【正文】 方便，除了穩(wěn)壓、降壓、升壓，甚至還可以轉成負向電壓。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。 MC34063引腳MC34063引腳（）功能：（1）SWC（開關晶體管集極）（2）SWE（開關晶體管射極）（3）TC（定時電容器）（4）GND（接地端）（5）COMP（比較器之反向輸入端）（6）Vcc（電源輸入端）（7）Ipk（峰值電流感測端）（9）DRC（驅動晶體管集極）太陽能電池充電器電路：太陽能電池板 太陽能電池升壓電路，本電路使用太陽能板之規(guī)格為8V／800mA，升壓電路利用IC MC34063，將電壓提升為15V來供應充電器所需之電源。 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。當電壓輸入15V時，經(jīng)過R13（）及Z1（6B1），降壓至6V，此時驅動NPN（TB123）的B腳時，E腳輸出6V電壓至D2（4148）及R6（ 10Ω），供應BT（電池）充電。當電壓經(jīng)過R10（10K）及D10（4148），由于R5（1K）與SVR1（1K）調(diào)變，分壓出來，電壓通過D3（4148）至OP（LM358）第5只腳正端。，OP（LM358）第7腳輸出會有電壓通過R11（），D4（4148）不斷供應給OP（LM358）第5腳超過1V的電壓，由于第7腳有電壓通過，驅動Q2（2N2222）的B腳，啟動C腳與E腳導通，將A點電壓接地。由于Q3（TB123），關閉E腳輸出電壓，停止供應電壓給BT（電池）充電。R2（1K）與SVR2（1K）調(diào)變，分壓出來電壓通過OP（LM358）第2腳負端，若D點電壓測出低于B點電壓（）時，OP（LM358）第1腳輸出電壓到C8（47uf/50V），產(chǎn)生瞬間電壓，驅動Q1（2N2222）的B腳啟動C腳與E腳導通，將C點電壓短暫接地，讓OP（LM358）的B腳OP重新動作，進行充電。自動充電電路見附錄6。 本章小結本章對該系統(tǒng)做了詳細的硬件設計，在傳感器節(jié)點硬件設計中，首先均是對總體設計方案初步規(guī)劃，圍繞其核心芯片處理器和zigbee無線收發(fā)芯片展開芯片選擇和硬件電路設計，同時對傳感器的選擇及其參數(shù)進行了統(tǒng)計。在網(wǎng)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。第四章 化工區(qū)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設計 無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)的軟件設計 軟件開發(fā)環(huán)境介紹本系統(tǒng)在CodevisionAVR的編譯環(huán)境和AVR Studio 。 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。重點放在電路本身的運行速度、運行環(huán)境、運行效率以及穩(wěn)定性等方面。同時，軟件還應該具備可升級性，可擴展性，可以根據(jù)不同的需求適應不同的工作環(huán)境。本項目主要是用于環(huán)境監(jiān)測，節(jié)點所放置的位置大多在野外或者比較危險（如污染高危區(qū)）的地方，因此在一般的情況下，節(jié)點本身不可能獲得額外能量供應，只能依靠本身所攜帶電池供電。同時，由于節(jié)點所放置的位置和其巨大的數(shù)量，也不可能定期更換電池。為了延長節(jié)點的工作壽命，不僅僅要從硬件方面著手考慮節(jié)能的問題，也要從軟件上做到能量優(yōu)化。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(zhì)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(shù)據(jù)，達到監(jiān)控的目的。同時由于被監(jiān)測區(qū)域面積具有不規(guī)則性和不確定性，要求節(jié)點可以根據(jù)實際監(jiān)測區(qū)域靈活布置，因此對系統(tǒng)的靈活性和擴展性也提出了要求。網(wǎng)絡系統(tǒng)軟件大致分為：網(wǎng)關模塊主程序、路由節(jié)點模塊程序、終端設備節(jié)點程序。 網(wǎng)關的軟件設計網(wǎng)關的主要功能就是實現(xiàn)串口數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的轉發(fā)。應用程序主要包括串口數(shù)據(jù)收發(fā)程序和數(shù)據(jù)轉發(fā)處理程序。軟件采用模塊化的設計方案，各功能子程序分開編寫，以庫的形式給出供主程序調(diào)用。MC55模塊內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧，提供了連接網(wǎng)絡的API接口, 可通過AT指令直接對其進行網(wǎng)絡配置，降低了設計的復雜度。