【正文】 ) 是當(dāng)前在國際上備受關(guān)注的、涉及多學(xué)科高度交叉、知識高度集成的前沿?zé)狳c研究領(lǐng)域。我國迫切需要提升對此的認識程度，并盡快推動其發(fā)展。 另外由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的穩(wěn)定運行是整個網(wǎng)絡(luò)可靠性的重要保障。已有的節(jié)點， 有的只考慮低功耗而性能不高，有的性能高但是功耗太大。即在保證所需要實現(xiàn)功能的基礎(chǔ)上，盡量的實現(xiàn)整個模塊的低功耗，甚至在不影響整體性能的情況下適當(dāng)減少部分功能來實現(xiàn)降低功耗的目的。當(dāng)前對無線傳感模塊的應(yīng)用都是靜止性的，就目前存在的無線傳感網(wǎng)絡(luò)（WSN），構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的各個節(jié)點都是被固定的安放在一個地方，要實現(xiàn)對整個環(huán)境的檢測，就需要向環(huán)境中投放大量的無線傳感節(jié)點。若實現(xiàn)無線傳感模塊對信息的移動式采集，則在同一個環(huán)境內(nèi)投放更少的節(jié)點，就能實現(xiàn)對環(huán)境的全面檢測。利用太陽能、振動能量、地?zé)?、風(fēng)能等實現(xiàn)無線傳感模塊的電能供應(yīng)對于全面提高無線傳感模塊的能力將會起到巨大的作用。未來的無線傳感模塊必將是集穩(wěn)定性與安全性、擴展性與靈活性、微型化與低成本等特點為一體的[8]。傳感器節(jié)點通過自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，將采集到的數(shù)據(jù)沿著其他節(jié)點逐跳進行傳輸，傳輸?shù)斤@示模塊進行數(shù)據(jù)顯示。 系統(tǒng)組成及工作原理系統(tǒng)由電源，上位機系統(tǒng)和下位機系統(tǒng)組成。上位機包括無線收發(fā)模塊PTR2000，MAX232，PC。 PTR2000AT89S52SHT11 TSL2561 電源模塊 傳感器節(jié)點系統(tǒng)框圖多個無線傳感器節(jié)點通過無線通信方式形成的一個多跳自組織網(wǎng)絡(luò)，其中的節(jié)點將采集到的數(shù)據(jù)依照最近路線逐個傳遞到離監(jiān)測中心最近的傳感器節(jié)點，再從節(jié)點發(fā)送到監(jiān)測中心。 　　工作電壓低（），功耗小，接收待機狀態(tài)電流僅為8μA； 　　具有兩個頻道，可滿足需要多信道工作的場合； 　　工作速率最高達20kbit/s(也可在較抵速率下工作，如9600bps)。 　　可直接與MCU的串口進行連接（如8031），也可以通過MAX232與計算機接口，軟件編程非常方便； 　　標準的DIR引腳間距更適合于趼、嵌入式設(shè)備； 　　由于采用了低發(fā)射功率、高接收靈敏的設(shè)計，因此使用時無需申請許可證，開闊地時的使用距離最遠可達1000米。各引腳的功能說明如下； 　　VCC（1腳）；下輸入端，~； 　　CS（2腳）：頻道選擇端。當(dāng)PWR=1時，模塊處于正常工作狀態(tài)，PWR=0時，模塊處于待機微功耗狀態(tài)； 　TXEN6腳）：發(fā)射/接收控制端。 GND（7腳）：電源地 　　　　　PTR2000可與所有單片機（如80C320568HC0PIC、Z8等）配合使用，可直接接單片機的串口或I/O口，也可與計算機串口進行通訊，此時需要在中間簡單地接在一個RS232電平轉(zhuǎn)換芯片，如MAX232等。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。引腳說明AT89S52 是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于 常規(guī)編程器。 AT89S52具有以下標準功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個16 位 定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時鐘電路?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工 作。 P0 口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。在這種模式下， P0不具有內(nèi)部上拉電阻。程序校驗 時，需要外部上拉電阻。對P1 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入 口使用。 　　此外，（）和定時器/計數(shù)器2 的觸發(fā)輸入（）。 　　引腳號第二功能： 　　 T2（定時器/計數(shù)器T2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出 　　 T2EX（定時器/計數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制） 　　 MOSI（在系統(tǒng)編程用） 　　 MISO（在系統(tǒng)編程用） 　　 SCK（在系統(tǒng)編程用） 　　P2 口：P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送1。 在flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。對P3 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入 口使用。 P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。 　　 端口引腳 第二功能： 　　 RXD(串行輸入口) 　　 TXD(串行輸出口) 　　 INTO(外中斷0) 　　 INT1(外中斷1) 　　 TO(定時/計數(shù)器0) 　　 T1(定時/計數(shù)器1) 　　 WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通) 　　 RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通) 　　此外，P3口還接收一些用于FLASH閃存編程和程序校驗的控制信號。當(dāng)振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將是單片機復(fù)位。一般情況下，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。