煤礦瓦斯報(bào)警無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　2.2 微控制器ATmega128單片機(jī)

　　處理器模塊是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的計(jì)算核心。本文采用的ATmega128L單片機(jī)外形小，集成度高，功耗低，支持睡眠模式，運(yùn)行速度快，內(nèi)部有一個(gè)10位的逐次逼近型ADC，有足夠的外部通用I/O端口和通信接口，成本低且有安全性保證。

　　2.3 CC1000無(wú)線收發(fā)模塊

　　無(wú)線收發(fā)模塊完成節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收及轉(zhuǎn)發(fā)功能，這里采用Chipcon公司的單片無(wú)線收發(fā)通信芯片CC1000，其具有低電壓(2.3～3.6V)、低功耗、高靈敏度、小尺寸、接收信號(hào)強(qiáng)度指示(RSSI)、可編程輸出功率(-20～1OdBm)等特點(diǎn)。其FSK數(shù)傳速度可達(dá)72.8kbps,具有250Hz步長(zhǎng)可編程頻率能力，適用于跳頻協(xié)議。CC1000與單片機(jī)的通信通過(guò)三線串行接口(PDATA、PCLK和PALE)進(jìn)行。圖4是CC1000在系統(tǒng)中應(yīng)用的電路原理圖，外圍元器件的參數(shù)是在發(fā)射頻率為915MHz的條件下配置的。

　　2.4其他重要模塊

　　除檢測(cè)瓦斯?jié)舛韧猓?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/節(jié)點(diǎn)">節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)了溫濕度傳感器模塊，不僅可以進(jìn)行溫濕度檢測(cè)，還可以根據(jù)溫濕度數(shù)據(jù)對(duì)瓦斯傳感器校零。Sensirion公司高度集成的溫濕度傳感器芯片SHT11，采用串行時(shí)鐘輸入線SCK來(lái)與單片機(jī)保持通訊同步，串行數(shù)據(jù)線DATA收發(fā)通信協(xié)議命令和數(shù)據(jù)，能夠直接提供溫度在－40～120℃范圍內(nèi)、濕度在0～100％RH范圍內(nèi)的數(shù)字輸出。

　　粉塵傳感模塊采用SHINYEI KAISHA公司的PPD4NS粉塵傳感器，感知微米以上的粉塵，以檢測(cè)單位體積內(nèi)粉塵粒子的絕對(duì)個(gè)數(shù)。

　　報(bào)警節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)顯示通過(guò)中文液晶顯示器模塊實(shí)現(xiàn)。

　　3 瓦斯傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)

　　3.1 軟件系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

　　軟件系統(tǒng)的主要功能包括傳感器數(shù)據(jù)采集與處理、無(wú)線收發(fā)、液晶顯示和節(jié)點(diǎn)定位等,采用模塊化設(shè)計(jì)。傳感器數(shù)據(jù)采集與處理模塊主要設(shè)置瓦斯信號(hào)的采集參數(shù)并控制采集、讀取溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)輸出并計(jì)算露點(diǎn)；無(wú)線收發(fā)模塊通過(guò)設(shè)置寄存器控制對(duì)命令或數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送；液晶顯示模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)瓦斯?jié)舛?、溫濕度等?shù)據(jù)的本地實(shí)時(shí)顯示；節(jié)點(diǎn)定位模塊對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)定位。

　　節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)要支持傳感器網(wǎng)絡(luò)，需要考慮網(wǎng)絡(luò)層的支持，方便系統(tǒng)擴(kuò)展，因此系統(tǒng)軟件的實(shí)現(xiàn)是在嵌入式操作系統(tǒng)上進(jìn)行的，與基于硬件的C語(yǔ)言直接編程相比，這種方式對(duì)功能擴(kuò)展、功耗控制、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議優(yōu)化等有很大幫助。嵌入式操作系統(tǒng)選用了加州大學(xué)伯克利分校的基于事件驅(qū)動(dòng)的TinyOS操作系統(tǒng)。軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程是：首先用C語(yǔ)言設(shè)計(jì)程序，然后在處理器上移植TinyOS操作系統(tǒng)，利用其編程語(yǔ)言(nesC)在TinyOS下編譯。

　　3.2 軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

　　3.2.1 數(shù)據(jù)采集與處理

　　瓦斯?jié)舛刃盘?hào)的采集控制模塊主要完成采集參數(shù)選擇(數(shù)據(jù)放大倍數(shù)檔位轉(zhuǎn)換)與數(shù)據(jù)計(jì)算工作。A/D轉(zhuǎn)換器輸出的最大值為511，采用450、50作為檔位判斷上下限，分別設(shè)置10x、50x、200x三個(gè)信號(hào)調(diào)理檔位。瓦斯?jié)舛扔?jì)算時(shí)，根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸出，由差分輸入轉(zhuǎn)換公式ADC=(V+-V-)·GAIN·512/VREF計(jì)算出差分電壓△V，再根據(jù)LXK－3的輸出特性曲線，即可得到瓦斯?jié)舛戎怠?P>