GPRS通信部分以子程序的模式進行編寫，供主程序調(diào)用，用來管理GPRS模塊的初始化、網(wǎng)絡激活、數(shù)據(jù)傳輸?shù)认嚓P操作。 系統(tǒng)上電后，初始化應用程序，選定一個PANID作為協(xié)調(diào)器的網(wǎng)絡標識，創(chuàng)建路由表，建立Zigbee網(wǎng)絡并通知其他節(jié)點加入。通過發(fā)送AT指令啟動GPRS模塊，設定串口的通信速率，建立socket連接準備數(shù)據(jù)通信。初始化完畢后監(jiān)聽網(wǎng)絡，等候外部事件中斷的產(chǎn)生，并通過判斷響應的類型進行相應的數(shù)據(jù)轉發(fā)動作。而網(wǎng)關的另一部分Zigbee模塊充當無線傳感器網(wǎng)絡的協(xié)調(diào)器作用，因此網(wǎng)關也稱為無線傳感器網(wǎng)絡的協(xié)調(diào)器節(jié)點。 網(wǎng)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(xié)調(diào)器的網(wǎng)絡標識，創(chuàng)建路由表，建立Zigbee網(wǎng)絡并通知其他節(jié)點加入。通過發(fā)送AT指令啟動GPRS模塊，設定串口的通信速率，建立socket連接準備數(shù)據(jù)通信。初始化完畢后監(jiān)聽網(wǎng)絡，等候外部事件中斷的產(chǎn)生，并通過判斷響應的類型進行相應的數(shù)據(jù)轉發(fā)動作。無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器節(jié)點工作過程如下：首先建立Zigbee網(wǎng)絡。協(xié)調(diào)器通過掃描空信道嘗試建立一個新的網(wǎng)絡。協(xié)調(diào)器首先進行信道掃描（Scan），采用一個其他網(wǎng)絡沒有使用的一個隨機的個人區(qū)域網(wǎng)絡（Personal Area Network，PAN）ID空閑信道，同時規(guī)定ClusterTree的拓撲參數(shù)，如最大的兒子數(shù)（Cm）、最大層數(shù)（Lm）、路由算法、路由表生存期等，此時就建立了網(wǎng)絡。協(xié)調(diào)器啟動后，其他普通節(jié)點加入網(wǎng)絡時，只要將自己的信道設置成與現(xiàn)有的協(xié)調(diào)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(wǎng)絡。一個節(jié)點加入網(wǎng)絡后，可以從其父節(jié)點得到自己的短MAC地址，ZigBee網(wǎng)絡地址以及協(xié)調(diào)器規(guī)定的拓撲參數(shù)。同理，一個節(jié)點要離開（Leave）網(wǎng)絡，只須向其父節(jié)點提出請求即可。一個節(jié)點若成功地接收一個兒子，或者其兒子成功脫離網(wǎng)絡，都必須向協(xié)調(diào)器匯報。因此，協(xié)調(diào)器可以即時掌握網(wǎng)絡的所有節(jié)點信息，維護網(wǎng)絡信息庫（PIB，PAN Information Base）。本設計中的協(xié)調(diào)器節(jié)點接收所有節(jié)點的數(shù)據(jù)，顯示在自己的LCD上，并將接收到的數(shù)據(jù)全部上傳至監(jiān)控主機以便于數(shù)據(jù)的分析和保存。在此期間，也可以向下發(fā)送命令。若有多個設備節(jié)點同時向協(xié)調(diào)器節(jié)點發(fā)送請求,協(xié)調(diào)器節(jié)點來不及響應處理會丟掉一些請求,發(fā)現(xiàn)自己的請求未得到響應的設備節(jié)點過幾秒鐘再次發(fā)出請求,直到得到協(xié)調(diào)器節(jié)點的響應為止。協(xié)調(diào)器不休眠，它會一直處于正常工作狀態(tài)。它的事件主要有接收子節(jié)點發(fā)來的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)顯示，上傳至監(jiān)控主機，按鍵命令等。 當協(xié)調(diào)器將網(wǎng)絡建立好之后，協(xié)調(diào)器在網(wǎng)絡中的作用與路由器相同。如果斷掉協(xié)調(diào)器，網(wǎng)絡還可以維持，即可以繼續(xù)進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)龋遣荒苡行碌墓?jié)點加入。由于在設計中所有數(shù)據(jù)都發(fā)往協(xié)調(diào)器，如果協(xié)調(diào)器失效，會導致所有數(shù)據(jù)不斷重發(fā)，影響網(wǎng)絡運行。 