【正文】 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(gè)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 digital pads24DSUB_COREGround (digital)Substrate connection for digital modules25Power (digital) V Power supply for digital I/Os26Power (digital) V Power supply for digital core27SFDDigital outputSFD (Start of Frame Delimiter) / digital mux output28CCADigital outputCCA (Clear Channel Assessment) / digital mux output29FIFOPDigital outputHigh when number of bytes in FIFO exceeds threshold / serial RF clock output in test mode30FIFODigital I/OHigh when data in FIFO / serial RF data input / output in test mode31CSnDigital inputSPI Chip select, active low32SCLKDigital inputSPI Clock input, up to 10 MHz33SIDigital inputSPI Slave Input. Sampled on the positive edge of SCLK34SODigital output (tristate)SPI Slave Output. Updated on the negative edge of SCLK. Tristate when CSn high.35DVDD_RAMPower (digital) V Power supply for digital RAM36NCNot Connect37AVDD_XOSC16Power (analog) V crystal oscillator power supply38XOSC16_Q2Analog I/O16 MHz Crystal oscillator pin 239XOSC16_Q1Analog I/O16 MHz Crystal oscillator pin 1 or external clock input40NCNot Connect41VREG_ENDigital inputVoltage regulator enable, active high, held at VREG_IN voltage level when acti。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(lì)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。在科研的道路上是艱辛的，有時(shí)候會出現(xiàn)迷茫，但我們堅(jiān)信，既然選擇了科研作為前進(jìn)的道路就堅(jiān)決不后退，前方的道路一定是光明的。14(10):1717～1727[13] 李建中,李金寶,、問題與發(fā)展 哈爾濱工業(yè)大學(xué),2004.[14] 馬潮. 高檔8 位單片機(jī)ATmega128 原理與開發(fā)應(yīng)用指南. 北京: 北京航空航天大學(xué)出版社, 2004[15] ATmega128/ATmega128L Corporation , 2001[16] Chipcon AS Smart RFCC2420 Preliminary Datasheet (rev ), 20040609 [17] ZIGBEE無線技術(shù)手冊[18] 致 謝“寶劍鋒從磨礪出，梅花香自苦寒來”，經(jīng)過近一年時(shí)間的努力工作，終于使“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)”的研究取得了階段性成績。后續(xù)研究工作可以從以下三個(gè)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。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(shí)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。在開展課題的最初幾個(gè)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。在對上位機(jī)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)中，本文采用組態(tài)王來實(shí)現(xiàn)對其的開發(fā)環(huán)境設(shè)計(jì)，并詳細(xì)介紹了上位機(jī)監(jiān)控軟件開發(fā)的步驟，最后針對上位機(jī)監(jiān)控界面作了軟件設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控任務(wù)。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(gè)功能展開相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)。組態(tài)王提供了豐富的報(bào)表函數(shù),能制成實(shí)時(shí)報(bào)表和歷史報(bào)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(shí)的或某一歷史時(shí)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(shí)報(bào)表和歷史報(bào)表的保存、打印等功能。 電池組電壓歷史趨勢曲線系統(tǒng)報(bào)表畫面設(shè)計(jì)在空氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中,對氮氧化合物，二氧化硫，二氧化碳，硫化氫參數(shù)的記錄和保存是非常重要的,可用于事后數(shù)據(jù)的查詢和分析。數(shù)據(jù)將從趨勢的右邊進(jìn)入,同時(shí)趨勢將從右向左移動(dòng)。對不同控制點(diǎn)其實(shí)時(shí)曲線是類似的。定義報(bào)警變量時(shí),可以定義報(bào)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(bào)警組、優(yōu)先級,以描述報(bào)警的分類信息和嚴(yán)重程度。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。具體設(shè)計(jì)內(nèi)容及實(shí)現(xiàn)的功能介紹如下。在TouchVew環(huán)境下，選擇調(diào)試菜單下用戶需要了解的實(shí)時(shí)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(shí)顯示通訊連接狀態(tài)。工程人員可根據(jù)系統(tǒng)需要設(shè)立1/0服務(wù)器、報(bào)警服務(wù)器、登錄服務(wù)器、WEB服務(wù)器和客戶端。組態(tài)王提供21種動(dòng)畫連接方式，雙擊圖素，就會彈出動(dòng)畫連接對話框，選擇動(dòng)畫連接方式，通過表達(dá)式設(shè)置圖速與連接變量的關(guān)系。在畫面上的圖形對象與數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)變量之間建立了一種特定的對應(yīng)關(guān)系。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(dòng)態(tài)圖形對象。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。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(shí)查詢和修改。在運(yùn)行期間，組態(tài)王可通過驅(qū)動(dòng)接口和外部設(shè)備交換數(shù)據(jù)，包括采集數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)/指令?！±媒M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。它還負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)的變化用動(dòng)畫的方式形象地表示出來,同時(shí)完成變量報(bào)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。畫面的開發(fā)和運(yùn)行是由工程瀏覽器調(diào)用畫面制作系統(tǒng)TOUCHMAK和畫面運(yùn)行系統(tǒng)TOUCHVEW來完成的。它以Windows2000、WindowsXP、WindowsNT中文操作系統(tǒng)作為其操作平臺，并集控制、數(shù)據(jù)庫、人機(jī)界面、網(wǎng)絡(luò)和圖形等技術(shù)于一身,包含動(dòng)態(tài)顯示、報(bào)警、控件、趨勢、及網(wǎng)絡(luò)通信等組件,提供一個(gè)友好的用戶界面,使用戶在不需要編什么程序代碼的情況下便可生成自己需要的應(yīng)用軟件。 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(gè)別節(jié)點(diǎn)故障的情況下,其他節(jié)點(diǎn)的工作不受影響。任務(wù)完成后,節(jié)點(diǎn)將再次進(jìn)入睡眠狀態(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(shí)接收器處于監(jiān)聽狀態(tài)。為了降低功耗,終端節(jié)點(diǎn)選擇“睡眠—被喚醒—正常工作”的工作模式。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(shí)，主動(dòng)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(gè)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)。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。在無線模塊接收到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)或是氣體傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)來的命令后, 傳感器節(jié)點(diǎn)被喚醒, 處理器對命令進(jìn)行判斷, 如果命令是采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)， 則該節(jié)點(diǎn)進(jìn)入工作狀態(tài), 否則此節(jié)點(diǎn)再次進(jìn)入睡眠狀態(tài)。傳感器節(jié)點(diǎn)遵循睡眠 被喚醒 正常工作的工作模式。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。 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。協(xié)調(diào)器不休眠