基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的傳感器實驗平臺設(shè)計

工作時實驗室各工位的采集儀均可選擇電池或墻上電源供電，且各終端和協(xié)調(diào)器都通過USB射頻模塊進行ZigBee角色的配置。需要說明的是，之所以不將每個傳感器作為終端節(jié)點是因為這樣做需要為每個節(jié)點都配置A／D轉(zhuǎn)換模塊，不利于利用原有設(shè)備，且增加成本和系統(tǒng)復(fù)雜度。在不需進行無線聯(lián)網(wǎng)時，仍可直接將采集儀通過USB接口接入各工位PC機，然后按傳統(tǒng)的實驗平臺架構(gòu)進行實驗。
可以看出，這一實驗平臺在不需要改動原有設(shè)備的前提下，只要增加兩個射頻模塊(其中協(xié)調(diào)器端可在市場直接采購ZigBee USB Dongle模塊)就可以實現(xiàn)無線化擴展，其升級成本低。它兼顧了傳統(tǒng)實驗?zāi)Ｊ?，更重要的是因為其移動性強的特點，如果采集儀采用電池供電，其實驗空間甚至可擴展到野外，這與國外學(xué)校教學(xué)中流行的探究性實驗的開展模式相符，這也是本文改進設(shè)計的目標(biāo)所在。

2 實驗平臺的設(shè)計
2．1 采集儀的設(shè)計與工作過程
由之前的分析可知，改造的關(guān)鍵之處在于采集儀的設(shè)計，采集儀通過ZigBee射頻模塊①以終端節(jié)點的形式加入ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)。它采用ST公司基于Cortex-M3核的STM32F103R6T6處理器，可選擇電池或墻上電源供電，可方便地進行移動式測量，如圖3所示。該處理器本身具有：1個USB接口，2個12位的ADC，20 KBSRAM，128KB FLASH等，這已經(jīng)可以滿足本采集儀的所有技術(shù)需求。由于STM32F103R6T6內(nèi)部自帶多路A／D轉(zhuǎn)換器，所以電路得到了極大簡化。ZigBee RF無線芯片采用TI的CC2430，其內(nèi)部具有一個8051單片機專門用于ZigBee協(xié)議棧處理，工作在2．4GHz頻段，數(shù)據(jù)通信速率可達250Kh／s，可與STM32F103R6T6進行方便的接口配接，其電路如圖4所示。