【正文】 ，它會一直處于正常工作狀態(tài)。在此期間，也可以向下發(fā)送命令。因此，協調器可以即時掌握網絡的所有節(jié)點信息，維護網絡信息庫（PIB，PAN Information Base）。同理，一個節(jié)點要離開（Leave）網絡，只須向其父節(jié)點提出請求即可。協調器啟動后，其他普通節(jié)點加入網絡時，只要將自己的信道設置成與現有的協調器使用的信道相同，并提供正確的認證信息，即可請求加入（Join）網絡。協調器通過掃描空信道嘗試建立一個新的網絡。初始化完畢后監(jiān)聽網絡，等候外部事件中斷的產生，并通過判斷響應的類型進行相應的數據轉發(fā)動作。 網關節(jié)點主程序流程圖系統(tǒng)上電后，初始化應用程序，選定一個PANID作為協調器的網絡標識，創(chuàng)建路由表，建立Zigbee網絡并通知其他節(jié)點加入。初始化完畢后監(jiān)聽網絡，等候外部事件中斷的產生，并通過判斷響應的類型進行相應的數據轉發(fā)動作。 系統(tǒng)上電后，初始化應用程序，選定一個PANID作為協調器的網絡標識，創(chuàng)建路由表，建立Zigbee網絡并通知其他節(jié)點加入。MC55模塊內置TCP/IP協議棧，提供了連接網絡的API接口, 可通過AT指令直接對其進行網絡配置，降低了設計的復雜度。應用程序主要包括串口數據收發(fā)程序和數據轉發(fā)處理程序。網絡系統(tǒng)軟件大致分為：網關模塊主程序、路由節(jié)點模塊程序、終端設備節(jié)點程序。在環(huán)境監(jiān)測應用中，系統(tǒng)需要周期性獲得被監(jiān)測區(qū)域的空氣質量（重點是SO2和NO2），同時當被監(jiān)測區(qū)域敏感污染氣體超標時要求傳感器節(jié)點能夠立即上傳數據，達到監(jiān)控的目的。同時，由于節(jié)點所放置的位置和其巨大的數量，也不可能定期更換電池。同時，軟件還應該具備可升級性，可擴展性，可以根據不同的需求適應不同的工作環(huán)境。 軟件設計功能分析本軟件是無線傳感通信節(jié)點的一部分，其主要作用是對無線傳感通信節(jié)點硬件電路提供軟件支持，使節(jié)點可以達到項目所規(guī)定的需求。在網關節(jié)點節(jié)點硬件設計中，主要圍繞GPRS模塊的硬件設計和太陽能電池對蓄電池充電電路展開的設計，并對相關的芯片做了詳細的介紹。自動充電電路見附錄6。由于Q3（TB123），關閉E腳輸出電壓，停止供應電壓給BT（電池）充電。當電壓經過R10（10K）及D10（4148），由于R5（1K）與SVR1（1K）調變，分壓出來，電壓通過D3（4148）至OP（LM358）第5只腳正端。 MC34063A為單片機控制電路，能夠DC─DC轉換，同時功能尚有升壓、降壓、穩(wěn)壓，并且能夠轉成負電壓。雖然它的效率還不算很高，但電路簡單、成本低廉、溫升低，所以被廣泛應用在許多電源轉換用途上。太陽能電池充電器采用MC34063芯片。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,當低于某個閾值時,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。： 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。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。 在設計中為SIM卡布線時，發(fā)現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。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)。為了適合外部的SIM接口，該接口連接到主接口(ZIF連接器)。通過AT指令，可以設置MC35i的不同運行模式。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。才能完成電平轉換功能。 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。 V， V～ V的時間小于30 us，則/INVALID(15腳)引腳為高電平(數據有效)。如果FORCEON和/FORCEOFF引腳均為高電平，那么AutoPowerdown Plus功能失效。該芯片的最大特點是，在串行口無數據輸入的情況下，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。具有獨特的177。數據通信電路以MAXIM公司的MAX3238芯片為核心，實現電平轉換及串口通信功能。數據接口配置為8位數據位、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)。l 數據通信電路數據通信電路主要完成GPRS數據流傳輸、短消息收發(fā)、與PC機通信、軟件流控制等功能。其中：r=R總C+；R總=R1+R2=200Ω ；r=R總C+=200103 106=200 ms。UR1=i(t)R1 (2)由式2得：= 5/(200103)e1/200200103。穩(wěn)態(tài)值是根據“電容相當于開路”而確定為Us的。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。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。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。顯然IGT腳在 POWERON腳電壓由低變高時處于低電平，GPRS模塊開機。當POWER ON腳電壓由高變低時。 啟動信號下降根據上面的分析，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。啟動后，15腳的信號應保持高電平。 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。（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。 CS 1,2,3,4； GPRS: 最大 kbps。C to +55176?！?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。系統(tǒng)介紹：產品介紹： 西門子MC35I GPRS模塊產品類型： 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；支持數據、語音、短消息和傳真；SIM 應用工具包；AT 命令集控制；Ramp。作為MC35i的核心，基帶處理器主要處理GSM終端內的語音、數據信號，并涵蓋了蜂窩射頻設備中的所有的模擬和數字功能。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。常用工作模式有省電模式、IDLE、TALK等模式。