協(xié)調(diào)器子程序流程圖 終端設備節(jié)點的軟件設計傳感器節(jié)點上的軟件負責完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集以及通過無線通信模塊將采集數(shù)據(jù)包無線傳送。傳感器節(jié)點遵循睡眠 被喚醒 正常工作的工作模式。在睡眠狀態(tài)下, 處理器停止工作, 而SRAM、SPI 端口以及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作, 無線模塊處于低電流的接收狀態(tài)。在無線模塊接收到網(wǎng)關節(jié)點或是氣體傳感器節(jié)點發(fā)來的命令后, 傳感器節(jié)點被喚醒, 處理器對命令進行判斷, 如果命令是采集實時數(shù)據(jù)， 則該節(jié)點進入工作狀態(tài), 否則此節(jié)點再次進入睡眠狀態(tài)。： 終端設備節(jié)點主程序流程圖 路由器節(jié)點的軟件設計路由器節(jié)點在網(wǎng)絡中主要起轉發(fā)數(shù)據(jù)包的作用，同時也會使用傳感器采集環(huán)境數(shù)據(jù)。它的程序設計就是在終端設備節(jié)點的功能基礎上再加上路由功能。如果網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)量大時，路由器節(jié)點需要做數(shù)據(jù)融合，以降低發(fā)往協(xié)調(diào)器的數(shù)據(jù)量。如果待發(fā)送數(shù)據(jù)的目標節(jié)點是自己的鄰居，直接通信即可；反之，如果不是自己的鄰居時，主動查找到目標節(jié)點的最佳路由，它可以通過計算，判斷該交給數(shù)據(jù)包請自己的父節(jié)點還是某個子節(jié)點轉發(fā)；而RFD只能把數(shù)據(jù)交給父節(jié)點，請其轉發(fā)。 路由節(jié)點程序流程圖 終端節(jié)點低功耗軟件設計本系統(tǒng)中,無線傳感器網(wǎng)絡終端節(jié)點軟件負責采集本地各類氣體傳感器的信息,以及通過ZigBee 協(xié)議棧將采集的數(shù)據(jù)包傳送到匯聚節(jié)點。為了降低功耗,終端節(jié)點選擇“睡眠—被喚醒—正常工作”的工作模式。節(jié)點啟動后,首先申請入網(wǎng)。若入網(wǎng)成功,且無其他任務需要執(zhí)行,則進入睡眠狀態(tài),此時接收器處于監(jiān)聽狀態(tài)。一旦終端節(jié)點收到匯聚節(jié)點或其他鄰近節(jié)點的數(shù)據(jù)采集或轉發(fā)命令,則節(jié)點被喚醒,進入正常工作狀態(tài),開始處理相應的任務。任務完成后,節(jié)點將再次進入睡眠狀態(tài)。 所示。 終端節(jié)點低功耗軟件設計流程圖為了提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?網(wǎng)絡選用網(wǎng)狀拓撲結構,即在軟件中設置本地節(jié)點可以通過其他路由節(jié)點與匯聚節(jié)點進行通信,并可以自行執(zhí)行路由選擇算法,擴大了節(jié)點的覆蓋面積,從而確保系統(tǒng)在個別節(jié)點故障的情況下,其他節(jié)點的工作不受影響。 上位機監(jiān)控軟件設計 監(jiān)控軟件開發(fā)環(huán)境介紹組態(tài)王工控組態(tài)軟件（KINGVIEW）是由北京亞控自動化軟件科技有限公司開發(fā)的，在PC機上建立工業(yè)控制對象人機接口的一種智能軟件包。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、人機界面、網(wǎng)絡和圖形等技術于一身,包含動態(tài)顯示、報警、控件、趨勢、及網(wǎng)絡通信等組件,提供一個友好的用戶界面,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用軟件。采用了多線程、COM組件等新技術,實現(xiàn)了實時多任務,軟件運行穩(wěn)定可靠。畫面的開發(fā)和運行是由工程瀏覽器調(diào)用畫面制作系統(tǒng)TOUCHMAK和畫面運行系統(tǒng)TOUCHVEW來完成的。TOUCHVEW 從工業(yè)控制對象中采集數(shù)據(jù),并記錄在實時數(shù)據(jù)庫中。它還負責把數(shù)據(jù)的變化用動畫的方式形象地表示出來,同時完成變量報警、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。為此本項目采用組態(tài)王工控組態(tài)軟件（KINGVIEW ）為軟件開發(fā)平臺進行上位機監(jiān)控軟件設計?！±媒M態(tài)王進行系統(tǒng)開發(fā)的過程如下:組態(tài)王支持的硬件設備包括：智能采集模塊、無線通信板卡、智能儀表等。