一種低成本無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的設計

(5)無(wú)線(xiàn)節點(diǎn)采用的是電池供電的方式，因此，電池的好壞對整個(gè)系統的工作持久性有重要影響。本設計采用的是非充電性18650高容量鋰電池，電壓為3.7V，容量在1700mah以上，具有涓流放電、電壓恒定等特點(diǎn)。經(jīng)肖特基二極管降壓后得到約3.3V電壓為系統供電。節點(diǎn)的硬件原理圖如圖2所示。

圖2 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)原理圖

圖2中右上角是PT2262的管腳圖可以看出，PIC16F876單片機保留了PT2262的8bit地址腳，4bit數據腳。這樣做是為了增加系統靈活性，將節點(diǎn)模塊從一個(gè)網(wǎng)絡(luò )轉移到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò )，只需變更三態(tài)編碼開(kāi)關(guān)A0~A7，就可將其設置成與欲轉入網(wǎng)絡(luò )網(wǎng)關(guān)的地址(6561種)。4bit數據口D1~D4采用2bit撥碼開(kāi)關(guān)，為傳感器編號，這相當于節點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò )內的ID(16種)。

圖2中右下角為加速度傳感器MXC6202 、I2C接口。X、Y軸加速度值各為12精度?？梢钥吹皆搨鞲衅鹘涌诤?jiǎn)單，沒(méi)有地址編碼腳，因地址在出廠(chǎng)前已確定，一路I2C總線(xiàn)只能有一片MXC6202 。PIC16單片機集成了一路I2C接口，但為了以后擴展多路加速度傳感器，采用軟件模擬的辦法，用RC4 、RC5 、RC6 、RC7 4個(gè)I/O口模擬了兩路I2C接口電路。此外，I2C接口類(lèi)傳感器還帶有溫濕度傳感器STH1X、雙軸磁場(chǎng)傳感器MMC212X等，只要稍微更改程序，就可以擴展到本系統上。

2.2 節點(diǎn)軟件設計

單片機主要有兩個(gè)任務(wù)：模擬PT2262波形對高頻電路進(jìn)行ASK調制，模擬I2C總線(xiàn)讀寫(xiě)MXC6202 。要想讓軟件模擬一個(gè)硬件電路，必須掌握硬件電路的工作原理：PT2262是紅外遙控編碼器，PT2272是其接收解碼器，兩者常常配對使用。發(fā)射端PT2262共有12個(gè)地址端，發(fā)射的每一組數據都由12bit脈沖組成，順序是從A0~A11，每個(gè)地址端有三種接法。常見(jiàn)的是用其中8bit(A0 ~A7)作為地址編碼，其余4bit(D1 ~D3)作為數據編碼，外加1bit同步碼，每組至少發(fā)送4次。接收端PT2272舍棄第一組，當連續得到兩組與本身地址一樣的信號時(shí)，則解碼。參考文獻[1-2]分別介紹了單片機模仿PT2262的編碼方法和PT2272的解碼方法。由于需要傳輸X、Y兩個(gè)軸各12bit加速度值，因此，每幀36bit數據，幀間加1bit同步碼，傳輸4次。單片機編碼方案如圖3所示。必須注意的是，由于高頻發(fā)射具有隨機性，在不發(fā)射時(shí)表現為白噪聲，因此解碼時(shí)應舍棄第一幀數據，從第二幀開(kāi)始解碼。

圖3 單片機編碼方案

傳輸的數據位格式分為：高電平(11) 、低電平(00) 、高阻態(tài)(01)三種，0 、1由高低電平的占空比決定。軟件中設200μs、600μs兩個(gè)延時(shí)函數。單片機調用這兩個(gè)延時(shí)函數，在RA1管腳上輸出相應的高低電平就能夠模擬出這三種狀態(tài)數值，從而完成單位數據的ASK調制。

單片機在發(fā)射前首先讀入預先設定的A0~A7 8bit三態(tài)地址，D1~D4 4bit節點(diǎn)網(wǎng)內ID，再加上加速度傳感器X、Y軸的各12bit加速度值，共36bit數據，按圖3的格式依次發(fā)送出去，就可以進(jìn)行數據傳輸了。每幀數據傳輸4次，每幀之間由大約10ms的幀間碼隔開(kāi)，幀間碼由一個(gè)200μs高電平與10ms的低電平組成，發(fā)送一次數據的時(shí)間約為200ms，這樣1s內最多可傳送5次數據，在大多數場(chǎng)合是可以滿(mǎn)足要求的。為了節省能耗，可以根據需要選擇發(fā)射速率，在不發(fā)射時(shí)，應使單片機、F05V、加速度傳感器處于休眠狀態(tài)。處于休眠狀態(tài)的PIC單片機可以使用看門(mén)狗等方式喚醒。用超外差接收模塊J05U接收，可以在300m的開(kāi)闊地傳輸數據。當需要較高的數據傳輸速率時(shí)，應縮短寬窄脈沖時(shí)間長(cháng)度。但需要注意的是，當脈沖寬度減少時(shí)，發(fā)射功率也同時(shí)減少。因距離與速度是矛盾的關(guān)系，當發(fā)射功率超過(guò)20Hz時(shí)，建議使用專(zhuān)用RF芯片。

MXC6202在使用中作為從器件，PIC單片機只要按照標準I2C時(shí)序控制MXC6202即可。參考文獻[3]介紹了利用單片機的普通I/O口模擬I2C總線(xiàn)的方法。MXC6202的地址在出廠(chǎng)時(shí)已經(jīng)確定了，共8種，在一路I2C總線(xiàn)上只能掛一個(gè)加速度傳感器。當需要兩個(gè)MXC6202測三軸加速度時(shí)，需要占兩路獨立的總線(xiàn)。為此，根據標準I2C時(shí)序，模擬了兩路I2C總線(xiàn)，以?xún)陕费h(huán)采集。MXC6202示例驅動(dòng)程序如下：

IICStart( )；//器件初始化，每次從休眠模式喚醒重新初始化
IICSendByte(0x20)；//寫(xiě)器件地址，MEMS傳感器地址出廠(chǎng)時(shí)已固定
IICSendByte(0x00)；//器件內部寄存器地址，只有一個(gè)可寫(xiě)寄存器0x00
IICSendByte(0xf0)；//最低位寫(xiě)0，睡眠模式喚醒；寫(xiě)1，進(jìn)入睡眠模式
Delay_75ms()；//睡眠喚醒時(shí)，需要75ms的延時(shí)//下面是依次接收：X高、X低、Y高、Y低4位數值
IICStart( )；
IICSendByte(0x20)；//寫(xiě)MEMS傳感器
IICSendByte(0x01)；
IICStart( )；
IICSendByte(0x21)；//讀MEMS傳感器
for(ii=0；ii3；ii++)
{
s[ii]=IICReceiveByte()；
IICAck(0)；
}
s[3]=IICReceiveByte()；
IICAck(1)；//最后一位不應答
IICStop( )；