【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 濾波和放大后，直接通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，后續(xù)的自動(dòng)增益控制、信道的選擇、解擴(kuò)及同步等處理都是以數(shù)字信號(hào)的形式處理的。當(dāng)其要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí) ,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(bào)頭和起始幀由硬件自動(dòng)生成。根據(jù) IEEE 802. 15. 4標(biāo)準(zhǔn)，將數(shù) 據(jù)流的每 4個(gè)比特?cái)U(kuò)展為32碼片 ,然后送到 D /A轉(zhuǎn)換器。最后 ,經(jīng)過(guò)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外圍天線連接電路圖天線對(duì)于無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，是十分重要的。天線的選擇和設(shè)置會(huì)直接影響整個(gè)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行質(zhì)量。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。PCB引線天線是印制在電路板上的導(dǎo)線，通過(guò)它來(lái)感應(yīng)空中電波。 電源模塊設(shè)計(jì)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(biāo)，采用電池盒供電方式，來(lái)為整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)模塊供電。它的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜，兩節(jié)5號(hào)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)。電池盒采用密封設(shè)計(jì)，置于傳感器節(jié)點(diǎn)模塊底部。這樣做是為了避免化工區(qū)的污染物質(zhì)腐蝕電池，同時(shí)避免傳感器長(zhǎng)時(shí)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(huì)不穩(wěn)定，所以我在電路板上集成了一塊穩(wěn)壓芯片，來(lái)滿足核心芯片、發(fā)射模塊及傳感器的需要。 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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的化工區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)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。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(wú)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(gè)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(shí)也接收基站發(fā)出的命令。電源模塊負(fù)責(zé)為網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)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(diǎn)是利用太陽(yáng)能電池板實(shí)現(xiàn)可供高效蓄電池充電，這樣可以有效的解決此節(jié)點(diǎn)的能耗大問(wèn)題，延長(zhǎng)了此節(jié)點(diǎn)的有效工作時(shí)間。 、： 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。見(jiàn)附錄CC2420芯片48引腳及其功能介紹。 微處理器模塊的設(shè)計(jì)此節(jié)點(diǎn)的處理器仍然選擇AT公司的AVR系列的ATmega128型單片機(jī)。 GPRS模塊設(shè)計(jì)隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展，無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，采用先進(jìn)的GPRS技術(shù)的無(wú)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(duì)數(shù)據(jù)的無(wú)線遠(yuǎn)程傳輸問(wèn)題。GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)闹饕獌?yōu)點(diǎn)有：永遠(yuǎn)在線、高速傳輸、覆蓋范圍內(nèi)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(wú)線服務(wù)技術(shù)的簡(jiǎn)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)。 它經(jīng)常被描述成“”，也就是說(shuō)這項(xiàng)技術(shù)位于第二代（2G）和第三代（3G）移動(dòng)通訊技術(shù)之間。它通過(guò)利用GSM網(wǎng)絡(luò)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(guò)增加相應(yīng)的功能實(shí)體和對(duì)現(xiàn)有的基站系統(tǒng)進(jìn)行部分改造來(lái)實(shí)現(xiàn)分組交換，這種改造的投入相對(duì)來(lái)說(shuō)并不大，但得到的用戶數(shù)據(jù)速率卻相當(dāng)可觀。GPRS和以往連續(xù)在頻道傳輸?shù)姆绞讲煌?，是以封包（Packet）式來(lái)傳輸?shù)?。所謂的封包（Packet）就是將Date封裝成許多獨(dú)立的封包，再將這些封包一個(gè)一個(gè)傳送出去，形式上有點(diǎn)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(shí)才會(huì)占用頻寬，而且可以以傳輸?shù)馁Y料量計(jì)價(jià)，這對(duì)用戶來(lái)說(shuō)是比較合理的計(jì)費(fèi)方式，因?yàn)橄驣nternet這類的數(shù)據(jù)傳輸大多數(shù)的時(shí)間頻寬是間置的。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(cuò)誤保護(hù)（Error Protection）能力。（2） GPRS模塊選型GPRS單元采用MC35i模塊。MC35I模塊屬于無(wú)線通訊核心模塊，是結(jié)合語(yǔ)音、數(shù)據(jù)傳輸、簡(jiǎn)訊服務(wù)及傳真等功能的高科技產(chǎn)品。此模塊功能強(qiáng)大，利用此無(wú)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。MC35i是Siemens公司推出的新一代無(wú)線通信GPRS模塊，可以快速安全可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)、語(yǔ)音傳輸、短消息服務(wù) (Short Message Service)和傳真。～ V，可以工作在900 MHz和1800 MHz兩個(gè)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(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(zhǎng)不超過(guò)3s。模塊有AT命令集（見(jiàn)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(guò)獨(dú)特的40引腳的ZIF連接器，實(shí)現(xiàn)電源連接、指令、數(shù)據(jù)、語(yǔ)音信號(hào)、及控制信號(hào)的雙向傳輸。通過(guò)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(nèi)的語(yǔ)音、數(shù)據(jù)信號(hào)，并涵蓋了蜂窩射頻設(shè)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(yǔ)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(wú)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(yǔ)音、短消息和傳真；SIM 應(yīng)用工具包；AT 命令集控制；Ramp。