組態(tài)王為它支持的設備配有專門的驅動程序，工程人員不必關心具體的通信協(xié)議，只需在組態(tài)王的設備庫中選擇相應設備的類型，然后按照“設備配置向導”的提示一步一步完成安裝即可。在運行期間，組態(tài)王可通過驅動接口和外部設備交換數(shù)據(jù)，包括采集數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)/指令。每一個驅動都是一個COM對象，這種方式使驅動和組態(tài)王構成一個完整的系統(tǒng)，既保證了運行系統(tǒng)的高效率，也使系統(tǒng)有很強的擴展性。己配置的I/0設備在工程瀏覽器的設備節(jié)點中分類列出，用戶可隨時查詢和修改。數(shù)據(jù)庫是“組態(tài)王”最核心的部分，是聯(lián)系上位機和下位機的橋梁。在數(shù)據(jù)庫中存放的是變量的當前值，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)變量的詳細信息。工程人員根據(jù)需要建立內(nèi)存變量、I/0變量及特殊變量，并配置變量的類型和各種屬性，并將I/0變量與相應的I/O設備寄存器連接。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聯(lián)的靜態(tài)或動態(tài)圖形對象。畫面包括具備一定功能的按鈕及菜單、實時數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)顯示、實時趨勢曲線和歷史趨勢曲線、報警顯示等。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關系。當變量的值改變時，圖形對象可以按動畫連接的要求改變顏色、尺寸、位置、填充百分數(shù)等，也可以通過動畫連接輸入數(shù)據(jù)變量的值。組態(tài)王提供21種動畫連接方式，雙擊圖素，就會彈出動畫連接對話框，選擇動畫連接方式，通過表達式設置圖速與連接變量的關系。組態(tài)王完全基于網(wǎng)絡的概念，是一種真正的客戶機/服務器模式，支持分布式歷史數(shù)據(jù)庫和分布式報警系統(tǒng)，支持TCP/IP協(xié)議。工程人員可根據(jù)系統(tǒng)需要設立1/0服務器、報警服務器、登錄服務器、WEB服務器和客戶端?？稍赥ouohVew環(huán)境下不斷運行及調(diào)試在畫面制作系統(tǒng)中所建立的圖形界面。在TouchVew環(huán)境下，選擇調(diào)試菜單下用戶需要了解的實時調(diào)試信息項，如通訊信息，則運行過程中組態(tài)王信息窗口將實時顯示通訊連接狀態(tài)。 上位機監(jiān)控軟件設計環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)上位機監(jiān)控軟件包括：實時數(shù)據(jù)查詢畫面、報警窗口畫面、實時曲線畫面、歷史曲線畫面、系統(tǒng)報表畫面、配置系統(tǒng)用戶畫面等部分設計。具體設計內(nèi)容及實現(xiàn)的功能介紹如下。實時數(shù)據(jù)查詢畫面設計實時數(shù)據(jù)查詢畫面用于顯示各個環(huán)境測點的氮氧化合物，二氧化硫，二氧化碳，硫化氫、電池狀態(tài)，且用不同的顏色來指示氣體含量的運行狀況，以便于操作員在監(jiān)控室的上位機就可及時了解現(xiàn)場各個環(huán)境測點的空氣質(zhì)量情況。報警窗口畫面設計運行報警和事件記錄是控制軟件必不可少的功能。組態(tài)王能夠自動對“變量定義”對話框中的“報警定義”有效的數(shù)據(jù)變量進行監(jiān)視,如果發(fā)生報警事件,就將這些事件存于內(nèi)存的報警事件緩沖器中,報警窗口的報警和報警事件都是取自報警緩沖器。定義報警變量時,可以定義報警條件(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) 、所在報警組、優(yōu)先級,以描述報警的分類信息和嚴重程度。 系統(tǒng)報警界面實時曲線畫面設計 在環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中,實時曲線能夠用來反映氮氧化合物、二氧化硫、二氧化碳、硫化氫、電池狀態(tài)的變化情況,實時曲線包括畫面坐標的定義、曲線繪制等。對不同控制點其實時曲線是類似的。實時曲線用于實時顯示數(shù)據(jù)的變化情況,在畫面運行時實時曲線對象由系統(tǒng)自動更新。數(shù)據(jù)將從趨勢的右邊進入,同時趨勢將從右向左移動。 環(huán)境監(jiān)測點實時曲線 電池組狀態(tài)監(jiān)測實時曲線歷史曲線畫面設計歷史曲線可用于查詢以前的氮氧化合物，二氧化硫，二氧化碳，硫化氫變化趨勢,組態(tài)王圖庫里備有完整的歷史趨勢曲線圖片,可對其進行移動、縮放,并通過定義筆屬性、填充屬性,調(diào)整跨度、卷動百分比來界定曲線的具體形式,曲線定義的數(shù)據(jù)變量必須是在數(shù)據(jù)庫中