基于防爆型無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )信息采集節點(diǎn)的設計

1.1.3 印制電路板布線(xiàn)

主板采用雙層印制電路板(PCB)。電路板布線(xiàn)遵循器件排列分布相關(guān)規定，其層壓、走線(xiàn)和預浸處理等工藝均按IPC-A-610C國際工藝標準進(jìn)行。雙層PCB的頂層用于信號路由，空白處和位于芯片下面的空間一樣，采用金屬箔填充，通過(guò)若干孔牢靠接地。在印制電路板設計過(guò)程中要特別注意無(wú)線(xiàn)收發(fā)器部分的布線(xiàn)和PCB 天線(xiàn)的設計，這也是傳感器節點(diǎn)設計的難點(diǎn)和重點(diǎn)。例如退耦電容器應盡可能靠近供電引腳，并且通過(guò)單獨的過(guò)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過(guò)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。印制電路板設計完成之后將印制板文件送至印制板制作廠(chǎng)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層銅基復合板。

(2)焊接

①在具有ISO 9001:2000 質(zhì)量管理體系的專(zhuān)業(yè)的SMT 的加工廠(chǎng)進(jìn)行生產(chǎn)，生產(chǎn)符合IPC-A-610C 國際工藝標準，產(chǎn)品均符合IPC二級標準;

②在高速自動(dòng)SMT生產(chǎn)線(xiàn)上采用流水線(xiàn)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MCU采用BGA焊接。

(3)噴漆

①對電路板噴涂防銹漆兩遍;②24~48 h陰干后成品。

1.2 殼體設計

樣機殼體設計一方面要突出作業(yè)實(shí)用要求，還要考慮作業(yè)場(chǎng)所爆炸危險環(huán)境的防爆等級，嚴格遵循《GB3836.1-2010 爆炸性環(huán)境第1 部分：設備通用要求》和《GB 3836.2-2000爆炸性環(huán)境第2部分：由隔爆外殼“d”

保護的設備》標準要求。根據硬件電路板、天線(xiàn)大小及組裝需要，使用AUTOCAD 軟件進(jìn)行圖紙設計，并送專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)制造廠(chǎng)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;空腔內安裝有電器部件;殼體上下部分采用平面結構配合。

2 軟件設計

驗證硬件設計沒(méi)有問(wèn)題之后，可進(jìn)行應用程序的開(kāi)發(fā)，包括協(xié)議棧的實(shí)現、應用層程序的編寫(xiě)等工作。信息采集節點(diǎn)由于外設較多，為了不過(guò)多占用單片機運行時(shí)間，提高數據處理效率，降低單片機功耗，單片機與外設交換信息的方式都是通過(guò)中斷來(lái)完成。單片機程序用C語(yǔ)言編寫(xiě)，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(guò)中斷方式與單片機交互信息。中斷程序分別包含有無(wú)線(xiàn)模塊中斷子程序;流量?jì)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(xiàn)模塊的中斷子程序是無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )應用的關(guān)鍵，下面重點(diǎn)介紹下無(wú)線(xiàn)模塊的中斷子程序設計。

無(wú)線(xiàn)模塊采用Ad-Hoc 或Zigbee 無(wú)線(xiàn)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 )。本系統信息采集節點(diǎn)上的無(wú)線(xiàn)節點(diǎn)都是Slave模式，它們可以同在監控室與PC機相連的Master節點(diǎn)實(shí)時(shí)通信。

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

3 結語(yǔ)

節點(diǎn)設計試制后，在國家防爆電氣產(chǎn)品質(zhì)量監督檢驗中心完成了機械檢查、沖擊試驗、溫度試驗、外殼耐壓試驗、內部點(diǎn)燃不傳爆試驗、外殼防護性能試驗等檢驗項目，并取得了防爆合格證。另外，節點(diǎn)通過(guò)了其他相關(guān)性能測試與試驗，達到了預期效果，滿(mǎn)足油庫現場(chǎng)使用的要求。該節點(diǎn)可實(shí)現油庫所用流量、壓力、溫度、濕度、液位、油氣濃度等現場(chǎng)儀表信息的采集、處理及傳送，節省了大量人力、物力、財力、時(shí)間，提高油庫設施設備及裝備的信息化水平，提升油庫的業(yè)務(wù)管理能力。