【正文】 號(hào)實(shí)現(xiàn)解調(diào)。因此，相比于 FFD 設(shè)備，RFD 設(shè)備占用更少的系統(tǒng)資源，更有利于系統(tǒng)成本的降低。RFD 省掉了內(nèi)存和一些電路，較低級(jí)的處理器和小協(xié)議棧有效地降低了 RFD 的成本，同時(shí)也降低了能量的消耗。2)精簡(jiǎn)功能設(shè)備 RFDRFD 只能傳送信息給 FFD 或從 FFD 接收信息。同時(shí)也能用作終端設(shè)備。1)全功能設(shè)備 FFD可以擔(dān)任網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)者，形成網(wǎng)絡(luò)，讓其它的 FFD 或是精簡(jiǎn)功能 RFD 連接，F(xiàn)FD 具備控制器的功能，可提供信息雙向傳輸。此外每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)在本網(wǎng)絡(luò)中唯一的 16 位網(wǎng)絡(luò)地址，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò) ID 和各自的網(wǎng)絡(luò)地址通信。圖 310 所示為 ZigBee 協(xié)議的組成，簡(jiǎn)單描述了所述四層之間的關(guān)系。網(wǎng)絡(luò)層主要用于 ZigBee 的 WPAN 網(wǎng)的組網(wǎng)連接、數(shù)據(jù)管理以及網(wǎng)絡(luò)安全等。MAC 層的具體特征是：信標(biāo)管理，信道接入，時(shí)隙管理，發(fā)送確認(rèn)幀，發(fā)送連接及斷開(kāi)連接請(qǐng)求。有助于獲得更高的吞吐量、更小的通信時(shí)延和更短的工作周期從而更加省電。首先將數(shù)據(jù)按每 4 位信息比特組成一個(gè)符號(hào)數(shù)據(jù)，根據(jù)該符號(hào)數(shù)據(jù)，從 16 個(gè)幾乎正交的偽隨機(jī)序列(PN 序列)中，選取其中一個(gè)序列作為傳送序列，然后根據(jù)所發(fā)送連續(xù)的數(shù)據(jù)信息，將所選出的 PN 序列串接起來(lái)，并使用 OQPSK 的調(diào)制方法，將這些集合在一起的序列調(diào)制到載波上。其中，868MHz 是歐洲的 ISM 頻段，只有 1 個(gè)信道，傳輸速率為 20kb/s。它們都基于DSSS(DireetSequeneeSpreadSpeetrum，直接序列擴(kuò)頻)，使用相同的物理層數(shù)據(jù)包格式，區(qū)別在于工作頻率、調(diào)制技術(shù)、擴(kuò)頻碼片長(zhǎng)度和傳輸速率。通信距離范圍通常為 lcm，可擴(kuò)大到約 300mI。物理層數(shù)據(jù)服務(wù)可以通過(guò)無(wú)線物理信道發(fā)送和接收物理層協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PPDU)來(lái)實(shí)現(xiàn)。但 ZigBee 聯(lián)盟定義協(xié)議時(shí)采用了 規(guī)范作其底層。在設(shè)置串口收發(fā)時(shí)，設(shè)置為串口 0 位置 1，也就是設(shè)置串口 I)0．P0．3 、P0 ．P0．5 分別用做 RXD、TXD 、CTS 、RTs，I)0．P0．5 做接收輸入端， P0．P0．4 為發(fā)送輸出端．整個(gè) CQ430 模塊與計(jì)算機(jī)的串行信過(guò)程如下：計(jì)算機(jī)將 RS 一 232 串口數(shù)據(jù)通 據(jù)轉(zhuǎn)換成 1yrL 數(shù)據(jù)，再通過(guò) R10UT 和 I 也 OUT 傳送到 CC2430；同時(shí)， CC2430 通過(guò) I)0．3 和I)0． 4 將數(shù)據(jù)傳送給 MAX232，由 MAX232 將 1vrL 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 RS 一 232 數(shù)據(jù)，再通過(guò) T10UT 和 T20UT 將數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī)．ZigBee 協(xié)議層機(jī)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，嚴(yán)格講 ZigBee 協(xié)議只包含應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層及各層的安全機(jī)制。2430．該款芯片以強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境為支持，內(nèi)部線路的交互式調(diào)試遵從 IDE 的 IAR 環(huán)境．它是 Chipcon公司推出的用來(lái)實(shí)現(xiàn)嵌入式 ZigBee 應(yīng)用的片上系統(tǒng)，它支持 2．4GHz IEEE 802．15．4 協(xié)議，結(jié)合一個(gè)高性能 2．4GHz DsSS(直接序列擴(kuò)頻)射頻收發(fā)器核心和一顆工業(yè)級(jí)小巧高效的 8051 控制器．CL2430 芯片在單個(gè)芯片上整合了ZigBee 射頻(RF)前端、內(nèi)存和微控制器．