基于防爆型無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)信息采集節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

1.1.3 印制電路板布線

主板采用雙層印制電路板(PCB)。電路板布線遵循器件排列分布相關(guān)規(guī)定，其層壓、走線和預(yù)浸處理等工藝均按IPC-A-610C國(guó)際工藝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。雙層PCB的頂層用于信號(hào)路由，空白處和位于芯片下面的空間一樣，采用金屬箔填充，通過若干孔牢靠接地。在印制電路板設(shè)計(jì)過程中要特別注意無(wú)線收發(fā)器部分的布線和PCB 天線的設(shè)計(jì)，這也是傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)和重點(diǎn)。例如退耦電容器應(yīng)盡可能靠近供電引腳，并且通過單獨(dú)的過孔連接到印制電路板的接地面;芯片的接地引腳距離使用單獨(dú)過孔的封裝引腳越近越好;外部元件越小越好，必須使用表面貼裝器件。印制電路板設(shè)計(jì)完成之后將印制板文件送至印制板制作廠家生產(chǎn)。

1.1.4 電路板生產(chǎn)

(1)印刷版制作

激光照排，激光制版，2層銅基復(fù)合板。

(2)焊接

①在具有ISO 9001:2000 質(zhì)量管理體系的專業(yè)的SMT 的加工廠進(jìn)行生產(chǎn)，生產(chǎn)符合IPC-A-610C 國(guó)際工藝標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品均符合IPC二級(jí)標(biāo)準(zhǔn);

②在高速自動(dòng)SMT生產(chǎn)線上采用流水線方式批量生產(chǎn);

③焊接方式為回流焊，生產(chǎn)工藝采用無(wú)鉛焊接技術(shù)，峰值溫度范圍為230~250 ℃;

④對(duì)MCU采用BGA焊接。

(3)噴漆

①對(duì)電路板噴涂防銹漆兩遍;②24~48 h陰干后成品。

1.2 殼體設(shè)計(jì)

樣機(jī)殼體設(shè)計(jì)一方面要突出作業(yè)實(shí)用要求，還要考慮作業(yè)場(chǎng)所爆炸危險(xiǎn)環(huán)境的防爆等級(jí)，嚴(yán)格遵循《GB3836.1-2010 爆炸性環(huán)境第1 部分：設(shè)備通用要求》和《GB 3836.2-2000爆炸性環(huán)境第2部分：由隔爆外殼“d”

保護(hù)的設(shè)備》標(biāo)準(zhǔn)要求。根據(jù)硬件電路板、天線大小及組裝需要，使用AUTOCAD 軟件進(jìn)行圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，并送專業(yè)生產(chǎn)制造廠加工生產(chǎn)。

殼體顏色采用軍綠色，材質(zhì)為鋁合金(ZL104)，厚9 mm;空腔內(nèi)安裝有電器部件;殼體上下部分采用平面結(jié)構(gòu)配合。

2 軟件設(shè)計(jì)

驗(yàn)證硬件設(shè)計(jì)沒有問題之后，可進(jìn)行應(yīng)用程序的開發(fā)，包括協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)、應(yīng)用層程序的編寫等工作。信息采集節(jié)點(diǎn)由于外設(shè)較多，為了不過多占用單片機(jī)運(yùn)行時(shí)間，提高數(shù)據(jù)處理效率，降低單片機(jī)功耗，單片機(jī)與外設(shè)交換信息的方式都是通過中斷來(lái)完成。單片機(jī)程序用C語(yǔ)言編寫，編譯環(huán)境為IAR 4.21.主程序軟件流程圖如圖4所示。

其他外接模塊主要是通過中斷方式與單片機(jī)交互信息。中斷程序分別包含有無(wú)線模塊中斷子程序;流量?jī)x表中斷子程序;壓力儀表中斷子程序;溫度儀表中斷子程序;濕度儀表中斷子程序;液位儀表中斷子程序;油氣濃度儀表中斷子程序。

無(wú)線模塊的中斷子程序是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的關(guān)鍵，下面重點(diǎn)介紹下無(wú)線模塊的中斷子程序設(shè)計(jì)。

無(wú)線模塊采用Ad-Hoc 或Zigbee 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，是可自組網(wǎng)，多跳路由的傳感器網(wǎng)絡(luò)。本系統(tǒng)信息采集節(jié)點(diǎn)上的無(wú)線節(jié)點(diǎn)都是Slave模式，它們可以同在監(jiān)控室與PC機(jī)相連的Master節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)通信。

此外，網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)Slave 節(jié)點(diǎn)都具有路由器的功能，可向鄰節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。利用這些中間節(jié)點(diǎn)的中繼功能，在前端信息采集節(jié)點(diǎn)與監(jiān)控室直接通訊受阻的情況下，數(shù)據(jù)可以自動(dòng)由其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行一次或多次路由傳送到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性可靠性。無(wú)線通信模塊軟件流程圖如圖5所示。

3 結(jié)語(yǔ)

節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)試制后，在國(guó)家防爆電氣產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心完成了機(jī)械檢查、沖擊試驗(yàn)、溫度試驗(yàn)、外殼耐壓試驗(yàn)、內(nèi)部點(diǎn)燃不傳爆試驗(yàn)、外殼防護(hù)性能試驗(yàn)等檢驗(yàn)項(xiàng)目，并取得了防爆合格證。另外，節(jié)點(diǎn)通過了其他相關(guān)性能測(cè)試與試驗(yàn)，達(dá)到了預(yù)期效果，滿足油庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)使用的要求。該節(jié)點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)油庫(kù)所用流量、壓力、溫度、濕度、液位、油氣濃度等現(xiàn)場(chǎng)儀表信息的采集、處理及傳送，節(jié)省了大量人力、物力、財(cái)力、時(shí)間，提高油庫(kù)設(shè)施設(shè)備及裝備的信息化水平，提升油庫(kù)的業(yè)務(wù)管理能力。