對FLASH存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。 　　PSEN：程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89S52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次PSEN信號。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。FLASH存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。 　　XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。該芯片廣泛應(yīng)用于暖通空調(diào)、汽車、消費電子、自動控制等領(lǐng)域。 2 SHT11的引腳功能 SHT11溫濕度傳感器采用SMD(LCC)表面貼片封裝形式，接口非常簡單，引腳名稱及排列順序如圖1所示。 3 SHT11的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理 溫濕度傳感器SHT11將溫度感測、濕度感測、信號變換、A／D轉(zhuǎn)換和加熱器等功能集成到一個芯片上，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。這兩個敏感元件分別將濕度和溫度轉(zhuǎn)換成電信號，該電信號首先進入微弱信號放大器進行放大；然后進入一個14位的A／D轉(zhuǎn)換器；最后經(jīng)過二線串行數(shù)字接口輸出數(shù)字信號。此外，SHT11內(nèi)部還集成了一個加熱元件，加熱元件接通后可以將SHT11的溫度升高5℃左右，同時功耗也會有所增加。在高濕(95％RH)環(huán)境中，加熱傳感器可預(yù)防傳感器結(jié)露，同時縮短響應(yīng)時間，提高精度。 微處理器是通過二線串行數(shù)字接口與SHT11進行通信的。微處理器對SHT11的控制是通過5個5位命令代碼來實現(xiàn)的，命令代碼的含義如表1所列。 硬件設(shè)計 SHT11通過二線數(shù)字串行接口來訪問，所以硬件接口電路非常簡單。硬件連接如圖3所示。 軟件設(shè)計 圖5SHT11濕度測試時序圖 SHT11濕度測試時序如圖5所示。主機發(fā)出啟動命令，隨后發(fā)出一個后續(xù)8位命令碼，該命令碼包含3個地址位(芯片設(shè)定地址為000)和5個命令位；發(fā)送完該命令碼，將DATA總線設(shè)為輸入狀態(tài)等待SHT11的響應(yīng)；SHT11接收到上述地址和命令碼后，在第8個時鐘下降沿，將DATA下拉為低電平作為從機的ACK；在第9個時鐘下降沿之后，從機釋放DATA(恢復(fù)高電平)總線；釋放總線后，從機開始測量當(dāng)前濕度，測量結(jié)束后，再次將DATA總線拉為低電平；主機檢測到DATA總線被拉低后，得知濕度測量已經(jīng)結(jié)束，給出SCK時鐘信號；從機在第8個時鐘下降沿，先輸出高字節(jié)數(shù)據(jù)；在第9個時鐘下降沿，主機將DATA總線拉低作為ACK信號。由于微處理器通過二線串行數(shù)字接口訪問濕度傳感器SHT11，而訪問協(xié)議是芯片生產(chǎn)商白定義的，所以需要用通用I／O口模擬該通信協(xié)議。通過對I／O口寄存器的編程，該處理器的I／O口可以根據(jù)需要設(shè)置成輸入、輸出、高阻等狀態(tài)。在軟件實現(xiàn)過程巾，通過宏定義來實現(xiàn)I／O口狀態(tài)的改變。TSL2561簡介TSL2561是TAOS公司推出的一種高速、低功耗、寬量程、可編程靈活配置的光強度數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片。該芯片的主要特點如下：◇ 可編程配置許可的光強度上下閾值，當(dāng)實際光照度超過該閾值時給出中斷信號；◇ 數(shù)字輸出符合標準的SMBus(TSL2560)和I2C(TSL2561)總線協(xié)議；◇ 模擬增益和數(shù)字輸出時間可編程控制；◇ mm mm超小封裝，在低功耗模式下， mW；◇ 自動抑制50 Hz/60 Hz的光照波動。TSL256x的引腳功能封裝形式不同，相應(yīng)的光照度計算公式也不同。 圖1～。由于該引腳電平不同，該器件有3個不同的訪問地址。表1腳5： 中斷信號輸出引腳。3 TSL256x是第二代周圍環(huán)境光強度傳感器，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖２所示。積分式A/D轉(zhuǎn)換器對流過光敏二極管的電流進行積分，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，在轉(zhuǎn)換結(jié)束后將轉(zhuǎn)換結(jié)果存入芯片內(nèi)部通道0和通道1各自的寄存器中。微控制器和TSL2560可通過標準的SMBus( System Management Bus) ，TSL2561則可通過I2C總線協(xié)議訪問。圖2TSL256x內(nèi)部寄存器地址及作用4這兩種協(xié)議的讀寫時序雖然很類似，但仍存在不同之處。 TSL2561能夠通過I2C總線訪問，所以硬件接口電路很簡單。假如微控制器不帶I2C總線控制器，則將TSL2561的I2C總線的SCL和SDA和普通I/O口連接即可；但編程時需要模擬I2C總線的時序來訪問TSL2561，INT引腳接微控制器的外部中斷。圖3軟件設(shè)計寫數(shù)據(jù)時，先發(fā)送器件地址，然后發(fā)送要寫的數(shù)據(jù)。對于I2C協(xié)議具體的讀寫時序，能夠參考相關(guān)資料，在此不再贅述。圖4電路圖如下：LM7805簡介：用lm78/lm79系列三端穩(wěn)壓IC來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜。因為三端固定集成穩(wěn)壓電路的使用方便，電子制作中經(jīng)常采用。發(fā)送前需將PTR2000模塊設(shè)置為發(fā)射狀態(tài)，且等待5ms才可發(fā)送，發(fā)送完畢后，向PC機端發(fā)送“發(fā)送結(jié)束指令”，并將PTR2000重設(shè)為接受狀態(tài)，下圖為系統(tǒng)軟件設(shè)計流程圖。該二線串行通信協(xié)議和I2C協(xié)議是不兼容的。當(dāng)SCK時鐘為高電平時，DATA翻轉(zhuǎn)為低電平；緊接著SCK變?yōu)榈碗娖?，隨后又變?yōu)楦唠娖剑辉赟CK時鐘為高電平時，DATA