它使用 1 個(gè) 8 位 MCU(8051)，具有32／64／128KB 可編程閃存和 8KB 的 RAM，還包含模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(～)C)、幾個(gè)定時(shí)器(Timer)、AESl28 協(xié)同處理器、看門狗定時(shí)器 (Watchdog Timer)、32 kHz 晶振的休眠模式定時(shí)器、上電復(fù)位電路(Power On Reset)、掉電檢測(cè)電路(Brown Out Detection)以及 21 個(gè)可編程 I／O 引腳。 無(wú)線傳輸模塊的設(shè)計(jì)ZigBee 是一種短距離、低速率、低功耗、低成本和低復(fù)雜度的雙向無(wú)線通信技術(shù)，它工作于無(wú)需注冊(cè)的 2．4GHz 國(guó)際免費(fèi)頻段 ISM(Industrial ientificMedical Band)．ZigBee 的傳輸速率為 10kbps~250kbps，傳輸距離為10~100m，具有電池壽命長(zhǎng)、應(yīng)用簡(jiǎn)單、可靠性高及組網(wǎng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)．主要適用于無(wú)線傳感器網(wǎng)、自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備中，同時(shí)支持地理定位功能。環(huán)境溫度 0℃~40℃，溫度不高于 95%RH（25℃），氣壓 80~116kPa。瓦斯傳感器模塊的電路如圖 38 所示.圖 38 瓦斯傳感器電路圖輸出的檢測(cè)電壓分別與 CC2430 的 P0_0 及 P0_1 引腳連接，作為差分電壓輸入。圖 37 載體催化元件電路該電路是一個(gè)惠斯通電橋，在空氣中沒(méi)有可燃?xì)怏w的時(shí)候，可以通過(guò)可變電阻 R0 進(jìn)行調(diào)零，將輸出電壓調(diào)為零。工作電流（mA） 110177。該傳感器可以布置于固定節(jié)點(diǎn)，也適用于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)。MJC 系列載體催化元件是用于對(duì)空氣里可燃?xì)怏w進(jìn)行檢測(cè)的，可以對(duì)瓦斯（天然氣）、煤氣、液化石油氣等多種可燃?xì)怏w進(jìn)行檢測(cè)，屬于廣譜氣敏元件。監(jiān)測(cè)到的信息傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理后發(fā)出指令，如果瓦斯超過(guò)規(guī)定值，該系統(tǒng)可以立即發(fā)出聲光報(bào)警并自動(dòng)發(fā)出執(zhí)行指令以降低瓦斯?jié)舛?。該單元以單片機(jī) AT89C52 為核心，包含甲烷濃度采樣器、把 220V 的交流電轉(zhuǎn)換成 5V 的直流電源、紅外遙控系統(tǒng)、存儲(chǔ)器的擴(kuò)展、LCD 顯示器和報(bào)警裝置等組成。電源系統(tǒng)單元：本單元的主要功能是為單片機(jī)提供適當(dāng)?shù)墓ぷ麟娫?，同時(shí)也為其他模塊提供電源，在本設(shè)計(jì)當(dāng)中，電源系統(tǒng)輸出 +5 V 的電源。 111234567891110J1C1+1 VDD 2C13C2+4C25VEE 6T2OUT 7R2IN 8R2OUT9T2IN10T1IN11R1OUT12 R1IN 13T1OUT 14GND15VCC 16U1MAX232CPE1uFC61uF C11uF C21uFC4VCC1uFC5RXDTXD圖 35 串口通信硬件連接圖無(wú)線模塊單元：主要實(shí)現(xiàn)信號(hào)的接收和發(fā)送功能，在發(fā)送端對(duì)信號(hào)進(jìn)行編碼，接收端對(duì)信號(hào)實(shí)現(xiàn)解調(diào)。 本設(shè)計(jì)采用 RS232 串行接口來(lái)完成單片機(jī)與 PC 機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸。RST(VPD)9(RXD)10(TXD)11(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)15(WR)16(RD)17XTAL218XTAL119GND20VCC 40 39 38 37 36 35 34 33 32EA/VDD 31ALE/PROG 30PSEN 29 28 27 26 25 24 23 22 21U2AT89S51R430pFC930pFC1022uFC3VCCVCCLCD_D0LCD_D1LCD_D2LCD_D3LCD_D4LCD_D5LCD_D6LCD_D7LCD_ELCD_RSLCD_RW1KR5S1DS2DS1510R6510R712Y1KEY_1KEY_2KEY_3KEY_4OUT_1OUT_2OUT_3DQRXDTXD圖 33 最小系統(tǒng)圖瓦斯傳感器：本部分的主要作用是用傳感器檢測(cè)并采集模擬環(huán)境中的瓦斯信號(hào)，再把電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，使用 A/D 轉(zhuǎn)換器將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的數(shù)字電壓信號(hào)，以上過(guò)程都在瓦斯傳感器內(nèi)部完成。