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。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系統(tǒng)方案中的數據、語音傳輸、短消息服務 (Short Message Service)和傳真。MC35I模塊屬于無線通訊核心模塊，是結合語音、數據傳輸、簡訊服務及傳真等功能的高科技產品。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。GPRS和以往連續(xù)在頻道傳輸的方式不同，是以封包（Packet）式來傳輸的。它通過利用GSM網絡中未使用的TDMA信道，提供中速的數據傳遞。（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據業(yè)務。 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技術的無線傳輸網絡系統(tǒng)，集計算機、通信等多種先進技術于一體，成功實現了對數據的無線遠程傳輸問題。見附錄CC2420芯片48引腳及其功能介紹。電源模塊負責為網關節(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。 網關節(jié)點設計 網關節(jié)點的系統(tǒng)構架 網關節(jié)點的設計框圖基于無線傳感器網絡的化工區(qū)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的網關節(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。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象發(fā)生。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。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。天線的選擇和設置會直接影響整個無線通信網絡的運行質量。最后 ,經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。報頭和起始幀由硬件自動生成。 CC2420接收數據時，它會從天線接收到射頻信號，首先經過低噪聲放大器(LowNOisoAmplifier，LNA)，然后正交下邊頻到2MHz的中頻，形成中頻信號的同相分量和正交分量，兩路信號經過濾波和放大后，直接通過模數轉換器轉換成數字信號，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字信號的形式處理的。當ATmega128的SPI接口設為主機工作方式時，其硬件電路不會自動控制SS引腳。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。CC2420芯片除了擁有以上 Zigbee的所有優(yōu)點外 ,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。 MAC層采用了完全確認的數據傳輸模式，每個發(fā)送的數據包都必須等待接收方的確認信息。由一個主節(jié)點管理若干子節(jié)點 ,最多一個主節(jié)點可管理 254個子節(jié)點；同時，主節(jié)點還可由上一層網絡節(jié)點管理,最多可組成 65 000個節(jié)點的大網。 免執(zhí)照頻段：采用直接序列擴頻在 ISM (工業(yè)、科學、醫(yī)療 )頻段 ,2. 4 GHz (全球 )、915 MHz (美國)樹狀和網狀868 MHz(歐洲 ),均為免執(zhí)照頻段。單靠兩節(jié) 5號電池便可維持 6到24個月，這是其他無線通信技術望塵莫及的。 時延短：休眠激活時延和活動設備接入信道時延均為 15 ms,典型的搜索設備時延為 30 ms，這便可以使系統(tǒng)有更多的睡眠時間，從而大大降低能量消耗。無線傳感器網絡的不同應用都是由基本應用組成，如加入網絡、脫離網絡、發(fā)送數據等。 應用層主要為Zigbee技術的實際應用提供一些應用框架模型等，以便對Zigbee技術進行開發(fā)應用。 網絡層主要用于建立和維護網絡連接。 MAC 層為高層訪問物理信道提供了點到點通信的服務接口，具體功能是信標管理、信道接入、時隙管理、發(fā)送確認幀、發(fā)送連接及斷開連接請求。PHY層由射頻收發(fā)器以及底層的控制模塊組成，定義了物理無線信道和MAC層之間的接口。其MAC層的幀格式為：頭幀+數據幀+校驗幀；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置寄存器改變，采用16位CRC校驗來提高數據傳輸的可靠性。這些傳感器只需要很少的能量，以接力的方式通過無線電波將數據從一個傳感器傳到另一個傳感器，所以它們的通信效率非常高。主要用于近距離無線連接。Zigbee的基礎是IEEE ，但IEEE僅處理低級MAC層和物理層協議，因此Zigbee聯盟擴展了IEEE，對其網絡層協議和API進行了標準化。另外, 通過CCA管腳狀態(tài)的設置可以控制清除通道估計, 通過SFD管腳狀態(tài)的設置可以控制時鐘/ 定時信息的輸入。通過控制FIFO和FIFOP管腳接口的狀態(tài)可設置發(fā)射/ 接收緩存器。CC2420芯片的引腳介紹見附錄4。該器件只需極少外部元件，即可確保短距離通信的有效性和可靠性。zigBee網絡節(jié)點的設計具有微型化、擴展性和靈活性、穩(wěn)定性和安全性、低成本等要求。Zigbee的節(jié)點與節(jié)點之間可以互相通信，接力傳輸。Zigbee, 在中國被譯為紫蜂,與藍牙相類似，是一種新興的短距離無線技術。當數據處理單元處理數據后，判斷該數據為超標數據，即此節(jié)點處于環(huán)境污染狀態(tài)中，處理器會發(fā)出命令，使相應的報警指示燈變亮。（3）報警指示燈的設計 報警指示燈設計電路 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。 ATmega128的主要性能如下：?高性能、低功耗的AVR 8位微處理器?先進的RISC結構—— 133條指令一大多數可以在一個時鐘周期內完成—— 32x8通用工作寄存器+外設控制寄存器—— 全靜態(tài)工作—— 工作于16MHz時性能高達16MIPS—— 只需兩個時鐘周期的硬件乘法器?非易失性的程序和數據存儲器—— 128K字節(jié)的系統(tǒng)內可編程Flash，壽命:10, 000次寫/擦除周期—— 具有獨立鎖定位、可選擇的啟動代碼區(qū)，通過片內的啟動程序實現系統(tǒng)內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)的內部SRAM—— 多達64K字節(jié)的優(yōu)化的外部存儲器空問—— 可以對鎖定位進行編程以實現軟件加密—— 可以通過SPI實現系統(tǒng)內編程—— JTAG接口(與IEEE )——