無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設計方案

圖7節(jié)點軟件流程

　　4 測試方法與數(shù)據(jù)

測試條件為：終端供電5 V。室溫為26 qc。下面進行的是終端節(jié)點通信距離的測試。 　終端、節(jié)點放置在同一水平面，在保證兩天線對準的情況下，將距離分別設為1 em，9 cm。將節(jié)點A和B分別放在終端兩側，距離為10 cm，測試溫度，光照，編碼預置功能。測試結果如表1（均有預置編碼的功能，探測延遲3 s）。

　環(huán)境監(jiān)測是指通過對影響環(huán)境質量因素的代表值的測定，確定環(huán)境質量（或污染程度）及其變化趨勢。隨著科技的不斷進步，特別是計算機技術和網絡技術的不斷發(fā)展，環(huán)境檢測由經典的化學分析向儀器與計算機和網絡相結合的方式，實現(xiàn)f無線環(huán)境的檢測。本文中設計了一個尤線環(huán)境檢測系統(tǒng)，以MSP430F5438單片機為控制核心，實際制作一個終端和2個節(jié)點，終端能從節(jié)點獲取節(jié)點的環(huán)境溫度和光照信息，并且節(jié)點能夠實現(xiàn)中繼轉發(fā)的功能。整個系統(tǒng)采用OOK調制方式，收發(fā)都使用一個天線，終端發(fā)射信號時。

　　將欲傳輸?shù)男畔⑼ㄟ^串口輸出的電平控制本振的開斷從而實現(xiàn)OOK調制，后級使用丙類功放發(fā)射，接收端節(jié)點將天線上的信號進行放大，然后倍壓檢波，通過自適應比較器解調出數(shù)據(jù)，最后再向終端回傳環(huán)境信息。

　　1 總體方案設計

　　在整個系統(tǒng)的設計過程中，終點和節(jié)點都需要一個主控芯片進行處理。主芯片選用MSP430F5438系列單片機。在信號調制方面采用了OOK（On.Off Keying）調制方案。在高頻功放方面，采用了分立元件自制戊類放大器使用NEC公司的產品2SC3355做功放管。最后確定通信協(xié)議方案選擇，設計思想足由檢測終端發(fā)起一次信息阿步傳輸，所有的節(jié)點根據(jù)自己的編號在不同的時隙發(fā)送信息，中繼節(jié)點自行搜索判斷。通過一系列的選擇和設汁，整個系統(tǒng)的結構設計如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體方案框圖

　　系統(tǒng)以MSP430F5438單片機作為終端和節(jié)點的主控芯片，光照探測由光敏電阻來實現(xiàn)，溫度可由單片機內部自帶的溫度傳感器得到。，數(shù)據(jù)的調制、接收采用串口通信，使用I／O口來控制天線的收發(fā)模式。

　　2 系統(tǒng)的理論分析與計算

　　2.1 發(fā)射機的電路分析與設計

　　本地振蕩采用lO.7 M諧振器以及74HC00構成的皮爾斯振蕩器，同時通過門級電路還可以增大對后級丙放的驅動功率，而串121也可以通過與非門來調制信號。

　　實際測量5圈，直徑為3.4 em的線圈，在lO.7 MHz下測量得到電感量為1.553 uH，Q值為156。在lO.7 MHz時的損耗電阻為：

　　得到r=0.669，所以在并聯(lián)諧振下等效電阻為：

　　2.2 開關狀態(tài)功放輸入輸出匹配

　　在節(jié)點上采用高效率的開關狀態(tài)功放，而終端也可以使用戊類放大。設定輸出功率為0.1 w。首先計算C3355的輸出阻抗，假設C3355的輸出功率為0.1 w，根據(jù)功放的最佳負載計算得到，我們的電源電壓為Vc=3 V，設Vce=0.1V，輸出功率Po=0.1 w，計算得出最佳輸出電阻為

R=

　從C3355的datasheet上則三極管的輸出得到集電極的輸出電容，故假設輸出電容是15 pF，阻抗可等效為一個42Ω的電阻與一個15 pF左右的電容并聯(lián)。取集電極饋電線圈的電感為10 uH兼作為輸出的諧振同路，此時所需的諧振電容為22.12 pF，所以還需要在集電極到地接入一個（10～22.12）pF的電容，為了便于調諧，采用了一只5／35pF的可調電容，經過這樣后，三極管輸出為42n的純阻，然后經過一個42 Ω～16.3 kΩ的三階低通濾波器實現(xiàn)阻抗變換，并且使輸出波形平滑（濾掉載波的高次諧波）。