單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展，一般是以基本最小系統(tǒng)為基礎(chǔ)的。監(jiān)測(cè)到的信息傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理后發(fā)出指令，如果瓦斯超過(guò)規(guī)定值，該系統(tǒng)可以立即發(fā)出聲音報(bào)警以便管理人員及早做出相應(yīng)措施。硬件原理框圖，如圖 31所示：圖 31 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理框圖按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，本系統(tǒng)主要硬件系統(tǒng)由瓦斯傳感器模塊、無(wú)線傳輸模塊、數(shù)據(jù)接收及處理單元和能量供應(yīng)模塊四大主要模塊組成。硬件系統(tǒng)所需要完成的功能是將瓦斯傳感器采集到的瓦斯?jié)舛刃盘?hào)，輸送到 AT89C52 單片機(jī)的 I/O 口，然后把單片機(jī)數(shù)據(jù)處理后的結(jié)果通過(guò)無(wú)線模塊從礦井下接收并發(fā)送到地面，通過(guò)接口把無(wú)線模塊的發(fā)送部分與單片機(jī)連接，然后再通過(guò)單片機(jī) I/O 口，把單片機(jī)控制信號(hào)送到執(zhí)行單元蜂鳴器。計(jì)算機(jī)與外界的數(shù)據(jù)傳送大部分都是串行的，其傳送距離可以從幾米到幾千米。串行通信的主要功能是實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與 PC 機(jī)的數(shù)據(jù)交換，當(dāng)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)分析的時(shí)候，可以把數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)，使用上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并且將數(shù)據(jù)處理的結(jié)果又發(fā)送給單片機(jī)。此外，對(duì)于煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)工作來(lái)說(shuō)，為了獲得較為全面的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，需要在網(wǎng)絡(luò)中布置數(shù)量較多的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)，這就要求網(wǎng)絡(luò)能協(xié)調(diào)好節(jié)點(diǎn)之間的通信，并且要求網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸具有較低的時(shí)延。網(wǎng)絡(luò)中采用不同功能的節(jié)點(diǎn)，可合理分配各類節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，來(lái)兼顧網(wǎng)絡(luò)對(duì)低功耗和高性能的要求。 在此種結(jié)構(gòu)中，無(wú)線竹點(diǎn)按功能強(qiáng)弱分類有 4 種，分別為協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、路由器節(jié)點(diǎn)、普通型端設(shè)備和增強(qiáng)型端設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖 所示。但層次型結(jié)構(gòu)存在數(shù)據(jù)傳輸路徑單一、易受破壞等問(wèn)題，并且當(dāng)局部監(jiān)測(cè)規(guī)模較大時(shí)監(jiān)測(cè)效果不理想。表 23 MH740A 主要技術(shù)參數(shù) 檢測(cè)范圍 0100 %VOL 分辨率 %VOL 響應(yīng)時(shí)間(T ) 30 s 零點(diǎn)漂移 177。MH740A 是將成熟的紅外吸收氣體檢測(cè)技術(shù)與微型機(jī)械加工、精良電路設(shè)計(jì)緊密結(jié)合，制作出的小巧型紅外氣體傳感器。該傳感器是一種智能型檢測(cè)儀表，具有自動(dòng)調(diào)零、自動(dòng)調(diào)靈敏度、非線性補(bǔ)償?shù)裙δ埽ㄋ泄δ芸赏ㄟ^(guò)遙控器來(lái)實(shí)現(xiàn)） ，具有方便使用、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。 瓦斯采集與傳感器傳感器的選擇受到很多因素的影響，首先是各種瓦斯傳感器自身的優(yōu)缺點(diǎn)，其次是各種不同的環(huán)境因素，還有就是系統(tǒng)所要求實(shí)現(xiàn)的精度等，所以在不同的設(shè)計(jì)當(dāng)中瓦斯傳感器的選擇也將不同。目前，8位單片機(jī)在國(guó)內(nèi)外仍占有重要地位。另外，STC89C52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持兩種軟件可選擇節(jié)電模式。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案 [3]。