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

測斜度時(shí)，采用查表與計算相結合的方法(器件手冊中給出了參考方法)。單片機模擬的波形如圖4所示。圖4(a)是單片機RA1口模擬PT2262發(fā)出的一串數列。圖4(b)是從MXC6202器件中讀出的一幀數據，為便于觀(guān)察，將兩組波形重疊在一起，高的為總線(xiàn)數據線(xiàn)信號，低的為總線(xiàn)時(shí)鐘信號。

圖4 單片機模擬的波形

3 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)設計

無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)由主控單片機、GSM模塊和超外差接收模塊J05U等組成，負責傳感器網(wǎng)絡(luò )的管理與控制，接收節點(diǎn)傳來(lái)的數據并在必要時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò )等方式告知用戶(hù)。網(wǎng)關(guān)選用PIC18F6621單片機，GSM模塊選用的是EM310模塊。網(wǎng)關(guān)主要部分原理圖如圖5所示。

圖5 網(wǎng)關(guān)主要部分原理圖

PIC18F6621單片機有：兩個(gè)串口，使用串口2與EM310通信，串口1用于外部接口，如作為GPRS DTU、連接上位機、串口攝像頭等；傳送速率最高為10MIPS；4KB RAM、64KB Flash；內部集成有AD、WDT等外設。

EM310的1~6管腳與SIM卡電路連接。PIC18F6621有55個(gè)IO口，空余的I/O口可以接1602液晶進(jìn)行顯示。DS12C887時(shí)鐘芯片作為整個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的時(shí)基。需要注意的是，EM310在接通網(wǎng)絡(luò )的瞬間會(huì )產(chǎn)生一個(gè)接近2A的峰值電流，因此電源部分需有冗余，因此推薦使用開(kāi)關(guān)電源。

網(wǎng)關(guān)的功能主要有三個(gè)：對接收到的節點(diǎn)數據進(jìn)行解碼、判斷是哪個(gè)節點(diǎn)傳來(lái)的信號及是否需要報警、控制EM310向設定手機發(fā)送短信及撥打電話(huà)等。

解碼是編碼的逆過(guò)程，關(guān)鍵是將發(fā)射節點(diǎn)編碼的600μs 、200μs寬窄脈沖正確識別。當單片機偵聽(tīng)到開(kāi)始碼(即連接J05U模塊的DATA引腳RD0產(chǎn)生第一個(gè)上升沿)時(shí)，開(kāi)始分析數據，舍棄第一幀數據，對第二幀、第三幀、第四幀進(jìn)行解碼。利用PIC單片機內部定時(shí)器0計時(shí)，當有電平高低變化時(shí)，記錄下TMR0數值，并清零，重新開(kāi)始計數。這樣可以把每一個(gè)高低電平寬度記錄下來(lái)；然后比較解碼，180μs~250μs之間為窄脈沖，550μs~650μs之間為寬脈沖；并將數據幀中的前8個(gè)數據與EEPROM中預存的地址碼進(jìn)行比對，當有兩次相同時(shí)即表明正確解碼，將節點(diǎn)ID 4bit數值，X、Y軸各12bit數據儲存起來(lái)并進(jìn)行處理。

EM310是一款兼容型GSM/GPRS通信模塊，硬件兼容MC55，廣泛用于數據采集、遠程測試等；內嵌TCP/IP協(xié)議，具有低價(jià)位、使用方便的特點(diǎn)。選用該模塊是為了方便系統GPRS功能擴展(如加接串口攝像頭實(shí)現現場(chǎng)攝像、傳輸視頻等功能)。EM310進(jìn)行信號傳輸時(shí)(尤其是進(jìn)行GPRS傳輸時(shí))，會(huì )產(chǎn)生一個(gè)2A左右的尖峰電流，因此網(wǎng)關(guān)供電需要采用2A以上的電源(如開(kāi)關(guān)電源等)。EM310的所有命令、數據傳輸均通過(guò)串口，支持最高波特率為115200b/s，數據包包長(cháng)可以達到2KB，可以傳輸圖像數據，便于系統以后擴展圖像監控功能。

EM310與PIC18F6621之間接口非常簡(jiǎn)單，只占用RX、TX、GND三根線(xiàn)，采用AT指令進(jìn)行通信，除個(gè)別指令外，每條指令均以回車(chē)符作為結束標志。本設計中用到了發(fā)送短信與撥打電話(huà)功能。發(fā)送短信AT指令為：at+cmgs="139XXXXXXXX"，在EM310應答后，發(fā)送短信內容，并以“0x1A” 結束短信內容。撥打電話(huà)AT指令如下：ATD139XXXXXXXX；， 其中“139XXXXXXXX” 為預先設定的用戶(hù)手機號碼。

本文提出了一種低成本的無(wú)線(xiàn)加速度傳感器方案，采用通用單片機模仿成熟的編解碼方案，降低了開(kāi)發(fā)難度與風(fēng)險，有明顯的價(jià)格優(yōu)勢，適合對成本敏感、而對速度要求不高的場(chǎng)合，如工地器材防盜、智能家居網(wǎng)絡(luò )等。節點(diǎn)選用的芯片均為低功耗芯片，采用大容量鋰電池就可以使節點(diǎn)長(cháng)期工作。I2C接口的傳感器種類(lèi)有很多，更換傳感器就可以實(shí)現磁場(chǎng)強度分布檢測、糧食倉庫溫濕度檢測等，而且PIC單片機內集成有A/D，也可以與其他模擬輸出的傳感器結合，因此本方案有通用性。使用GPRS網(wǎng)關(guān)可以實(shí)現遠程監控測試。

參考文獻

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