煤礦瓦斯報警無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)設計與實(shí)現

　　2.2 微控制器ATmega128單片機

　　處理器模塊是無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的計算核心。本文采用的ATmega128L單片機外形小，集成度高，功耗低，支持睡眠模式，運行速度快，內部有一個(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(xiàn)收發(fā)模塊

　　無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊完成節點(diǎn)數據的發(fā)送和接收及轉發(fā)功能，這里采用Chipcon公司的單片無(wú)線(xiàn)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、接收信號強度指示(RSSI)、可編程輸出功率(-20～1OdBm)等特點(diǎn)。其FSK數傳速度可達72.8kbps,具有250Hz步長(cháng)可編程頻率能力，適用于跳頻協(xié)議。CC1000與單片機的通信通過(guò)三線(xiàn)串行接口(PDATA、PCLK和PALE)進(jìn)行。圖4是CC1000在系統中應用的電路原理圖，外圍元器件的參數是在發(fā)射頻率為915MHz的條件下配置的。

　　2.4其他重要模塊

　　除檢測瓦斯濃度外，節點(diǎn)系統設計了溫濕度傳感器模塊，不僅可以進(jìn)行溫濕度檢測，還可以根據溫濕度數據對瓦斯傳感器校零。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(xiàn)SCK來(lái)與單片機保持通訊同步，串行數據線(xiàn)DATA收發(fā)通信協(xié)議命令和數據，能夠直接提供溫度在－40～120℃范圍內、濕度在0～100％RH范圍內的數字輸出。

　　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，以檢測單位體積內粉塵粒子的絕對個(gè)數。

　　報警節點(diǎn)的數據顯示通過(guò)中文液晶顯示器模塊實(shí)現。

　　3 瓦斯傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)系統的軟件實(shí)現

　　3.1 軟件系統的總體設計

　　軟件系統的主要功能包括傳感器數據采集與處理、無(wú)線(xiàn)收發(fā)、液晶顯示和節點(diǎn)定位等,采用模塊化設計。傳感器數據采集與處理模塊主要設置瓦斯信號的采集參數并控制采集、讀取溫濕度傳感器的數據輸出并計算露點(diǎn)；無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊通過(guò)設置寄存器控制對命令或數據的接收和發(fā)送；液晶顯示模塊實(shí)現對瓦斯濃度、溫濕度等數據的本地實(shí)時(shí)顯示；節點(diǎn)定位模塊對節點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)定位。

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

　　3.2 軟件系統實(shí)現

　　3.2.1 數據采集與處理

　　瓦斯濃度信號的采集控制模塊主要完成采集參數選擇(數據放大倍數檔位轉換)與數據計算工作。A/D轉換器輸出的最大值為511，采用450、50作為檔位判斷上下限，分別設置10x、50x、200x三個(gè)信號調理檔位。瓦斯濃度計算時(shí)，根據A/D轉換器的數字輸出，由差分輸入轉換公式ADC=(V+-V-)·GAIN·512/VREF計算出差分電壓△V，再根據LXK－3的輸出特性曲線(xiàn)，即可得到瓦斯濃度值。