超低功耗糧倉無線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
加入技術(shù)交流群
1．2．2 無線通信模塊的設(shè)計(jì)
無線通信模塊采用挪威Nordic VLSI公司推出的單片射頻收發(fā)器nRF905。工作電壓為1．9～3．6 V，32引腳QFN封裝(5 mm×5 mm)，工作于433／868／915 MHz三個(gè)ISM(工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué))頻道，頻道之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間小于650μs。nRF905由頻率合成器、接收解調(diào)器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器組成，不需外加聲表濾波器，ShockBurstTM工作模式，自動(dòng)處理字頭和CRC(循環(huán)冗余碼校驗(yàn))，使用SPI接口與微控制器通信，配置非常方便。此外，其功耗非常低，以-10 dBm的輸出功率發(fā)射時(shí)電流只有11 mA，工作于接收模式時(shí)的電流為12．5 mA，內(nèi)建空閑模式與關(guān)機(jī)模式，易于實(shí)現(xiàn)節(jié)能。電路圖設(shè)計(jì)如圖3所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/161131.htm
1．2．3 傳感器模塊的設(shè)計(jì)
傳感器模塊采用美國DALLAS公司生產(chǎn)的DS18B20可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片封裝而成，具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制領(lǐng)域。它的工作電源為3～5 V DC，測(cè)溫范圍為-55～+125℃，固有測(cè)溫分辨率0．5℃。采用獨(dú)特的單線接口方式，在與微處理器連接時(shí)僅需要一條接口線即可實(shí)現(xiàn)與DS18B20的雙向通信。支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。在使用中不需要任何外圍元件。
1．3 通信協(xié)議的設(shè)計(jì)
通信協(xié)議的設(shè)計(jì)直接關(guān)系到節(jié)點(diǎn)壽命，它決定節(jié)點(diǎn)工作與休眠時(shí)間的長短。雖然改進(jìn)的ESRP方案網(wǎng)絡(luò)的生存周期較長，但是考慮到糧倉中分布的傳感節(jié)點(diǎn)數(shù)目相對(duì)較少，以及并不需要頻繁進(jìn)行數(shù)據(jù)的通信。文獻(xiàn)針對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議進(jìn)行了詳細(xì)研究得出結(jié)論，單路徑路由協(xié)議簡單，數(shù)據(jù)通信量少，有利于節(jié)省節(jié)點(diǎn)能量，但是其容錯(cuò)性差和健壯性差。所以放棄以上方案。
本文系統(tǒng)對(duì)單路徑路由協(xié)議在TDMA的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，克服了容錯(cuò)性差的缺點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)設(shè)定為1 h進(jìn)行一次溫度采集及數(shù)據(jù)傳輸，把時(shí)間分成60個(gè)離散時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙長度為1 min，這樣每個(gè)時(shí)隙長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于每個(gè)節(jié)點(diǎn)的通信時(shí)間，不同節(jié)點(diǎn)設(shè)定在不同時(shí)隙發(fā)送數(shù)據(jù)，在程序設(shè)計(jì)時(shí)人為設(shè)定好節(jié)點(diǎn)的休眠時(shí)間，等到它的工作時(shí)隙時(shí)喚醒，其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠，1 min后進(jìn)入休眠，另一個(gè)節(jié)點(diǎn)被喚醒。這樣充分避開了同一時(shí)隙多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)的發(fā)生。
該通信協(xié)議解決了數(shù)據(jù)傳送過程中出現(xiàn)多個(gè)節(jié)點(diǎn)響應(yīng)的問題。在系統(tǒng)開始工作前，匯聚節(jié)點(diǎn)先發(fā)送一個(gè)同步信號(hào)，使所有的節(jié)點(diǎn)時(shí)隙同步，在節(jié)點(diǎn)不需要進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)進(jìn)入休眠狀態(tài)，解決了接收不必要的數(shù)據(jù)過度監(jiān)聽造成能量過度消耗的問題，充分避免沖突，提高了信道的利用率以及節(jié)點(diǎn)的使用壽命，通信協(xié)議在一個(gè)節(jié)點(diǎn)中的實(shí)現(xiàn)程序如下：
評(píng)論