能對節(jié)點供電成為可能。由于存在太陽能的非連續(xù)性和節(jié)點工作連續(xù)性的矛盾,不能直接利用太陽能對節(jié)點進行供電,所以采用充電電池給節(jié)點充電,并用電池電壓測量單元對充電電池電壓進行監(jiān)測,當?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。這種充電可以是斷續(xù)的,即太陽能電池板的電壓足以給充電電池充電時就自動給充電電池充電,直到監(jiān)測到電壓高于某值。太陽能電池充電器采用MC34063芯片。MC34063是一個低價位的DCDC交換式轉換IC，使用上非常