無(wú)線(xiàn)環(huán)境監測系統的設計方案
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圖7節點(diǎn)軟件流程
4 測試方法與數據
測試條件為：終端供電5 V。室溫為26 qc。下面進(jìn)行的是終端節點(diǎn)通信距離的測試。 終端、節點(diǎn)放置在同一水平面，在保證兩天線(xiàn)對準的情況下，將距離分別設為1 em，9 cm。將節點(diǎn)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）。
下面進(jìn)行的是中繼節點(diǎn)轉發(fā)測試。
將終端與節點(diǎn)A的距離沒(méi)為50 cm，兩者不能正常通信，將節點(diǎn)B插入到兩者中間，測試終端是否能夠正常識別2個(gè)節點(diǎn)，然后將A，B 2個(gè)節點(diǎn)互換，測試足否能正常識別。測試結果如表2所示。
表2測試記錄
再次測試最大轉發(fā)距離，當A作為轉發(fā)節點(diǎn)時(shí)，最大轉發(fā)距離為66 cm，當B作為轉發(fā)節點(diǎn)時(shí)，最大轉發(fā)距離為80 em。
最后進(jìn)行的是節點(diǎn)功耗測試。
保持D1+I）2=50 cm。測試轉發(fā)節點(diǎn)測試。
實(shí)測發(fā)現，2個(gè)節點(diǎn)都作為中繼的時(shí)候，最大的電流時(shí)3 mA，平均電流在2.4 mA。
5 測試結果分析
溫度、光照測量：溫度由于采用芯片內集成溫度傳感器，可采用溫度計對溫度準確度進(jìn)行測試。經(jīng)過(guò)算法補償，在23～40℃的范圍內，溫度準確度在2℃以?xún)?。終端與節點(diǎn)的通信距離最遠町達35 cm。節點(diǎn)實(shí)現r中繼轉發(fā)的功能。節點(diǎn)的電流非常小，在3 mA以?xún)取?/font>
表1測試記錄環(huán)境監測是指通過(guò)對影響環(huán)境質(zhì)量因素的代表值的測定，確定環(huán)境質(zhì)量（或污染程度）及其變化趨勢。隨著(zhù)科技的不斷進(jìn)步，特別是計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的不斷發(fā)展，環(huán)境檢測由經(jīng)典的化學(xué)分析向儀器與計算機和網(wǎng)絡(luò )相結合的方式，實(shí)現f無(wú)線(xiàn)環(huán)境的檢測。本文中設計了一個(gè)尤線(xiàn)環(huán)境檢測系統，以MSP430F5438單片機為控制核心，實(shí)際制作一個(gè)終端和2個(gè)節點(diǎn)，終端能從節點(diǎn)獲取節點(diǎn)的環(huán)境溫度和光照信息，并且節點(diǎn)能夠實(shí)現中繼轉發(fā)的功能。整個(gè)系統采用OOK調制方式，收發(fā)都使用一個(gè)天線(xiàn)，終端發(fā)射信號時(shí)。
將欲傳輸的信息通過(guò)串口輸出的電平控制本振的開(kāi)斷從而實(shí)現OOK調制，后級使用丙類(lèi)功放發(fā)射，接收端節點(diǎn)將天線(xiàn)上的信號進(jìn)行放大，然后倍壓檢波，通過(guò)自適應比較器解調出數據，最后再向終端回傳環(huán)境信息。
1 總體方案設計
在整個(gè)系統的設計過(guò)程中，終點(diǎn)和節點(diǎn)都需要一個(gè)主控芯片進(jìn)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(lèi)放大器使用NEC公司的產(chǎn)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，所有的節點(diǎn)根據自己的編號在不同的時(shí)隙發(fā)送信息，中繼節點(diǎn)自行搜索判斷。通過(guò)一系列的選擇和設汁，整個(gè)系統的結構設計如圖1所示。
圖1 系統整體方案框圖
系統以MSP430F5438單片機作為終端和節點(diǎn)的主控芯片，光照探測由光敏電阻來(lái)實(shí)現，溫度可由單片機內部自帶的溫度傳感器得到。，數據的調制、接收采用串口通信，使用I／O口來(lái)控制天線(xiàn)的收發(fā)模式。
2 系統的理論分析與計算
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(shí)通過(guò)門(mén)級電路還可以增大對后級丙放的驅動(dòng)功率，而串121也可以通過(guò)與非門(mén)來(lái)調制信號。
實(shí)際測量5圈，直徑為3.4 em的線(xiàn)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(shí)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(kāi)關(guān)狀態(tài)功放輸入輸出匹配
在節點(diǎn)上采用高效率的開(kāi)關(guān)狀態(tài)功放，而終端也可以使用戊類(lèi)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(gè)42Ω的電阻與一個(gè)15 pF左右的電容并聯(lián)。取集電極饋電線(xiàn)圈的電感為10 uH兼作為輸出的諧振同路，此時(shí)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(gè)（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(jīng)過(guò)這樣后，三極管輸出為42n的純阻，然后經(jīng)過(guò)一個(gè)42 Ω～16.3 kΩ的三階低通濾波器實(shí)現阻抗變換，并且使輸出波形平滑（濾掉載波的高次諧波）。
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