使用高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。當(dāng)?shù)V井下采集到的瓦斯?jié)舛冗_(dá)到或者超過(guò)設(shè)定的瓦斯安全濃度就實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警，以便地面上的工作人員能及時(shí)做好相應(yīng)的處理，保證生產(chǎn)安全。主要運(yùn)用單片機(jī)各接口的連接，將單片機(jī)芯片作為橋梁把礦井下的瓦斯氣體濃度采集與地面上的監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)，將各個(gè)元件組成一個(gè)系統(tǒng)。不同于傳統(tǒng)的接收與發(fā)送模式的是不僅僅局限于有線的傳輸，無(wú)線傳輸能夠滲透到各個(gè)角落，使得信號(hào)的傳輸更加有效，全天候不間斷的對(duì)井下瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行監(jiān)測(cè)。運(yùn)用傳感器的原理采集礦井下瓦斯的濃度，首先設(shè)計(jì)出總體電路圖和框架圖，然后進(jìn)行軟件模擬仿真，實(shí)現(xiàn)瓦斯氣體的采集和傳送功能。以 AT89C52 單片機(jī)為基礎(chǔ)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過(guò)瓦斯傳感器采集礦山中的瓦斯?jié)舛?，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)瓦斯節(jié)點(diǎn)的位置，通過(guò)報(bào)警器達(dá)到實(shí)時(shí)檢測(cè)的目的。設(shè)計(jì)的主要工作是運(yùn)用 AT89C52 單片機(jī)作為主控制單元及數(shù)據(jù)處理單元，控制瓦斯傳感器檢測(cè)環(huán)境瓦斯信號(hào)及 A/D 轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)處理，發(fā)出控制信號(hào)對(duì)蜂鳴器進(jìn)行控制，達(dá)到自動(dòng)報(bào)警的目的。 由于 WSN 的一些固有特點(diǎn)，其功能和監(jiān)控需求的完全結(jié)合尚須時(shí)日，仍有許多關(guān)鍵技術(shù)需要更深入地研究。研究者們的重點(diǎn)是考慮到傳感器節(jié)點(diǎn)有限的處理和存儲(chǔ)能力的情況下，如何確保這些信息能被鑒別并被安全地傳輸，該研究在公共海岸線的污染即時(shí)檢測(cè)方面有著很廣的應(yīng)用前景。Environmental Sensors 將利用傳感器來(lái)檢測(cè)水中的大腸感菌的含量指標(biāo)。軍事領(lǐng)域方面：UC Berkeley 的 Smart Mote 的應(yīng)用背景就是戰(zhàn)場(chǎng)偵察系統(tǒng)，在未來(lái)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)將會(huì)成為進(jìn)的高科技技術(shù)，為未來(lái)的現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)設(shè)計(jì)一個(gè)集命令、控制、通信、計(jì)算、智能、監(jiān)視、偵察和定位于一體的戰(zhàn)場(chǎng)指揮系統(tǒng)；C4ISRT 系統(tǒng)是利用先如美國(guó)的 DARPA(美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局) 和 NSF(National Science Foundation)投入了資金支持高校和科研機(jī)構(gòu)研究無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。 但 是 ， 安 全 監(jiān) 控 監(jiān) 測(cè) 系 統(tǒng) 品 牌 繁 多 ， 魚(yú) 目 混 雜 ， 而 且 生 產(chǎn) 的 各 種 系 統(tǒng)相 互 不 能 兼 容 的 封 閉 系 統(tǒng) ， 網(wǎng) 絡(luò) 結(jié) 構(gòu) 和 通 信 模 式 多 樣 ， 導(dǎo) 致 指 揮 生 產(chǎn) 和 管 理 的 部門 無(wú) 法 及 時(shí) 得 到 相 關(guān) 信 息 ， 制 約 了 這 些 系 統(tǒng) 綜 合 能 力 的 發(fā) 揮 ， 造 成 決 策 指 揮 不 靈 ，嚴(yán) 重 影 響 了 煤 炭 企 業(yè) 安 全 生 產(chǎn) 管 理 水 平 的 提 高 。 該 系 列 的 安 防產(chǎn) 品 對(duì) 煤 礦 行 業(yè) 安 全 帶 來(lái) 了 很 大 的 幫 助 ， 保 證 了 礦 井 人 員 的 人 身 安 全 而 且 節(jié) 省 布線 成 本 ， 現(xiàn) 在 的 煤 礦 監(jiān) 控 系 統(tǒng) 早 已 經(jīng) 不 是 以 前 單 純 的 對(duì) 象 性 檢 控 己 經(jīng) 是 無(wú) 線 網(wǎng) ，有 線 網(wǎng) 等 各 種 網(wǎng) 絡(luò) 的 互 聯(lián) ， 這 些 有 線 的 監(jiān) 控 關(guān) 系 部 分 環(huán) 境 的 檢 測(cè) 。 20 世 紀(jì) 70代 和 80