TTE 認(rèn)證、GCF認(rèn)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(jī)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(biāo)準(zhǔn)RS232 雙向接口；50 歐姆天線連接器。（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。MC35i共有40個(gè)引腳（），通過(guò)ZIF連接器分別與電源電路、啟動(dòng)與關(guān)機(jī)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(dòng)電路啟動(dòng)電路由開漏極三極管和上電復(fù)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(shí)長(zhǎng)至少為100ms的低電平信號(hào)，且該信號(hào)下降沿時(shí)間小于1 ms。啟動(dòng)后，15腳的信號(hào)應(yīng)保持高電平。，為啟動(dòng)電路產(chǎn)生的信號(hào)，從中可以看出10 ms的延時(shí)和100 ms的低電平。 啟動(dòng)信號(hào)下降根據(jù)上面的分析，設(shè)計(jì)啟動(dòng)部分的參考電路如下： 啟動(dòng)電路圖，當(dāng)Power ON腳電壓由低變高時(shí)，電容C1被充電左負(fù)右正。電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较?，此時(shí)電阻R1的電壓上正下負(fù)(當(dāng)UR1≥ V時(shí))使Q1的發(fā)射結(jié)正偏，晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)，IGT腳處于低電平。當(dāng)POWER ON腳電壓由高變低時(shí)。電容C1開始放電，此時(shí)電阻R1的電壓上負(fù)下正使Q1的發(fā)射結(jié)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(shí)處于低電平，GPRS模塊開機(jī)。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(duì)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。為了方便說(shuō)明，模塊開機(jī)電路電路圖可以簡(jiǎn)化如下：，開關(guān)由a投向b，并在t=0前開關(guān)與a端相連時(shí)間足夠長(zhǎng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)，即Uc(0)=0。由于電容電壓不能跳變，在開關(guān)投到b的瞬間，電容電壓仍為零。即C(0+)=0。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(wèn)題。 啟動(dòng)電路簡(jiǎn)介圖當(dāng)開關(guān)投向b后電容電壓從零值開始充電，電壓逐漸上升，最后應(yīng)趨于穩(wěn)態(tài)值。穩(wěn)態(tài)值是根據(jù)“電容相當(dāng)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(shí)，三極管將截止， V時(shí)的時(shí)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?？芍?00 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(jī)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(wú)校驗(yàn)位，可以在300 bps115 kbps的波特率下運(yùn)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(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換及串口通信功能。 V，符合TIA/。具有獨(dú)特的177。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。該芯片的最大特點(diǎn)是，在串行口無(wú)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。在正常運(yùn)行模式下，約30秒時(shí)間內(nèi)若芯片在接收和發(fā)送引腳沒(méi)有檢測(cè)到有效信號(hào)，將自動(dòng)進(jìn)入Powerdown模式，此時(shí)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(shí)，如果檢測(cè)到接收或發(fā)送引腳有信號(hào)輸入，該芯片自動(dòng)被激活，轉(zhuǎn)入正常工作狀態(tài)。 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)。 V～ V的時(shí)間大于30 us，則/INVALID(15腳)引腳為低電平(數(shù)據(jù)無(wú)效)。 該芯片的以上特性，滿足了MC35i作為移動(dòng)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(yīng)引腳連接時(shí)，要注意發(fā)送、接收引腳連接正確。，才能完成電平轉(zhuǎn)換功能。MC35i模塊通過(guò)RS232接口各引腳輸出的信號(hào)有RXD、 CTS、DSR、DCD、RING，輸入的信號(hào)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(hào)。信號(hào)RING用來(lái)向蜂窩設(shè)備指示接收到Unsolicited Result Code(URC)。通過(guò)AT指令，可以設(shè)置MC35i的不同運(yùn)行模式。l SIM卡電路基帶處理器集成了一個(gè)與ISO 78163 IC Card標(biāo)準(zhǔn)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(yù)留了6個(gè)引腳，所添加的CCIN引腳用來(lái)檢測(cè)SIM卡支架中是否插有SIM卡。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)。但是目前移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商所提供的SIM卡均無(wú)CCIN引腳，所以在設(shè)計(jì)電路時(shí)將引腳CCIN與CCVCC相連。 在設(shè)計(jì)中為SIM卡布線時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)值得引起注意問(wèn)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(hào)的隔離保護(hù)，則通話時(shí)音量很小。考慮到設(shè)計(jì)中的電磁兼容和靜電保護(hù)等因素，為了達(dá)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(shè)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(guò)兩個(gè)并聯(lián)的電容和電感耦合。這樣為SIM卡構(gòu)成了一個(gè)隔離地，屏蔽了其他信號(hào)線對(duì) SIM卡的干擾。再進(jìn)行語(yǔ)音通話時(shí)，話音清晰。： MC35i與SIM卡的連接電路圖 電源模塊設(shè)計(jì)通過(guò)本節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)指標(biāo)參數(shù)可知，本節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(hù)措施,或電池本身的質(zhì)量問(wèn)題等造成電池的自身放電,節(jié)點(diǎn)也將由于能量耗盡而很快失效?？紤]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(yáng)能對(duì)節(jié)點(diǎn)供電成為可能。由于存在太陽(yáng)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(yáng)能對(duì)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(cè)量單元對(duì)充電電池電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè),當(dāng)?shù)陀谀硞€(gè)閾值時(shí),控制太陽(yáng)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(yáng)能電池板對(duì)充電電池的充電。這種充電可以是斷續(xù)的,即太陽(yáng)能電池板的電壓足以給充電電池充電時(shí)就自動(dòng)給充電電池充電,直到監(jiān)測(cè)到電壓高于某值。太陽(yáng)能電池充電器采用MC34063芯片。MC34063是一個(gè)低價(jià)位的DCDC交換式轉(zhuǎn)換IC，使用上非常